Разработка методики измерений гранулометрического состава угольной пыли методом лазерной дифракции

В настоящее время актуальной экологической проблемой является выделение угольной пыли при добыче, хранении, транспортировке углей, а также при их перевалке на угольных терминалах и в морских портах. Наибольший интерес представляет тонкодисперсная угольная пыль с размерами частиц менее 10 мкм, способная длительное время находиться во взвешенном состоянии и переноситься с воздушными потоками на значительные расстояния. Для контроля технологических процессов добычи, обогащения, переработки, транспортировки углей и мониторинга состояния окружающей среды необходима надежная информация не только о содержании тонкодисперсной угольной пыли, но и о ее гранулометрическом составе. На сегодняшний день метод лазерной дифракции является одним из востребованных и надежных методов определения гранулометрического состава тонкодисперсных материалов. В данной статье представлен подход к разработке методики измерений гранулометрического состава угольной пыли методом лазерной дифракции. Рассмотрены вопросы подготовки проб для анализа, приведены экспериментальные результаты исследований влияния условий проведения испытаний на результаты измерений гранулометрического состава пыли. На основании полученных результатов была разработана методика измерения гранулометрического состава тонкодисперсной угольной пыли. Она включает в себя способы подготовки проб для анализа, подбор оптимального режима измерений, результаты измерений, анализ полученных результатов и их метрологическую оценку. Показано, что разработанная методика может использоваться для оценки гранулометрического состава угольной пыли разного происхождения (отобранной с различных поверхностей, выделенной из суспензий, отобранной из рудничной или воздушной атмосферы, из аспирационных установок).

Красилова В. А., Эпштейн С. А., Коссович Е. Л., Козырев М. М., Ионин А. А. Разработка методики измерений гранулометрического состава угольной пыли методом лазерной дифракции // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2022. – № 2. – С. 5–16. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_2_0_5.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда, грант 18-77-10052-П.

Красилова Вера Алексеевна¹ — аспирант, инженер,
Эпштейн Светлана Абрамовна¹ — д-р техн. наук, старший научный сотрудник, зав. лабораторией, e-mail: apshtein@yandex.ru,
Коссович Елена Леонидовна¹ — канд. физ.-мат. наук, старший научный сотрудник, e-mail: e.kossovich@misis.ru,
Козырев Михаил Маратович — студент, НИТУ «МИСиС»,
Ионин Алексей Александрович¹ — стажер,
¹ Научно-учебная испытательная лаборатория «Физико-химии углей», НИТУ «МИСиС».

Эпштейн С.А., e-mail: apshtein@yandex.ru.

1. Fisne A., Esen O. Coal and gas outburst hazard in Zonguldak Coal Basin of Turkey, and association with geological parameters // Natural Hazards. 2014, vol. 74, no. 3, pp. 1363–1390. DOI: 10.1007/s11069-014-1246-9.

2. Shepherd J., Rixon L. K. K., Griffiths L. Outbursts and geological structures in coal mines. A review // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts. 1981, vol. 18, no. 4, pp. 267–283. DOI: 10.1016/0148-9062(81)91192-X.

3. Beron A. I., Pozin E. Z., Melamed V. Z. Distribution pattern of the grain-size composition of coal fractured by cutting // Soviet Mining Science. 1971, vol. 7, no. 5, pp. 512–517. DOI: 10.1007/BF02501061.

4. Korshunov A. N., Dergunov D. M., Logov A. B., Gerike B. L. Coal cutting with a disk // Soviet Mining Science. 1975, vol. 11, no. 5, pp. 571–573. DOI: 10.1007/BF02499387.

5. Baruya P. Losses in the coal supply chain. IEA Clean coal centre. 2012, 66 p.

6. Макаров П. В., Трубицын А. А., Трубицына Н. В., Кузнецов П. В., Петракова И. В., Смолин И. Ю., Стефанов Ю. П., Ворошилов С. П. Экспериментальное и теоретическое исследование разрушения углей и расчет выхода пылевых частиц. I. Исследование иерархии масштабов разрушения // Физическая мезомеханика. — 2004. — Т. 7. — № S2. — С. 245—248.

7. Phan Q. V. The determination of coal dust emission and percentage of quartz in coal dust emission during the cutting anthracite coal by shearing and bottom blade of the plow // Procedia Earth and Planetary Science. 2009, vol. 1, no. 1, pp. 250–256. DOI: 10.1016/j.proeps. 2009.09.040.

8. Trechera P., Moreno T., Córdoba P., Moreno N., Zhuang X., Li B., Li J., Shangguan Y., Dominguez A. O., Kelly F., Querol X. Comprehensive evaluation of potential coal mine dust emissions in an open-pit coal mine in Northwest China // International Journal of Coal Geology. 2021, vol. 235, pp. 103677. DOI: 10.1016/J.COAL.2021.103677.

9. Лебедев А. А., Тихонова О. А., Блиновская Я. Ю., Чайка В. В., Кирьянов А. В., Христофорова Н. К., Пикула К. С., Шевченко В. П., Голохваст К. С. Влияние угольного терминала на состав морских взвесей залива Находка (Японское море) // Гидрометеорология и экология. — 2017. — № 48. — С. 195—201.

10. Петрова И. Оценка пылевой опасности на горных предприятиях // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2017. — № 5. — С. 413—417.

11. Zhang L., Zhou G., Ma Y., Jing B., Sun B., Han F., He M., Chen X. Numerical analysis on spatial distribution for concentration and particle size of particulate pollutants in dust environment at fully mechanized coal mining face // Powder Technology. 2021, vol. 383, pp. 143—158.

12. Azam S., Mishra D. P. Effects of particle size, dust concentration and dust-dispersion-air pressure on rock dust inertant requirement for coal dust explosion suppression in underground coal mines // Process Safety and Environmental Protection. 2019, vol. 126, pp. 35—43.

13. ГОСТ 2093-82 Топливо твердое. Ситовый метод определения гранулометрического состава. — М.: ИПК Издательство стандартов, 2001.

14. ГОСТ 22662-77 Порошки металлические. Методы седиментационного анализа. — М.: ИПК Издательство стандартов, 2001.

15. Буданова Т. Е., Озмидов О. Р., Озмидов И. О. Современные методы изучения гранулометрического состава грунтов // Инженерные изыскания. — 2013. — № 8. — С. 66—71.

16. Журавлева Н. В., Потокина Р. Р., Исмагилов З. Р. Определение гранулометрического состава угольных порошков методом лазерной дифракции // Химия твердого топлива. — 2016. — № 5. — C. 56—62.

17. Теории Ми / FRITSCH: официальный сайт компании FRITSCH. [электронный ресурс] URL: https://www.fritsch.com.ru/.

18. Главный государственный санитарный врач Российской Федерации. Постановление от 28 января 2021 года № 2. Об утверждении санитарных правил и норм СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания».