автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Разработка технологической схемы скважин добычи угля с использованием микробиологического воздействия на пласт

р-а од

2 7 МАЙ

На правах рукописи

КУЗНЕЦОВА Елена Петровна

УДК 662.234.575.016.25(043.3)

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ СКВАШЕННОЙ ДОБЫЧИ УГЛЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПЛАСТ

Специальность 05.15.02 — «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1997

Работа выполнена в Московском государственном горном университете.

Научный руководитель докт. техн. наук, акад. РАЕН, проф. ВАСЮЧ1КОВ Ю. Ф. Официальные оппоненты: докт. техн. наук, проф. КУЗЬМИН Е. В., «анд. техн. наук, с. н. с. КУЗНЕЦОВ А. А.

Ведущее предприятие — Центргипрошахт.

Защита диссертации состоится 29 мая 1997 г. в н . час.

на заседании диссертационного совета К-053.12.02 в Московском государственном горном университете по адресу. 117935, В-49, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан 29 апреля 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

канд. техн. наук, доц. КОРОЛЕВА В. Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.Потребность рынка в углях, соответствующих мировым стандартам по сере и зольности, а также нерешенность проблемы безопасности горных работ, вызывают необходимость поиска технологических решений, которые, используя достижения и преимущества существующих технологий, позволяют улучшить условия труда подземных рабочих и обеспечить рост экономических показателей работы шахт.

В этом отношении перспективна скважинная гидродобыча. Имеющийся опыт скважинной гидродобычи подтверждает, что капитальные затраты по сравнению с традиционными способами добычи -• открытым и подземным, сокращаются в 3-5 и 10-20 раз соответственно (в зависимости от глубины залегания отрабатываемых месторождений и их структуры.Предприятие скважинной гидродобычи обладает гибкой структурой, позволяющей легко регулировать его производительность за счет выбора количества действующих скважин. Скважинная гидродобыча является экологически чистой и не приводит к разрушению окружающей среды.

Принципиально новым решением при добыче углей является использование процессов обработки угля жидко-, гями, позволяющими химическим путем обеспечить дезинтеграцию угля. Еиовыщелачи-вание серы из угля заключается в его обработке биосуспензией, ..содержащей воздействующие на серосодержащие минералы угля, се-.ропотребляющие или сероперерабатывающие микроорганизмы. Такие работы начаты с 1989 г. под руководством проф. Ю.Ф.Васючкова. Снижение серосодержания"углей при помощи микроорганизмов включает процесс перевода нерастворимых в воде серосодержащих минералов, в растворимые, 'которые затем выносятся из угля водой .или биосуспензией. Такой процесс сложен и его сущность заключается в химической деструкции серосодержащих угольных минералов вводимыми микроорганизмами,а также и в выщелачивании серосодержащих минералов продуктами метаболизма жизнедеятельности микроорганизмов;

- г -

Совмещение технологии скважинной гидродобычи угля с процессом бактериального выщелачивания сернистых минералов обеспечивает повышение эффективности внутрипластовой дезинтеграции угля.Метод бактериального выщелачивания перспективен в первую очередь для переработки сырья с высоким содержанием серы.

В связи с этим разработка эффективных параметров микробиологического воздействия на пласт и технологической схемы биб-разрушения-угля является актуальной научно-практической задачей.

Цель работы. Установление зависимости .снижений общего содержания серы и ее компонентов в угле оГ параметров' микробиологического воздействия, позволяющее обеспечить эффективную внутриклассовую дезинтеграцию угля.

Основная идея работы заключается в том, что Повышение эффективности внутрипластовой дезинтеграции угля обеспе^йв&ется использованием микробиологической суспензий для разрушения серосодержащих минералов угля.

Основные научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна:

предварительная микробиологическая обработка- угольного плас-та перед скважинной добычей позволяет осуществить дезинтеграцию угля и добывать обогащенный уголь;

уменьшение серосодерхания в угле зависит от состава предложенной питательной среды и рациональных Н&рам'етров микробиологического воздействия -на уголь,таких, как соотношение твердого, к жидкому,температура процесса и время обработки;

после микробиологической обработки угольного массива в процессе скважиннои добычи основными ее параметрами являются ширина выемочной камеры , ширина мекк-.мерного целика й длина камеры .

