Способ пылеподавления на открытых угольных складах

Авторы патента:

Ковшов Станислав Вячеславович (RU)

Ковшов Вячеслав Петрович (RU)

Сафина Азалия Марсовна (RU)

Ерзин Айрат Хакимович (RU)

E21F5/02 - увлажнением или орошением

Владельцы патента RU 2532939:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" (RU)

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к способам закрепления пылящих поверхностей открытых угольных складов. Техническим результатом является повышение эффективности пылеподавления на пылящих поверхностях. Способ заключается в нанесении на пылящие поверхности открытых угольных складов смеси, полученной соединением карбида кальция и натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы в соотношении 3:1 и растворенной в воде до концентрации в водном растворе, равной 5%. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к способам закрепления пылящих поверхностей открытых угольных складов, формирующихся как в черте угольных разрезов, так и в местах хранения и перегрузки угля, вынос пыли с которых оказывает существенную экологическую нагрузку на прилегающие территории и способствует возникновению и развитию профессиональных заболеваний органов дыхания у рабочих подобных объектов.

Известен способ пылеподавления (патент РФ №2332572, опубликовано 27.08.2008), включающий связывание и коагуляцию пыли в воздушном потоке аэрозоля с помощью воздухонаполненных водных (98%) пен высокой кратности, в состав которых входит поверхностно-активное вещество, представленное глицерином (0,2-0,4%), а в качестве стабилизатора - олеиновой кислотой (0,8-1,2%) и содой каустической (0,4-0,6%), при этом пылеподавление осуществляется выдуванием раствора через сопла форсунки на запыленные поверхности. Недостатками данного способа являются малая продолжительность временного интервала, при котором сохраняется его эффективность, а также низкая эффективность пылеподавления осевшей ранее пыли - пылевого аэрогеля, который при взметывании становится основным источников загрязнения воздуха пылью.

Известен способ закрепления пылящих поверхностей (патент РФ №2151301, опубликовано 20.06.2000), включающий нанесение на пылящие поверхности поливинилбутираля, который смешивают с песком, после чего эту смесь нагревают до температуры плавления поливинилбутираля. Недостатками данного способа являются достаточно высокая адгезия поливинилбутираля ко многим материалам, что существенно может изменить физико-химические свойства складируемого угля, а также недостаточная прочность соединения поливинилбутираля с песком, обусловленная большим отличием коэффициента Пуассона для этих материалов, что приводит к его постепенному расслоению и дальнейшему разрушению при воздействии ветрового потока.

Известен состав для закрепления пылящих поверхностей (патент РФ №2148720, опубликовано 10.05.2000), включающий 10-15% пластификатора адипинового щелочного (отходов производства капролактама), 15-20% келловейской порошкообразной глины, попутно извлекаемой с железной рудой, и технической воды. Недостатками данного состава являются его недостаточная эффективность из-за воздействия атмосферных осадков, резко снижающих концентрацию раствора в результате размыва поверхностного слоя, высокая стоимость рабочих компонентов, предназначенных для приготовления щелочного раствора, а также территориальная узость применения, обусловленная наличием келловейской порошкообразной глины только в районе Курской магнитной аномалии.

Известно профилактическое средство против смерзания, прилипания и пылеподавления сыпучих материалов (патент РФ №2155201, опубликовано 27.08.2000), включающее гудрон пермских нефтей - 40-50% и керосиногазойлевую фракцию каталитического крекинга с пределами кипения 200-275°C - 50-60%. Недостатками данного способа являются технологическая сложность и энергоемкость приготовления его компонентов, а также сложность дальнейшего устранения такого слоя перед применением каменного угля.

Известен обеспыливающий состав (патент РФ №2029775, опубликовано 27.02.1995), включающий компоненты: сульфатное мыло или омыленный талловый пек - 2-10%; полиакриламид - 0,05-0,20%; вода - остальное. Недостатками данного состава являются резкое снижение биопродуктивности закрепляемых пылящих поверхностей, а также повышенная радиоактивность компонентов.

