Методическое пособие 764

значительно.

Из графиков для температуры и влажности сушильного агента на выходе из установки видно, что максимальное значение влажности и минимальное значение температуры сушильного агента совпадают по времени, которое соответствует времени окончания первого периода сушки и началу второго (критическому влагосодержанию материала).

Рис. 4. Влагосодержание силикагеля, конечная температура агента и конечная влажность агента: ■ - температура сушильного агента на входе 50 ºС; ● - температура су-

шильного агента на входе 60 ºС; ♦ - температура сушильного агента на входе 70 ºС

По кривым сушки построены кривые скорости сушки, из которых в соответствии с [5] определятся следующие кинетические параметры: скорость сушки в периоде постоянной скорости N, коэффициент сушки в периоде убывающей скорости K.

Данные кинетические параметры применяются для вычисления времени продолжи-

202

тельности первого периода сушки кр , критического влагосодержания материала wкр и изменения влагосодержания материала во втором периоде сушки wm в математических моде-

лях, изложенных в работах [6-8].

Результаты проведѐнных опытов подтвердили работоспособность экспериментальной установки и показали высокую эффективность процесса сушки в ней.

Литература

1. Gibilaro L.G. Fluidization Dynamics / L.G. Gibilaro. – Butterworth-Heinemann, 2001. –

256 р.

2.Бараков А.В. Исследование гидродинамики регенератора с дисперсной насадкой / А.В. Бараков, В.Ю. Дубанин, Д.А. Прутских // Энергосбережение и водоподготовка. – 2009.

–№1. – С. 47–48.

3.Агапов Ю.Н. Оценка гидравлического сопротивления и межфазного теплообмена в центробежном псевдоожиженном слое / Ю.Н. Агапов, А.В. Бараков, А.В. Жучков, А.В. Санников // Химическая промышленность. – 1986. – № 4. – С. 61.

4.Надеев А.А. Расчет кривой сушки дисперсных материалов в центробежном псевдоожиженном слое / А.А. Надеев, А.П. Бырдин, Ю.Н. Агапов // Вестник Воронежского государственного технического университета. – 2013. – Т. 9. – № 6.2. – С. 8-11.

5.Лыков А.В. Теория сушки / А.В. Лыков. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергия, 1968. – 472 с.

6.Бырдин А.П. Зависимость квазистационарной температуры и времени ее установления от термодинамических параметров 4-х компонентного слоя / А.П. Бырдин, П.С. Блинов, В.И. Лукьяненко, В.Г. Стогней // Системные проблемы надежности, качества, информационных и электронных технологий в инновационных проектах. Материалы Международной конференции и Российской научной школы. – М.: Радио и связь, 2006. – Ч. 5. – Т. 2. – С. 26 –

33.

7.Бараков А.В. Температуры фаз динамического слоя во втором периоде сушки в заданном диапазоне регулируемых параметров / А.В. Бараков, А.П. Бырдин, А.А. Надеев // Вестник Воронежского государственного технического университета. – 2014. – Т. 10. – № 6.

–С. 97-100.

8.Андреев А.Ю. Аналитическое решение полуэмпирической модели процесса массообмена при сушке дисперсных материалов в динамическом слое / А.Ю. Андреев, А.П. Бырдин, А.А. Надеев // Физико-технические проблемы энергетики, экологии и энергоресурсосбережения: труды науч.-техн. конф. молодых учѐных аспирантов и студентов. – Воронеж: ФГБОУ ВО «ВГТУ», 2015. – Вып. 17. – С. 60-66.

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

A.Yu. Andreev, A.V. Barakov, A.A. Nadeev

DRYING OF SILICAGEL IN CENTRIFUGAL FLUIDIZED BED DRYER

In this study we consider a scheme for the experimental pilot plant of a periodic action for the drying of dispersed materials in a centrifugal fluidized bed. The scheme of the experimental stand for the study of heat and mass transfer and hydrodynamics is given. The results of an experimental research of the drying process of a dispersed material with a high moisture content are presented. Based on these results, conclusions about the efficiency of the ongoing exchange processes and the operability of the experimental installation were drawn.

