автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Разработка способов снижения газовыделения из отбитого угля с применением водных растворов полимеров

г-

АКАДШШ НАУХ РЗСПУШШ КАЗАХСТАН

ИНСТИТУТ ГОРНОГО ДЕЛА

На прагах рукописи

ПАК ЛЕВ НИКОЛАЕВИЧ

разработка способов снижен!« газовэдшшя из отбитого

угля с ттешшиш водах растворов шшшров

05.25.01 - Охрана труда и

пожарная безопасность

автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ал.;а-Ата 1952 г

Работа выполнена з Институте горного дела Академии наук

Республики Казахстан

Научный руководитель - доктор технических наук

шташов Т.Е. Официальные оппонент - доктор технических наук, профессор

АЛРЖ! А.Т.

кандидат технических наук НЕНАШЕВ Н.В.

Ведущая организация - Производственное объединение "КАРАГАНШГОЛЬ"

Защита диссертации состоится " ^ " "■'¿¡•X- " 1992 г. в чао. на васедашхи специализированного совета К - 008.

15.01 ИГД АН Республики Казахстан по адресу:

48G046, г. Алма-Ата, пр. Абая, 191.

С диссертацией мокно ознакомиться в библиотеке ИГД АН Республики Казахстан

Автореферат разослан " 27 " ¿¡"/^е^я* J992 г.

Учёный секретарь ^

специализированного совета ¿^Lj^у с.И.ПЕТРОВИЧ

докг. техн. наук

ОБЩАЯ ХАРЖТЕРИСТЩГ РАБОТЫ

Актуальность гемн. На современно:.! этапе развятш.угольных шахт решающая роль принадлежит высокопроизводительным забоям. Задача достижения высоких- нагрузок и темпов проходка не монет' бить успешно решена без обеспечения в забоях безопасных условий труда.

Широкое внедрение высодолропзводиголыюЗ техники, обсонета-ванцих механизации процессов отбойки, погрузи! и транспорта спо-ооботвуе? увелячешш производительности еабоев а оказывает существенное влияние на повышение безопасности работ. Однако, с увеличением глубины разработки, услолкением горно-геологических условий газообильность действу шдах выработок неуклонно возрастает. Одним из основных источников газовыдалеяия в действуйте выработки, является отбитый уголь и, несмотря на "ряд мероприятий по улучшении проветривания выработок и широко^ внедрению различиях способов дегазации, газовыделеше и», отбитого угля при высота нагрузках и темпах проходки является основншл фактором, препятствующим рацио- . нальншу использовании современной високопроизводагельной техники. Применяемые способы по сяяяешш Газовыделеяия из отбитого угля как в процессе отбойки, так и во время транспортирования недостаточно ¡фиктивны. II о э го.'.у решение задач по енгшекию газовыделения лз отбитого угля является актуальной.

Целью.работы является разработка новых аффективных способов снижения метановыделекия в действующие выработки и повышение безопасности труда.

Идея работы заключается'в целенаправленном изменении газопроницаемости _угля и снижения газовая еления из отбитого угля за счет перекрытия устьев пор адсорбирующимися на поверхности угля молекулами полимеров, обладающих высоким адгезионным взаимодействием на контакте с углем.

Методы исследований. В работе использовался комплексный метод исследований, вкючаюдий анализ и научное обобщение литературных и фондовых материалов, комплекс физико-химических исследований (экспериментальное определение адсорбции молекул полимера из раствора, изменения смачиваемости угля от концентрации раствора, влияния адгезии полимера на скорость метановыделения из отбытого угля, зависимости метановыделения из отбитого угля яг трального расхода раствора полимера), анализ и обработка экспортатпх данных, аналитические исследован« и проверка а натурных условиях применимости полученных зависимостей снижения газовыделения кз отбитого угля в зависимости от степени заполнения поверхности угля адсорбирован-

ними молекулами.полимера и адгезионного взаимодейсгвия молекул полимера с углем.

