Неорганическая
Органическая
Коллоидная
Биологическая
Биохимия
Токсикологическая
Экологическая
Химическая энциклопедия
Советская энциклопедия
Справочник по веществам
Гетероциклы
Теплотехника
Углеводы
Квантовая химия
Моделирование ХТС
Номенклатура
Таблица Менделеева
Неорганические реакции
Органические реакции
Молярные массы
Форматирование формул
Редактор формул
Уравнивание реакций
Электронное строение атомов
Игра «Таблица Менделеева»
Термодинамические свойства
Конвертер величин
Гальванопара
Форум
Лекарства
Фармацевтика
Термины биохимии
Коды загрязняющих веществ
Стандартизация
Каталог предприятий



Следующая страницаСодержаниеПредыдущая страница

8.2.2. Регулирование напряженности структуры породы и угля

В горнодобывающей промышленности в связи с разработкой глубоких горизонтов существует опасность выбросов породы, угля и газа в результате накопления внутренних напряжений в породе. Поэтому существует необходимость в разработке мероприятий по предотвращению опасных для жизни шахтеров ситуаций – внезапных выбросов породы, угля и газа при подземной добыче полезных ископаемых. Первые выбросы, например, на шахтах Донбасса, относятся к 50-м годам двадцатого столетия. Они расценивались как результат накопления статических напряжений и наложения на них динамических напряжений. Для решения проблемы был проведен ряд научных исследований, направленных на выявление причин этих явлений и создание механизма их предотвращения. В основу исследований были положены теоретические принципы и методы одного из разделов коллоидной науки – физико-химической механики. В частности, при разработке теоретических предпосылок и физико-химических методов управления физико-механическими свойствами выбросоопасных углей и сопутствующих пород, а также при выработке решения проблемы борьбы с внезапными выбросами в шахтах были использованы представления о поверхностных явлениях в деформации и разрушении твердых тел в поверхностно-активных средах, в частности, проявление эффекта Ребиндера - облегчение пластифицирования и уменьшение прочности в результате физико-химического влияния адсорбирующихся веществ, способных снизить удельную свободную поверхностную энергию и облегчить образование новых поверхностей при нарушении целостности материала.

В основу исследовательских работ были положены условия хрупкого разрушения, для математического описания которого используется уравнение Графитса

, (2.8.1)

где Р0, Рc - прочность начальная и после обработки поверхностно-активным модификатором; s0, s – поверхностное натяжение исходного и модифицированного твердого тела.

П.А. Ребиндер и Е.Д. Щукин после комбинирования уравнения Гриффитса с известным уравнением изотермы адсорбции Гиббса получили уравнение, в котором адсорбция Г поверхностно-активных веществ связывается с прочностью структуры твердого тела:

, (2.8.2)

где Г – адсорбция, кмоль/м2; с – равновесная концентрация раствора модифицирующего поверхностно-активного вещества.

В случае предельного понижения поверхностной энергии наступает самопроизвольное диспергирование твердых тел. Критическое поверхностное натяжение sm можно рассчитать по известному критериальному уравнению Ребиндера-Щукина

, (2.8.3)

где NАчисло Авогадро, – линейный размер (ребро) частиц.

Процесс понижения прочности в присутствии поверхностно-активных веществ развивается без участия механических напряжений при наличии устойчивых межфазовых границ. Сущность решения проблемы подавления выбросов сводится к пластифицированию пород и к предотвращению их хрупкого разрушения за счет снижения напряжений упругой энергии, накопленной в призабойной зоне, и ее рассеивания путем релаксации напряжений.

Физические и физико-химические свойства ископаемых углей тесно связаны с их надмолекулярной структурой, которая формировалась в процессе метаморфических изменений в угольном теле путем преобразования полимерного угольного вещества деструкцией органических соединений, в результате которых углерод из периферийной части переходит в ядерную и происходит рекомбинация боковых радикалов.

Наиболее простым и доступным методом борьбы с внезапными выбросами в угольных шахтах является обработка выбросоопасных пластов водой. Одновременно с этим частично решается и проблема пылеобразования. Решение последней проблемы относится к задачам охраны труда и мы обсудим ее отдельно.

Изучение смачивания углей водой и ее адсорбции показало, что физико-химические свойства углей тесно связаны с химической природой поверхности, со степенью метаморфизма образцов. Повышение смачиваемости поверхности частиц угля и адсорбции воды наблюдается с ростом количества гидрофильных функциональных групп типа -СООН, -ОН и др.

Угли низкой и средней стадий метаморфизма содержат на поверхности большое количество алифатических групп, что затрудняет их смачивание водой. Было установлено, что угли с высокой степенью метаморфизма сорбируют примерно в два раза больше воды, чем угли средней степени метаморфизма.

Обработка водой неоднозначно влияет на прочность структуры угольных дисперсий. При недостаточном обводнении, вплоть до образования мономолекулярных пленок воды, прочность структуры растет и только после начала формирования полимолекулярного слоя наблюдается снижение прочности структуры. Улучшение смачивания поверхности углей возможно при использовании поверхностно-активных веществ. В качестве таковых чаще всего используют анионактивные и неионогенные ПАВ. Можно применять также и высокомолекулярные водорастворимые вещества, например, полиакриламиды, стиромаль, карбоксиметилцеллюлозу, лигносульфонаты и др. Концентрация поверхностно-активных веществ для угольных пластов обычно невелика (10-2-10-1%) в зависимости от поверхностной активности веществ и их химического строения. Ориентированная адсорбция ПАВ приводит к уменьшению поверхностной энергии и к снижению напряженного состояния в пластах. Поскольку процесс адсорбции ПАВ протекает в течение определенного времени, зависящего, в основном, от диффузии молекул, эффект от модификации нарастает постепенно. Было найдено, что величина поверхностной активности на границе водного раствора с воздухом не может быть использована как критерий выбора ПАВ - понизителей прочности. В качестве такого критерия возможно использование теплоты смачивания углей водными растворами поверхностно-активных веществ.


Следующая страницаСодержаниеПредыдущая страница

     © ХиМиК.ру




Реклама   Обратная связь   Дизайн