В 1998 г. был введен в действие национальный стандарт Украины ДСТУ 3472—96 «Угли бурые, каменные и антрацит». Предварительная работа по установлению марочной принадлежности углей действующих шахт в соответствии с указанным ДСТУ показала, что уголь шахты «Красноармейская Западная № 1» по фактическим значениям классификационных параметров не может быть однозначно отнесен к определенной марке углей. В классификации ГОСТ 25543—88 этот уголь был отнесен к углям марки КО, хотя на момент разработки ГОСТа сама шахта еще не была введена в эксплуатацию и сравнить технологические свойства ее углей со свойствами других углей марки КО Кузнецкого и Карагандинского бассейнов не представилось возможным. Это и послужило одним из решающих доводов отнесения угля шахты «Красноармейская Западная № 1» к углям марки К в ДСТУ 3472-96.
Эта шахта разрабатывает уголь пласта d4, который до этого не разрабатывался ни на одной из шахт Донбасса и обладает уникальными свойствами. В табл. 1 – 3 приведены показатели свойств угля шахты «Красноармейская Западная № 1» и для сравнения приведены аналогичные данные для типичных коксовых углей Донбасса.
| Шахта | Марка угля по ДСТУ 3472-96 | Технический анализ, % | Толщина пластического слоя, у, мм | Средний показатель отражения витринита, R0, % | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Wa | Ad | Std | Vd | Vdaf | ||||
| Красноармейская Западная № 1 | К | 1,9 | 8,5 | 0,76 | 27,0 | 29,5 | 13 | 1,08 |
| Им. Бажанова, ГХК «Макеевуголь» | К | 1,0 | 6,9 | 2,05 | 23,1 | 24,8 | 22 | 1,25 |
| № 13-бис, ГХК «Макеевуголь» | К | 1,1 | 7,6 | 1,76 | 20,1 | 21,8 | 18 | 1,35 |
Из данных табл. 1 видно, что уголь шахты «Красноармейская Западная № 1» по всему комплексу классификационных параметров резко отличается от типичных коксовых углей, для которых характерны большие значении показателя отражения витринита и толщины пластического слоя и относительно небольшом выход летучих веществ. И показатель отражения витринита, и выход летучих веществ угля шахты «Красноармейская Западная № 1» не попадают в интервалы значений этих параметров, установленные для марки К. Петрографические характеристики, приведенные в табл. 2, свидетельствуют о том, что и в витрините угля этой шахты практически отсутствуют составляющие с величиной отражения, превышающей 1,2%, которые соответствуют коксовой стадии метаморфизма. В то же время в типичных донецких коксовых углях они преобладают (табл. 3).
| Шахта | Петрографический состав, % | Средний показатель отражения витринита, R0, % | Стадии метаморфизма витринита, % | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Vt | Sv | I | L | ∑ OK | 0.90-0.99 | 1.00-1.09 | 1.10-1.19 | 1.20-1.29 | 1.30-1.39 | 1.40-1.49 | 1.50-1.59 | ||
| Красноармейская Западная № 1 | 87 | 1 | 10 | 2 | 11 | 1.08 | 13 | 51 | 34 | 2 | — | — | — |
| Им. Бажанова, ГХК «Макеевуголь» | 87 | 1 | 11 | 1 | 12 | 1.25 | — | 4 | 14 | 56 | 24 | 2 | — |
| № 13-бис, ГХК «Макеевуголь» | 90 | 1 | 8 | 1 | 9 | 1.35 | — | — | 4 | 24 | 46 | 24 | 2 |
| Шахта | Спекающая способность по Рогу, RI, ед. | Тип кокса по Грей-Кингу, GK | Дилатометричнские показатели по Одиберу-Арну | Показатели текучести в пластическом состоянии по Гизелеру | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Минимальное расширение, а, % | Максимальное сжатие, в, % | Т-ра начала пластическ. состояния, tI, °С | Т-ра максимального сжатия, tII
| Т-ра максимального расширения, tIII, °С |
Т-ра начала пластическ. состояния, t1, °С |