Известен способ закрепления пылящих поверхностей, принятый за прототип (патент РФ №2407891, опубликовано 27.12.2010), который заключается нанесении на пылящие поверхности стационарных источников пылевыделения смеси. При этом смесь получают соединением органических остатков естественного происхождения и высокомолекулярного соединения в соотношении 125:1 и наносят с ее одновременным естественным или искусственным увлажнением и внесением семян трав, создавая основу для формирования прочного задернованного биопродуктивного слоя. Недостатками данного способа являются ориентация на пылящие поверхности окончательно сформированных стационарных источников пылевыделения с длительным сроком жизненного цикла, например хвостохранилищ или отвалов горных пород, а также то, что создание прочного задернованного биопродуктивного слоя существенно изменит физико-химические и энергетические свойства складируемого угля.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности пылеподавления на пылящих поверхностях открытых угольных складов.

Технический результат достигается тем, что способ пылеподавления на открытых угольных складах заключается в нанесении на их пылящие поверхности смеси, полученной соединением карбида кальция и натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы в соотношении 3:1 и растворением в воде. Концентрация смеси карбида кальция и натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы в водном растворе составляет 5%.

Натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) имеет химическую формулу (C₆H₇O₂(OH)_3-x(OCH₂COONa)_x]_n, где n=300-1000. Она представляет собой аморфное бесцветное вещество плотностью 1,59 г/см³. Обладая температурой размягчения 170°C, натриевая соль КМЦ растворима в воде, а также в водных растворах щелочей, аммиака и хлорида натрия, причем степень растворимости обуславливается степенью этерификации целлюлозы.

При растворении в воде натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы образует вязкие прозрачные растворы, характеризуемые псевдопластичностью, а для некоторых сортов продукта - и тиксотропией (способностью самопроизвольно восстанавливать разрушенную механическим воздействием исходную структуру). В водных растворах натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы, проявляя свойства поверхностно-активного вещества, хорошо совмещается с другими водорастворимыми веществами, например с карбидом кальция. Из водных растворов натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы формируются прозрачные пленки, характеризующиеся относительным удлинением 8-15%. Сухая натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы оказывает слабое коррозионное действие, однако ее водные растворы при длительном хранении на воздухе подвергаются ферментному гидролизу.

Для предотвращения деструктивных процессов при пылеподавлении или закреплении пылящих поверхностей используют карбид кальция CaCl₂, который хорошо растворяется в воде, при этом характеризуется более низким уровнем давления пара в растворе, по сравнению с чистой водой, оставляя поверхность горной породы увлажненной длительное время и предотвращая пылеобразование, а также способствует снижению смерзаемости горных пород. Раствор карбида кальция наносится методом распыления на породу.

Карбид кальция смешивают с натриевой солью карбоксиметилцеллюлозы в соотношении 3:1 по объему, а затем растворяют в воде до уровня концентрации смеси в растворе, равной 5%, что является оптимальным для закрепления уже образованной пыли, находящейся в состоянии аэрогеля, за счет создания защитной пленки, которая практически не изменяет физико-химические свойства складируемого угля. При этом в течение значительного периода времени - до 2-3 месяцев после одной обработки - предотвращается новое пылеобразование и снижается смерзаемость угля.

Способ осуществляется следующим образом.

1. В качестве вещества, предотвращающего деструктивные процессы в открытых угольных складах, обусловленные ветровой эрозией и резкими перепадами температур, а соответственно, снижающего пылеобразование, используется карбид кальция.

2. В качестве высокомолекулярного соединения, имеющего высокую адгезионную способность, используется натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы.

3. Перемешивание карбида кальция и натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы в соотношении 3:1 осуществляется стандартными смесителями, выбор которых обуславливается необходимым объемом смеси.

4. Самостоятельное растворение предложенной смеси в воде до уровня 5% по массе в растворе осуществляется в течение 2-3 часов.

