Введение к работе
Актуальность работы. Интенсификация производственных процессов добычи угля и концентрация горных работ сопровождаются ростом пылеобразовапия и пылевыделения в шахтную атмосферу. В настоящее время Кузнецкий бассейн является основным поставщиком угля в России. Уровень травматизма и профессиональной заболеваемости в Кузбассе в течение последних нескольких десятков лет остается превышающим средний показатель по Российской Федерации более чем в 2 раза. В Кузбассе ежегодно происходит в среднем до 11 случаев вспышек газа и пыли, в том числе взрывов. По масштабам разрушений и числу жертв взрывы угольной пыли представляют большую опасность и нередко носят катастрофический характер.
Основное количество взрывов происходит при ведении очистных и подготовительных горных работ, а также при ведении монтажных работ с нарушениями вентиляционного режима. Для снижения запыленности воздуха в горных выработках осуществляется ряд мероприятий: вентиляция, предварительное увлажнение угольного массива, орошение на комбайне, водяные и туманообразующие завесы, тканевые лабиринты, обмывка выработок и др. Эти способы не обеспечивают снижения концентрации пыли в воздухе до предельно допустимых концентраций по санитарным нормам, используемые средства пылеподавления не обеспечивают на должном уровне пылевзрывобезопасность при разработке угольных пластов, поэтому необходимо воздействовать на источники пылеобразования с целью снижения интенсивности пылевыделения.
Снижение пылеобразующей способности угля может быть обеспечено за счет изменения свойств и состояния угольного массива путем нагнетания в массив смачивающе-связывающей пыль жидкости. В ряде случаев эффективность предварительного увлажнения угольного массива является недостаточной из-за низкой смачиваемости поверхности угля и неравномерности распределения нагнетаемой жидкости в пласте. Вопросы, связанные с процессами взаимодействия угля и жидкости, с выбором жидкостей, эффективно снижающих пылеобразующую способность угольного массива, недостаточно изучены. Все это обусловливает необходимость проведения исследований, направленных на повышение эффективности методов обработки угольного массива с целью снижения его пылеобразующей способности.
Таким образом, разработка методов повышения пылевзрывобезопасности угольных шахт на основе термовлажностной химреагентной обработки угольного массива, которые могут обеспечить эффективное снижение запыленности воздуха и интенсивности пылеотложения в горных выработках и тем самым повысить безопасность ведения горных работ, является актуальной научной задачей.
Цель работы - установление зависимостей пылеобразующей способности угля от концентрации смачивателя в растворе и его температуры для повышения пылевзрывобезопасности при разработке угольных пластов путем термовлажностной химреагентной обработки угольного массива.
Идея работы состоит в том, что снижение удельного пылевыделения обеспечивается за счет повышения смачиваемости и равномерности увлажнения массива при одновременном воздействии температурного градиента и концентрации раствора смачивателя.
Научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна:
эффективность связывания пыли при термовлажностной химреагентной обработке угольного массива зависит от степени метаморфизма угля, удельного расхода и давления нагнетаемой жидкости, времени увлажнения, концентрации и температуры раствора смачивателя;
рациональные параметры термовлажностной химреагентной обработки (концентрация и температура раствора, удельный расход жидкости, время смачивания) угольного массива получены на основе установленных в работе зависимостей пылеобразующей способности угля от концентрации смачивателя в растворе, температуры раствора и времени контакта угля с раствором;
эффективность смачиваемости и равномерности увлажнения угольного массива определяется взаимодействием адсорбционно-связанной влаги в угле с сорбированными углеводородами в системе «уголь-жидкость-газ»;
применение разработанной методики термовлажностной химреагентной обработки угольного массива, включающей нагревание раствора смачивателя и использование оптимальных концентраций смачивателя, позволит обеспечить значительное снижение запыленности воздуха и интенсивности пылеотложения в горных выработках, что способствует повышению пылевзрывобезопасности шахт.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:
достаточным объемом шахтных и лабораторных исследований (более 500);
высокими значениями показателей тесноты статистической связи в полученных уравнениях регрессии (коэффициент корреляции не ниже 0,8);
удовлетворительной сходимостью результатов лабораторных исследований и расчетных значений снижения запыленности воздуха с шахтными исследованиями и исследованиями других авторов (расхождение не превышает 15%);
положительными результатами шахтных испытаний обеспыливающей термовлажностной химреагентной обработки угольного массива на шахте «Алардинская» ОАО «ОУК «Южкузбассуголь».
Научное значение работы заключается в обосновании рациональных параметров термовлажностной химреагентной обработки угольного массива, обеспечивающих снижение запыленности воздуха в очистных и подготовительных забоях в среднем в 2-2,5 раза по сравнению с применяемыми в шахтных условиях параметрами увлажнения.
Практическая значимость исследований состоит в разработке методики термовлажностной химреагентной обработки угольного массива с целью снижения интенсивности источников пылевыделения на основе установленных зависимостей пылеобразующей способности угольных пластов от температуры и концентрации смачивателя.
Реализация работы. Результаты научных исследований и рекомендации были использованы при шахтных испытаниях обеспыливающей химреагентной обработки угольного массива на шахте «Алардинская» ОАО «ОУК «Южкузбассуголь».
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на научных симпозиумах «Неделя горняка» в 2006 - 2009 гг. и научных семинарах кафедры «Аэрология и охрана труда».
Публикации. Основные положения диссертации и результаты исследований опубликованы в 8 научных статьях.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения; содержит 19 таблиц, 27 рисунков, список литературы из 109 наименований и 3 приложения.