Т-ра максимальной текучести, t2, °С |
Т-ра затвердевания, tз, °С |
Т-ра текучести, Δt, °С |
Максимальная текучесть, ∠/мин | | |||
| Красноармейская Западная № 1 | 58 | G6 | 32 | 16 | 385 | 410 | 475 | 380 | 415 | 470 | 90 | 350 |
| Им. Бажанова, ГХК «Макеевуголь» | 81 | G8 | 35 | 125 | 400 | 425 | 480 | 390 | 455 | 490 | 100 | 3200 |
| № 13-бис, ГХК «Макеевуголь» | 71 | G8 | 10 | 60 | 400 | 440 | 480 | 400 | 460 | 490 | 90 | 1100 |
Из приведенных в табл. 3 данных следует, что уголь шахты «Красноармейская Западная № 1», хотя и обладает способностью принимать отощающие присадки, однако в значительно меньшем мере, чем донецкие коксовые угли, о чем свидетельствуют различные значения индекса Рога (58 и 71-81 ед.) и тип кокса по Грей-Кингу (G6 и G8). В процессе термической деструкции этот уголь проявляет значительно меньшее вспучивание по методу Одибера-Арну (16 и 125-60%). Пластическая масса этого угля более вязкая, а время пребывания угля в пластическом состоянии меньше, чем у сравниваемых коксовых углей. Отмеченные особенности поведения рассматриваемых углей в пластическом состоянии должны неизбежно проявляться при их коксовании. Результаты индивидуальных коксовании углей в двухкамерной лабораторной печи конструкции УХИНа приведены в табл. 4.
| Шахта | Выход сухого валового кокса, % | Крупность K50, % | Дробимость П40, % | Истираемость И10, % | Структурная прочность, % | Абразивная твердость, мг | Пористость, % |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Красноармейская Западная № 1 | 76.5 | 82.7 | 73.7 | 7.4 | 66 | 60 | 53 |
| Им. Бажанова, ГХК «Макеевуголь» | 79.9 | 86.1 | 79.1 | 7.3 | 70 | 84 | 52 |
| № 13-бис, ГХК «Макеевуголь» | 82.4 | 87.6 | 78.9 | 7.0 | 67 | 72 | 51 |
Из табл. 4 видно, что отмеченные выше различия свойств сопоставляемых углей проявляются прежде всего в выходе валового кокса, который на 3,4—5,9% ниже у угля шахты «Красноармейская Западная № 1». За счет меньшего выхода летучих веществ из типичных углей марки К и соответственно меньшей усадки и меньших внутренних напряжений в пористом теле кокса из этих углей показатели его крупности и сопротивление разрушающим усилиям (К50 и П40) заметно выше, чем у кокса из угля шахты «Красноармейская Западная № 1». Величина показателя истираемости и пористости у кокса из коксовых углей несколько ниже, а структурная прочность и твердость материала, образующего стенки пор, выше, чем у сравниваемого с ним кокса из угля «Красноармейская Западная № 1».
Приведенные в табл. 3 и 4 данные свидетельствуют об уникальности свойств угля шахты «Красноармейская Западная № 1», который в процессе термической деструкции, несмотря на низкое значение толщины пластического слоя (y = 13 мм), образует высококачественный кокс, хотя и уступающий по свойствам коксу из типичных донецких коксовых углей, но по уровню абсолютных значений показателей свойств соответствующий коксу удовлетворительного качества. Высокая оценка коксуемости угля «Красноармейская Западная № 1» как компонента угольных шихт заводов Украины дана в работе [1].
Были также проверены особенности взаимодействия угля шахты «Красноармейская Западная № 1» при коксовании в смесях.
Для проведения исследований были отобраны представительные пробы угольных концентратов марок Г, Ж, К и ОС, из которых были составлены эталонная шихта и опытные шихты с участием угля шахты «Красноармейская Западная № 1».
Показатели технологических и генетических характеристик исходных углей и опытных шихт приведены соответственно в табл.5–6 и 7–8.