Кзутаые положения. разработанные лично соискателем и защищаемые в работе: '

- адгезионное взаимодействие молекул полимера с углем в заполнением поверхности угля адсорбирующимися молекулами приводит к блокировании метана в отбитсм угле по нелинейной зависимости между объёмом блокирования метана и величиной работы адгезии, достигая максимума блокирования при пели чине работ адгезии соответствующей -оптимальной концентрации;

- скорость газоввдеяешш из отбитого угля, увлажненного растворами полимеров, снижается в зависимости ог концентрации полимера по экспоненциальной закономерности, позволяющая определить наиболее эффективный диапазон изменения концентрации;

- аналитическое решение задачи по определению оптимального удельного расхода рабочей жидкости путем использования уравнений течения вязкой несжимаемой жидкости с учетом основных физико-химических свойств растворов полимеров и угля для достижения максимального эффекта блокирования метана в отбитом угле.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается количественным и качественным соответствием теорем -ческих исследований с результатами лабораторных экспериментов, положительными результатами опытно-промышленных испытаний свосо -бов, разработанных в ходе, выполнения работы, обоснованных досга -точным количеством отобранных проб отбитого угля на остаточную ме-таноносносгь и замерами концентрации метана в призабойном прост ранстве выработки, необходимое количество которых было определено на основе метода рационального планирования экспериментов.

Научная новизна работы заключается в:

- обосновании эффекта блокирования метана в отбитом угле, увлажненного раствором полимера,' ог концентрации используемого раствора, краевого угла смачивания, адгезии полимера на контакте с углем, вида полимера и степени' развитости угля;

- установления экспоненциальной закономерности сниаешш темпов газовыделекия из отбитого угля, увлажненного раствором полимера, ог концентрации используемого раствора;

- обосновании зависимости оптимального удельного'расхода "рабочей жгдкосгл от физико-химических свойств используемого раствора и обрабатываемого угля.

Пракгкооокая ценность работы. Разработанные способы окпаешт' •

газоввделекия из отбигого угля, защищенные авторскими свядетель-отвами ( A.C. le 1513095, № I624I9I) позволяют повысить производительность труда за счет снижения частоты превышения допустимой по ПБ концентрации метана в действующих забоях, повисить безопас -носгь ведения горних работ и улучшить санитарно-гигиенические условия труда. Методика расчета оптимального удельного расхода рабочей жидкости для достижения максимального эффекта блокирования метана в отбитом угле использована при определении параметров физико-химического воздействия на уголь. Теоретические положения могут быть использованы для целенаправленного поиска новых водорастворимых полимеров для орошения отбигого угля о целью снижения газовыделения из него в процессе отбойки.

..Реализация работа. Способ борьбы с газом при подземной разработке угольных месторождений с использованием водного раствора полимера прошел опытно-промышленную проверку на шахтах им. 60-летия Октябрьской революции, гол. Т.Вузембаэва И.О. "Карагандауголь" и рекомендован к использованию. Предложенный способ снизил газовыделение из отбигого угля, в среднем, на 29 что позволяло снизить абсолютна» газообильность забоев и повысить безопасность труда горнорабочих.

Апробация работа. Основные положения диссертации докладцва-лись на конференции ученых я специалистов ИГД АН КазССР (Алма-Ага, 1986, 1988 г.), на научном семинаре лаборатории рудничной газодинамики и техники безопасности ИГД АН КазССР (Алма-Ата, 1989) на MIL Всесоюзном совещании "Управление вентиляцией и газодинамическими явления?.® в шахтах" (Новосибирск, 1991г.), на расширенном заседании лаборатории (Алма-Ата,1991 г,).

Работа выполнена по плану НИР по темам "Разработка и исследование способов управления метановыделением из отбитого угля при очистной выемке высокогазоносных угольных пластов", входящей в координационный план 3.2.1.6 "Разработка научных основ проектирования и эксплуатации горно-тех.нологических комплексов в условиях шахт Карагандинского бассейна" (I98I-IS85 г.г.) п "Создание и опытно-промышленная проверка эффективных cnc-icisa обеспечения безопасности работ при вемке газоносных угольных пластов" (1986 -IS90 г. .утверззденой постановлением Президиума-АН КазССР), .

Публикация. По результатам выполненных исследований опубликовано 8 работ, в том числе полуочко Г, лэторсянх свидетельства.

Объём работа. Диссертация срсгоиг но сведения, 5 глав л .'заключения, содержит . страниц машинописного гек^та, я;-л:г,я &

иллротрацп?'., rndjL'ni, спксск ^iTCv^ryi-a г.з ь^нмс-нс^шпй, А прило>/.е1шк.

