Николаев Е.Б., Артамонов В.Н.(ДонНТУ), Румежак О.Н. (шахта "Лидиевка" п/о "Донецкуголь").

          Проблемы экологии. - №1. - с. 85-89

Современная технология ведения горных работ базируется на широком приминении буровзрывных работ. На шахтах Донбасса этим способом проводится около 70% всех основных и нарезных выработок.

При БВР Образуется значительное количество ядовитых газов – окислов углерода и азота, которые выделяются в атмосферу в виде пыле-газового облака, а примерно одна треть этих газов захватывается взорванной горной массой.

Следствием взрыва является образование большого количества мелкодисперсной пыли. Доля выделяющейся в рудничную атмосферу пыли при отдельных производственных процессов составляет: при буровых работах 50-60°, взрывных работах 30-40%, прочих 10% . Запыленность 1м3 воздуха в течении 15-20 мин после взрыва, если не применять средств обеспыливания, составляет 400-1000 мг, при этом до 90-97% частиц этой пыли имеют диаметр меньше 5мк.

Такая пыль считается трудноподоваемой и наиболее опасной для человека, а адсорбция на ее поверхности ядовитых газов повышает агрессивность этой пыли и способствует быстрому развитию у работающих в шахтах профзаболеваний, в том числе связанных с органами дыхания – пневмокониоза и хронического пылевого бронхита.

При рассмотрении механизма поглощения я довитых газов и места их образования исследованиями установлено, что наибольшее количество газов, поглощается непосредственно в месте их образования (отбитой горной массой, пылью, стенками выработки). Так как для горнорабочих наибольшую опасность представляет газ, поглощенный пылью, то в первую очередь, необходимо рассмотреть именно эти процессы.

Газовыделение из взорванной горной массы считается одной из основных причин вторичного загазирования горных выработок. Указанный источник газовыделения, по существу, не изучен, не известны также специфика сохранения газов в отбитой горной массе, характер газовыделений и ряд других особенностей.

Скапливанию продуктов взрыва в отбитой горной массе способствует наличие большой поверхности разрушенного угля и высокая его пористость. Ядовитые газы проникают в трещины и поры кусков взорванной горной массы и адсорбируются на пыли, образовавшейся при взрыве.

Адсорбация ядовитых газов пылью в шахтах условия является сложным комплексным процессом, который характеризуется высоким давлением газообразных продуктов (до 0,1-1,5 МПа) и температурой газов (до 3000 С). При этом процессе адсорбция ядовитых газов протекает практически мгновенно, независимо от того, является ли адсорбируемое вещество газом или паром. В последующий период имеет место процесс десорбции газов с рудничной пыли. При обычных температурах десорбция практически трудно осуществляется и продолжается длительное время, что в свою очередь усугубляет силикогенные свойства пыли.

В период взрыва адсорбация газов на пыли происходит из газовой смеси, в которой кроме ядовитых газов (СО и осксида азота) содержатся СО2, О2, N2 и пары воды. Разграничение газов по способности к поглащению можно с достаточной точностью характеризовать сорбционный рядом, пространственным по температуре их кипения, имеющим вид:

Пары воды > N2O4>NO2>N2O3>…>CO2>NO…>CO>N2 [1].

Если исходить из него, то в большей степени должны абсорбироваться водяные пары, NO2 и N2O3 и в меньшей степени NO и СО. Поскольку в продуктах взрыва содержатся пары воды, то при их конденсации на поверхности пылевых частиц возможно образование водяных пленок, но этого количества пара явно недостаточно для предотвращения адсорбации образующихся ядовитых газов.

Применение водяной забойки при производстве взрывных работ способствует снижению содержания окислов азота и запыленности воздуха в забое сразу после взрыва. Но при этом применение полиэтиленовых ампул дает увеличение на 10-15% выхода окиси углерода, что объясняется сгоранием в раскаленных газах взрыва ВВ [2].

