CC BY
12
УДК 622.817
ТЕХНОЛОГИИ ПОДАВЛЕНИЯ СЕРОСОДЕРЖАЩИХ ГАЗОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ В УГОЛЬНЫХ БАССЕЙНАХ
Жанат Зекеновна Толеубекова
Карагандинский государственный технический университет, 100027, Республика Казахстан, г. Караганда, Бульвар Мира, 56, кандидат технических наук, доцент кафедры маркшейдерского дела и геодезии, тел. (8-7212)56-26-27, e-mail: [email protected]
Рымгали Кумашевич Камаров
Карагандинский государственный технический университет, 100027, Республика Казахстан, г. Караганда, Бульвар Мира, 56, кандидат технических наук, профессор кафедры разработки месторождений полезных ископаемых, руководитель Центра актуальных методов и технологий обучения при КарГТУ, тел. (8-7212)56-26-19, факс. (8-7212)56-54-43, e-mail: [email protected]
Айзада Зарлыковна Капасова
Карагандинский государственный технический университет, 100027, Республика Казахстан, г. Караганда, Бульвар Мира, 56, кандидат технических наук, доцент кафедры маркшейдерского дела и геодезии, e-mail: [email protected]
Олжас Миржанович Тусупханов
Карагандинский государственный технический университет, 100027, Республика Казахстан, г. Караганда, Бульвар Мира, 56, магистр кафедры маркшейдерского дела и геодезии, e-mail: [email protected]
Назира Адамбековна Кудеринова
Государственный университет им. Шакарима, 100027, Республика Казахстан, г. Семей, ул. Глинки, 20 А, кандидат технических наук, зав. кафедрой геодезии и строительства, e-mail: [email protected]
В статье рассмотрены технологии подавления серосодержащих газов с использованием физико-химических методов воздействия на ядовитые газы при ведении подземных горных работ. Установлены параметры разработанных технологий, области их применения.
Ключевые слова: серосодержащие газы, сероводород, сернистый газ, технология, газоносность, газовыделение, раствор.
SULFUR GAS SUPPRESSION TECHOLOGY WITH USING PHYSICS-CHEMICAL METHODS IN COAL BASINS
Janat Z. Toleubekova
Karaganda state technical university, 100027, Kazakhstan Republic, Karaganda, 56 Mira Blvd, assistant professor of «Mine survey and geodesy» department, Ph. D., tel. (7212)56-26-27, е-mail: [email protected]
Rymgali K. Kamarov
Karaganda State Technical University, 100027, Kazakhstan Republic, Karaganda, 56 Mira Blvd, Candidate of technical sciences, professor of Mining Department, Head of center of new methods
and technologies of education of KSTU, tel. (8-7212)56-26-19, fax. (8-7212)56-54-43, e-mail: [email protected]
Aizada Z. Kapasova
Karaganda state technical university, 100027, Kazakhstan Republic, Karaganda, 56 Mira Blvd, assistant professor of «Mine survey and geodesy» department, Ph. D., tel. (7212)56-26-27, е-mail: [email protected]
Olzhas M. Tussupkhanov
Karaganda state technical university, 100027, Kazakhstan Republic, Karaganda, 56 Mira Blvd, M.S. in Geodesy of Cartography, «Mine survey and geodesy» department, e-mail: [email protected]
Nazira A. Kuderinova
State university of Shakarim, 100027, Kazakhstan Republic, Semey, 20 А Glinki street, Candidate of technical sciences, miner of Geodesy and building department, e-mail: [email protected]
The article describes the parameters of sulfur gases suppression using physic-chemical methods on bad gases during underground mining. Technology's parameters and usage areas are defined.
Key words: sulfur gases, hydrogen sulfid, sulfur dioxide, technology, foulness, gassing, solution.
В угольных шахтах главными вредными примесями воздуха являются метан, ядовитые и взрывчатые газы (окись углерода, сероводород, сернистый газ, газы взрывчатых веществ и др.).
В Карагандинском бассейне выделение серосодержащих газов наблюдалось на шахтах «Молодежная», «Казахстанская», им. В.И.Ленина, «Шахтин-ская», «Тентекская», «Абайская», им. Т.Кузембаева и др. В настоящее время в бассейне отмечены так называемые сероводородные зоны, приуроченные к пласту д6 долинской свиты и к пластам к16, к12, к10 карагандинской свиты. Одновременно с сероводородом зафиксировано выделение сернистого газа [1].