ООДЕРИШЕ РАБОТЫ

Динамика удельного веса шахт различной категории метаноо ~ бяльности характеризуется тем, что доля сверхкатегоркых шахт и шахт третьей категории неуклонно возрастает, составив в 1989 году 65,4 % во обищу числу шахт, находящихся в эксплуатации во всех угольных бассейнах страны. Прячем как показали шахтные-наблюдения, в условиях скоростного проведения подготовительных выработок и высоких нагрузок на овдотнне забои роль газоведеления из отбитого угля значительно возрастает.

В этой связи изучение кинетики и влияющих факторов на про -цесс метановыделешш ив отбитого угля имеет большое практическое значение. Экспериментальному изучению кинетики газовыделения из отбитого угля в лабораторных и иахтных условиях и мерам по его снижению иосвящены работы ИГД ям. А.А.Сяочинского, МГИ, ИПКОНРАН, ДШ, ВостБШ, КО ВосгНИИ, КакШШ, ИГД АН РК, КарПТИ г других на-учЕшх организаций и ВУЗов. .

. Анализ литературных источников показал, что в условиях интенсификации очистных работ, повышения нагрузки на в обой, увеличения темпов проходки подготовительных выработок доля газовыделения из отбитого угля б общем газовом балансе действующих забоев возрастает, достигая 60-70 %, что приводит к возрастанию опасностей связанных о превышением безопасной концентрации метана на исходящей струе. Применяемые в настоящее время средства вентиляции, дегазаций, предварительного увлажнения угольного массива водой и физико-химического воздействия на угольный массив с целью снижения поступления злетана из отбитого угля в целом ряде случаев недостаточны для обеспечения безопасных условий труда горнорабочих.

По результатам проведенного исследователями комплекса работ по изучении структуры и свойств ископаемых углей было установлено, что уголь является органическим высокополямером, а поверхность угля гетерополярна с преикуществзнной гидрофобностью, и что для улучшения смачивания (гидрофальности) необходимо применять раз -личные смачиватели.

Многочисленные экспериментальные данные по физико-химячес-коцу воздействию на угольный маосив свидетельствуют о том, что растворы поликовденсациошшх смол значительно улучшают смачиваемость угля, позволяют снизить' газовыделение из обнаженной поверхности пласта. Однако, метановоделение из отбитого угля при данном способе прчктичоски не снющегся, более того, использование предлсхзтшх высскспслекулярних соединении в ряде «[учаев приво-

дат к загрязнении будничной атмосферы, опасными для здоровья рабочих парами, выделяющимися до полного огверадения. смол.

Для онижения метановыделекия в действующие выработки и повышения безопасности горных работ необходимо проведение теоретических и экспериментальных исследований по управлению газошде-лением из отбитого угля. Одним из направлений этих исследований . может- быть обработка отбитого угля в процессе отбойки водными растворами полимеров для блокирования метана в угольных порах, при этом водные растворы полимеров .долган быть п остро- взрыво-безопасными, не оказывать токсического я аллергического действия организм человека, иметь сравнительно невисокув стоимость.

В работе решались ел едущие основные задачи: •

- исследовать основные закономерности физико-химического взаимодействия водных растворов полимеров с отбитым углем, установят основные факторы, влияпцке на этот процесс;

~ исследовать э^ект блокирования метана в угольных порах отбитого угля, адсорбирующимися на поверхности угля молекулами полимеров, ямевдих высокое адгезионное взашлодейотше о углем;

- установить экспериментальным путем влияние состава и концентрации используемых растворов ¡га скорость газовыделения из отбитого угля;

разработать методику расчета оптимального удельного расхода рабочей, гидкости для орда«чая отбитого угля в процессе отбойки о целью доогтаенпя иаяоптяъадто эффекта блокгроеэшот метана в угле;

- провести опагно-проыыийеннуп проверку разработанного способа борьба о газш с использованием водных растворов полимеров.

По результатам проведенных экспериментов Срнс.1) было установлено, что растворы полимеров обладают вы раненными поверхностно-активными свойства?®, значительно снигайг поверхностное нагя-геняе и краевой угол смачивания.