При применении увлажнения угля в массиве происходит связывание материнской пыли еще до ее образования, а на поверхности угля образуется мономолекулярный адсербационный слой молекул жидкости, который препятствует адсорбации взрывных газов и при этом блокирует выделение метана [6].

При взрыве, под действием образующихся газов жидкость, находящаяся в порах и трещинах угольного массива распыляется, а высокая температура продуктов детонации способствует превращению воды (водных растворов) в перегретый пар. Под воздействием пара пыль слипается в плотные комки. Известно, что повышение температуры вещества связано с его расширением, в результате чего уменьшаются силы взаимного притяжения между молекулами как внутри вещества, так в его поверхностном слое. Поэтому с повышением температуры поверхностное натяжение жидкости уменьшается и вблизи критической температуры становится равным нулю, что способствует более эффективному смачиванию пыли. Водяной пар, обладая наибольшей адсорбационной активностью по сравнению с другими компонентами газового облака, интенсивно адсорбируется на частицах пыли и таким образом, препятствует адсорбации ядовитых газов.

Исследованиями установлено, что наиболее предпочтительным в этом случае является комплексный метод нейтрализации ядовитых газов и пыли, включающий заблаговременное увлажнение угля в зонах ведения БВР, а также его последующее увлажнение как во время взрыва (гидропласты, гидрозабойки с растворами ПАВ), так и сразу после взрыва (орошение водными растворами ПАВ) [3,4].

Методика ведения исследований включает:

- выбор экспериментального участка, который характеризуется наличием БВР при достаточно прочном угле;

- разработку проекта веления работ по предварительному увлажнению угольного массива в этих зонах последующее увлажнение отбитого угля растворами ПАВ;

- отбор проб взорванного угля и рудничной атмосферы, как в увлажненных зонах, так и в зонах без увлажнения.

Идеей этих исследований Является установление возможности управления выходом в атмосферу ядовитых газов, обрушающихся при БВР на основе уточнения эффективных параметров комплексного гидровоздействия.

К ним следует отнести: геометрические параметры скважин для нагнетания, количество подаваемого в них водного раствора ПАВ, эффективную концентрацию ПАВ в растворе, время гидровоздействия, место заложения и количество контрольных скважин.

Одним из объектов проведения является шахта «Лидиевка» п/о «Донецкуголь», где на пласте k6 в верхней и нижней нишах 7 западной лавы ведутся буровзрывные работы. Для установления характера газовыделения из разрушенного взрывом угля производился отбор (через 30 мин после взрыва) в в герметические емкости. Масса одной пробы 5-8 кг, средний размер кусков 20-30 мм. Отобранные пробы доставлялись в лабораторию, где просеивались (определялся гранулометрический состав). Образованная масса разделялась на три части, которые также размещались в герметичные сосуды.

Разделение угля предлогает ихразличную обработку. Так, первая емкость содержала уголь в том виде, в каком он был отобран после взрыва в нише, вторая емкость содержала уголь, обрабатываемый водой и третья – уголь, увлажненный растворами ПАВ. Через определенное время, после размещения угля в сосуды, производился отбор проб выдилившихся газов, осевшей пыли и запускался чистый воздух. Концентрации газов, выделяющихся в течении длительного времени, определялись в специализированной лаборатории ГВГСС, а концентрация пыли – с помощью прибора АЭРА.

Результаты определения концентрации выделяющихся газов и пыли представлялись в виде актов для каждого замера. Максимальное время отбора проб воздуха составило 168 часов, при этом практически не улавливалось изменение концентрации выделяющихся газов.

В процессе определения концентраций газов, обрушающихся при взрывных работах, была установлена необходимость замеров изменений концентрации метна, выделяющегося из отбитого угля во времени во всех образцах угля.

Анализируя результаты проведенных исследований можно сделать вывод о том, что прослеживается существенное изменение концентрации выделяющихся метана и угарного газа в пробах угля во времени. Особенно это заметно при воздействии на уголь водой и раствором ПАВ.