Keywords: drying installation, disperse material, drying agent, heat and mass transfer, experimental stand

Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Voronezh State Technical University»

203

УДК 622.257

С.А. Черникова1, С.Н. Акиньшин1, А.В. Джумский1, Ю.И. Кононов2, В.В. Воробьев1

ГАЗОВЫДЕЛЕНИЕ В ПРЕДЕЛАХ ОТВОДА ЛИКВИДИРУЕМОЙ ШАХТЫ «ЦЕНТРАЛЬНАЯИРМИНО» ВОСТОЧНОГО ДОНБАССА

Рассмотрены вопросы техносферной безопасности при ликвидации угольных шахт Восточного Донбасса, мониторинг газовыделения из антиклинальных геологических структур отработанных пластов

Ключевые слова: реструктуризация шахт;мониторинг газовыделения; антиклинальные складки, зоны газовыделе-

ния

Одной из проблем безопасности, связанной с ликвидацией шахт и разработкой газоносных угольных пластов, является проникновение шахтных газов на земную поверхность в здания и сооружения. Выделяющийся газ вызывает загазирование подвалов, подполий, жилых и производственных помещений.что сопряжено с опасностью удушья людей и воспламенением метана. В местах выхода газа на поверхность погибает растительность, почва окисляется, становится непригодной для земледелия. Так, в городе Первомайске Луганской области выделение газа из выработанных пространств закрытой шахты «ЦентральнаяИрмино» привело к пяти случаям взрывов и вспышек метана в жилых и производственных помещениях. Зарегистрированы вспышки метана из многих других закрытых шахт Луганской области. Выделение газа на поверхность отмечено также в ФРГ, Бельгии и Англии после закрытия шахт в 60-х и 70-х годах [2].

Отечественный и зарубежный опыт показывает, что неорганизованный выход газа на поверхность из выработанных пространств закрытых шахт предотвращается путѐм их дегазации.

Стахановский регион является наиболее опасным в отношении проникновения шахтных газов на земную поверхность. Крупные антиклинальные складки, осложнѐнные геологическими нарушениями, обусловили высокую трещиноватость и проницаемость горных пород.

Целью исследования [1] является разработка мероприятий по предотвращению выделения шахтных газов на земную поверхность в пределах горных отводов ликвидируемых шахт на примере шахты «Центральная Ирмино».

Известно, что именно на этой шахте в далѐком 1935 году был поставлен Алексеем Стахановым выдающийся рекорд по вырубке 102 тонн угля в молотковой лаве, и к сожалению эта же шахта оказалась первой из ликвидируемых шахт региона….

Для достижения целей исследования решались следующие задачи:

-Определение мест возможного выделения газа на поверхность;

-Выявление участков поверхности, опасных по выделению шахтного газа путѐм исследования состава подземного воздуха в местах возможного газовыделения;

Наблюдения за газовыделением на земную поверхность по дегазационным скважи-

нам:

-Разработка порядка контроля за выделением метана в здания и на земную поверх-

ность.

Места возможного выделения шахтного газа на земную поверхность (угрожаемые зоны) определялись путѐм анализа геолого-маркшейдерской и горнотехнической документации в соответствии с «Методикой определения степени опасности участков земной поверхности по выделению метана», изложенной в «Инструкции» [3]. В этих зонах производились измерения содержания метана и углекислого газа в почвенном воздухе и определялись места выделения шахтного газа (опасные зоны). После наблюдений за газовыделением прогнозировалось изменение площади зон и разрабатывались мероприятия по предотвращению проникновения шахтного газа на поверхность и в здания.

204

Геологическое строение.

Недра рассматриваемой площади сложены отложениями свит С23, С24, С25 и С26 .

В пределах горного отвода шахты очистные работы велись на пластах h6, h7, h11, h3B, k4, k5, k6, k7, k74, k8, l3, l4, l6 и l8н+в.

Раскрытая в сторону Бахмутской котловины Первомайская антиклиналь вместе с осложняющим ее региональным Алмазным надвигом служит крупным резервуаром как для скопления свободных газов, так и активних газодинамических явлений. Наиболее газонасыщены песчаники M4Sm3. L8BSl7, l5Sl6, l5Sl6, l5Sl3, l1SL1 и песчаники, залегающие ниже угольного пласта k8, эти песчаные слои водоносные.

Горные работы на шахте не проводятся с 1995 года и выработки постепенно затапливаются. Анализ горного-геологических и горнотехнических условий, с позиций существующих представлений о газовыделении на земную поверхность показывает, что выделение шахтного газа возможно на следующих участках земной поверхности [1]:

- над выходами под насосы газоносных песчаников k5SK6 и k74SK9 ; -над выходами зон затухания надвигов;

- над выходам пород, залегающими над выработанными пространствами пластов l4 l6 и l8B+H в замковой части Ирминско - Паркомовской антиклинали;

- в радиусе 25 м над устьями погашенных и погашаемых горных выработок. Многолетние наблюдения показывают, что как правило, выделение метана на земную

поверхность независимо от источников газа, путей его миграции и обводненности горного массива и продолжается более 10 лет .

Зависимость метановыделения из выработанных пространств закрытых шахт от времени наиболее полно изучалась МакНИИ в 1992-94 г.г. После закрытия шахты в период с 1974 по 1994 г. из выработанных пространств вакуум – насосной станцией было каптировано примерно 60млн.м3 метана. Подсчитано, что за 20 лет из выработанного пространства каптировано в 6,6 раза больше метана, чем могло выделиться из разгруженного горного массива. За время эксплуатации шахты извлечено 2 млн.м3 угля. Отношение объѐма метана, выделившегося после закрытия шахты, к объѐму добытого угля составляет, примерно, 32 м3/т, что

в6,4 раза превышает этот показатель для закрытых зарубежных шахт. Объясняется столь длительное интенсивное метановыделение, по-видимому, тем, что большая трещиноватость пород вдоль оси антиклинали обеспечила их высокую проницаемость и возможность мигра-

ции газа с больших глубин в выработанное пространство пласта k8. Подтверждением этому служит высокое содержание гелия (до 0,036%) в выделяющемся по скважинам газе. Таким образом, изложенное позволяет заключить, что газовыделение из выработанных пространств

взамковых частях антиклиналей по тектоническим трещинам может продолжаться десятки лет. Подобные выделения шахтного газа на поверхность происходили в Донбассе неоднократно, опыт борьбы с ними может быть использован для предотвращения опасности газовыделения на горных отводах ликвидируемых шахт Стахановского региона. Наблюдения за газовыделением в Стахановском регионе показали, что наиболее часто газ проникает на поверхность из выработанных пространств в замковых частях антиклиналей.

Впериод работы шахты выделяющийся газ, как правило, выносится на поверхность вентиляционной струѐй. После прекращения проветривания выработок газ начинает накапливаться в погашенных горных выработках пластов в замке антиклинали. Замок складки служит естественной «ловушкой» мигрирующего газа, а погашенные выработки, из - за своей пустотности, - его коллектором. За несколько лет мигрирующий газ заполняет выработанные пространства в замке складки вплоть до верхнего горизонта. Накопившийся в выработанных пространства газ по тектоническим трещинам в вышележащих крепких и хрупких по породах, залегающих в зоне сквозных нормально – секущих трещин (достигающих высоты, равной 35 вынимаемым мощностям разрабатывавшегося пласта) выделяется на земную поверхность через наносы. По площади места выхода газа приурочены к замку антиклинали. Надработанный горный массив может быть осушен очистными выработками на нижележа-

205

щих пластах, а также стволами или квершлагами.