Рио.1 Зависимость изменения краевого угла смачивания (О ) и поверхностного иагяхения ЦВжг) шах-№х вод от концентрация ра<йгас5а ■

О 12 3 4 б с:л 7

ТО

4о

10

&,ГРАД

\ Си Я<7

!

> !ч! №

70

4о

¡0

Как видно йз рис, I при добавлении в шахтит» воду, которая используется un пахтах для ороаения отбитого угля, добавок полимера скитается поверхностное натякенм и краевоЛ угол сиачиваш т.е. согласно теоретически« представления:.'; о процессе смачивашзд раствор яолякера значительно луч^с смачивает уголь чем веща» Следует озметии., что Бри орошения отбитого угля вэднш растворам пелшврз, блокирование метана в угодышх порах произойдет при условии, когда сала адгездд (Fa), создающаяся адсор-блроьашшгли мачакуламй полклера, пропятсгвугая свободной/ выделению кетака, больше пли pacta силе (в- ). развиваемой виделяв-ицэлся метаном, т.е. FQ Рг .С учотегл этого требования и на ооповашш ¡.1олекудяр!го-;а:гсгк7еско;1 тооу;::: газов к уравнения Дквде получена, чгз ггакспиэльиов газовое давление отрава адсорбированного слал, образукцегося на устьях лор равно:

[СЬГ(СЮ0*П] , (I)

rzG tj-- газовое дззлошге, Ш; а3 - оЗДсккшши диаметр молекула метана, к; h - расстояние свободного пробега молекулы метана, - радиус aepu, м; Q*r - поверхностное натягскае на границе раздела £лз, аздковгь-газ, 11/гл; Э - краевой угол смачивания, град.

Ка формулы (I) следует, что чз::. кглс работа адгезии, рав -нал \Ya = Gxr (eos О * 1) , т.е. чем лутае адгезионное взаимодействие молекул йалякара с углем, и маиьь'с радиус воры, перекрытой едоорЗировыкавл слоам, зоа газе яожшо багь газовое давление н тем болкхШ сбг&т кэша окажется блокнрошшшм s угодышх по-рп:-г. В табл. Х.прпгедепа зависимость газового давления (Ic2, lia) при расдичкаа дааиегрз устьев иор, от работа адгезии.

При всрскраглк ycïbca пор дт-смотро:.; ц ь'Л1:сн.'ядькоо

давление газа дат адгезионного огршзз ядсорбярмзшшх иодецул полимера состаыт 53,7 ыЛа, ярлчеа с увслг:чсн;:огл концентрация используемого раствора работа адгезии сшваается и для огрива адсорбированных малск/д потребуется более шзкос давление, а при перекрытии саглах1 'iíp^íiíhíx лор давление прорыва составляет 2,7 -2,9 ¿"Да, По результатам .проведении^ наследований установлено, что газовое давление в отботси угле колеблется в пределах 4,00,т г/Да. ïaiaca сбраоои, кь пор дагкзгрси (15-175) -Ю и, ао-вдч-мив йоге-йуязж покюдв, кивюаоише ssr» воявоол» прдадася, а из лор диаметре:,: (1*5-275)-ТО-^ г: газо^одсно

;.гел са счот уизякмявя гсзогрехжз escoro.

Таблица I

Давлекие газа для адгезионного отрыва молекул полимера

Концент-! Работа I „ тп

! Диаметр тстьев пор 10-Ю м рация, ! адгезии , '------_ :----_ _ __ „ .1 _

! Ю-з ! 15 ! 35 ! 75 ! 125 ! 175

! 225

I 93,4 51,4 22,4 10,3 6,5 4,7 3,7

2 97,0 53,4 23,3 10,7 6,S 4,9 3,9

3 97,3 53,7 23,4 10,7 . 6,8 4,9 3,9 .

