ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА НАГНЕТАНИЯ ПОДМЫЛЬНОГО ЩЕЛОКА В СЕРОВОДОРОДСОДЕРЖАЩИЙ УГОЛЬНЫЙ ПЛАСТ ЧЕРЕЗ ДЛИННУЮ СКВАЖИНУ

Магистрт горного дела Е.С. Жексенаев

Научный руководитель доцент, к.т.н. Р.К. Камаров

Карагандинский государственный технический университет, г.Караганды, Республика Казахстан

Скважина для нагнетания хладагента Скважина для нагнетания воды

Вентиляционный промштрек 8-10 м 3-4 м 15 – 20 мє 80 м

Процесс охлаждения угольного массива продолжался 2 ч 35 мин, в течение которых было израсходовано 650 кг жидкого азота. По мере приближения линии очистного забоя к обработанной азотом зоны на 1,5 – 2 м производили закачку жидкого азота в следующую скважину. Охлаждение угольного массива производили до момента превращения серосодержащих газов в

жидкое или твердое состояние. Экспериментально установлено, что кипение жидкого азота в скважине в результате контактирования с горными породами обеспечивает высокую эффективность охлаждения угольного массива и снижения выделения серосодержащих газов в шахтную атмо-

сферу. До охлаждения угольного массива его увлажняли водой с целью подавления пыли. При этом расстояние между увлажняющими скважинами составляло 20 м. При подвигании очистного забоя по охлажденному участку концентрация сероводорода снизилась с 430 до 70 – 90 мг/м3. Для снижения концентрации серосодержащих газов в шахтной атмосфере до санитарных требований, проводили дополнительную обработку отбиваемого угля

распыленным водным раствором глицерина в концентрации 1,0%. В шахтных условиях для подачи глицерина в оросительную систему комбайна применен дозатор 453 смачивателя ДСУ-4, предназначенный ранее для автоматической добавки смачивателя ДБ к воде, используемой для смачивания пыли (см. рис. 3).

Дозатор представляет собой герметичный резервуар, в который через сетчатый фильтр заливается 98%-й глицерин. В шахте дозатор подсоединяется к участковому оросительному водопроводу при помощи резьбового соединения. Поток воды создает перепад давления у сопла, вследствие чего вода поступает в резервуар, вытесняя из него глицерин. Дозировка глицерина определяется размером отверстия сменной насадки. Сменная насадка с диаметром отверстия 8 мм обеспечивает дозировку глицерина 0,8 – 1,0%. При изменении расхода воды подпружиненный попла-

вок перемещается таким образом, что сохраняется определенный перепад давления воды, благодаря чему осуществляется точность дозировки глицерина при колебаниях расхода воды в широких пределах. Для контроля за уровнем глицерина резервуар дозатора снабжен пробковыми кранами.

Во время работы комбайна по сероводородной зоне дозированный глицерин 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 глицерина с остаточным объемом серосодержащих газов, результатом которого является полная адсорбция серосодержащих газов. При приготовлении водного раствора глицерина и гидроксида щелочного металла количество раствора берут из расчета 4,2 г глицерина, 1,0 г гидроксида калия или натрия на 1 л раствора. При таком соотношении глицерина С3Н8О3, гидроксида калия КОН или натрия NаОН и воды получают 0,5%-й С3Н8О3; 0,1%-й КОН или NаОН. Для приготовления 1,0%-го С3Н8О3 берут 8,8 г С3Н8О3; 0,2%-го КОН или NаОН – 2 г гидроксида калия или натрия

на 1 л раствора. Аналогично готовится раствор с 0,3%-м глицерином и 0,2%-м гидроксидом калия или натрия. Эффективность предлагаемого состава

определяется сочетанием двух процессов: физического – адсорбция глицерином серосодержащих газов, а также химического –связывания их катионами гидроксида калия или натрия до образования средних солей

по реакциям:

H2S + 2KOH = K2S + 2H2O ;

SO2 + 2KOH = K2SO3 + H2O ;

H2S + 2NaOH = Na2S + 2H2O ;

SO2 + 2NaOH = Na2SO3 + H2O . (2)

454

Состав с нижним пределом глицерина (0,5%) и гидроксида щелочного металла (0,1%) рекомендуется при концентрации серосодержащих газов в рудничной атмосфере до 100 санитарных норм. Средний предел С3Н8О3 (1,5%) и NаОН или KОН (0,2%) берется при содержании серосодержащих газов в рудничной атмосфере от 100 до 150 норм. Верхний предел глицерина (3,0%) и гидроксида щелочного металла (0,2%) берется при очистке шахтной атмосферы с исходной концентрацией серосодержащих газов 150 норм и более. Состав для очистки шахтной атмосферы от сероводорода внедрен на шахте «Казахстанская» при отработке лав 254- d6 -2Ви 284- d6 -1В. Содержание сероводорода в забое лав 254- d6 -2В и 284- d6 -1В превышало допустимые Правилами безопасности нормы в 30 – 100 и более раз. Повы-