| Наименование ЦОФ | Марка угля | Технический анализ, % | Пластометрические показатели, мм | Показатели текучести в пластическом состоянии по Гизелеру | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Ad | Std | Vd | Vdaf | Y | X | Т-ра начала пластическ. состояния, t1, °С | Т-ра максимальной текучести, t2, °С | Т-ра затвердевания, tз, °С | Т-ра текучести, Δt, °С | Максимальная текучесть, ∠/мин | ||
| Октябрьская | Г | 7,6 | 2,34 | 35,2 | 38,1 | 12 | 37 | 388 | 429 | 458 | 70 | 1210 |
| Киевская | Ж | 8,1 | 2,4 | 29,0 | 31,6 | 25 | 0 | 370 | 425 | 475 | 105 | > 10000 |
| Пролетарская | К | 7,4 | 2,23 | 23,2 | 25,0 | 17 | 6 | 285 | 455 | 491 | 106 | 2890 |
| Колосниковская | ОС | 7,5 | 1,77 | 16,6 | 17,9 | 10 | 6 | 432 | 470 | 490 | 58 | 33 |
| Ш. «К-З № 1» | К | 8,5 | 0,76 | 27,0 | 29,5 | 13 | 25 | 380 | 415 | 470 | 90 | 350 |
| Наименование ЦОФ | Петрографический состав, % | Средний показатель отражения витринита, R0, % | Стадии метаморфизма витринита, % | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Vt | Sv | I | L | ∑OK | 0.50-0.65 | 0.65-0.89 | 0.90-1.19 | 1.20-1.39 | 1.40-1.69 | 1.7-2.2 | ||
| Марки угля, условно соответствующие стадиям метаморфизма витринита | ||||||||||||
| ДГ | Г | Ж | К | OC | T | |||||||
| Октябрьская | 76 | 1 | 14 | 9 | 15 | 0,79 | 10 | 79 | 11 | — | — | — |
| Киевская | 90 | 1 | 7 | 2 | 8 | 1,05 | — | — | 99 | 1 | — | — |
| Пролетарская | 89 | 1 | 10 | — | 11 | 1,28 | — | — | 9 | 82 | 9 | — |
| Колосниковская | 91 | — | 9 | — | 9 | 1,56 | — | — | — | 11 | 75 | 14 |
| Ш. «К-З № 1» | 87 | 1 | 10 | 2 | 11 | 1,08 | — | — | 98 | 2 | — | — |
Из табл. 5—6 видно, что отобранные пробы угольных концентратов по всему комплексу изученных свойств в полной мере соответствуют установленной в нормативной документации марочной принадлежности и уровню технологических показателей.
Состав и качество эталонной шихты соответствует ресурсам донецких углей для коксования, представленным Минтопэнерго. В эталонной шихте 20% коксовых углей, а также по 10 % углей марок Г и ОС заменяли на 20% угля шахты «Красноармейская Западная № 1» (табл. 7). Введение в шихту 20% этого угля вместо аналогичного количества коксовых углей Пролетарской ЦОФ приводит к увеличению выхода летучих веществ из шихты на 0,9% и снижению толщины пластического слоя на 1 мм. Отмечается тенденция к снижению температурного интервала пребывания в пластическом состоянии и текучести пластической массы. Указанные изменения свойств шихты должны отрицательно сказаться на свойствах получаемого кокса. С целью рационального использования уникальных свойств угля шахты «Красноармейская Западная № 1» и учитывая острый дефицит отощенных спекающихся углей, была составлена опытная шихта, в которой одновременно заменяли по 10% углей марок ОС и Г на 20% угля шахты «Красноармейская Западная № 1», что позволило, практически не изменяя выхода летучих веществ, увеличить на 1 мм толщину пластического слоя шихты и расширить интервал ее пребывания в пластическом состоянии. Отмеченные изменения свойств шихты позволяют ожидать улучшения прочностных характеристик кокса.
