Геология месторождении полезных ископаемых
жүктеу/скачать 2.85 Mb.
|
Влияние петрографического состава на прочностные свойства углей при их добыче, транспортировании и переработке обусловливается взаимосвязью петрографического состава, с одной стороны, и трещиноватости, пористости и прочности материала, слагающего уголь, - с другой. Трещиноватость углей определяет такое важное их свойство, как дро- бимость. От нее зависит состав углей по крупности при их добыче, транспортировании и на подготовительных стадиях процессов переработки. Для углей, предназначенных к сжиганию в пылевидном состоянии, важное значение имеет их размолоспособность, которая оценивается по затратам энергии на измельчение. Нередко механическая прочность углей оценивается по их твердости. Минералогическая твердость углей по шкале Мооса изменяется от 1 до 5. Твердость витринита в бурых углях не превышает 2, а в антрацитах достигает 4. Микротвердость отдельных микрокомпонентов колеблется в широких пределах и существенно изменяется при метаморфизме угля. Витринит в бурых углях имеет микротвердость 100200 Н/мм2, в каменных 300-500 Н/мм2, а в антрацитах - до 2000 Н/мм2. Плотность d - масса единицы объема угля (кг/м3, г/см3) без учета пор и трещин. Плотность углей в процессе их метаморфизма сначала постепенно снижается и приобретает минимальное значение (1,271,2S г/см3) при содержании углерода в угле S5- S7 %. Затем она повышается, достигая максимума (1,5-1,S г/см3) в антрацитах. С увеличением содержания в угле минеральных примесей плотность его повышается в среднем примерно на 0,01% на каждый процент зольности. Из петрографических микрокомпонентов, слагающих каменные угли, наибольшую плотностью (1,4S-1,50 г/см3) обладает инертинит, наименьшей (1,12-1,1S г/см3) - липтинит. Склонность углей к окислению и самовозгоранию взаимосвязана с их вещественным составом. При открытой разработке, в целиках, оставляемых в шахтах, при транспортировании и хранении угли окисляются кислородом воздуха и нередко самовозгораются. Кроме того, при окислении изменяются технологические свойства углей вплоть до полной потери пригодности их для определенных видов потребления (например для коксования). На самовозгорание углей также оказывает большое воздействие и степень их метаморфизма. В общем случае, чем ниже стадия метаморфизма угля, тем большую склонность он имеет к самовозгоранию. Исследование петрографического состава углей, различных по стадии метаморфизма и самовозгораемости, показало, что с увеличением содержания в них инертинита склонность угля к самовозгоранию повышается. Возможно, это обусловлено неодинаковыми сорбционными свойствами витринита и инертинита - фюзинита I/. Для оценки зависимости пожароопасности шахт от горногеологических факторов Г.Е. Иванченко с соавторами обработали статистические данные об эндогенных пожарах, происходивших на шахтах Карагандинского бассейна. В качестве показателя пожароопасности шахты они использовали частоту пожаров Q1 в период эксплуатации данной шахты. Было установлено, что из всех рассмотренных факторов наибольшее влияние оказывал такой, как содержание фюзинита (инертинита) в угле: Q1 = Н(АБ2+В), (14.1) где Н - мощность угольного пласта, м; Б - содержание фюзинита (инертинита), % (по объему); А и В - некоторые постоянные, которые для Карагандинского бассейна имеют следующие значения: А = 0,44; В = 0,014. Пожароопасность угольных пластов, несомненно, связана со склонностью слагающих их углей к самовозгоранию. Склонность углей к самовозгоранию устанавливается лабораторными испытаниями по методике МакНИИ путем определения газовой характеристики £. Работы, проведенные Г.Н. Крикуновым в Карагандинском бассейне, позволили установить, что между содержанием инертинита (фюзинита) в углях и газовой характеристикой £ наблюдается зависимость, которая описывается уравнением прямой £ = 4,73 + 0,73 Р. (14.2) Петрографический состав углей влияет также на количество поглощаемого кислорода и выделяющихся при окислении угля (при /=200°С) СО2 и СО. Технический анализ твердых горючих ископаемых В технический анализ объединяются методы, предназначенные для определения в углях и горючих сланцах зольности, содержания влаги, серы и фосфора, выхода летучих веществ, теплоты сгорания, спекаемости, коксуемости и некоторых других характеристик качества и технологических свойств. В ряде случаев, когда известно направление использования какого-либо угля в промышленности, проводится неполный технический анализ, т.е. определяются только влажность и зольность угля. Результаты технического анализа позволяют установить следующие параметры и показатели: марки и технологические группы углей отдельных шахтопла- стов в процессе геологоразведочных работ на основе принятых для данного бассейна классификационных параметров; наиболее рациональные направления применения твердых горючих ископаемых в народном хозяйстве; соответствие нормам качественных характеристик добываемого и отгружаемого потребителям топлива; закономерности изменения отдельных показателей качества углей и горючих сланцев в условиях естественного залегания в пределах шахтных полей и месторождений; изменения качественных характеристик углей и горючих сланцев в процессе разработки и в результате обогащения. Влажность. В угле выделяются несколько разновидностей влаги: поверхностная, общая (состоящая из внешней влаги и влаги воздушно-сухого угля), пирогенетическая и гидратная. Поверхностная влага находится на внешней поверхности частиц измельченного при добыче угля и свободно стекает при его хранении и транспортировке. Общая влага выделяется из угля при высушивании его до постоянной массы при температуре 105-110°С. Внешняя влага представляет собой ту ее часть, которая испаряется из измельченного угля при высушивании его в лабораторных условиях до воздушно-сухого состояния, а влага воздушно-сухого угля - ту, которая остается в угле после доведения его