Влияние температуры раствора смачивателя «Неолас» на влагоемкость угля Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

---------------------------- © О.В. Скопинцева, А.Ю. Прокопович,

2007

УДК 622.807.2

О.В. Скопинцева, А.Ю. Прокопович

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ РАСТВОРА СМАЧИВАТЕЛЯ«НЕОЛАС» НА ВЛАГОЕМКОСТЬ УГЛЯ

Теоретической предпосылкой для исследования влияния температуры раствора смачивателя на процессы адсорбционного и капиллярного насыщения послужило то обстоятельство, что поверхностное натяжение, вязкость и смачивающие свойства воды существенно зависят от температуры. Причем наибольшее изменение значений этих характеристик приурочено к диапазону температур от 0 до 50 °С.

С ростом температуры межмолекулярные силы ослабевают, что приводит к уменьшению поверхностного натяжения, кинематической и динамической вязкости. Анализ справочных данных [1] показывает, что значения коэффициента кинематической вязкости воды при повышении температуры от 0 до 50 °С уменьшаются в 3,22 раза с 1,789-10-6 до 0,556-10-6 м2/с; значения динамической вязкости для этого же диапазона температур снижаются в 3,25 раза соответственно с 1788,8211-10-6 д549,3836-10" 6 Па-с, а коэффициент поверхностного натяжения снижается при этом с 756,4-10"4 676,9-10"4 Н/м. Увеличение температуры

воды всего на 1 °С повышает проницаемость коллектора на 0,8 мд (миллидарси) [2].

Уменьшить поверхностное натяжение также можно введением смачивающих добавок - поверхностно-активных веществ (ПАВ). Использование ПАВ необходимо потому, что уголь по природе - вещество, плохо смачиваемое водой, особенно в области средней стадии метаморфизма. Естественно было предположить, что повышение температуры водного раствора смачивателя должно существенно повысить качество и соответственно эффективность искусственного увлажнения.

Для подтверждения данной гипотезы были проведены лабораторные исследования. В качестве ПАВ использовался смачиватель «НЕОЛАС», который представляет собой прозрачную жидкость без запаха. Представляет собой водный раствор сбалансированной смеси малотоксичных анионных и неионогенных ПАВ и полезных добавок. Показатель активности водородных ионов Н+ (pH) 1%-ного водного раствора смачивателя колеблется в пределах 7 - 8. Массовая доля ПАВ составляет 20±1 % активных веществ. Экологически безопасен, не оказывает вредного воздействия на персонал, не подвержен органическому разложению, выдерживает транспортировку и хранение в диапазоне температур от -40 до +40 °С. Разрешен к применению для повышения эффективности улавливания и связывания угольной, углепородной и породной пыли на предприятиях горной промышленности.

Кинетика адсорбционного и капиллярного насыщения в функции температуры исследовались в лабораторных условиях на углях пласта Е5 (Елбанский), отрабатываемого на филиале «Шахта «Осинниковская» ОАО ОУК «Южкузбассуголь». Шахта отнесена к опасной по взрывам угольной пыли, опасной по выбросам угля и газа, опасной по горным ударам. Горизонт отработки -160 м, глубина отработки - 550 м от поверхности. Марка угля - Ж. Прочность угля - 2^4,5 (по Протодьяконову). Пласт трещиноватый. Пласт Е5 имеет следующие характеристики: вынимаемая мощность пласта с пропластком - 3,2 м; угол падения

- 0-8°; влажность угля - 2,4 %; зольность - 10,8%; выход летучих

- 32,2 %; удельное пылевыделение - 1100 г/т; нижний предел взрывчатости пыли - 36 г/м3.

Для опытов отбирались образцы угля массой 20-40 г. Исследования заключались в сравнении влагоемкости угля при обработке его растворами смачивателя «НЕОЛАС» разных концентраций (0,0 %, 0,15 %, 0,5 %, 1,0 %, 3 %) и при разных температурах (20 °С, 40 °С, 60 °С).

Исследуемые образцы угля помещались в емкости с раствором смачивателя «НЕОЛАС». Для исключения нарушения скелета угля гидростатическим давлением столба жидкости уровень жидкости над образцом не превышал 3-4 см. Температура рабочего раствора в 40 °С и 60 °С поддерживалась термостатом. Измерения проводились через каждый час в течение 4-х часов подряд. Далее нагревае-

мые образцы угля вместе с сосудами вынимались из термостата. Дальнейшие исследования этих же образцов проводились при температуре 20 °С. Общее время наблюдений составило 72 ч.

Обработка результатов измерений состояла в расчете коэффициента влагоемкости ^ , выраженном в процентах, который рассчитывался по формуле:

^ = тш - т0 100, т0

где тш- масса сухого образца угля, г; т0 - масса влагонасыщенного образца угля, г.

Полученные значения коэффициента влагоемкости представлены в таблице. При обработке данных отрицательные значения коэффициента влагоемкости, связанные с погрешностью измерений или чистотой эксперимента, были добавлены к последующим значениям коэффициента влагоемкости.

По результатам расчетов построен график зависимости коэффициента влагоемкости от концентрации раствора смачивателя «НЕОЛАС» через 24 часа.

В результате исследований установлено, что влагоемкость угольных образцов существенно зависит от температуры и концентрации раствора смачивателя. Из графика видно, что кинетика адсорбционного и капиллярного насыщения для одних и тех же углей пласта Е5 различна при разной температуре раствора смачивателя. Во всех трех случаях (20 °С, 40 °С, 60 °С) водонасыщенность с увеличением температуры воды увеличивается. Максимальная вла-гоемкость исследуемых образцов угля наблюдается при температуре 60 °С, так, например, значение коэффициента влагоемкости составило 7,902 %, что в 2,43 раза больше значения этого же коэффициента при температуре 20 °С.

Как было сказано ранее, на влагоемкость влияет и концентрация раствора смачивателя. Лабораторные опыты подтвердили, что с увеличением концентрации раствора смачивателя влагоемкость образцов угля также возрастает. Максимальные значения коэффициента влагоемкости составили 7,902 % для концентрации 3 %, что в 2,84 раза больше такового при концентрации 0 %.

Хорошее подтверждение данной теории на практике дал опыт гидрообеспыливания шахт Севера [3], при котором увлажнение и

орошение мерзлой горной массы подогретыми рассолами и водой снижали запыленность воздуха в десятки (до шестидесяти) раз.

1. Теплотехника: Учеб. Для вузов / В.Н. Луканин, М.Г. Шатров, Г.М. Кам-фер и др.; Под ред. В.Н. Луканина. - 5-е изд., стер. - М.: Высш. шк., 2006. - 671 с.: ил.

2. Панов Г.Е. Гидродинамическое воздействие на угольные и породные массивы в связи с решением некоторых вопросов безопасности горных разработок. Дисс. на соискание ученой степени доктора тех. наук. Ухта, 1969 г.

3. Кудряшов В.В., Уманцев Р.Ф., Шуринова М.К. Термовлажностная обеспыливающая обработка многолетнемерзлого разрушенного угольного массива. ИПКОН, 1991. Москва.

— Коротко об авторах -----------------------------

Скопинцева О.В. - доцент, кандидат технических наук, Прокопович А.Ю. - аспирант,

СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