Обоснованность и достоверность научных положений подтверждаются

- достаточным объемом тёбрети- -;йх и экспериментальных исследований;

- удовлетворительной сходимостью Прогнозных зна^енйй снижения серосодерхания угля с результатами промышленных исНЫта-

- з -

ний (расхождение 10-121).

Научное значение работы заключается в установлении зависимости снижения серосодержания угля от времени микробиологического воздействия, отношения твердого к жидкому, оптимальной температуры процесса.

Практическое знечение состоит в разработке технологической схемы и параметров скважинной добычи угля с использованием микробиологического воздействия на пласт, обеспечивающих эффективное и безопасное ведение горных работ.

Реализация выводов и рекомендаций. Способ микробиологического снижения серосодержания угля испытан в условиях ш. "Горняк" ПО "Селидовуголь" на углях пластов 1г2 и тз-

Апробоция работы.Основные положения диссертации и результаты исследований докладывались и получили одобрение на конференции (С.-Петербург, 1995), научно-технических советах ПО "Селидовуголь" (1994 - 1995), в Минуглепроме Украины (1995) и компании "Росуголь" (1996).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 3 научные статьи .

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на-166 страницах машинописного текста, содержит 16 таблиц, 31 рисунков и список литературы из 55 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В постоянно усложняющихся горно-геологических условиях, постоянно возрастающей трудоемкости подземных работ, возникла необходимость разработки новых технологий добычи угля, которые позволяли бы сократить затраты подземного труда, снизить объем проводимых подготовительны/ выработок, а в будующем -отказаться от них. Одной из перспективных в этом отношении является скважиннаи добыча угля. Важнейшей задачей при скважинной добыче является изменение свойств угля, его прочности, трещнноватйсти, пористости, упругих характеристик и уменьшении

его минерализации с целью увеличения склонности его к разрушению и дезинтеграции с последующим отделением угля от массива, в результате чего появляется принципиальная возможность доставки отделенного от массива угля на поверхность, через скважины или горные выработки.

Работы по технологии скважинкой гидродобычи выполнялись с начала 70-х годов в ГКГХСе, ЙГРИ, ВНИИгидроуголе, МГГУ и отражены в трудах Аренса В.Ж., Атрушкевича В.А., Васючкова Ю.Ф., Исмагилова Б.В., Малухина Н.Г., Михеева О.В..Бабичева Н.И. и др. Определение содержания в угле влаги, минеральных примесей и выхода летучих веществ дает информацию о его составе и технологической ценности. При коксовании угля большая часть минеральных примесей переходит в кокс, оказывая вредное влияние на доменный процесс при использовании кокса в металлургии. Являясь балластом при сжигании, влага и минеральные примеси уменьшают теплоту сгорания угля.

Важно учитывать не только общее содержание минеральных примесей в угле, но и их химический состав, т.к. он влияет на степень тугоплавкости золы. В металлургии температура плавления золы - важная характеристика угля, Сера является наиболее вредной его примесью при использовании его как энергетического топлива или сырья для газификации. Вместе с тем сера, выделенная из углей, представляет ценное сырье для химической переработки .

Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи: 5

- определение условий, при которых может быть применен микробиологический метод дезинтеграции угольного массива;

- установление зависимости биовыщелачивания серы из каменного угля от применяемой культуры и параметров воздействия;

- определение оптимальной культуры для биовоздействия на серосодержащую минеральную часть угля и создание специальной питательной среды;

- испытание в шахтных условиях комплекса технологического оборудования, позволяющего реализовать метод чанового бактериального выщелачивания;

- установление зависимости размера целика от степени его деформации при разработке пласта методом скважинкой гидродобычи;

- разработка технологической схемы скважинной гидродобычи угля с использованием микробиологической обработки.

Химические методы исследования структуры углей основаны на изучении их отношения к действию различных реагентов и характеристике продуктов реакции. Основные химические методы исследования, связанные с деструкцией органического вещества каменных углей: экстракция растворителями, окисление, гидрогенизация, гидролиз, галоидирование и пиролиз.

Одним из наиболее вредных неорганических компонентов промышленных газообразных отходов, загрязняющих атмосферу, является окись серы. При сжигании угля вся сульфидная и органическая сера сгорает, превращаясь главным образом в ЗОг и входя в таком виде в состав дымовых газов, загрязняет атмосферу и наносит ущерб народному хозяйству.Окислы серы в условиях городской атмосферы постепенно окисляются в белее токсичный аэрозоль серной кислоты, вредное действие которого на организм человека более вредно.

