автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.03, диссертация на тему:Разработка технологии закрепления пылящей поверхности отвалов угольных разрезов

комитет российской федерации по кеталлургии институт горного дела ( игд) удк 622. 807:624. 13в. 41 на правах рукописи

валиев няяз Гадын-оглы

разработка технологии закрепления пыляеея поверхности отвалов угольных разрезов

Специальности 05.15. 03 - Открытая разработка месторождения

полезных ископаемых п. ос и - охрана окружавшей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург - 1994-

Работа выполнена в Уральской государственной горно-геологической академии.

Научный руководитель доктор техкическихнаук, проф. 3.С.Хохряков

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Б.Г.Зотеев

кандидат технических наук С.И.Бурккин

Зедуцее предприятие - институт Уралгипрошехт

Задита^иссертации состоится ■¿-^ТУ*"^—1994 г.

в /3 " часоз на заседании специализированного соьета K-I41.06.01 з Институте горного дела Комитета РФ по металлургии.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью организации, проста выслать по адресу: 620219, 'г.Екатеринбург, ГСГ1-936, ул.Мамина-Сибиряка, 5S. Институт горного дела, ученому секретарю спецсовета.

С диссертацией ыоадю ознако.читься в библиотеке Института.

г.

. Ученый секретарь специализированного совета,

4

Автореферат разослан

кандидат технических наук ^Г /... Б.Г.Киенко

G КИЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность саботы.

Горнотехническая рзкульгпэашш отвалов является оргсм из продзводсзззкнах процзссоз технологии открнюй разработка. Сбьзглы работ, техника и технология рекультивации определятся направленностью последующего использования восстгшсзленззх участков. Санитарно-гигиеническое направление вклэтает в биологическую или техническую консервацию поверхностей нарупенных участков, сказызаюаях отрицательное эозгейсгаие на окрутаздуз среду.

Занос мелких :,:.снс сальных частиц с поверхности отвалов 2 скланов приводит к' позкиениа запыленности воздуха и загрязнению прилегающей территории. Затраты, необходимые для компзксацль жзйосвгого при этом удесба, voryr быть настолько златая льны, что существенно с:-л~-ги,т з'й?е-тндность горнкх работ. Создание э:1фзктизного сассоба закрепления пклядей поверхности отвалов является не только одаой из задач протизоэроьпснноц рекультивации, ко и является заикам фактором охраны окрупасшей среды от загрязнения.

Каияучзлм способ';:'.; постоянного закрепления поверхности отвала является биологическое зарастание es растительностью, однако, это не зезде зозмсзсно. iîa.npnvep, в условиях разработка Экибастузского угольного нестороадзная из-за отсутствия необхода,та объемов плодородной земли и ссецзфлческих юшмата^еокза условий биологическая рззультавация отвалов сильно затруднена. 3 этих случаях сусестзенное уыеньдзниз паления отвалов л хвосто-хранплил моааг о'кть достлх'нуто за счет обработка задяз^а иоз-зрх-нсстей вязупяш зваесгязын. Спзяжо-етмаческая стабилд?адия поверхностного слоя достаточно зффвктаэна, если зядущзз зсдество является не токсичны:.!, л в то ?.е время достаточно зноноуичньи. Известно сравнительно нзбодъисз количество зязуяпс .?з:с?стз, соответствующих этим требования:.*. К их чиоду относится етульспя госсияолозой смола, яздтепаяся отходом производства хясптсояого масла.

Целью лдссертадпокной саботы язляется оценка эффективности закреяленил пнлкг-зй поверхности порошк отвалов эмульоиай гос-

•А /'

сллодолой смолы д разработке технологи ее пркменения а ироцес се ¡жкглугкзацвд сглалов.

Б ддссастацая били поставлена сдвдующЕв задача: . досадовать процесс лклеобргзоващщ на поверхности стлало с* фгзлко-механачвсках свойств я гранузоыетрхавсжн'е состава. ПОрйД»

исследовать асйежтжзаость закрепления пндяиах поверхаосгг з залжсжмосгк от физлкс-мехймическях сзойста аород, захрзпдлгжей корки, сослала эмульсиг;

разработать техаюлогаи ярхготовдангя змухосм гиссааодово смолы х ее хаизсеяаа я& поверхкоста отзадо» в дромыаденннх условиях.