5. Орошение полученным раствором пылящих поверхностей открытых угольных складов рационально стандартными сельскохозяйственными оросительными машинами, диаметр распыляющих форсунок которых превышает 1 см.

При орошении предложенным раствором происходит проникновение натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы между фракциями каменного угля и закрепление пылящего слоя. Натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы имеет адгезионное свойство склеивать мелкодисперсную минеральную составляющую каменноугольной пыли, что позволяет предохранять образовавшийся защитный слой от воздействия водной и ветровой эрозии. Наличие карбида кальция предотвращает возникновение вторичного пылеобразования и способствует снижению смерзаемости каменного угля.

Полученный раствор был испытан на лабораторной установке по созданию ветровой нагрузки на поддоны с различными защитными слоями одинаковой массы.

На слои в течении 1 минуты действовал в горизонтальном направлении ветровой поток скоростью 3 м/с. Результаты экспериментов представлены в таблицах 1 и 2.

Из таблицы 1 видно, что наиболее прочным и целостным слоем после продувания является слой, сформированный на основе смеси с составом №4. Это свидетельствует о том, что подверженность ветровой эрозии при соотношении компонентов смеси №4, в которой соотношение карбида кальция и натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы составляет 3:1, минимальна.

Экспериментальным образом установлено, что данное соотношение компонентов смеси карбида кальция и натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы оптимально для растворов с различной концентрацией смеси в воде.

Из таблицы 2 видно, что эффективность пылеподавления существенно зависит от этой концентрации. Наиболее рациональной концентрацией смеси карбида кальция и натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы является 5% в водном растворе, что соответствует смеси с составом №4. При уменьшении данной концентрации отмечается снижение прочности и целостности сформированного защитного слоя, при увеличении концентрации смеси резко повышается адгезионная способность смеси, проявляющаяся в соединении ее компонентов с отдельными элементами пылящего материала, в результате чего существенно снижается целостность сформированного защитного слоя. Помимо этого, повышение концентрации смеси в растворе существенно увеличивает затраты на противоэрозионные мероприятия.

По сравнению с известными решениями предлагаемый способ позволяет повысить эффективность пылеподавления на открытых угольных складах в сочетании с дополнительным положительным эффектом снижения смерзаемости горных пород.

Таблица 1
№	Карбид кальция, %	Натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы, %	Масса до продувания, г	Масса после продувания, г	Целостность сформированного слоя, %
1	100	0	250	201	50
2	90	10	250	240	80
3	80	20	250	245	90
4	75	25	250	247	90
5	70	30	250	245	80
6	60	40	250	245	75
7	50	50	250	246	70

Таблица 2
№	Концентрация смеси в растворе, %	Масса до продувания, г	Масса после продувания, г	Целостность сформированного слоя, %
1	0	250	137	85
2	1	250	221	90
3	2	250	240	90
4	5	250	247	90
5	10	250	248	80
6	20	250	251	50

1. Способ пылеподавления на открытых угольных складах, включающий нанесение на их пылящие поверхности смеси, отличающийся тем, что смесь получают соединением карбида кальция и натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы в соотношении 3:1 и растворяют в воде.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрация смеси карбида кальция и натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы в водном растворе составляет 5%.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к способам пылеподавления при массовых взрывах скважин на карьерах. Предложенный способ включает этапы, на которых осуществляют заполнение каждой скважины зарядом взрывчатого вещества (ВВ) и размещение герметичной оболочки с водой на поверхности взрываемого блока вблизи устья каждой скважины.

Способ пылеподавления при взрывных работах // 2511326

Изобретение относится к горной промышленности и может быть применено для борьбы с мелкодисперсной пылью при открытой разработке месторождений полезных ископаемых с проведением взрывных работ.

Способ пылеподавления при транспортировке угольной массы // 2485321

Изобретение относится к горному делу, а именно к способам пылеподавления при транспортировке угольной массы посредством ленточных конвейеров. .

