ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЕ ВОДЕЙСТВИ
СЕРОСОДЕРЖАЩИЕ
ГАЗЫ ПРИ ВВЕДЕНИИ ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ РАБОТ
Магистрт горного дела Е.С. Жексенаев
Научный руководитель доцент, к.т.н. Р.К.
Камаров
Карагандинский государственный технический университет, г.Караганды,
Республика Казахстан
На угольных шахтах при
отработке пластов часто наблюдаются
случаи выделения сероводорода и сернистого газа в местах
интенсивного
разрушения угля. Проявления серосодержащих газов имеют
локальный
характер с ограниченными размерами зон по падению и
простиранию
угольных пластов. В отдельных случаях их концентрация в
шахтной
атмосфере в несколько десятков раз превосходит предельно
допустимые
концентрации (ПДК). При столь интенсивном выделении
серосодержащих
газов снижение их концентрации до ПДК лишь средствами
вентиляции
невозможно. Слабая газоотдача сероводорода и сернистого газа
из угольныхпластов не позволяет применять известные способы дегазации,
направленные на предварительное извлечение этих газов из разрабатываемых пластов и удаления их
изолированно от атмосферы горных выработок.
Для повышения эффективности борьбы с серосодержащими газами в
горных выработках КО ВостНИИ в 1976-1978 гг. был разработан
комплекс
мер, основанных на нейтрализации серосодержащих газов химическими
реагентами. К ним относятся следующие меры: обработка мест
интенсивного выделения серосодержащих газов (в первую очередь зоны режущего
органа комбайна) раствором гашеной извести; предотвращение поступления газов из
отбитого угля путем обработки его поверхности жидкими химическими веществами,
подаваемыми в виде пены, которая создает защитный слой, препятствующий
выделению газов в атмосферу; предварительная обработка угольного массива
раствором каустической соды. Использование их не дало ожидаемых результатов.
Необходимо было изыскать и разработать новые, более эффективные способы борьбы
с серосодержащими газами.
Исходя из особенностей
выделения серосодержащих газов
установлены возможные пути их нейтрализации с применением
химических реагентов. При выборе их большое значение придавалось тому, чтобы
они были не токсичными, дешевыми, удобными в обращении, недефицитными, активно
реагировали с сероводородом и сернистым газом.
По результатам проведенных
исследований нами разработан способ
очистки шахтной атмосферы от серосодержащих газов, основанный
на их
нейтрализации путем распыления в зоне выделения газов водных
растворов реагентов, отличающийся тем, что включает адсорбцию серосодержащих газов,
а в качестве реагента применяют подмыльный щелок, содержащийследующие
соотношения компонентов, в массовой доле, %:
– жирные кислоты
0,5 – 1,0
– едкий натр NaOH
0,1 – 0,3
– углекислый натрий Na2СО3
0,1 – 1,0
– хлористый натрий NaCl
11 - 12
– вода Н2О
88,3 – 85,7
Технология приготовления раствора в шахтных условиях заключается
в следущем: один кубометр исходного подмыльного щелока
(отхода
производства завода синтетических моющих средств (СМС) г.
Шахтинска,
Карагандинской области) разводят двумя кубометрами шахтной
воды с
противопожарного оросительного трубопровода, открывая
вентиль фланцевый в водяном баке емкостью 3 м3. При
таком соотношении подмыльного щелока и шахтной воды получают реагент,
содержащий следующие соотношение компонентов, в массовой доле, %:
– жирные кислоты
0,16– 0,33
– едкий натр NaOH
0,03 – 0,1
– углекислый натрий Na2СО3
0,03–0,33
хлористый натрий NaCl
3,66 – 4,0
– вода Н2О
Остальное вода.
Затем полученный раствор с помощью насоса подают через
штрековый
фильтр для очистки раствора от механических примесей в
забойный
трубопровод, затем через комбайновый фильтр к форсункам
оросительной
системы шнеков комбайна.
При распылении раствора в атмосфере выработки, и особенно, в
зоне
работы режущих органов комбайна происходит, наряду с
подавлением
угольный пыли, контактирование серосодержащих газов с
раствором
подмыльного щелока, т.е. с раствором жирных кислот, едкого
натрия,
углекислого натрия и хлористого натрия, результатом которого
является
адсорбция и нейтрализация серосодержащих газов /1/.
В шахтных условиях для подачи подмыльного щелока в оросительную
систему комбайна рекомендуется применения дозатора смачивателя ДСУ-4,
предназначенный ранее для автоматической добавки смачивателя ДБ к воде,
используемой для смачивания пыли в местах ее образования или отложения.
Дозатор представляет собой герметичный резервуар, в который
через
сетчатый фильтр заливается подмыльный щелок. В шахте дозатор
подсоединяется к участковому оросительному трубопроводу при
помощи
резьбового соединения. Поток шахтной воды создает перепад
давления у
сопла, вследствие чего вода поступает в резервуар, вытесняя
из него
подмыльный щелок.