Идея работы закачайтся а том, что закраплвзшз ишшшях поверхностей отвалов гмульекей госсяволоаоЁ смолы .г определган. условиях является гфрвкгиани» средством повияеная рвзудыатнг» поста реауилавацал и ссособствдет ограк® окрухавдей среда Еа открытка г септах работах.

Ыеурук иссладованкя:

язучакие г оо'сбщекяе опита закрепленная иагягк поьерхт.осг по ааяратурмым асхотевкаи;

э?х15йрм»«»5&льакв работа в лабораторных усдохаях;

натурные наблюдзная а нссктажжя в проыш-лвюшг условиях;

статастачесная обработка а теорятачвсков обобщена«! результатов кселедоваяля.

Объйк* Ийсдсдояадяя - породкнв о?аила открытых разработок Энкбастузсного угольного ывсторокденая.

В ааотоящеЛ работе обобщены теоратачвскав я эксперяквнтаж И9 ассхэдзванхя, выяозяезшв алторэи я клчестгс ответставияоп жспоаяяхЕм в яераод 1390-13?3 гг, в Уральском горвоы аастатут! "Разработать ж якедрать на разреза ахаяога технологии хашчвс-кого чакрепдэхкя рвкультаизнруемшг. терраторзй" (1990-91 гг.); "Дайораторнмзрсишдекше аспнтаная эаярепдяюекх составов еа дыяяшах поверхностях открытых гордах работ" (1992г.); "Исследование 'гехяозогая приготовления а панесеная эмульсии госсаяоло-зой смолы к?. пнляшге поверхности" (1223г.).

Научзие ыолоавная. дыиосимые на залату:

I. £аконом»рыост* процесса л спрздвденже югтенсавюств.

выноса мелки частац порода воздуаннм потоком о поверхности стгалэз. учитываемо скорость зоздулкого потока. «рззико-мзхаяк-ческие свойства и гранулометрическяй состав пород.

2. Закономерности изменения прочностных характеристик пород, интенсивности выноса мелких частиц в результата обработка поверхности эмульсией госсаполовой смолы.

Научная новизна.

3 результата экспериментальных исследований установлены:

1. Закономерности, характерпзуссие процесс образован?.я пыла на отвалах карьеров:

зависимость критической скорости уноса мелкое фракпдй частиц горных, пород воздуаккм потоком ст крупности а плотности породных частиц;

зависимость иятенсилностн уноса мелких частиц ст скорости воздушного потока и гранулометрического состава поверхностного слоя отвала,.

2. Свойства а параметры (толщина слоя, его прочность, глубина пропитки, степень снижения интенсавности пылесбразозания) закреплявшего слоя, образующегося после нанесения эг-сгльсая на пылящую поверхность.

3. Параметры регаша приготовления хидкой смеси компонентов, образующих эмульсию необходимого состава и свойств, так для создания закрэпляэдего слоя, так и для технологически эффективного нанесения на пыляцие поверхности в условиях гоеггах работ.

Обоснованность и достоверность научных яодэагнай подтверждается высокой сходимостью расчетных и опытных пекгзах'здей; результатами наблюдений з промызленннх условиях; сходимостью с результатами исследовании других авторов.

Практическое значение работы заключается в разработка тех-нолегиа и технологических параметров закрепления пыляаей поверхности отвалов эмульсией госсзшоловсй смолы для исклачекия загрязнения округавщей среды минеральными частицами.

Апробация работы.

Основные положения диссертации докладывались на международной конференции "Экологические проблемы горного прсигводстза''з ¡.псковском горком институте (февраль 1993г.), техсозетах лабораторий ЦНИШП (апрель 1993г.), ВНЖССуголь (1920г., 1991г.},

□ .о. "Экибастузуголь" (апрэль 1993г.), НИОГР (май 1993г.).

