Введение к работе
Актуальность проблемы. Освоение подземного пространственно-материального ресурса, как в традиционных целях, в качестве источника полезных ископаемых, так и в определившейся и неизбежно усиливающейся тенденции системного и многоцелевого его использования, яа современном этапе развития неразрывно связано с успешным решением двух задач: обеспечение нормального состава атмосферы подземного пространства; снижение загрязнения атмосферного воздуха выбросами вредных веществ, источниками которых являются технологические объекты подземного базирования.
Первая задача, традиционно решаемая методами вентиляции, имеет ограничения эффективности как по материальным затратам, в случаях сложных, разветвленных вентиляционных сетей, так и по времени нормализации атмосферы рабочего пространства, в случаях камер большого объема.
При этом решение первой (внутренней) задачи вступает в противоречие с санитарно-гигиеническими целями селитебных зон и экологическими - нормативное содержание вредных компонентов в атмосферном воздухе. Поэтому выбросы вредных веществ этих предприятий подлежат нормированию.
Решение второй (внешней) задачи обеспечивается различными способами, относящимися к следующим основным направлениям: воздействие на источник, снижающее генерирование вредных веществ, либо замена технологий на менее вредные; удержание в границах технологических систем и ее элементов, реализуя идею замкнутых циклов; уменьшение на пути движения вредностей к объекту защиты, превращением токсичных компонентов в сырье или полезный продукт путем утилизации и переработки.
Попытка решать внешнюю задачу в направлении очистки газов на выходе из технокомплекса (предприятия) малоэффективна. Не представляется возможным в обозримом будущем решать задачу совершенствованием технологий, так как при создании подземного пространства буровзрывным способом самые совершенные технологии не могут обеспечить нулевой баланс взрывного горения, а при использовании подземного транспорта с двигателями внутреннего сгорания на стадии эксплуатации подземного пространства массовое применение дорогостоящих нейтрализаторов экономически не оправдано.
Отсюда поиск вариантов решения, удовлетворяющего требованиям внешней и внутренней задач является актуальной проблемой успешного освоения подземного пространства.
Вариантом такого решения может стать использование адсорбционных свойств горных пород для поглощения токсичных продуктов горения органического топлива, особенно диоксида азота и оксида углерода, которые составляют основу токсических выбросов и по которым нормируются выбросы в окружающую среду.
С учетом вышеизложенного целью диссертационной работы является создание научно-обоснованного подхода к изучению и использованию адсорбционных свойств горных пород в качестве способа нормализации воздушной среды подземного пространства и снижения выбросов в атмосферу диоксида азота и оксида углерода.
Сформулированная цель работы определила постановку и решение следующих основных задач:
использование потенциальной адсорбционной способности горных пород в гетерогенных системах горные породы - диоксид азота и горные породы - оксид углерода;
исследование кинетики процессов адсорбции в изучаемых гетерогенных системах;
установление факторов, влияющих на потенциальные и кинетические возможности изучаемых систем;
определение факторов, позволяющих управлять процессами адсорбции в различных условиях подземного пространства;
определение путей технологического оформления управляемых адсорбционных процессов в подземных организованных гетерогенных реакторах.
Методы исследования: теоретический анализ научно-технической литературы; экспериментальные исследования в лабораторных условиях; математическое моделирование совместных процессов адсорбции газов горными породами и выноса вредных компонентов вентиляционным потоком; экспериментальная проверка результатов теоретических и лабораторных исследований в производственных условиях.
Натчные положения, представляемые автором к защите:
- методологический подход 'к изучению и использованию
адсорбции токсичных компонентов горными породами в условиях
осваемого подземного пространства;
метод определения адсорбционной емкости горных пород и кинетических характеристик процесса;
методы определения макрокинетических закономерностей процесса и конечной скорости адсорбции, протекающей в условиях осваемого подземного пространства;
способы повышения эффективности адсорбции газов горными породами;
метод учета газа, адсорбируемого неорганизованными подземными гетерогенными реакторами;
метод создания в подземном пространстве управляемых гетерогенных систем.