4 96,1 52,9 23,1 10,6 6,7 4,8 3,8

5 93,5 51,4 22,4 10,3 6,5 4,7 3,7

6 90,6 49,8 21,7 9,9 6,3 4,5 2,7

При увлажнении угля кцдкостями согласно современным представлениям процесса смачивания на поверхности уттф образуется мокомолеяулярный адсорбционный слой молекул пздкостп. При этом только часть пор перекрывается молекулами полтора, образувдях

на поверхности ф - <р угля газопепро1йцаемуо пленку. На части поверхности, равной 1? , адсорбируются "чисто" молекулы воды которые не оказывают блокируЕщаго эффекта•на газовэделение из отбитогЬ угля. Часть поверхности (/-Ф ) остается несмочсшной, т.е. свободной от адсорбируюэдхся молекул гидкооги (рис,2)

9 9 р 9 У2

/-Ф

. . . Р 9 .

9»

Ф

' - молед/лн полимера: ° - молекулы води:

1 - поверхность угля:

2 - угольные пора

Рис.2 Схема заполнения поверхности угля

адсорбирущгалися молекулами Тогда доля поверхности угля, занятая адсорбированными молекулами жидкости, равна:

Ф-

(2)

- Oa f + ttjtec '

fia основании (?.) проведены расчеты и сссглЬлоа табл.2, в которой представлена зависимость заполнения поверхности угля адсорбированными молекулами кидкостй от величины поверхностного

натяжения, краевого угла смачивания и концентрации растворов по-ливинилацетата (ПШ и лигносульфоната (ЛСТ),

Таблица 2

Доля поверхности угля, заполненная > адсорбированными молекулами

Концеот-! Поверхностное катя-! Краевой ! Доля поверхности, за-рация ! аекке, ыН/м 'угол смачи-'нятая адсорбированными

раствора^"" ** ~ ~----- 'вания.град.'молекулами ходкости, .

% !воды ! ПВА. "ЛОТ ! i ! ПВА ! ЛСТ

2 72,8 58,13 54,69 48,2 0,559 0,529

3 72,8 54,60 47,75 38,4 0,587 0,529

4 72,8 51,60 41,27 • 30,5 0,585 0,485

5 72,8 48,30 35,11 24,3 0,562 0,416

е 72,8 46,60 29,19 18,4 0,553 0,335

Максимальное заполнение поверхности угля адсорбированными молекулами при смачивании угля раотвором ПВА, равное 58,7 %, достигается при концентрация раствора ПВА. 3 %, а для раствора ЛСТ -при 2 %.

Как видно из данных табл. 2 концентрация растворов 2-3 % является наиболее оптимальной для создания на поверхности угля адсорбционного слоя, препятствующего свободному истечении метана из угольных пер. Однако, газонеороницаемая пленка создается только молекулами полимера, которые заполняет часть поверхности отбитого угля равной ф- <р . Часть поверхности Ч> , заполненную молекулами вода, мошо найти из вывакения Vя Г iГ«> , определив предельную адсорбцию Гы> и адоорбцив Г , значение которых расстаты -вага, используй графический способ, прообраааиций уравнение Ленг-мюра в уравнение прямой. Проведя иеобходимае раочета получим, что доля поверхности, ванятая ысле^лами води, составляет II,1 %.

Таким образом, учитывая, что дшинирупцим процессш выделения rasa из фильтрационно-сорбционных частиц является процесс диффу -зил сорбированного метана в фильтрационное пространство угольного в^'есгвз с последующей транспортировкой по порам и микротрещинам _ перекрытие устьев пор адсорбированными молекулам! полимеров дол -sho снизить газовццелекне из отбигого угля, увлажненного раствором ПВА., на 47,6 %. '

Однако, при орошении:отбигого угля в.процессе отбойки эф-

фектявнооть снижения газоввделения зависиг от соотношения объёмного расхода раствора полимера к объёму пористости угяя. Максп -малыш й эффект блокирования метана в угольных порах может бить достигнут при перекрытии адсорбирукпимися молекулами полимеров наибольшего числа устьев пор. Следовательно, оптимальный удельный расход раствора полимера мояно определить из соотношения объёма эддкости, затрачиваемой на смачивание поверхности угля для полного перекрытия устьев пор, к количеству увлаянясмого угля:

q« Q/Ae,, (3)

тае Аса - количество угля, смачиваемого растворил полимера в процессе отбойки, г; Q - объём рабочей гидкостл, затрачиваемой на смачивание поверхноотя угля о образованием моноиолекулярного адсорбционного слот, м3, опродолясмый из выраЕешхя:

Sag» • Acj ,r , ,

YK - объём капли ,м3; du - диаметр каша, и; ? - вромя рас -текания капла задксоти по поверхноста угля, о; As» - скорость растекания капля по поверхности угля, м/о; S^a- удельная поверхность устьев пор, равная: 5ev *6/¿>&'',t¡t,*tt/r; - истинная плотность угля, м3/т; í>cp - средний диаметр устьев пор, и.