Публикации. По результатам исследования опубликованы 2. статьи..

Объем работы, диссертация состоит дз введения, четырех глав, заключения, изложенных на "1о5 страницах малилопнсного текста, содерзит 37 рисунков, таблиц, опаска литературы из 73 наименований.

С0ДЕР2Ш1-Е РАБОТЫ

Закрепление пылящей поверхности породных отвалов является вазнкм фактором их горнотехнической рекультивация и охраны окружающей среды пси производстве горных работ. Заксеплзн::з пылязех поверхностен отвалов производится биологическим, гидротехническим, техно логически;.! и химическим способами. Сущность химической стабилизации заключается в направленном изменении структуры поверхностного слоя путем создания на пыляпэй поверхности протизоэрозионного покрытия с помощью вязущпх вещестз. Химическая стабилизация применяется в сложных условиях, когда ■применение других способов недостаточно эффективно. Выбор зязу-дих взгцеств (структурсобразозателзй) з каждом конкретно;.! случае определяется гранулометрическим и минералогическим составом отвальных пород и необходимой периодичностью по закреплению поверхности. Созданное покрытие долнно обеспечить достаточную ветровую устойчивость и структурную сохранность поверхностного слоя под нагрузкой. Среда исследованных структурообразователзй для закрепления пылящих поверхностей применялись хлористый натрий, полиакраламид, битумная эмульсия, сульфидно-спиртсзая барда, нэрозин, гоосиполовач смола, латекс и некоторые другие.

В табл. I приводятся сведения с способах закрепления пылящей поверхности.

. Наиболее экономичными (с разницей до 40 %) являются эмульсии битумно-бардяная, битумная с добавлением сланцезого масла, а такзе эмульсия на основе госспполовоп смолы.

Таблица I

Технико-экономическая характеристика способов закрепления пылящей поверхности отвалов и хзостохраяилищ вяжущий веществами

Наименование состава

Стоимость Технологическая характеристика

закрепления -

I га (цены 1984г.)

руб.

прочность

слоя ггчитт.

(корки)

траддд

скорость ин -

устойчивость к вымывании

нанесение на поверхность

I. Еатумно-чЗардя-ная эмульсия

167

100 достаточная

достаточная

самотеком

2. Злульсия госси-половой смолы

227

121,4 достаточная

доста- самоточная теком с подогревом

3. Битумная эму ль- 257 142,8 невы- - - гидро-сия сокая монитором

4. Нэрозиновая 269 143,9 доста-эмульсия точная

чивая

5. алульсля нефтя- 360 192,5 невы- - неясного гадрона сокая тои-

чивая

6. Раствор КМЦ 2БЗ 151,3 -

7. Универсин 552,8 295,6 - достаточная неустойчивая самотеком

8. Раствор ПДА 640 342,2 достаточная - неустойчивая самотеком

Остальные эмульсии и растворы значительно уступают по экономичности и устойчивости к вымывании и могут являться источни-

з

нами, загрязнения природных вод, а величала удельных затрат а 1,5-3,0 раза больле.

Для эффективного закрепления пылящих поверхностей в каздом отдельном случае необходимы изыскания с постановкой экспериментов в лабораторных и а&омыплзнныя условиях.

Обзор исследований по проблема борьбы с пилением отвалов и хаоетохраш'лвд показал, что до настоящего зремени разработаны лиаь обобщенные рекомендации и зазаслысста. Для эффективного закреплений пыяясах поверхностей в какдом отдельном случае необ-холвш изыскания с постановкой экспериментов з лабораторных и промы'ддвшшх условиях. Определяющими факторами эффективного закрепления язляатся:

гранулометрический состав пород;

фазикоч.:еханаческие характеристики породы (плотность, влажность, форма частиц), физико-химические свойства, смачиваемость, прпшзаемость (адгезия) и слдпаемость (аутогезия);

характеристика вянущего состава: вязкость, агрохимические свойства, скорость инфильтрации, безопасность для растительности и человека и, что оссбзнно ваяно, вяаущне вецестза долеты быть дезздкмп, издефицитными.