Известно, что при концентрации сероводорода более 0,0071% по объему, т.е при 10-кратном превышении допустимых норм, одновременно может выделяться сернистый газ. Привыкнуть к воздействию сероводорода организм не может, наоборот, чувствительность его после перенесенных легких отравлений повышается даже при малых концентрациях, отравление наступает быстрее.
Обычно серосодержащие газы встречаются в пласте в виде «гнезд» с размерами в плоскости пласта от 150 до 600 м.
Без применения специальных мер борьбы с газовыделением содержание ядовитых газов при отработке угольных месторождений может превышать допустимые по ПБ концентрации в десятки и более раз, что оказывает острое токсическое воздействие на организм человека, снижает производительность труда, ухудшает безопасность ведения горных работ, вызывая в отдельных случаях необходимость в остановке добычи угля.
Производительность комбайна в сероводородной зоне определяется по скорости подачи и надежности технологических процессов.
Предварительно находится расход воздуха Qв для проветривания приза-бойного пространства для случая, когда нагрузка на лаву лимитируется газовым фактором (метаном):
-5
Ов = 60 ^шах^о.з > м /мин> С1)
где итах - максимальная по ПБ скорость движения по лаве, равная 4 м/с [2];
Sо.з - сечение очистной выработки; для комплекса МК-75 при галл = 2,2 м So.з = 3,9 м .
Л
Следовательно, Qв = 60 • 4 • 3,9 = 936 м /мин.
Так как на шахте «Казахстанская» метанообильность не сдерживает нагрузку на лаву, расход воздуха определяем также по минимально допустимой по пылевому фактору скорости воздуха (итт = 0,9 м/с):
Qв = 60 • 0,9 • 3,9 = 210 м3/мин.
При оптимальной скорости движения струи (иопт = 1,6 м/с) расход воздуха
Л
составит: Qв = 60 • 1,6 • 3,9 = 375 м /мин.
Для малогазовых очистных забоев шахты «Казахстанская» характерны ми-
-5
нимальные расходы воздуха = 210 м /мин), однако в дальнейших расчетах при выборе альтернативных путей снижения концентрации сероводорода и повышения нагрузки на забой будут учтены все три значения.
В сероводородной зоне лимитирующим фактором является не метан, а концентрация сероводорода. По выделению сероводорода требуемое количество воздуха может быть найдено по формуле
100 / з
Оп =-—, м /мин, (2)
В С-С0 W
где I - максимальное (абсолютное) выделение сероводорода из призабой-ного пространства, м3/мин; С - предельно допустимая концентрация газа (ПДК) в исходящей вентиляционной струе, С = 0,00066 % по объему; С0 - концентрация газа в поступающей струе, С0 = 0.
В отличие от метана выделение сероводорода в забое происходит не самопроизвольно, а при выемке и измельчении угля, т. е. в конкретные периоды времени, связанные с работой очистной машины или конвейера. Но так как основной объем Н^ выделяется именно при работе выемочной машины, концентрация сероводорода в зоне работы комбайна и определяет количество воздуха, требуемое для разбавления его до санитарной нормы. Поэтому формула (2) может быть представлена в виде
2в=Чо.з0шорт^ мз/мин? (3)
где qo.3 - относительная газообильность (по H2S) очистной выработки, м /т; QTeop - теоретическая производительность комбайна по данному пласту, т/мин; С - санитарная норма (ПДК = 0,00066 % ) по сероводороду, %.
При известных значениях расхода воздуха QB формула (3) позволяет найти допустимую по сероводороду производительность комбайна в лаве и соответственно допустимую скорость подачи машины:
On С
Qmeop = ТТ^Г ' т/мин. (4)
100 q03
В формуле (4) известную трудность представляет установление величины qo^ по H2S. В работе И.П. Скляренко, изданной в 1958 г. и являющейся более или менее систематизированным трудом по сероводороду, максимальная газо-
-5
носность угля в пробе, подогретой до 100 °С, составила 5 - 6 см на 100 г угля,
-5
т. е. 0,05 - 0,06 м /т [3]. Максимальная газоносность углей в Карагандинском бассейне зафиксирована на шахте «Казахстанская» и на шахте им. В.И. Ленина по нижнему слою пласта, тоже с подогревом) [4]. Отметим, что без подогрева пробы установить газоносность углей по H2S невозможно. Такое содержание сероводорода в угле следует считать аномально высоким. Однако среднее зна-
-5
чение газоносности по 70 пробам 5 шахт составило 0,07 м /т с подогревом и
-5
0,00062 м /т - без подогрева. Таким образом, в горные выработки без подогрева угля выделяется незначительная часть сероводорода, составляющая в среднем по 70 пробам 0,88 % от общей газоносности по H2S. Следовательно, в первом приближении для шахт Карагандинского бассейна можно принять qo з = 0,00062 м3/т.