Распространенные меры борьбы с выбросами окиси серы в атмосферу, не являются высокоэффективными. Механические и химические методы воздействия на серу угля не дают хороших результатов, поэтому необходимо разработать технологию бактериального выщелачивания серы из угля.

Промышленные испытания микробиологического способа снижения серосодержания угля с помощью микроорганизмов, а также продуктов метаболизма их жизнедеятельности проводились с целью разработки принципиально новой технологии обессеривания и на этой основе дезинтеграции донецких углей и повышения их качества.

В соответствии с поставленной целью задачами промышленных испытаний являются:

- промышленное опробование параметров микробиологического воздействия на сернистые угли;

- G -

- промышленные испытания одной или двух технологических схем (режимов) микробиологической обработки сернистых углей средней стадии метаморфизма;

- определение влияния микробиологического воздействия на количественные показатели серосодержания углей; ,

- определение трудоемкости, эффективности и области применения способа.

В качестве объекта испытания выбраны энергетические угли разрабатываемых пластов шахты "Горняк" ПО "Селидовуголь". Угли содержат в своем составе до Ь,2% серы, в том числе пирит-ной - до 37., сульфатной (минеральной) - до 0,6% и органической до 1,6%. Таким образов, состав сернистых включений испытываемых углей является сложным. По извлекаемое™ серы и ее соединений угли характеризуются как труднообогатимые.

Сущность биовыщелачивания серы из угля заключается в его обработке биосуспензией, содержащей воздействующие на серосодержащие минералы угля сероперерабатывающие микроорганизмы. Процесс обессеривания серосодержащих углей при помощи микроорганизмов заключается в переводе не растворимых в воде и связанных серосодержащих минералов в растворимые, которые затем выносятся из угля водой или биосуспенэией. , Такой процесс сложен и его сущность заключается как в химической деструкции серосодержащих угольных минералов вводимыми микроорганизмами, так и в выщелачивании серосодержащих минералов продуктами метаболизма жизнедеятельности вводимых микроорганизмов.

Лабораторные эксперименты проводились в 1993 -1994 гг. на углях, отобранных по пластам шз и 1*2 шахты "Горняк". В качестве рабдчих суспензий испытывались растворы микроорганизмов Th. t'errooxidaris (IT.) и Afiromohakt пг delicatulus 182-А ISA. Совместно с ПИТАТЕЛЬНОЙ СрвДОИ много состава. В экспериментах используются два ьида микроорганизмов, что предполагает два различных пути разложения соединений серы.

Штамм "А, гетеротрофный микроорганизм, использующий для своего питания органические соединение Утилизация органической серы, содержащейся в каменном угли, обусловлена использованием органических соединений, входящих в состав каменного угля б качестве питательных веществ. . Разрушение утих веществ

происходит за счет выделения штаммом ферментов, нуклеаз и других ферментов. Штамм обладает возможностью утилизировать 40-00 7. органической серы в зависимости от ее состава. Разложение пирита штаммом "А происходит менее значительно (Ю-20%) и осуществляется за.счет комплексообразования между пиритом и продуцируемыми штаммом ...-кислотами.

Суммарная реакция разложения пирита носит следующий предполагаемый характер:

+ 3 - I? - СООН — Г? - С - 0 + I I О О 'ОН -1

В данной реакции не происходит'перехода Ре2—Ре3+ и штамм "А не может использовать эту реакцию в качестве энергетической и поддерживать ее за счет метаболизма.

Суспензия 1Т в незначительной степени может утилизировать органические соединения серы, так как является автотрофом, за счет окисления закисного железа, в частности РеБг или Ре304, и перевода этих соединений в трехвалентное. Может также покрывать свои энергетические потребности, одновременно разрушая пиритны^ соединения. Предполагается, что сера при этом, вступая в реакции промежуточного обмена, переходит в раствор.

Важной проблемой является явление адсорбции серы, перешедшей в раствор, на частицах угля, что снижает эффективные показатели процесса.

Принципиально технология микробиологического способа снижения серосодержащих углей заключается в увлажнении рабочей биосуспензией измельченного угля. Основой технологической схемы является биореактор (ферментер), конструкция которого раз работала НПЛ "Минерал" (рис.1). Биореактор предстгшляет собой цилиндрический сосуд диаметром до 1,5 м и длиной до 2,5 м. Изнутри сосу:; покрыт антикоррозийным слоем. Процесс обработ,;н смеси угля происходит в режиме естественного увлажнения. Активный контакт между углем и биосуспензией обеспечивается за

-s-

J

il1 Iii

sa 1 IIî

3

!

