Анализ схем развития горных работ в зарубежной практике отработки угольных пластов

Ключевые слова: уголь, пласт, выработка, проветривание, анкер, крепь, выемка, штрек, целик.

Содержание статьи

Важнейшим источником питьевого водоснабжения являются подземные воды. Для питьевого водоснабжения городов Шахтинск, Сарань, Шахан подземные воды поступают из Котырского месторождения, для Караганды и Темиртау - из Верхнесокырского месторождения. Вода к водоочистным сооружениям подается по каналу "Иртыш - Караганда". Для питьевого водоснабжения городов Павлодар и Экибастуз вода поступает по каналу "Иртыш - Караганда", водозабор для которого ведется из реки Иртыш. коагулянт питьевая глиноземистый уголь

В результате многолетнего промышленного и сельскохозяйственного освоения районов они оказались под угрозой загрязнения. Ухудшение количественного и качественного состояния подземных вод приводит к выводу из строя водоисточников и, вследствие этого, к ухудшению качества питьевых вод. Качество питьевых вод ухудшается ещё и из-за нехватки коагулянтов, применяемых для очистки воды. На всех водоочистных сооружениях в качестве коагулянта используется сульфат алюминия. К качеству питьевых вод предъявляется ряд гигиенических требований, действующих на территории Содружества Независимых Государств:

1. Микробиологические показатели воды (коли - индекс, общее микробное число).

2. Токсикологические показатели воды. Они характеризуют безвредность её химического состава и концентрации химических веществ, встречающихся в природе или добавляемых к воде в процессе её обработки.

3. Органические показатели воды (цветность, мутность, запах и т.д.).

Показатели качества очищенной питьевой воды, принятые по ГОСТу, приведены в таблице 1.

Были собраны показатели качества очищаемой питьевой воды из аналитических лабораторий водоочистных сооружений городов Караганды, Темиртау, Сарань, Шахтинск, Шахан, Экибастуз, Павлодара, питающихся из канала "Иртыш - Караганда" с января по август. Полученные данные позволили сделать вывод о качестве питьевых вод в зависимости от месяца года. Анализ показал, что, даже питаясь из одного канала, качество поступаемой воды для городов разное. Это можно объяснить тем, какие промышленные предприятия находятся на этой территории, каково состояние самого канала, происходит ли его очищение, как его эксплуатируют. Показатели очистки воды зависят и от того, откуда взята проба воды на водоочистных сооружениях. Поэтому вследствие несопоставимости данных и невозможности их объединить, обработать эти данные по очистке воды по месяцам или кварталам с получением математической модели изменения качества очищаемой воды в зависимости от степени очистки и времени года не представляется пока возможным [1,2].

Таблица 1 - Показатели качества очищенной питьевой воды

* Коли-индекс - число бактерий группы кишечных палочек в 1 л воды;

**ОМЧ - общее микробное число

Анализируя полученные данные, можно сделать вывод, что во время паводка (с марта по май) резко увеличивается мутность воды: для Экибастуза - до 23 мг/л; для Павлодара - до 44 мг/л, для Караганды и Карагандинско-Темиртауской области - до 30 мг/л. Также в питьевых водах в этот период находится определенное количество остаточного полиакриламида - поверхностно-активного вещества, который добавляют в очищаемую воду для ускорения хлопьеобразования и осветления от взвешенных частиц. В другие месяцы качество воды меняется незначительно для всех проб очищаемой воды.

В настоящее время в странах СНГ в качестве коагулянтов для очистки питьевых, а также сточных вод применяются сульфат алюминия, гидроксосульфат алюминия, дигидроксосульфат алюминия, гидроксохлорид алюминия. Более эффективным коагулянтом является дигидросульфат алюминия AI₂ (SO₄)₂(OH)₂. Он работает в более широком интервале значений рН очищаемой воды, требует меньшего щелочного резерва и обладает значительно лучшей хлопьеобразующей способностью, особенно при низких температурах. Являясь основным коагулянтом, растворы его менее агрессивны, благодаря чему резко снижается кислотная коррозия оборудования и коммуникаций. Для производства дигидросульфата алюминия требуется значительно меньше серной кислоты (на 35 %), что позволяет существенно снизить его себестоимость. Расход этого коагулянта (в расчете на AI₂O₃) на 15-20 %, а в некоторых случаях на 30-35 % ниже, чем сульфат алюминия. Мицеллы, образующиеся в результате гидролиза, несут более высокий положительный заряд и обладают лучшей адсорбционной способностью [3].