Ванным фактором, вяеяюдим на уровень и характер запыленности зозпудь'ых потоков является скорость ветра.

Фкзцко-тмэские и физико-механические свойства пород являются основой как доя прогноза запыленности, так и для выбора наиболее соотвзтствуюаего зяяузего взиестза.

От гранулометрического состава пород загасит не только количество мз;;кн:; частиц, уносимых воздушным потоком, но ц интенсивность уноса. Интенсивность унсса мелких частиц непосредственно связана с наличием крупных частиц, которые экранируют мелкие частицы. До настоящего времени э методических указаниях по расчету количества уносимой з атмосферу пыли гранулометрический состав пород учитывается коэффициентом измельчения горной массы г. рекомендуется равным однозначно 0,1 и интенсивность уноса 0,1 мг/м"-с. Поэтому установление зависимости уноса мелких•чаотид от гранулометрического состава пород пылящей поверхности является зажой задачей оценки и прогнозировался загрязнения атмосферы и почвы з районе размещения отзалов и хвостохраналиа.

Зторнм оокоэжй.' •;.3.KTcpo.v; для яройгсза загрязнения азмолрвры являются in on к с -м ехазач е с та з а .фазлко-хяыаческаа сэойстлз зород. 'Л если зжятае слотностл, элазсассга, зкачиеаемостя «гасящ повода достаточно изучено :: разрабэтазн аеобходагне рекатаяяацаЕ по" j-тзту ;:х алпягпя, то злл-^ае дгадядаэмостя (ад^ззаа) а сталае-:.;ос7Д (ajioresaa) учтено недостаточно. Кроме того, ¿нзако-^езса-начвсказ п фззаяо-хгкачесхае сзойстяа пород явяяяяся основой для выбора с-остэетстьувдгго злн^эго ээцесгэа для зпкраплендя поверхности.

¿ехнологаческа? сзсйсгна яякуаего зезастла ло многом прзд-слрвдалявг т-з-яшку а техдологаэ зраготсзлеюш раствора (кда зг.гулэсиа), ссосоон а яерг.слдчкост£ его нанесения на поверхность, ' т.е. гффектйэкссг» закрздлэная поверхности в целом. 3 ка-эстзэ зяхузго аеззстал а ксслздсзенпа понижается госсяполсвая смола (перзатный гудрон, хлозкэзкй гудрон). Госсадолозал с^ола, язляз-•даяся отходом хлопкового производства, до настоящего времена нз потребляется как готсеай продукт, хотя частично используется з качестве дэбазок для дсэнзення прзлалаемостл битумных, «иудьсай з дорокном строительстве, для пропитка дреэасно-волокндстмс пдпт, л производстве бгнэзааягяого состава для дрегееяг-м к в не-котогж: друглх п?сазводз?эах (отпускная цена I т в 1991г. -

- 25 :ыс. руб.). Вязкость госсяййлээой смола составляв? 2,9-3,1 Ла.с, что нсклкчзет возможность канесенпя ее самотеком. Поэтому в исследовании рэдадась такзв два технологические задача: первая - сляззЕкая с опсздзлвкзеы состава змульсии нузннх тзхкэ-догичеодах сзоСстз {зязкссгя, окороста ннфгльтрзше); вторая -

- разработка способа л гагстозлэняя д ланосенал онулвсяд. 3 яосде-до1с?ндл разрабатнзается способ гаяроданамаческого (каэктацдокно -гч'' зг.г?дьгЕроваядк "лдксстэл, болзэ гЗфектияногэ со сравнению с г;;:'!, ициошшм приготовлением в мепалках лопастного типа.

Поставленные задачи реоаядс* применительно у. сородас! отвадь . мбастузекого ¿'есторсздзнгя. Работа базировалась на рззудъ-

асолег^г^най по проблэмэ закрзсгекая пялягцах поверхностей, зкпэ.д неякых рзкее з пдстатутах лЗгг.1££ЛН0Б?, Зфшсяай институт яй$?я, HI 101?, 2Е1СЗугэ:», ГЛГЛ, ТТЛ (кафедра охрани

-'t>i"S2 л вен?а."я:~д).