S

iflîli^ § , s r ^ ? ^

«I

.»о

8

a

3

sfcff 11

1 f f I « 8-1 " «.ll^l

4 й-

3?

5: Q S;

«&> S «

r -11 « I tí

^ f Irî

сч^т покачивания бйореактора и подачи воздуха под давлением вовнутрь биореактора. Биореактор размещается на сухой, чистой территории промплощадки обогатительной фабрики вблизи от шла-моотстойника.

Процесс обработки смеси угля происходит без гидравлического напора, т.е. в режиме естественного увлажнения. Активный контакт между углем и биосуспензией обеспечивается за счет покачивания биореактора и подачи воздуха под давлением вовнутрь биореактора .

Главным и контролируемым параметром является соотношение твердого к жидкому Т:Ж (количество угля к объему контактируе-мой жидкости). Лля используемых микробиологических культур соотношение Т:Ж должно выдерживаться 1:5, т.е. на 1 т угля загружается 5 м3 биосуспензии или другое эквивалентное соотношение. Это первый определяющий параметр.

Следующий определяющий параметр - удельный объем сжатого воздуха. В биоугольную среду подается воздух из расчета удельного объема 1 объем воздуха в минуту на единицу веса, т.е. 1 mj/mhh на 1 т угля.

Третьим определяющим параметром является температура процесса. Она составляет при оптимальном режиме 25--28°С.

Промышленные испытания биовыщелачивания серы из угля проведены в ПО "Селидовуголь" в 1995 г. ■

Проведение пг 'Умышленных испытаний по биотехнологии снижения серы в угле пласта штаммом 2А показало,, что снижение содержания общей серы по данным шахтной лаборатории, при промывании угольной пробы после биовоздействия водой, составило С4%, соляно-кислотным раствором - на 41%, а по данным лаборатории ИОТТ - 20% (табл.1,рис.2). При воздействии на уголь этого же пласта штаммом 1Т снижение общей серы по данным шахтной лаборатории при промывании угольной пробы после биовоздейстыя водой составило 4.0%, соляно-кислотным раствором - 12%. Татае происходи' 'нижение содержания пиритной серы: при воздейстгии штаммом 2А - на 01%, 1Т - на 54% и на 24% содержание органической серы. В результате проведения испытаний наблюдалось снижение зольности угля на 21% при воздействии штаммом 2А н на

Цщшш tmrc-eniuSL ct/ui a-. ¿еиьяоипи. уиил. nacicmúü 6¿ notât. ею сЯраЯмп/иь куиьтдуизылио TMoècui Ш4 JtrrccxicLouis ( -ir) и, <o?Âsv/n£> ter-cà&e&kiàii Ш-jt f¿¿.)

- 11 -

162 при воздействии штаммом 1Т.

Параллельно Сьш проведен аналогичный эксперимент по снижению серы в угле пласта шз теми же культурами. Как видно из таблицы 1, снижение содержания общей серы при воздействии штаммом 1 Т., по данным шахтной лаборатории, при промывании угольной пробы после биовоздействия водой составило 292, соля-но-кислотным раствором - 442. Воздействием на уголь этого же пласта штаммом 2А достигается снижение серы,'по данным шахтной лаборатории, при промывании угольной пробы водой - на 30%, со-ляно-кислотной смесью - на 392. В ходе проведения испытаний наряду с изменением состава серы наблюдалось снижение зольности угля: при воздействии штамма 2А на 232, 1Т - на 102.

При промывании проб угля после биообработки соляно-кислотным раствором получается более эффективный результат. При воздействии штамма 2А содержание общей серы снижается в среднем на 39,52, а штамма 1'Г - на 232.

В результате проведения испытаний по снижению серы происходит уменьшение зольности угля И в -¿том случае штамм 2А вел себя активней по сравнению с 11. В среднем зольность уменьшилась на 222 при воздействии штаммом 2А и на 132 - штаммом 1Т.

Все это позволяет сделать вывод, что штамм 2А при температурах, наиболее близких к пластовым, ведет себя наиболее активно.

Таблица 1.

Степень выщелачивания серы и золы из угля.