Дигидроксосульфат алюминия можно получать из готового сульфата алюминия при взаимодействии его с высокоактивным гидроксидом алюминия по реакции:

AI₂(SO₄)₃ + AI(OH)₃ = 3 [AI₂ (SO₄)₂(OH)₂]

При известных условиях выщелачивания образуется небольшое количество нерастворимого остатка - труднорастворимая соль типа водородного алунита по реакции

4AI₂(SO₄)₃ + 10AI(OH)₃ + 6Н ₂О = 3{Н ₂ [AI₆(SO₄)₄(OH)₂]}

Более целесообразно получать коагулянты из отходов добычи и обогащения углей, которые являются источниками загрязнения окружающей среды в промышленно-развитых областях Казахстана. К твердым отходам можно отнести отходы добычи углистых пород Экибастузского месторождения, отходы обогащения борлинских углей. Вследствие высокой зольности они не могут использоваться в энергетике на тепловых электростанциях.

Качественная характеристика минеральной части глиноземсодержащих углистых пород Экибастузского бассейна колеблется в пределах (%): зольность 60-70; выход летучих - 15-16; содержание углерода - 20-25. Химический состав золы (%): SiO_2-55-60; AI₂O_3-30-35; Fe₂O_3-2.5-4.5; CaO - 0.5-1.0; MgO - 0.3-0.5; SO_3-0.5-1.0; C - 2-8.

Зольность отходов обогащения борлинских углей 60 %. Количественная характеристика золы такова (%): SiO_2-55-60; AI₂O_3-25-33; Fe₂O_3-2,5-3,5; CaO - 0,4-0,6; MgO - 0,45-0,50.

По данным минералогического анализа, алюминий в этих отходах содержится в форме каолинита (AI₂O₃·2SiO₂·2Н ₂О) при достаточном количестве углерода.

В лабораторных условиях были получены образцы сульфата, гидроксосульфата и гидроксихлорида алюминия.

Каолинит трудно разлагается серной кислотой, при обработке 20-25 % Н ₂SO₄ степень извлечения AI₂O₃ не превышает 5 %. Поэтому каолинит необходимо перевести в другое соединение. Это происходит при обжиге углистых пород. При температуре обжига 600-650 °С каолинит полностью превращается в метакаолинит - высокоактивное соединение (AI₂O₃ ·2SiO₂), легко разлагающееся кислотами по реакциям:

AI₂O₃ · 2SiO₂ + Н ₂SO₄ = AI₂(SO₄)₃ + 2SiO₂ + 3Н ₂О

AI₂O₃ · 2SiO₂ + 2HCI + Н ₂О = 2AI(OH)₂CI + 2SiO₂

С увеличением температуры обжига извлечение глинозема снижается за счет образования труднорастворимого соединения - муллита AI₂O₃·2SiO₂ [4].

Полученные образцы были испытаны по стандартной методике пробного коагулирования воды с механическим перемешиванием на установке "Капля", а часть (в основном образцы гидроксохлорида алюминия) на пилотной установке фильтрационно-технологического анализа.

Образец твердого сульфата алюминия имел химический состав, %: 17,6 AI₂O₃, Н ₂SO₄ отсутствует, Fe₂O₃ - следы, нерастворимый остаток - 0,3 и отвечал требованиям на "Алюминий сульфат технический очищенный".

Образец гидроксосульфата алюминия (ГОСА) имел следующий химический состав, %: 16,85 AI₂O₃, 0,30 SiO₂, нерастворимый остаток - 0,35, 0,12 Fe₂O₃.

Образец гидроксохлорид алюминия (ГОХА) средней основности содержал, %: 11,9 AI₂O₃, 10,5 CI^-, 0,36 SiO₂, 0,005 Fe₂O₃, 0,2 нерастворимого остатка и соответствовал техническим условиям на "Алюминий хлористый основной".

Таким образом, выявлена возможность получения высокоэффективных коагулянтов из глиноземистых отходов добычи и обогащения углей Экибастузского и Борлинского месторождений в лабораторных условиях. Дальнейшая реализация данной тематики принесет не только экономическую, но и экологическую пользу.