Скорость растекания яидкостя по поверхности угля согласно теоретическим представлениям вязкого pesmn раотекашш при ламинарном течении можно выразить в виде:

•rt ¿ дР / __

W" (5)

где - координаты, отчитываемые вдоль поверхности твердого

тела в направлении растекания хидкости (¿с ) и по нормали ( У );

- компоненты скорости вдоль и перпендикулярно поверхности тела; Р - давление; г*1 - кинематическая вязкость япдкости; /> -плотность жидкости; -внешняя движущая сала процесса растекания, действующая на единицу объёма жидкости в направлении её та -чения.

Пренебрегая слагаемым ЭР/дх t учитывающим градиент давления ( внешнее давление- отсутствует) и считая, что капля жидкости растекается ло прямолинейной узкой полосе, н после ряда элементарных преобразований и упрочений из (5) получим:

А аАб-еГ (6)

^ 2tJ.afK

где дб - силы поверхностной энергии под действием которых происходит растекание жидкости по поверхности угля, Н/м; - голщи-на жидкостной пленки, и; V - динамическая вязкость жидкости.

Комбинируя (3), (4), (6) и проведя преобразования-получим, что оптимальный удельный расход раствора полимера для орошения отбитого угля с целью достижения максимального эффекта блокирования метана в угольных порах определяется из выражения:

где К^ЧкТЩ - коэффициент, учитывающий параметры орошения;

/2,016- -коэффициент, учитывающий степень смачиваемости угля рабочей жидкостью;_ ко_ аффициент, учитывающий физико-химические свойства рабочей жидкости и процесо взаимодействия кидкости о углем.

. Анализ полученной аналитической форьгулы (7) показал, что при соблюдении оптимального удельного расхода раствора полимера достигается максимальный эффект блокирования метана в угольных порах отбитого угля и, как следствие, сшшше абсолютной метанообиль-ности горной выработки за счет снижения газовыделения из отбитого угля, повышается безопасность ведения горных работ и повышается • качество угля за. счет исключения излишнего пероувлаашения.

С целью определения оптимального удельного расхода раствора для различных горно-геологичесяих условий разработки газонасыщенных угольных пластов были разработаны алгоритм и программа с по-: мощью которых на ЭШ ЕС-1033 были проведены расчеты для 35 шах -топластов. Как показал! расчеты максимальное снижение темпов га-зовцделеная из отбитого угля достигается при удельном расходе рабочей кидкости равней 12-24 л/т.

Лабораторные исследования показали, что при увлажнении отбитого угля растворами полимеров газовыделение резко снижается при удельном расходе равном 20,0 мл/кг. При увеличении удельного расхода до 23 мл/кг объём газовыделешш из отбитого угля остается практически неизменным. Это обусловлено тем, что при расходе рабочей шдкости 20 л/г происходит наиболее полное заполнение полное заполнение поверхности угля адсорбционным мономолекулярным слоем. Дальнейшее, увеличение расхода жидкости приводит лишь к . созданию волпмолекулярного слоя без дальнейшего заполнения по -верхноегк угля, сникая адгезии молекул полимера с углем.

Скорость газовыделештя из увлажненного отбитого угля тлеет экспоненциальную зависимость (рис.3) и удовлетворительно описывается уравнением вида:

где К.т- коэффициент, учитывающий степень бдокирова!шя метана в отбитом угле; г - время, шн.

Ч, "УГ-мм

Рис. 3 Темпы газоЕзделенля из увлажненного отбитого угля

На основании проведенных аналитических и экспериментальных исследований были предложены спгособ» снижения газовыделехшя из отбитого угля ( A.C. i's 1543045, Ii IG24I9I). Опытно-промышленная проверка била проведена на шахте им. 60-летия Октябрьской революции в 5 восточной средней лаве пласта Кл и в подготовительных забоях 2-го восточного конвейерного игрека пласта Kj-j верхнего и нижнего слоя пзхш им. Г.Кузе.-бйева 12.0. "Карагендауга*;»".