Показа- Куль Ис.чод. ?ола Сол. - кислот. смесь-

тели тура знач. 1-й день 2-й день 3-й день 2-й день 3-й день

- —■ч "А 1г2

й, Р£ 6.3 гж о.О 4.93 ~~ 5.8 1x1 5,1 „4.1,04, . .. 3.96

1Т 6,3 1,42. - 4,6 6,07 5,4 3,27 6)2 5,17 4.С2

ПА 4,4 1.9 3.8 1.7

1Т •м 2,3 2,5 2,0

2А 0,7 ' 2,8 0,5 2,0

1Т 0," 1,0 1.5 3,2

!30рГ ¿А 1,2 1.3 1.5 1.4

и 1,2 1,3 1,4 1,0

АЧ 2А 13,1 10,7 11,1 10,4 9,5 10,6

1Т 11,5 '-) 1 13,1 ' ' 9,7 10,2 9,2

м3

2А 1,47 0,9 1,28 1.4 1,49 ' 1,0 1,04 1,0 0,98 0,91

17 1,53 0,9 0,89 1.0 1,47 0,9 1,1 1,1 1,63 0,86

2А 0,5 0,8 0,7 0,5

17 0,5 ' 0,7 0,6

о оЦ 2А 0,1 0,3 0, 1 • 0,1

1Т 0,1 0,2 0,2

£срг #2А 0,3 0,3 0,2 0,4

,1Т 0,3 0,1 0,1

А<4 2А 36,5. . 28,7 29,3 28,1 27,3 26,3

1Г 29,6 29,6 •3,4 26,6 28,3 24,9

* в дроби: в числителе - значения по данным шахтной лаборатории, б знаменателе - значения по данным лаборатории ИОТТ. Это непосредственно влияет на повышение стоимости товар-

ного угля. Уменьшение зольности угля на 1% ведет к увеличению на 2,5% отпускной цены угля, снижение серы на 0,1% - на 0,5%.

При добыче шахты 1500 т/сут прибыль от использования спо- , ~')ба микробиологической обработки составит: от снижения серо-содержания - 8Х, от снижения зольности - 15Х,\.ч всего прибыль от использования микробиологической обработки составит 23%.. При отпускной цене 100 тыс.руб/т экономический эффект составит 34 млн.руб/сут. В год экономический эффект составит 7,2 млр.руб.

Кардинальный путь решения социальных и экономических

гюблем, сопровождающих добычу угля, связан с разработкой методов добычи угля через скважины. Таким методом является сква-жинная гидродобыча с биообработкой массива. В ее основе лежит широко используемый в горном деле способ годромеханической отбойки угля, что позволяет использовать имеющийся в зтой облас-- ти опыт при разработке новой технологии добычи угля - скважин-ной гидродобыче.

Сущность скважинкой гидродобычи угля с использованием микробиологической обработки пласта состоит в том, 'что с поверхности или из подземных выработок на угольный пласт бурят скважины. Через обсаженную и зацементираванную скважину подается . под давлением биосуспензия для пропитки угольного массива.

Через несколько суток в зависимости от типа биосуспензии уголь подвергается дезинтеграции за счет биорастворения минералов зольной части. Затем при помощи гидродинамического воздействия через скважину на массив производят его' внутрип-ластовое разрушение и выдачу уг ! на поверхность в виде гидросмеси.

Опытная технология включает различные варианты отработки угольного пласта и выноса разработанного угля на поверхность.

Подземная скважинная гидродобыча угля (рис.3) наиболее эффективна для пластов мощностью 3-5 м при угле падения 49-66°.В этом случае нагнетателыые скважины воздействия 1,2,3 являются только подготовительными. В скважины монтируется гидромонитор, состоящий из секций труб с насадкой на конце, перпендикулярной ставу труб. Через гидромонитор осуществляется пропитка угля подача воды. Отработка пласта ведется сверху вниз. Транспорт угля осуществляется через добычную скважину, диаметр которой сосгаь-чет 300-400 мм. Скважинный гидромонитор управляется дистанционно и выполнен из шарнирно соединенных звеньев,что позволяет перемещать его по скважине и уг-ндывать в горной выработке без остановки процесса размыва. Разраб^,ка ненарушенной массы угля производится под давлением, близким к 10 МПа.

-м-

отшт.што.

ûcnojilûâ. Jib'â.

\ /¿gjuepci. 5^2 A ШоЬоьдгъЬстби.

\\фЮОМООлл

¡tue. 3 9ieXKOAO¿tLZBCíUL Л- схвжй.

nodôzJtixoiL со-сажаляой гидродобыгт* yajist

HpymtLcc ?ыа.гтоЬ.

Услоёяые cbbshCLVtHUS. : ~ псскча Ъи-оаус, - ^

- &U.JÜV& аиЗроуголъясИ сжеси.

В случае пологого падения пласта нагнетательная скважина является подготовительно-эксплуатационной. Через нее подается биосуспенэия для пропитки пласта, вода и осуществляется гидродоставка угля на поверхность.

Некоторые бактерии способны в короткое время переработать значительное количество минерального вещества, используя энергию его преобразования для жизнеобеспечения.

Метод бактериального выщелачивания высокоэкономичен и перспективен в первую очередь для переработки сырья с низким содержанием ценного компонента забалансовых и некондиционных руд, когда классический метод обогащения и пирометаллургичес-кой выплавки становится нерентабельным.

Успех разработки месторождения скважинной биогидродобычи зависит прежде всего от физико-геологических условий, главными из которых являются возможность перевода угля в подвижное состояние и осуществление управления толщей налегающих пород. При этом мощность пласта, глубина его залегания и ценность угля должны обеспечить рентабельность добычи. Прочность угольного пласта является геотехнологическим свойством, которое обеспечит возможность перехода угля в подвижное состояние. Именно этот фактор в основном определяет параметры технологии и оборудования скважинной гидродобычи. Существенно влияют на параметры технологии скважинной гидродобычи мощность и прочность покрывающих пород. Мощные, монолитные породы кровли могут обеспечить наибольшее извлечение и незначительное разубожива-ние, и наоборот.

Для характерного варианта технологической схемы разработки пологого пласта выполнены расчеты устойчивости кровли в камерах и деформаций целиков. Использовался численный метод коночных элементов и программы расчета напряженно-деформированного состояния пласта и пород. Решалась плоская задача в вяэ-ко-упругой постановке. В качестве граничных условий приняты сжимающие напряжения на бесконечности: вертикальные б"у= ^Н и горизонтальные 6"х = *лр1 , где ¡¡* - плотность пород,

Н - глубина работ,

Л - • коэффициент бокового распора.

Исходные данные о физико-механических характеристиках массива приняты по пластам шахты "Горняк" ПО "Селидовуголь". Рассматриваемая область массива с пластом и вмещающими породами разделялась на 1392 элемента треугольной формы, соединенных в 750 узловых точках.

В результате решения получены вертикальные и горизонтальные нормальные и касательные напряжения, а также вертикальные и горизонтальные смещения узловых точек массива. По данным смещений кровли и почвы целика была рассчитана его деформация:

Ь (Укр - Уп)

Ец - — - - • 100, X

(1Ц 1щ

где Укр - вертикальное смещение кровли, мм;

Уп - вертикальное смещение почвы, мы;

йц - расстояние между кровлей и почвой целика, мм.

Расчеты показали, что с увеличением размера целика до 7 м происходит уменьшение его деформации от 2,26 % до 1,76 X, что в своп очередь положительно влияет на устойчивость выработки -уменьшается пучение почвы и опускание кровли. Если при размере целика Вц-1 м максимальная конвергенция вмещающих пород составляла 28,4 мм, то при ширине целика Вц-7 м она была равна 20,1 мм. Дальнейшее увеличение целика более Б м не привело к значительным уменьшениям конвергенции пород кровли и почвы, а устойчивость целика увеличилась весьма незначительно. Поэтому увеличение целика более 4-5 м практически не имеет смысла. Исходя из того, что деформация целика не должна превышать 2,12, его размер принимается равным 4 м.

Исходя из практического опыта условия для применения способа микробиологического обессеривания угля должны быть следующими:

- мощность угольного пласта от 0,3 до 2,5 м;

- угол падения пласта 30-60°; могут извлекаться тонкие, некондиционные по мощности, крутые пласты, что позволит не только получать дополнительные объемы угля высокого качества, но и в некоторых случаях обеспечить отработку выбросоопасных пластов;

•• 17 -

- общее содержание серы в угле не должно быть ниже- у,

- биогидроскважинной добычей могут добываться угли марки Д,К,Г,ОС,Т; влажность этих углей не должна превышать 10%;

- рН среды - 6,8-7,2;

- содержание тяжелых металлов (медь, цинк, свинец,молибден, мышьяк и др.), токсически воздействующих на микроорганизмы, не должно превышать 0,001%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научной квалификационной работой, в которой содержится решение актуальной для угольной промышленности задачи разработки эффективных параметров микробиологического воздействия на пласт и разработки технологической схемы внутрипластовой биодес.трукции угольного массива.