По шахте им. В.И. Ленина среднее значение газоносности по 35 пробам
-5
равно 0,0428 м /т, среднее газовыделение (естественное, без (подогрева) -0,000486 м3/т (1,14 %), значит, в среднем qo3 = 0,000472 м3/т (по H2S), тогда как
-5
максимум qo^ = 0,0053 м /т. Итак, можно ожидать двенадцатикратное превышение уровня выделения сероводорода по лаве относительно среднего значения qo.^
Среднее для группы шахт газовыделение (H2S) из очистного забоя состав-
-5
ляет qo^ = 0,00062 м /т, или 0,88 % от газоносности. Подставляя в формулу (3) численные значения qo^ и С, а также ожидаемый диапазон значений теоретической производительности комбайна Qtc^, имеем
= fa, CW ,100= 0.00062(1 + 8) мз/мин
а С 0,00066
Анализ соотношения величин, входящих в формулу (5), приводит к важным выводам:
1. При постоянной величине расхода воздуха для проветривания очистного забоя (Q^ = const) уровень загазованности лавы по сероводороду зависит на 50 % от относительной газообильности qo^ по H2S и на 50 % от минутной произ-
водительности работающего комбайна QTeop. Параметры qo.3 и QTeop можно назвать режимными, так как они позволяют регулировать режим добычи угля в сероводородной зоне и санитарно-гигиенические условия труда.
-5
2. При средней для группы шахт газообильности qo.3 = 0,00062 м /мин и
-5
минимальном расходе воздуха Qв = 210 м /мин производительность комбайна до 1,98 т/мин обеспечивает нормальные санитарные условия в лаве по сероводороду (до 1 нормы).
3. При средней для шахты «Казахстанская» газообильности по H2S, равной
3 3
0,00147 м /т по пласту д6, и минимальном значении Qв = 210 м /мин санитарная норма но H2S обеспечивается при работе комбайна с производительностью не более 0,94 т/мин.
Согласно «Руководству по борьбе с пылью в угольных шахтах», число форсунок в оросительной системе должно быть таким, чтобы их суммарная производительность при требуемом давлении воды была равна расчетному расходу воды, определяемому из выражения
Q - Aq, л/мин, (6)
где Q - расчетный расход воды, л/мин; А - производительность горной машины, т/мин; q - удельный расход воды, л/т (орошение при работе выемочных и проходческих комбайнов q = 30 - 40 л/т).
Форсунки должны быть расположены так, чтобы жидкое химическое вещество направлялось преимущественно в места разрушения горного массива (во вруб, на резцы комбайна).
Во время работы комбайна приготовленный раствор подается на форсунки, установленные на комбайне. При распылении раствора в атмосфере выработки, и особенно в зоне работы режущих органов комбайна, наряду с подавлением угольной пыли происходит контактирование серосодержащих газов с раствором сорбента, результатом которого является полная адсорбция серосодержащих газов.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Физико-химические воздействия на серосодержащие газы при ведении подземных горных работ: Монография / Н.А. Дрижд, Р.К. Камаров, Т.К. Исабек, В.С. Портнов. - Караганда: Изд-во КарГТУ, 2013. - 186 с.
2. Правила безопасности в угольных и сланцевых шахтах. - М.: Недра, 1973. - 512 с.
3. Скляренко И.П. Сероводород в угольных шахтах и меры борьбы с ним. - М.: Угле-техиздат, 1958. - 30 с.
4. Кривошеев В.О., Негруцуая Н.С., Преображенская Е.И. Способы борьбы с серосодержащими газами на шахтах Карагандинского бассейна: Эффективные способы дегазации угольных шахт // Труды ВостНИИ. - Кемерово: 1978. Т. 30. - С. 79 - 86.
© Ж. З. Толеубекова, Р. К. Камаров, А. З. Капасова, О. М. Тусупханов, Н. А. Кудеринова, 2016