до воздушно-сухого состояния. Пирогенетическая влага образуется при термической деструкции органических веществ, слагающих уголь. Гидратной называется влага, входящая в состав минеральных примесей. Общая влага рабочей массы г является одним из основных показателей качества угля. В землистых бурых углях массовая доля ее достигает 60 %, в плотных бурых снижается до 16 %, в каменных - до 4-6 %, но в антрацитах несколько повышается по сравнению с каменными углями - до 5-8 %. Внешняя влага служит причиной смерзаемо- сти углей при транспортировке в вагонах в зимнее время (при ее содержании в угле более 5 %), а также слеживаемости угля в бункерах и слипания угольной мелочи при классификации по крупности. Высокая влажность отрицательно сказывается на теплотехнических и технологических свойствах угля. Зольность - выход негорючего остатка (золы) после выжигания горючей части топлива и удаления летучих соединений. Негорючий остаток (зола) образуется в результате прокаливания и полного окисления минеральных составляющих топлива и частично элементов, входящих в состав их органических соединений. Для углей различают внутреннюю и внешнюю золы. Внутренняя зола формируется за счет химически связанных с органическим веществом золообразующих компонентов или минеральных примесей, находящихся в органическом веществе угля в тонкодисперсном состоянии. Внешняя зола возникает за счет более крупных минеральных включений в угольных пластах, а также за счет пород, находящихся в виде прослоев и вмещающих угольные пласты. Эти породы попадают в уголь при добыче. Содержание внутренней золы в наиболее чистых разностях углей Донбасса составляет 1,2-7,5 %, Кузбасса - 1,9-5,9 %, Карагандинского бассейна - 3,4-9,2 %. Внешняя зольность в углях может достигать нескольких десятков процентов. Повышение зольности в углях снижает тепловой эффект при их сжигании, отрицательно влияет на эффективность их переработки, в частности, на технологию коксования и качество кокса. Выход летучих веществ. При пиролизе (термическом разложении) угля из него образуются летучие вещества и твердый нелетучий углеродистый остаток. Летучие вещества состоят из паров жидких продуктов, конденсирующихся при охлаждении до комнатной температуры, и газов - СО, СО2, предельных и непредельных углеводородов (преимущественно СН4). Выход летучих веществ - важная характеристика, используемая в качестве одного из основных параметров в промышленных классификациях углей - как показатель, отражающий их химическую зрелость. Выход летучих веществ из антрацитов составляет менее 10 %, в бурых углях обычно превышает 40 %, а для каменных - колеблется от 10 до 50 %. Он существенно зависит от петрографического состава угля. Твердый нелетучий остаток состоит из углерода и продуктов разложения минеральных примесей, находящихся в угле. Бурым углям и антрацитам свойствен неспекающийся порошкообразный остаток, каменным углям средних стадий метаморфизма (Ш-1У) - сплавленный вспученный. Теплота сгорания. Удельная теплота сгорания является одной из важнейших характеристик твердых горючих ископаемых, применяемой для теплотехнических расчетов, сопоставления теплотехнических свойств углей различных месторождений, марок углей между собой и с другими видами топлива, для разделения бурых и каменных углей и установления их окисленности. Показатель изменяется при метаморфизме угля (табл. 14.3). Спекаемость — это свойство каменного измельченного угля переходить при нагревании без доступа воздуха в пластическое состояние и образовывать пористый монолит. Спекаемость в углях проявляется на границе I и II стадий метаморфизма, достигает максимума на III и исчезает на VI. Способностью спекаться обладают газовые, жирные, коксовые, отощенные коксовые и отощенные спекающиеся угли (бурые, длиннопламенные, тощие угли и антрациты не спекаются), а из слагающих угли петрографических микрокомпонентов - витринит, липтинит и частично семивитринит. Спекаемость угля представляет собой основной показатель, по которому оценивается его пригодность для использования в коксохимической промышленности. Таблица 14.3 Изменение состава гумусовых углей и высшей удельной теплоты их на различных стадиях метаморфизма
Первое представление о спекаемости может дать характер нелетучего коксового остатка - королька, полученного в тигле при определении выхода летучих веществ. По внешнему виду и прочности различают порошкообразный, слипшийся (при легком нажиме рассыпается в порошок), слабоспек- шийся (при легком нажиме пальцем раскалывается на отдельные кусочки), спекшийся несплавленный (для раскалывания на отдельные кусочки необходимо приложить усилие), сплавленный невспученный (плоская лепешка с серебристым блеском поверхности) и сплавленный вспученный (вспученный нелетучий остаток с серебристым металлическим блеском поверхности) королек. Нелетучий остаток бурых углей и антрацитов - неспекшийся по- 251 рошкообразный у длиннопламенных и тощих углей он изменяется от порошкообразного до слабоспекшегося. Спекшиеся и сплавленные корольки типичны для углей средних стадий метаморфизма (от газовых до отощенно-спекающихся). Для количественной оценки спекаемости наибольшее распространение в нашей стране получил пластометрический метод Л.М. Сапожникова. Этот метод заключается в определении на пластометрическом аппарате в условиях, предусмотренных ГОСТ 1186-87, следующих значений: усадки х; конечного уменьшения объема угля при переходе его из полукокса в кокс и толщины пластического слоя у; максимального расстояния между границами твердых фаз (неизмененного угля и полукокса), где уголь находится в пластическом состоянии. Спекаемость углей, выражаемая толщиной пластического слоя у, существенно зависит от петрографического состава (рис. 14.1) и имеет максимальные значения в витринитовых углях на III стадии метаморфизма (Яо = 0,86-1,00). К жүктеу/скачать 2.85 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|