Основные научные результаты, выводы и рекомендации сводятся к следующему.

1. Осуществлен анализ исследования форм серосодержания в угле по степени их извлекаемое™. Установлено, что наиболее трудно поддается извлечению сульфатная сера.

2. Установлено, что условиями применения микробиологического метода дезинтеграции угольного массива являются: минимальное серосодержание угля, его влажность, температура процесса обработки угля и отношение твердого к жидкому в системе уголь-биосуспензия.

3. Существенное влияние на эффективность скважинной гидродобычи угля оказывает его крепость,поэтому совмещение способа скважинной доОичи угля с предварительной его обработкой, позволит уменьшить крепость угля ъ 1,4 раза и увеличить добываемый объем уже обогащенного угля из одной скважины.

4. Г'азр;1ботан14 и опробов<1ны рациональные параметры микробиологического воздействия на уголь для снижения его серосодержания: для используемых микробиологических культур соотношение Т:Ж рекомендуется 1:5, подача воздуха в систему определяется величиной 1 м"1/мин на I т угля, оптимальная температура процесса (в зависимости от типа микроорганизмов) составляет 27

-35°С, оптимальное время микробиологического воздействия*3 суток.

5. Разработана технологическая схема выемки угля с использованием микробиологич^ской обработки пласта, которая включает бурение скважин на угольный пласт, подачу под давлением в пласт биосуспензии заданного состава, пропитку массива, гидровымыв угля при помощи гидромонитора.

6. Определено влияние микробиологического воздействия на количественные показатели серосодержания угля. В обработанном каменном угле содержание серы после обработки штаммом

2А снижены в среднем на 38-42%, в том числе пиритной - на 38%, органической - на 40%.

7. Доказано, что в процессе микробиологического воздействия происходит снижение зольности угля. При воздействии на уголь штаммом 2А зольность в среднем уменьшилась на 222( от исходной величины) при промывке проб угля после биообработки водой и на "3,5% при промывании соляно-кислотным раствором. При воздейсть;-;; на уголь штаммом 1Т зольность уменьшилась на 13% при промывании проб угля водой и на 12,5% при промывании соля-но-кислотным раствором.

8. Доказано,что штамм 2А ведет себя активней по сравнению со штаммом 1Т, оказывая наибольший эффект при взаимодействии с углем.

9. Установлено, что ь процессе скважинной добычи угля, после микробиологической обработки угольного пласта, оптимальными являются параметры: ширина выемочной камеры 5 м, ширина межкамерногоцелика 4 м, длина камеры - на 20% меньше длины выемочного столба.

10.Разработаны методические принципы повышения ценности добытого угля путем его обессеривания при помощи микробиологических культур в процессе чанового выщелачивания; изготовлен и испытан в шахтных усло-',:ях комплекс технологического оборудования, позволяющий реализовать метод чанового бактериального выщелачивания.

11. Увеличение отпускил цены при использовании микробиологической обработки угля составило 23%. При отпускной цене

160 ТЫС.руб: экономический эффект составит 35 млн.руб/т; в- год - 3 млр.руб.

Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях';'

ЮЖдвсттв, Е.П.Кузнецова. Нетрадиционные технологии утя&йщ агакт / Международный симпозиум "Топливно-знергетичес-¡<т ресурсы России и других стран СНГ". Санкт-Петербург 1995, <3, Ш-Ш,

2, Кугшдоьа Е.П, Скважинная добыча угля с использованием бшяшюлогт. Горный информационно-аналитический бюллетень.

Сгкяочков Ю.Ф., Кузнецова Е.П. Промышленные испытания биотехнологии снижения серосодержания угля. Горный информаци-ошю- аяляоткческий бюллетень. вып.1. -М.: МГГУ, 1997Г.

Подписано в печать .4.1997 г. формат 60x90/16

Объем 1 печ.л. Тираж 100 экз. Заказ

Типография Московского государственного горного университета. Ленинский проспект,©