| Шихта | Состав шихты | Технический анализ, % | Пластометрические показатели, мм | Интервал пластичности, °С, вязкость пластической массы по Гизелеру | ||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Октябрьская ЦОФ | Киевская ЦОФ | Пролетарская ЦОФ | Колосниковская ЦОФ | Ш. «К-З № 1» | ||||||||||||
| Г | Ж | К | ОС | d4 | Ad | Std | Vd | Vdaf | Y | X | t1 | t2 | tз | Δt | ∠/мин | |
| 1 (эталон) | 35 | 35 | 20 | 10 | — | 7.7 | 2.28 | 28.8 | 31.2 | 17 | 15 | 386 | 437 | 473 | 87 | 4500 |
| 2 | 35 | 35 | — | 10 | 20 | 8.0 | 1.99 | 29.5 | 32.1 | 16 | 18 | 385 | 429 | 469 | 84 | 4000 |
| 3 | 25 | 35 | 20 | — | 20 | 7.9 | 2.03 | 29.0 | 31.5 | 18 | 15 | 380 | 430 | 472 | 92 | 4450 |
| Шихта | Состав шихты | Петрографический состав, % | Средний показатель отражения витринита R0, % | Стадии метаморфизма витринита, % | |||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Октябрьская ЦОФ | Киевская ЦОФ | Пролетарская ЦОФ | Колосниковская ЦОФ | Ш. «К-З № 1» | Vt | Sv | I | L | ∑OK | 0.50-0.65 | 0.65-0.89 | 0.90-1.19 | 1.20-1.39 | 1.40-1.69 | 1.7-2.2 | ||
| Марки угля, условно соответствующие стадиям метаморфизма витринита | |||||||||||||||||
| Г | Ж | К | ОС | d4 | ДГ | Г | Ж | К | OC | T | |||||||
| 1(эталон) | 35 | 35 | 20 | 10 | — | 85 | 1 | 10 | 4 | 11 | 1.06 | 4 | 28 | 40 | 18 | 9 | 1 |
| 2 | 35 | 35 | — | 10 | 20 | 85 | 1 | 10 | 4 | 11 | 1.03 | 4 | 28 | 58 | 2 | 7 | 1 |
| 3 | 25 | 35 | 20 | — | 20 | 85 | 1 | 10 | 4 | 11 | 1.05 | 3 | 20 | 58 | 17 | 2 | — |
Рассмотренные выше шихты были прококсованы в укрупненной лабораторной 5-килограммовой печи конструкции УХИНа, позволяющей определять выход продуктов коксования.
Выход продуктов коксования из эталонной и опытных шихт приведен в табл. 9. Здесь же даны прочностные показатели полученных коксов по результатам испытаний в лабораторном барабане. Как видно из приведенных в табл. 9 данных, выход химических продуктов коксования для всех шихт весьма сходен, а некоторое различие в выходе кокса объясняется соответствующим различием в выходе летучих веществ из исходных шихт. В то же время прочностные характеристики полученных коксов разнятся весьма заметно. Так, введение в шихту 20% угля шахты «Красноармейская Западная № I» взамен такого же количества коксового угля приводит, как и ожидалось, к увеличению истираемости на 0,5% и снижению показателя прочности на 0,4%. Это свидетельствует о том, что уголь шахты «Красноармейская Западная № 1» как компонент угольной шихты заметно отличается от типичных донецких коксовых углей.
| Шихта | Выход продуктов коксования, % | Прочностные характеристики, % | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Кокс | Смола | Влага пироген. | Аммиак | Сероводород | Диоксид углерода | Бензол | Газ | M25 | M10 | |
| 1(эталон) | 74.96 | 4.12 | 6.09 | 0.14 | 0.36 | 1.02 | 1.08 | 12.23 | 90.9 | 8.8 |
| 2 | 74.51 | 4.15 | 6.12 | 0.14 | 0.32 | 1.03 | 1.07 | 12.66 | 90.5 | 9.3 |
| 3 | 74.87 | 4.13 | 6.05 | 0.14 | 0.34 | 1.01 | 1.07 | 12.39 | 91.2 | 8.4 |
В то же время использование этого угля в шихте взамен равных количеств газовых и дефицитных отощенных спекающихся углей позволяет заметно улучшить прочностные характеристики получаемого кокса. Так, показатель истираемости кокса из такой шихты снижается на 0,4%, а дробимость возрастает на 0,3% сравнительно с коксом из эталонной шихты. Это обстоятельство имеет важное значение, так как помогает компенсировать в известной мере возрастающий с каждым годом дефицит отощенных спекающихся углей.
Считаем целесообразным рассмотреть вопрос о выделении углей шахты «Красноармейская Западная № 1» в отдельную марку и о внесении соответствующих изменений в действующую классификацию углей Украины ДСТУ 3472-96. До решения указанных вопросов необходимо, по нашему мнению, обогащать указанный уголь отдельно от углей других шахт, а полученный концентрат складировать отдельно и дозировать в шихту коксохимических заводов в соответствии с приведенными выше рекомендациями.
1. Ковалев Е.Т., Дроздник И.Д., Давидзон А.Р., Золотарев И.В. О коксуемости угля шахты «Красноармейская Западная № 1» // Уголь Украины. - 2001. - № 11-12. - С. 22-24.