3 1эпса;.*0!?ть ::н?энслзн0стл уноса частиц роздузннм потоке:.! соя )зных опгздзджжгх гактороэ язгли дсслзг.о?а.--:сь на сснозэ

яэадкгная

где ^ - скорость воздушного потока;

О', Ь - экспериментальные параметры, характеризующие условие а заме действия частиц и воздушного потока; - мритаческое'значение скорости воздушного потока, при котором начинается унос частиц, это значение отрааает влияние физико-химических свойств порода (формы, размеров, влажности., плотности, адгезии) ка интенсивность уноса частиц.

Парам«три зависимости интенсивности уноса частиц различной крупности определялись экспериментально в лабораторных условиях. Исследование проводилось на установке, рабочая часть которой представляла собой прямоугольную трубу сечением 0,0525 н2 '0,25г. х0,25 ы) и длиной 6 м. Для наблюдений I м стенки сделан из оргстекла. Бозд^яевй поток создавался вентилятором Ц-14-46 И 3. Для устранена вибрации трубы при ргооте вентилятора их соединение произнесено габква шлантсм. Скорость зозетлногс потока регулировалась задэиакой, измерялась с помоаыз кикроманочегра .МЫН-240/5. Для размещения образца порода на низке й стенке трубы сделан вырез, в который помещалась металлическая кювета с породой размерами 13x6,2x2 см. Образцы породы различных фракций крупности взвешивались,продувала» 3 трубз в течение 2-5 кинут, после повторного взвешивания определялась масса унесенных частиц. Эксперименты проводились для определения критических значений скорости, для определения интенсивности уноса фракций различной крупности, а такзе интенсивность уноса частиц с поверхности пород различного гранулометрического состава. Опыты проводились при влажности пород 2,5-3,1 %, в качестве крупности частиц фракции в расчетах принималась верхняя граница фракции. Результаты измерений приводятся на рис. I, 2,

Анализируя график зависимости критической скорости от крупности частиц ыокно сделать следу оде а выводы:

а интервале крупности ыензе 0,1 мм значения критической скорости с уменьшением крупиости возрастает, что соответствует возрастании сала адгезии с уменьшением крупности частиц;

л ил терзале крупности более: 0,25 мм значение критической скорости возрастает с увеличением, крупности частиц, что соответствует увеличении силы тякеста частиц;

Граф« зависимости значений критической скорости о от крупности фракций

0 0 5 1 £

'Крупность фракции, мм

Рис. I

10

1с

График зависимости интенсивности уноса мелких частиц от скорости воздушного потока

- / А / /У / / /<•

р к/ //У

я

- ' Л/Г / Е 57 в/ Щ ' ;-/ '7 Г;

1111.. 1(11

0 5 <о

Скорость воздушного потока

10

'Г » I / /—

/ 1/ / 4 / / / /X о

/ 17*7

/ X к %

1111 I 1,1,1

од- Ю 15

Скорость воздушного потока, м/с

Рис. 2

а - для_отдедьных фракций: -0,1; -0,25+0,1; -0,5+0,25; -1+0,5; -3+1 ш;

б - для смеси Фракций: 5 - при содержании частиц -0,25 ш - 132; ? - при 10,ь; О - при 30^; 9 - пси 46,2; 27-29 "Северный" (-0,25 - 203; (+3 :.ад) - 302

порода отвала

для фракций крупности -0,25+0,1 км значение критической скорости минимальное, что соответствует нулевому значении силы адгезии.

С учетом закономерностей отрыва .монослоя частиц воздушным

потоком

" У]

; (2)

где крупность частиц, ы;

плотность породы, кг/ы3; рц- сила прилипания частиц (адгезии), Е; Оу,- коэффициент сопротивления частиц а воздушном потоке. Для пород Экибастузского месторождения средние значения: Ох= 0,15; Рй=5.10-8(Ю

тГк{ = [о.оозьр. а^ (35

где м/с; ръ ~ кг/ы3; С1с - мм-

Зависимость интенсивности уноса мелких частиц аппроксимируется формулой

где а <рс.- интенсивность уноса частиц и -о2 франции крупности, ^ мг/ы2»с;

~ эмпирические параметры. Для пород Экибастузского месторождения

= А.и е/хр (сс-1Г); ^ (5)

; (6) где крупность фракции, мм.