Обоснованность и достоверность научных положений,изложенных в диссертационной работе подтверждаются принятыми теоретическими посылками, основанными на современных представлениях о процессах адсорбции; использованием проверенных и широко применяемых в практике адсорбционных исследований методов; результатами лабораторных исследований, согласующимися с теорией и практикой изучения поверхностных свойств адсорбента, адсорбционного равновесия, кинетики и макрокинетики процессов; удовлетворительной сходимостью основных результатов теоретических и лабораторных исследований с данными натурных наблюдений; внедрением предлагаемых решений в производство и учебный.процесс.
Научная новизна.Разработана методология изучения и использования для нормализации атмосферы адсорбционных свойств горных пород в осваиваемом подземном пространстве включающая: методику изучения влияния влажности на адсорбционные свойства горных пород, с использованием оригинальной конструкции измерительной кюветы; методику изучения радиандонно-стимулированной адсорбции.
Предложен принцип и классификация локальных гетерогенных реакторов и определения лимитирующей области протекания процесса в условиях неорганизованных гетерогенных реакторов осваиваемого подземного пространства.
Определены факторы, влияющие на адсорбцию в условиях подземного пространства и предложены параметры управления процессами адсорбции в организованных гетерогенных реакторах.
Установлены: хемосорбционный характер процессов, протекающих в изученных гетерогенных системах; влияние радиационного стимулирования и паров воды на потенциальную адсорбционную способность исследуемых горных пород.
Научное - значение работы заключается:
в том, что предложенный методологический подход может быть использован при изучении адсорбции и проектировании управляемых гетерогенных систем для любых горно-геологических условий и подземных технологий при решении проблем нормализации атмосферы на основе явления адсорбции;
в использовании полученных результатов, в решении следующих задач нормализации атмосферы подземного пространства при неограниченной вариабельности условий: учет адсорбируемого газа неорганизованными гетерогенными реакторами; прогнозирование адсорбционных возможностей неорганизованных и организованных гетерогенных систем; управление и оптимизация адсорбцией в организованных гетерогенных системах.
Практическая ценность работы. Результаты работы легли в основу "Временной инструкции по расчету количества воздуха, необходимого дош проветривания калийных рудников Прикарпатского месторождения", которая может быть использована на действующих предприятиях и при проектировании, строительстве новых и реконструкции действующих рудников. Результаты могут быть использованы при проектировании управляемых гетерогенных реакторов, нормализующих атмосферу подземного пространства, в которых в качестве адсорбента используются горные породы.
Реализация результатов работы. По результатам работы разработана "Временная инструкция по расчету количества воздуха, необходимого-для проектирования калийных рудников Прикарпатского месторождения". Внедрены в учебный процесс кафедры Экологии ДВГТ7 в курсы дисциплин "Охрана труда", "Экология горного производства" и "Безопасность жизнедеятельности" способы нормализации атмосферы, в основе которых лежат адсорбционные свойства горных пород.
Апробация работы. Основное содержание диссертационной работы и ее разделов доложены, обсуждены и одобрены на: I Всесоюзной научно-технической конференции "Физико-техни-
ческие проблемы управления воздухообменом в горных выработках большого объема" (Сланцы, 1976); П Всесоюзной научно-технической конференции "Физико-технические проблемы управления воздухообменом в горных выработках большого объема" (Кохтла-Ярве, 1979); Ш Всесоюзном научно-техническом симпозиуме "Физико-технические проблемы управления воздухообменом в горных выработках больших объемов" (Кохтла-Ярве,1983).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 5 работ и получено 2 авторских свидетельства.
Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав и заключения, рисунков, таблиц и перечня использованной литературы.
Похожие диссертации на Нормализация воздушной среды с целью обеспечения безопасных условий в подземном пространстве