Для контроля за уровнем подмыльного щелока резервуар дозатора
снабжен пробковыми кранами.
Во время работы комбайна по сероводородной зоне дозированный
подмыльный щелок подается на форсунки, установленые на
комбайне. При распылении раствора в атмосфере выработки, и особенно, в зоне
работы режущих органов комбайна происходит, наряду с подавлением угольный пыли,
контактирование серосодержащих с раствором жирных кислот, едкого натрия, углекислого натрия и хлористого натрия,
результатом которого является
адсорбция и нейтрализация серосодержащих газов.
Эффективность
предлагаемого способа определяется сочетанием двух
процессов: физического – адсорбция жирными
кислотами серосодержащих газов, а также химического - в составе подмыльного
щелока имеются следующие кислоты:
-
C17 H35 COOH + NaOH = C17 H35 COONa + H2O
(1)
стеариновая кислота
стеарат натрия
из хозяйственного мыла
-
C17 H33 COOH + NaOH = C17 H33 COONa + H2O
(2)
олеиновая кислота
олеинат натрия
из туалетного мыла
- связывания их катионами гидроксида натрия
до образования средних
солей по реакциям
H2S + 2NaOH = Na2S + 2H2O;
(3)
SO2 + 2NaOH = Na2SO3 + H2O
(4)
- процесса гидролиза углекислого натрия с
образованием щелочной
среды (водородный показатель рН>7, среда
щелочная)
Na2CO3 + 2H2O →2 NaOH + H2CO3
(5)
Щелочь, образующаяся при гидролизе Na2CO3, также связывает
сероводород и сернистый газ по приведенным
выше уравнениям (3 и 4)
- хлористый натрий, присутствующая в
растворе не гидролизуется
(рН≈7, среда близка к нейтральной)
- входящие в состав подмыльного щелока Na2CO3 и NaCL реагируют с
сероводородом, превращая его в сульфиды
Na2CO3 + H2S = Na2S + H2CO3
(6)
2NaCL + H2S = Na2S + 2HCL
(7)
Сравнительная
оценка способа очистки шахтной атмосферы от
серосодержащих газов приведены в таблице 1.
Наряду с нейтрализацией выделяющихся газов
описанными выше
Методами необходимы также усиленное
разбавление их средствами
вентиляции, проветривание очистных забоев
таким образом, чтобы
направление воздушной струи совпадало с
направлением транспортирования угля.
Применение
в комплексе перечисленных выше мер приведет к
значительному снижению содержания
сероводорода и сернистого газа в
шахтных выработках, созданию безопасных
условий труда горняков,
достижению высоких технико-экономических
показателей работы
механизированных комплексов в
неблагоприятных условиях.
Актуальность этих мероприятий заключается в
том, они позволяют
надежно снизить содержание серосодержащих
газов при разработке
угольных пластов до предельно допустимой
концентрации.
из поддерживаемого людского
ходка пласта Д10 и каптаж метано-воздушной смеси перфорированными
трубами из-за перемычки, выложенной в вентиляционной выработке. На участке
проводилась также дегазация разрабатываемого пласта параллельно-одиночными
пластовыми скважинами.
Над монтажной камерой было
пробурено 2 куста скважин по три скважины в каждом кусте. Длина каждой скважины
составляла 60–80 м. Дебит метана из скважин, пробуренных над монтажной
камерой, в процессе отработки лавы в основном колебался от 2,0 до 3,7 м3/мин.,
что приводило к снижению газообильности лавы на 25–30 %. За весь период
работы скважин, длившийся 90 суток, извлечено 400 тыс. м3 метана.
Подобные крупномасштабные
работы по совершенствованию дегазационных систем в последнее время проведены на
шахтах им. Костенко, «Абайская», «Шахтинская». Это позволило не только
увеличить нагрузку на лавы, но и средствами дегазации извлечь из недр огромное
количество метана.
В угольном департаменте АО
«Миттал Стилл Темиртау» ведутся работы по совершенствованию оборудования для
бурения дегазационных скважин. Разработанный силами угольного департамента
станок «Старт М-1» с электрическим приводом и системой автоматического
регулирования подачи позволяет улучшить показатели бурения более чем в 1,5 раза
в сравнении с серийно применяемой техникой, ликвидировать загазирование
выработок при бурении разгрузочных скважин и в конечном итоге увеличить темпы
проведения выработок.
СПИСОК
ЛИТЕРАТУРЫ
1.
А.с. 1138516 СССР, кл. Е 21 F 5/06. Способ очистки
шахтной
атмосферы от серосодержащих газов
/
К.Н. Адилов, Н.А. Дрижд, А.А. Джакупов, Р.К. Камаров и
др.
(СССР). – 1985, Бюл. № 5.