Способ предупреждения и подавления самовозгорания // 2482279

Изобретение относится к горной промышленности и может быть применено в борьбе с эндогенными пожарами. .

Способ предупреждения самовозгорания угля в шахтах // 2472938

Изобретение относится к горной промышленности и может быть применено для предотвращения самовозгорания угля в шахтах. .

Способ проведения горных выработок в шахтах, опасных по газу метану // 2466277

Способ пылеподавления при взрывных работах // 2441166

Устройство подвода напорной воды в системы орошения // 2403394

Изобретение относится к устройству подвода напорной воды к системам орошения, расположенным на секциях щитовой механизированной крепи для подземных горных разработок.

Способ оценки опасности горных пород по фрикционному воспламенению метановоздушной смеси // 2377411

Изобретение относится к области горной промышленности, в частности к проблемам безопасности в угольных шахтах, а именно к вспышкам метана, вызванным фрикционными искрами, образующимися при трении зубков горных машин о крепкие горные породы.

Установка для пылеподавления // 2307252

Способ выбора поверхностно-активных веществ при увлажнении каменных углей по коэффициенту проницаемости // 2533562

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при отработке ударо- и выбросоопасных угольных пластов. Техническим результатом является повышение безопасности горных работ за счет повышения эффективности увлажнения краевых зон угольных пластов. Предложен способ выбора поверхностно-активных веществ (ПАВ) при увлажнении каменных углей по коэффициенту проницаемости, включающий подготовку образцов угля правильной геометрической формы, установку измерительного цилиндра непосредственно на образец, определение объема профильтрованного водного раствора ПАВ, времени фильтрации, и коэффициента проницаемости, который определяют по приведенному математическому выражению. Затем повторяя измерения для последовательно увеличивающейся концентрации ПАВ, строят график зависимости коэффициента проницаемости относительно концентрации ПАВ, и проводят подобные измерения с другими типами ПАВ на подобных образцах. При этом наиболее эффективное ПАВ и его концентрацию определяют по максимальному значению коэффициента проницаемости для всех кривых. 3 ил.

Способ предотвращения воспламенения метановоздушной смеси // 2558068

Изобретение относится к горному делу, а именно к области предотвращения воспламенения и взрыва метановоздушных смесей, и может быть использовано при разработке угольных месторождений подземным способом. Техническим результатом заявляемого изобретения является нейтрализация образовавшихся метановоздушных смесей и локация в начальной стадии их возникновения. Для решения поставленной задачи предлагается способ предотвращения воспламенения метановоздушной смеси, включающий пневмогидроорошение зоны проведения горных работ, автоматический контроль содержания метана датчиками и введение в шахтную атмосферу ингибитора. Отличием является то, что при достижении концентрации метана в воздухе до 2,5% автоматически отключается подача в систему воздуха с одновременным подключением под давлением ингибитора заданной концентрации, подача воды в систему пневмогидроорошения при этом не отключается.

Установка динамического пылеподавления // 2575372

Изобретение относится преимущественно к горному делу и может быть использовано для подавления пыли, образующейся при дроблении и измельчении горной массы на предприятиях горно-металлургической, угольной, строительной и других отраслей промышленности. Техническим результатом является повышение эффективности пылеподавления за счет существенного увеличения динамического давления водовоздушной смеси на частицы пыли и улучшения ее смачиваемости для повышения эффективности сил тяжести, способствующих быстрому осаждению пыли. Предложена установка для пылеподавления, состоящая из блока управления, выполненного с возможностью передачи сигнала на источник воздуха высокого давления, соединенный посредством нагнетательных воздуховодов с емкостями сифонного типа с ионизированной водой противоположной полярности через электромагнитные пневмоклапаны, форсунок тонкого распыления, соединенных водяными магистралями с емкостями сифонного типа через электромагнитные гидравлические клапаны и устройство развязки воздушных и водяных магистралей, соединенное с источником воздуха высокого давления продувочным воздуховодом, при этом электромагнитные пневмо- и гидравлические клапаны и устройство развязки соединены цепями управления и контроля с блоком управления. Причем в емкостях сифонного типа установлены перфорированные барботажные воздухопроводы на всю их глубину с пневмодинамическим генератором колебаний давления воздуха на входе. 1 ил.

