Введение к работе
Актуальность. Проблема повышения эффективности разрушения угля и горных пород о каждым годом становится все более актуальной в связи с постоянным увеличением глубины разработок и связанным с этим повышением прочности разрушаемых пород. Это приводит к значительному росту энерговооруженности и массы разрушающих машин, механизмов и инструментов, что затрудняет их применение в ограниченных по размеру подземных выработках.Б настоящей время возможности решения этой проблемы практически исчерпаны. Поэтому одним из путей повышения эффективности разрушения является целенаправленное изменение прочностных и деформационных свойств углепородного массива. Исследования последних лет показали, что наиболее экономически выгодным, а также не требующим больших энергозатрат является физико-химическое воздействие растворами поверхностно-активных веществ, основанное на использовании аффекта Ребиндера. При этом не требуется существенных конструктивных усовершенствований применяемого оборудования. В последние годы ведутся интенсивные исследования в этом направлении. Ослабляющие раствори используются в нефтяном и геологоразведочном бурении, при пылеподавлении, борьбе с внезапными выбросвми угля а газа, разрушении крепках горных пород резцовыми инструментами, дроблении горних пород и угля и др.
Однако среда ученых, занимающихся исследованием проблемы ослабления угля и породы, отсутствует единое мнение, какие характеристики твердых материалов следует оценивать при этих процессах и какие вещества, входящие в состав ослабляющих растворов, проявляют наибольиий эффект ослабления углепородного массива. Поэтому представляется актуальным обобщить существующий опыт работ в этой области а определить единый методологический подход к выявлению зависимостей системы разрушаемый" материал (уголь и порода) - активная жидкость а оптимизировать выбор состава раствора на основе изучения термодинамики физико-химического процесса взаимодействия адсорбат-адсорбент. При этом иокольэуатся различные составы водных растворов ПАВ и электролитов.
Нвлър диссертации является проведение теоретического и експериментального обоснования методов выбора ПАВ для повышепвл эффективности разрушения.
Идея работы - разработка метода выбора растворов, позволяющих существенно изменить сопротивляемость угля и пород разрушена», на основе изучения физико-химических закономерностей взаимодействия диспергирующей среды с разрушаемым материалом.
На заздату выносятся:
аналитически установленная вавасимооть изменения прочности угля и горных пород от величины адсорбции ПАВ на их поверхности;
експериментальная зависимость изменения прочностных характеристик угля в горних пород от величины постоянной впитывания адсорбционно-активного раствора различного состава;
експериментальная зависимость показателей трения инструмента о матераая от величины адсорбционного аффекта ПАВ, определяющего снижение прочности горных пород в угля;
методика определения составов растворов для снижения прочности угля и породы.
Методи исследований' включают в себя анализ и обобщение научно-технической литературы по рассматриваемым вопросам, аналитические я экспериментальные исследования процесса адсорбции в лабораторных и производственных условиях с использованием фа-зико-хмиаческих методик в метода моделирования фвзкко-химаческих процессов в лабораторных условиях, обработку данных мзтодааа математической статистики.
Научная новизна работы:
аналитически определена а експериментально подтверждена зависимость снижения прочности угля а породы от величины адсорбции ПАВ а злвктролитов;
экспериментально подтверюхены зависимость адсорбционных свойств компонентов разупрочнящей среды для угля и породы от алектроповерхностного взаимодействия на границе твердой в кадкой фаз, а такяе зависимость адсорбции ПАВ от кислотности дисперсной среды;
установлено влияние сннкенвя транвя разрушающего инструмента
по породе в угла пра использовании разупрочняощего раотвора
иа вф$ективность разрушения. .
Достоверность научных положений, выводов и ""рекомендаций подтверждается представительным объемом экспериментов, выполненных на углях с различными фиэико-ХЕмнческикп характеристиками
поверхности в растворах, соответствием аналитических результатов и экспериментальных данных. Коэффициент вариации параллельных измерений не превышал 0,25 для угля и 0,2 для породи.
Реализация результатов работы. Разработана методика определения составов ослабляющих растворов для снижения прочности угля и пород. Выбранные по данной методике составы опробованы:
при разрушении песчаников шарошечным инструментом при стендовых испытаниях;
пра бурении скважин шарошечными долотами на карьере ПО "Бор";
при испытании физико-химической технологии нетрадиционного разрушения на экспериментальных участках шахты "Бунгурская" концерна "Кузнецкуголь";
при исследовании процесса резания угля комбайном ІК І0ІУ на шахте им. Газеты "Комсомольская правда" ПО "Ростовуголь".
Практическая ценность работы состоит в разработке методологических основ выбора разупрочнякщего раствора для обработки угля и породы и'практических рекомендаций по применению выбранного состава раствора при определенных видах механического разрушения,
Апробяипя работы. Диссертационная работа и ее положения докладывались я обсуадалиеь на научных семинарах отделения нетрадиционных способов добычи ИГД пм.А.А.Скочвнского (Люберцы, I983-I99I гг.), УП Всесоюзной научной конференции вузов с участием НИИ "Комплексные исследования физических процессов горных пород" (Москва, 1981 г.), конференции аспирантов п молодых ученых ИГД им.А.А.Скочинского по итогам научных исследований,(Москва, 1981 г.),У республиканской научно-технической конференции молодых ученых и специалистов горной промышленности Грузии "Совершенствование технологии и механизации добычи полезных ископаемых" (Тбилиси, 1986 г.), Всесоюзной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов угольной промышленности о участием стран-членов СЭВ (Москва, 1987 г.), Всесоюзной конференции по коллоидной химии двспероных систем (Канев, 198? г.), .Ш Всесоюзной конференции по геотбхнологическим методам добычи полезных ископаемых "Проблема геотехнологии" (Люберцы, Новочеркасск, 1983 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликована 21 печатная работа.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав в заключения, изложенных на 123 страницах машинописного текста, содержит 18 рисунков, II таблиц, список литературы из 97 наименований и 3 приложения.