Формулы (6) охватывают интервал крупности менее 0,5 мм. Максимальная -срупность частиц уносимых воздушном потоком 0,055-г'г; ,7)

а интенсивность "/носа смеси частиц

'0,045-Г'*) ^ £ССр ("До 25/ , [II

где п ом - интенсивность уноса смеси частиц крупностью мгяьаа ' Ч£^м а V- , мг/м2*с;

содержание частиц крупностьс пенале чем 0,25 мм, ;;;

П, - параметр, хасактэризуэдпй распределение частиц по

хрулностн; V - скорость воздушного потс:-2., :.:/с. Интенсивность уноса частиц со фракциям

¿г-

¡,¡53 .

(9)

Параметры закрепления дыляцего слоя пород исследовались в лабораторных условиях. 3 качестве зддущах составов были приняты:

эмульсия госсиполозой с;,юлы (вода - £5 едкий натр --4,5 госсиполозач смола - 4,5 ■

4"?-нн>: раствор карбоксиметилцеллюдозы (1-С.Щ); 0,1-ный раствор полиакрилаглида (ПАА). ЗффектЕэяосто закрепления оценивалась по следующим показа-тедям:

прочностью образугкзйся корки иди пленки, стабилизирующей поверхность;

глубиной пропитки; эодостойкостьа состава; вязкостью .5!.;ульсии или растзора;

интексизностьэ пыленпя поверхности до и после обработки. Кроме того, з процессе исследования определялись гранулометрический состав пород, их плотность и злакрость. Элульсия и растворы в лабораторных условиях приготавливались в высокоскоростной меаалке типа М -2 (до 2400 ыин-А) при температуре 18-20° С. Вчзкос;ь подученных растворов определялась в трубчатом вискозиметре, устойчивость оценивалась по времени распада: при зремёаа распада 30-60 мин раствор или эмульсия квалифицировались каа срэднераспадаидиеся, при большем времени - как медленнорас-падаааиеся (табл. 2).

Образцы пороз! объемом 50 и 160 см3 помеаались в кввзту из оргстекла, уплотнялись до 1,3-2,0 г/с:.;3, на их поверхность наносился раствор. -ЗиксирозалисБ глубина пропитки и время высыхания. После высыхания прочность оценивалась по взличинз удельного ■ сопротивления пенетрации, интенсивность пиления при скорости зоздуоного потока 6,5 м/с (табл. 3). Глубина пропитки 4,53-нс£ эмульсии госсплолэзой смолы аппроксимируется формулой

где - глубина пропитки, ым;

плотность порода, г/см3.

Таблица 2

Характеристика растворов для закрепления пылящей поверхности

Содержание компонентов, % по массе Плот- Вязкость ри 20 С Па-с

Г.С. КМЦ ПАА ЕН вода г/см

.4,5 0,5 S5 0,99 0,006

13,5 1,5 85 0,93 0,012

27,0 3,0 70 0,96 0,018

100,0 - - 0,67 3,1

0,1 - 99,9 1,01 0,01

4 — ■ * — - 96,0 1,04 . 0.С06

Таблица 3

Характеристика поверхности пород, закрепленных

вяжущим сос таз ou

Характеристика пп образца Плотность, г/см3 Глубина про питки, ш Интенсив- ротивле-ние пе- Н2,1^и Ж

I. Порода с поверхности отвала свекенасыпанная без закрепления 1,48-1,63 - 0,21-0,24 220-240

2. То же, после смачивания и просушки 1,48 — 0,33 50-60

3. Коска породы после обработки эмульсией Г.С. 1,6 25 1,91 0

4. То же, после 3-х суточного замачивания и просушки 1,63 " 0,64 0

5. Корка породы после обработки раствором КлЦ 1,52 3 (пленка) 1,94 срывает пленку