шенное содержание сероводорода ядовитого газа в рудничном воздухе привело к значительному снижению производительности труда вследствие ухудшения общефизического и психологического состояния горнорабочих, а также к частым остановкам комбайна, потере добычи угля. Растворы глицерина с едким натром подавались в зону резания угля, являющуюся

наиболее интенсивным источником выделения ядовитых газов (сероводорода и сернистого газа). Подача раствора осуществлялась с помощью дозирующего устройства ДСУ-4 через систему орошения очистного комбайна 1 ГШ-68

Концентрация сероводорода определялась в различных пунктах: по длине лавы (по зарубке угля перед комбайном, по зачистке угля за комбайном), в выработках с исходящей струей воздуха из лавы, а также

в выработках с поступающей струей. Одновременно замерялось количество воздуха, проходящего по сечению лавы. Концентрация H2S определялась как при неработающем комбайне, так и во время егоработы.

Принципиальная схема установки для ней-

трализации серосодержащих газов в очистном

забое: 1 – забойный скребковый конвейер; 2 – водя-

ная задвижка; 3 – регулируемый вентиль; 4 – вход-

ной вентиль; 5 – дозаторные установки ДСУ-4;

6 – манометр; 7 – высоконапорный рукав;

8 – комбайн; 9 – шнеки; 10 – факел орошения

Общий расход двухкомпонентного рас-

твора рассчитывается по формуле

1 2

2ρ ργ+⋅ ⋅ ⋅= H S в фp K Q C

M , кг/мин, (3)

где ρ1 и ρ 2 – концентрация C3H8О3 или

Н(ОСН2СН2)3 ОН и KОН или NaОН в рас-

творе, %.

Величина KH S 2 при использовании однокомпонентного раствора принимается равной 25, а при применении двухкомпо-

нентного раствора – 4,5. Применение водного раствора глицерина в концентрации (0,8 – 1,0%), едкого натрия (0,1%) в местах интенсивного вы-

деления ядовитых газов позволило снизить 455 содержание сероводорода на рабочих местах в 10 – 14 раз, обеспечить высокую скорость подачи комбайна и интенсивную выемку угля в очистном забое, что способствовало улучшению санитарно-гигиенических условий труда горнорабочих, увеличению нагрузки на лаву 1,8 – 2,5 раза [6].

При аномально высоком содержаниисеросодержащих газов в шахтной атмосфере, т.е. при превышении Н2S и SО2 допустимые Правилами безопасности нормы в 100 и более раз, рекомендуется использование способа очистки шахтной атмосферы от серосодержащих газов, включающего распыление в зоне выделения газов водного раствора жирной кислоты

(0,5 – 1,0%), едкого натрия (0,1 – 0,3%), углекислого натрия (0,1 – 1,0), хлористого натрия (11 – 12%) и воду (88,3 – 85,7%) [5].

Технология приготовления раствора в шахтных условиях (рис. 5) заключается в следующем: один кубометр исходного подмыльного щелока (отхода производства завода синтетических моющих средств

(СМС) г. Шахтинска Карагандинской области), содержащий перечисленные выше, в массовой доле, разводят двумя кубометрами шахтной воды с противопожарного оросительного трубопровода (1), открывая вентиль фланцевый (2) в водяном баке емкостью 3 м3 (3). При таком соотношении

подмыльного щелока и шахтной воды получают реагент, содержащий следующие соотношение компонентов, в массовой доле, %: жирные кислоты (0,16 – 0,33), едкий натрий NаОН (0,03 – 0,1), углекислый натрий Nа2SО3 (0,03 – 0,33), хлористый натрий NаCL (3,66 – 4,0) вода Н2О, осталь-

ное.

Затем полученный раствор с помощью насоса (4) подают через штрековый фильтр (5) для очистки раствора от механических примесей в забойный трубопровод (6), затем через комбайновый фильтр (7) к форсункам (8) оросительной системы шнеков (9) комбайна (10).

При распылении раствора в зоне работы режущих органов комбайна наряду с подавлением угольной пыли происходит контактирование серосодержащих газов с раствором подмыльного щелока, т.е. с раствором жирных кислот, едкого натрия, углекислого натрия и хлористого натрия, ре-

зультатом которого является адсорбция и нейтрализация серосодержащих газов.