Вусловиях антиклинального залегания пород до 1986 г. применялся способ защиты зданий, основанный на дренировании газа на пути его движения к поверхности. Его использовали и в 70-х годах для предотвращения поступления метана на поверхность из выработанных пространств закрытых шахт в замковых частях Первомайской (ул. Динамитная и им. Воронова), Максимовской (ул. Пестеля и Рылеева) и Ирминско-Паркомовской (ул. Бедного и Тимирязева) антиклиналей. Ни в одной из указанных зон бурение дренажных скважин не обеспечило безопасную эксплуатацию защищаемых зданий. Так в городе Первомайске Луганской области для защиты жилых домов по улицам Динамитная и им. Воронова в

1974 г. были пробурены и подключены к вакуум-насосной станции 22 скважины, по которым отводилось около 4,2м3/мин метана. Скважины располагались в 5-10 м от домов и пересека-

ли песчаник L1Sl1, на выходе которого по тектоническим трещинам метан выделялся на поверхность. Неоднократные случаи загазирования строений и воспламенения метана в них, а также наличие более 30 мест выхода газа, где содержание метана в почвенном воздухе составляло 40-55%, указывают на крайне низкую эффективность выполненных мер защиты. Это объясняется тем, что скважины пересекали только часть тектонических трещин, по которым метан мигрировал к поверхности.

Внастоящее время для предотвращения выделения шахтного газа в опасной зоне пробурены 10 дегазационных скважин (см. рис.1). Четыре скважины (№№ 5,6,7 и 8 ) глубиной

30-35 м, пересекающих песчаник l6 Sl7 для дренирования газа на пути его движения к зданиям и шесть скважин (№№2,3,4,9,10 и 11) глубиной 50-60 м для дегазации верхних горизонтов выработанных пространств пласта l6 являющихся источником газовыделения на поверхность. Скважины были пробурены после того, как в выработанных пространствах пласта l6 скопилось больше количество метана, и он начал выделятся на поверхность. Дренирование газа скважинами под естественным давлением в течение 2-х месяцев не позволило существенно снизить приток метана на поверхность. Поэтому скважины подключили к вакууму – насосу. После извлечения 2210м3 метана его выделения на поверхность прекратилось. Об этом свидетельствует снижение содержания метана в почвенном воздухе с 25,5% до 0,0% и углекислого газа с 24,8% до 0,2%.Однако возможно, что дальнейшее дренирование газа скважинами только под естественным давлением не исключит выделение газа на поверхность. Оно восстановится, если иссякнет приток метана в выработанные пространства пласта l6 в замковой части Первомайской антиклинали,

Сведения о местах расположения опасных зон и газовыделении на поверхность в течение 10 лет наблюдения приведены в таблице №1. План поверхности, совмещѐнный в геологической картой м 1:5000 с нанесѐнными контурами опасных, угрожаемых и переведѐнных в неопасные зон приведѐн на рис. .

Влияние затопления ликвидируемых шахт на продолжительность газовыделения не изучалось. Известно только, что обводненность путей миграции метана не является достаточным препятствием для его проникновения на поверхность. Следовательно, можно предполагать, что в установленных опасных зонах метан будет выделяться и после полного затопления шахт. Переводить их в неопасные «Инструкцией….» [3] не допускается. Учитывая это, исследования газовыделения из затопленных шахт должны быть продолжены. В угрожаемых зонах над выработанными пространствами в замковых частях антиклиналей выделения газа, независимо от темпов затопления шахт, следует ожидать в течение шести лет после ликвидации стволов. Если газовыделение за это время не будет обнаружено, то согласно п.

2.7«Инструкции….» [3]угрожаемые зоны после контрольных замеров, можно переводить в неопасные по согласованию с МакНИИ.

206

связи с закрытием группы шахт. Том 1 Пояснительная записка. Макеевка, 1999г.

2.Айкер Х., Хесбрюгге Ф. Управление газовыделением из закрытых шахт «Глюкауф» №23, 1984. С.29-34.

3.Инструкция по защите зданий от проникновения метана. Макеевка-Донбасс, 1986,

60с.

1СУНИГОТ ЛНУ им. В. Даля.