6.-То же, после замачивания и просушки 1,63 - 0,47 40-50

7. Корка породы после обработки раствором ПАА 1,63 • 5 0,9 0

8. То же, после замачивания и- 'просулки 1,65 0,3 35-40

По результатам лабораторных испытаний сделана следующие выводы:

эмульсия госс:шолозо2 смолы является весьма устойчивой и по этому показателю значительно зсэзыззэт устойчивость шстзороз ПАА и

вязкость эмульсии незначительна :1 достаточна для нанесения самотеком;

образующаяся после эысаханзя коска обладает сравнительно высокой механической прочностью и длительностью сохранения корки, и пса этом полностью исключает паление поверхности.'

Для приготовления эмульсии .госсплолозсй смола нами рекомзн-дуется гидродинамическое (кавитационное) эыульгированпе. При этом не требуется специальных аппаратов, т.к. з качестзе оборудования служит оборудование водоснабжения (насос, трубопровод емкости для растзоров). Сущность способа заключается з создании кавитацлонно-го режима з потока жидкости за счет сужения потека путем установка насадки. В местах сужения трубопровода скорость потока возрастает и при определенных значениях скорости дазленае внутри жидкости р 0. Вследствие этого жидкость подвергается растяжению, разрывается, в ней образуются каверна, заполняемые паром жидкости. Пси снижении скорости после выхода из насадки каверны, пузырьки эахлалываэтея, при этом проявляется ыикрогидравлические удары, которые диспергируют госсиполозую смолу. Проверка эффективности диспергирования а установление параметров режима эмульгирования производились на лабораторной установке, включазщей: насос 2К-20/30 (подача 10-20 м3/ч, напор 24-35 м), смесительный бак 0,63 м3, систему трубопровода диаметром 32-50 ш, местное сопротивление для создания режима казитацаи.з виде насадки с диаметром выходного отзерстия 9 мм. Расчетными параметрами являются необходимый минимальный напор для создания разима кавитации и кратность пропускания смеси через зону кавитации. Качество приготовления эмульсии оценивалось визуально, путем сравнения с эмульсией, приготовленной а высокоскоростной иепалке (табл. 4).

По результатам исследования сделаны следуете выводы: ■'

минимальный необходимый напор для создания хазитацаэзногэ режима 12-15 м;

для растворения граяулирозаяксго едкого натра (фракция -7+3 мм) и эмульгирования госсиполовой смолы достаточно дзух-

Таблица 4

Параметры процесса приготовления эмульсии гидродинамической кавитацией

Состав Г.С. растзора, iii.H» кг зода Темлэоа-~ туса растзооа о Каи оо золы, м 3-емя цппку- Л.-ГДПП, ; ;пн Уютность прохода через зону кавитации

_ 0,25 97 20 35 ± т

- 0,25 97 10 35 т ? - » т 0 — > ~

- 0,25 9? 5 35 1,5 1,5

2,2 0,25 97 20 35 I т

2,2 0,25 97 10 35 1,2 1,2

2,2 0,25 97 5 35 1,5 1,5

-трехкратного пропускания раствора через насос :: зону кавитации.

3 промышленных услозиях з 1991г. на участок отвала "Северный" плодадьа до 220 ы~, срилегаздий к верхней бровке откоса, вручную было нанесено до 600 л змульсии 22^-ной концентрации. Образовавшаяся корка толщиной до 12 мм имела удельное сопротивление пенетрации до 1,1 ЫПа (до обработки 0,33 ;.Яа) через год после обработки 0,4 1.Ша. Кроме того, на обработанном участке ломимо обычного для данной местности донника лекарственного вырос лыдчок полевой.

Установлено, что в результате сегрегации материала по крупности мелкие частицы порода концентрируются в верхней, а крупные

куски рассоедотачивазтся в шшшк части откоса. Весхняя часть ет .