Дия осуществления прздлсденаого саособа в зе<5оях были i/^vc-пенн e;/Koct;t для ппд-«.'суа, а с хрубслрозод, для по.-'.t/aiciß,:

яидкости к оросительной системе комбайна, был вмонтирован смеси. -те ль. При включении комбайна открывался вентиль, установленный перед смесителем, вода протекая через вего, создает в корпусе смесителя разряжение, за очет чего происходит подсос полимера из ём-кооти, который перемешивается о водой и поступает в оросительнув систем комбайна..

Оценка эффективности снижения газсваделания из отбитого угля проводилась путем сопоставления средних значений метановыделения при орошении отбитого угля водой и раствором полимера. Для определения ыетановаделення из отбитого угля проводились как газовоздушные съёмки, гак в отбор проб отбитого утля, остаточная ме-таноносность которых определялась в газоаналитической лаборатории НГСЧ.

Из данных табл. 3 видно значительное снижение газовыделения

из отбитого угля при подаче в оросительную систему раствора ПВД:

средняя величина дебита метана на исходящей струе .уменьшилась с

5,88 до 4,14 м8Ашн, т.е. на 29,6 %.

_ Таблица 3

Результата, газовых съёмок в 5 восточной средней лаве пл. К4 ;

Мзсто ! Кол-во ! отбора ! воздуха,!

111)06 ! ы3Лиш !Я1ШыТ!Еакс7!^роддяЖ ~!ы1ш™.Т^;акй!срод!роа

метана. ! Дебит метана,: Кол.

! . мв/мин |ваме-

За ксы-

байнш

627

Вент*

штрек 693 (исходящая)

Конвейер, просек 765 (поступающая)

0,25 О,ВО 0,53 1,58 4,98 3,28 114

ОДО СМ» 0^35 оЙбг 3^73 2,17 96 *

•0,40 1,30 0,85 2,76 8,99 5,83 70

ОГЗО 0,90 01б0 2^07 6^22 4Д4 96

0,10 _ 0£0

0,0 0,0

36

Примечание. В числителе - йвь использования раствора полимера, в знаменателе с использованием раствора полимера.

Газовые съёмки проведенные в подготовительных забоях показали. что средняя концентрация метана з выработке в/слоя составила 0,71 % при оро'лепин угля водой и при орошении раствором ПВА -0,53$ '«дфрйгавность рйсае!&в .метацоваделвйия составила 23,2

В л одг о г овд т ель н ой выработка вУолся средняя концентрация мегана ( по результатам 480 замеров, щГведешшх в течение 20 смен) составила 0,71 % и 0,50 фактическое метайовыделение в период наблюдений составило, в среднем, 3,12 мз/мян и 2,33 мЗ/мин соответственно при ороиешш угля водой и раствори ПВА. Лбсо - , догнал метанообилыюсгь выработки, за счет с!шг.сшш газовыделения пз отбитого угля, снизилась на 30,8 %.

Остаточная меганоносносгь огбигого угля, увлажненного раствором ПВА, за счет блокирования, мегагш в угольных порах, увеличилась, в среднем, л 1,3 раза.

Удельный расход воды для орошения отбитого углл в процесса отбойки ( среднее значение ) составил 38,7'л/г, а удельный расход раствора полимера' - 22,1 л/г, расхсдцешго с теоретически найденным значением оптимального удельного расхода (24,3 л/г) рабочей яидкооги составило. 9,9 %, ■

Тахт образом, проведенные опы'тно-проглшлетша иопаташш показали, что несмотря на то, что по целому ряду причин (ниэкая эффскгяшсогь работы форсунок из-за яу засорения, значительная пульсация давления воды в водопроводе я, как следствие, колебания расхода и концентрации подаваемого раствора) па удалось доо-тичь максимально возможного скипения гаоовыделокия из отбито го угля, предложенный способ вполне работоспособен и позволяет снизить меганообилвность выработок, п.повысить безопасность ведения- горны:: работ, . ,

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации дано решение актуальной для угольной промыл- ,