Способ термовлажностной обработки угольного массива растворами поверхностно-активных веществ (смачивателями) и устройство его реализующее // 2599116

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для повышения производительности и создания безопасных и комфортных условий труда при подземной и открытой разработке угольного массива. Техническим результатом является повышение производительности выемки угля и безопасности труда за счет сорбционного насыщения угля смачивателем из подогреваемого раствора под давлением, приводящего к значительному снижению крепости угольного массива при одновременном связывании пыли и повышении газоотдачи угля. Предложен способ термовлажностной обработки угольного массива растворами поверхностно-активных веществ - смачивателями, включающий бурение сети скважин, которые объединяют в общую систему. При этом на входе скважины герметизируют гидрозатворами, а на выходе из них устанавливают вентили - редукционные клапаны или дроссели. Далее закачивают раствор в скважины под давлением, зависящим от горно-геологических свойств массива, при концентрации, равной 1-2 ККМ, при повышенной температуре по замкнутому циклу до насыщения угля смачивателем. При этом дефицит смачивателя в растворе, обусловленный сорбцией его углем, восполняют в количестве, определяемом по приведенному математическому выражению. Причем, создавая перепады давления, доставляют смачиватель в трещины и поры, а циркуляцией подогретого раствора увеличивают количество сорбированного смачивателя, раскрывают микротрещины, ослабляют массив, повышают его фильтрационную способность и доставку смачивателя в места предразрушения. Причем процесс контролируют по давлению в системе и по концентрации смачивателя на выходе из скважины. Оптимальную температуру подаваемого в горный массив раствора поддерживают в пределах от 35-40°C. Окончание процесса определяют по концентрации смачивателя на выходе из скважины, которая должна быть не ниже 0,5 ККМ, или по резкому спаду давления между входом и выходом жидкости в системе скважин. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

Профилактическое средство для закрепления эрозионно опасных пылящих поверхностей в условиях низких температур // 2621333

Изобретение относится к производству профилактических средств, которые предназначены для закрепления эрозионно опасных пылящих поверхностей в холодное время года. Профилактическое средство включает газойлевые фракции процессов термодеструкции переработки нефтяного углеводородного сырья в качестве растворителя и тяжелый нефтяной остаток в качестве загущающей добавки. Растворителем является смесь газойлевых фракций каталитического крекинга с пределами выкипания 200-340°С и 340-470°С в соотношении 1:1 в количестве 80-90 мас.%. Загущающей добавкой является крекинг-остаток процесса висбрекинга в количестве 10-20 мас.%, подогретого до температуры 50-70°С. Изобретение позволяет улучшить низкотемпературные свойства, снизить себестоимость профилактических средств, а также расширить сырьевую базу. 2 пр.

Способ пылеподавления // 2634146

Изобретение относится к охране труда и защите окружающей среды в горной промышленности, в частности к пылеподавлению при отрицательных и умеренно положительных температурах воздуха и пород в горных выработках и карьерах непосредственно у источника пылеобразования, также может быть использовано в строительной индустрии при подавлении пыли от мощных точечных источников пылеобразования. Техническим результатом является повышение надежности подавления мощных источников пылеобразования. Предложен способ пылеподавления, включающий подачу сжатого воздуха в форсунку снегогенератора с последующим направлением снежного факела в пылевое облако. При этом сжатый воздух предварительно разделяют на влажную горячую и сухую холодную части. Причем холодную часть подают в форсунку снегогенератора, образовавшийся снег направляют в верхнюю часть пылевого облака, а горячую часть сжатого воздуха направляют в нижнюю часть пылевого облака непосредственно к источнику пылеобразования. При этом факелы раскрытия горячей воздушной струи и холодной снежной струи не пересекаются. 1 ил.