откоса представляющая собой зону интенсивного выноса мелких частиц воздуяным потонем. Площадь закрепления поверхности лелезнодо-роаного отвала, приходящуюся на I м3 отсыпаемых пород eis (м2/м3) рассчитывается по формуле ^ ^

<1S = 0,7-HHt P-fbux-^) -6 , (II)

где Ц - высота отвального уступа, м;

р - соотношение длины участка закрепления и обдеп длины

откоса, доли ед; ß - угол откоса отвального уступа, град; В - наг передвикки путей, м.. Текущая площадь протизоэрозионного закрепления

S3fr) =■ oCs- Q- , (12)

где Q, - объем пород, отсыпаз?.шх за время Т , м3.

Общая алодадь закрепления на рекультивируемом отвале зависит от объема пород, сорш, параметров отвала и рассчитывается по формулам:

для отвала в форме усеченного конуса

для пирамидальной формы отвала

где 1Д, - объем пород в отвале, м3;

Н - высота отвала, м;

/ъ - результирующий угол откоса отвала, град;

т - отношение длины отвала к его таране.

В качестве оборудования для нанесения эмульсии на большие плоаада нами рекомендуется типовое оборудование, используемое для ороаения поверхностей водой, т.к. вязкость эмульсии незначительная (0,006 Па. с) и соответствует возмоаностям оборудования. Так с гидропоезда состоящего из 5 железнодорожных цистерн обпей вместимостью 250 м3 и платформы с одним гидромониторе« ШК-250, насосом 6НДЗ (с дизельной установкой) по расчету.монно нанести омульсию на 8 га в течений 1-2 часов.

При незначительных закрепляемых площадях возможно нанесение эмульсии поливочными агрегата;® СЯА-1 на базе автосамосвала БеЛАЗ-540, ори этом за 1-1,5 часа наносится до 22 ы3 эмульсии на 0,7 га.

Таким образом, обработка поверхности породных отвалов эмульсией на основе госсидоловой смолы предотвращает пылеобра-зовшяю и способствует биологической рекультивации отвалов, т.е. является экономичным и действенным способом охрана окружазэ-ззй среды.

ЗШШЕВИЕ

В диссертационной работе, на основании выполненных автором исследований, дано новое эффективное репение актуальной задача рекультивации породных отвалов, исключавшее загрязнение окру-

;з

аавдей среды минеральными частицами за счет закрепления пылящей поверхности породных отвалов эмульсией госспполовой смолк.

Основные выводы, научные и практические результаты, подученные в работе, заключаются в следующем:

1. Установлена зависимость интенсивности уноса медкнх частиц различной крупности с поверхности породных отвалов от гранулометрического состава и физико-химических свойств пород отвала, от скорости воздушного потока. Подученная зависимость является основой для расчета выбросов твер^х частиц в атмосферу отвалами, а такте для расчета нормативов ПДВ при формирования породных отвалов.

2. Разработан состав эмульсии для эффективного закрепления пылящей поверхности породных отвалоз на основе госспсолозой смолы обеспечивающий:

возможность нанесения эмульсии типовым оборудованием, применяемым для орозенля отвалов л дорог;

образование на поверхности отзалсз породной кор:с: с достаточной механической прочностью и водостойкостью, величина которых гораздо вызе, чем при закреплении поверхности растворами полиакриламида или карбоксимзти-лцелдюлозы;

резкое снижение (практически до нуля) пнгзноизностл лкл-знпя обработанной поверхности в течений зозгс теплового сезона.

3. Разработана технология гидродинамического (казптационно-го) приготовления эмульсии на основе оборудования водеснабжения. Рзкомендуются параметры и технологический реяям приготовления эмульсии.

Основные положения диссертации опубликованы з сдед7:-глх работах:

1. Повышение эффективности'закрепления пылящей поверхности отвалов // Экологические проблемы горного производства. Тез. докл. .'.{еждунаредн. научн.-практ. конф., :.!., 1993. - с. 88-89.

2. Исследование закрепления пнлядей поверхности отвала эмульсией госсиполозой смолы / У^з. ВУЗов "Горный хурнал", 1994. - У) I. - с. 33-40. //

II