2Стахановского отделения УГТ (украинское географическое общество)

S.A. Chernikova, S.N. Akinshin, A.V. D zhumskiy , Y.I. Kononov , V. Vorobiev

GAS EVOLUTION WITHIN THE ALLOTMENT OF THE LIQUIDATED MINE "CENTRAL

IRMINO" OF THE EASTERN DONBASS

The issues of technospheric security in the liquidation of the coal mines of the Eastern Donbass, monitoring of gas evolution from the anticlinal geological structures of the waste seams are considered

Key words: restructuring of mines; monitoring of gas emission; anticlinal folds, zones of gas evolution

1 SUNHAT LNU. V. Dal.

2 Тhe Stakhanov branch of the UGT (Ukrainian geographical society)

УДК 538.975

Т.А. Перепечина, С.И. Рембеза, Т.В. Свистова

УЛУЧШЕНИЕ ГАЗОВОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ДАТЧИКОВ ГАЗОВ С ПОМОЩЬЮ КАТАЛИЗАТОРОВ И ОПТИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

Вданной работе исследовались возможности улучшения газосенсорных характеристик полупроводниковых датчиков газов с помощью поверхностной активации пленок SnO2 + 1 % Si водным раствором солей нитрата серебра и одновременным воздействием УФ излучения маломощных светодиодов

Ключевые слова: датчик газов, металлооксидные пленки, SnO2, АgNO3, газовая чувствительность, катализатор, оптическая активация, УФ излучение, этиловый спирт, аммиак.

Вследствие активного развития промышленности и непрерывного прогресса челове-

ческого общества появилась необходимость в мониторинге химического состава воздуха для предупреждения загрязнения окружающей среды и предотвращения техногенных катастроф. Поэтому в последние годы большое внимание уделяется разработке высокочувствительных, надежных и недорогих датчиков для обнаружения токсичных и взрывоопасных газов в воздухе.

Наиболее перспективными на сегодняшний день являются полупроводниковые датчики газов на основе металлооксидных плѐнок, так как они позволяют определять присутствие многих неорганических и органических газов в воздухе, обладают малым временем отклика и высокой чувствительностью [1].

Однако вопрос о надежном внедрении таких датчиков до сих пор остается открытым. В основе проблемы лежат: чувствительность, стабильность и селективность прибора, которые достаточно трудно реализуются одновременно [2]. Для улучшения газосенсорных характеристик датчиков можно использовать активацию адсорбционных процессов на поверхностных состояниях полупроводникового сенсора легированием или оптическим воздействием на чувствительные элементы. Примеси-катализаторы можно как вводить в объем пленки SnO2 при синтезе, так и наносить на поверхность пленки напылением или осаждением из водных растворов солей [3]. Освещение металлооксидного датчика газов излучением, сравнимым с шириной запрещенной зоны оксида металла, позволяет снизить высокую рабочую

209

температуру датчика [4].

Целью работы является улучшение газочувствительных характеристик датчиков газов с помощью поверхностной активации пленок SnO2 + 1 % Si водным раствором солей нитрата серебра (АgNO3) и воздействием излучения маломощного светодиода фиолетового цвета. Образец для исследования – кристалл газового датчика размером 1×1 мм2. На нем расположен нагреватель, контакты для чувствительного слоя из платины и два чувствительных элемента (ЧЭ) на основе диоксида олова с добавкой 1 % ат. кремния [5].

Водный раствор AgNO3 наносился на один чувствительный элемент (ЧЭ), второй оставался контрольным. Для оптической активации использовался маломощный (около 75 мВт) светодиод с излучением фиолетового цвета (ARL2-5213 UVC с длиной волны 407 нм). Газовая чувствительность Sg определяется, как отношение сопротивления ЧЭ на воздухе (Rв) к сопротивлению ЧЭ при напуске в измерительную камеру известной концентрации исследуемого газа (Rг) (1):

В качестве катализаторов для исследования чувствительности датчика были выбраны пары этилового спирта и водного раствора аммиака. Были определены температуры максимальной газовой чувствительности до легирования: к парам этилового спирта (2000 ppm) около 370 °С, к парам аммиака (2000 ppm) около 330 °С.

Рис. 1. Зависимость газовой чувствительности к парам этилового спирта (2000 ppm) в возду-

210