леяности задачи снижения газ¿выделения из отбитого угля.с целью I

уменьшения абсолютной метанообилыгооти действующих забоев и |

обеспечения безопасности горных работ. ;

Основные научные выводы и практические результаты работа ;

заключаются в следующем: ;

I. Анализ литературных и фондовых источников позволил выявить, что до настоящего времени недостаточно изучен процесс ■ взаимодействия рабочей жидкости, с отбитым углем, отсутствуют способы, обеспечивши элективное снижение газовыделеикя из отбитого vгля, и-позволяйте повысить безопасность ведения

2, Установлены основные закономерности физико-химического взаимодействия водных растворов полимеров с отбитым углем. На основании аналитических исследований обоснован тип водорастворимо го высокомолекулярного соединения.

3. Теоретически доказано и подтверждено экспериментально, что при контакте раствора полимера с углем за счет адсорбции молекул полимера на устьях пор и высокогр адгезионного взаимодействия полимера о углем происходит процесс блокирования метана и резкое снижение темпов газовыделенкя из отбитого угля.

4, Установлено, что наиболее сильными блокирующими свойствами обладают растворы тех соединений, которые обладают высокими адгезионными свойствами на контакте с углем.

5, Предложена фор^ла расчета оптимального удельного расхода рабочей жидкости, разработанная с использованием уравнений течения вязкой жидкооти и с учетом физико/химического взаимодействия водных растворов полимеров с углем, позволяющая достичь максямаль-ногоь эффекта блокирования метана в отбитом угле.

6. Разработана эффективные способы борьбы с газом с применением водных растворов полимеров, лабораторные исследования которых показали, , что из увлажненного отбитого угля скорость газовы-делекия имеет зкспонондяональнув зависимость и снизилась по сравнению с углем, увлажненным водой, на 42,9 %.

7. Проведенные опытно-промышленные испытания способа снижения газовыделения из отбитого угля с применением водных раство -ров полимеров, на шахтах П.О. "Карагавдауголь" показали, что по сравнению с орошением угля водой остаточная метаноносность отбито -го угля, увлажненного растворам поливинилацетата, возрасла в 1,3 раза, абсолютная метанообшшюсгь выработок снизилась, на 23 %, удельный расход рабочей яидкосги снизился в 1,75 раза по сравнению с удельным расходом воды, что позволило избегать излишнего переувлажнения отбитого угля. Применение предложенного способа позволяет повысить безопасность ведения горных работ и удучшить санитарно-гигиенические условия труда.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Влияние увлажнения на скорость газовыделения из угля // тр.науч. . конф. молодых ученых ИГД Ш КазССР.-Алма-Ата,-1987 (соавтор 1а-

кимаанов Т.Е.)

2. Исследование смачиваемости угля полимеризированной шахтной водой -Алме-Ага. 1968.-Бс.-Рукопись депонирована ИГД АН КазССР.

-Деп.в ВИНИТИ 10.11.88 J5 79S8-88 (соавтор Хакимаанов Т.Е.)

3. Исследование влияния адсорбции поливинилацетата на газовыделение из угля //Гр.^/ч-.ксиф. молодых ученых МГД АН КазССР.-Алма-Ата. IS88 (соавтор Рушанов Х.С.)

4. A.c. Л I5430S5, СССР, МЕСИ Е 21 Г 5/00. Способ борьбы о газ ал при подземной разработке угольных месторождений (соавторы Ха-химяанов Т.Е., Сванбаев Г.Т.)

5. A.c. 1624191, СССР, Ш Е 21 Р 5/00,7/00. Способ борьба с газом и пылью на угольшх шахтах.

6. Способ снижения газоввделегаш из отбитого угля //Управление вентиляцией и газодкнашческими явлениями в шахтах: Тез.докл. УП1. Всесоюзного совещания. 9-II октября 1991. Новосибирск (соавтор Хакимжанов Т.Е.)

7. Исследование эффекта блокирования метана в отбитом угле //Комплексное использование минерального сырья, 1991, JS II.C.29-32 (соавтор Хакимнаков Т.Е.)

8. Исследование процесса взаимодействия в системе рабочая яидкость-' уголь-газ //Комплексное использование-минерального сырья, .IS9I,

. J» 12.С.20-30 (соавтор Хакшшшов Т.Е.)