7.2.3. Характеристики газообразных компонентов, содержащихся в углях

Газообразные компоненты в углях подразделяются следующим образом: защемленный газ в углистом веществе (в основном, метан, выделяющийся из пласта при его обнажении или разрушении); газообразные продукты, получаемые при термическом разложении углистого вещества (за исключением воды, характеристикой которой является влагоемкость).

Параметром содержания защемленного газа является относительная метаноносность угольных пластов. Количество газообразных веществ, выделяющихся при термическом разложении угля, выражается через стандартизованный параметр выхода летучих веществ на сухое состояние - , который входит в группу параметров качества угля как продукта и служит надежным признаком стадии метаморфизма (при пересчете на беззольное состояние - ).

Относительная метаноносность угольных пластов – параметр, численно равный объему метана для нормальных условиях, приходящемуся на единицу массы угля. Практическая единица измерения параметра – м³/т. По величине относительной метаноносности все угольные шахты подразделяют на следующие категории: I – при значении параметра до 5 м³/т, II – от 5 до 10 м³/т, III – от 10 до 15 м³/т и сверхкатегорные – свыше 15 м³/т. С увеличением глубины залегания пластов уголь характеризуется большей плотностью и степенью метаморфизма. При этом открытая пористость угля уменьшается, а его относительной метаноносность возрастает. Например, относительная метаноносность антрацитов может достигать значений 35…40 м³/т.

Относительная метаноносность угольных пластов (с учетом трещиноватости пластов и вмещающих пород, характеристик добычных работ, проветривания выработок) является причиной присутствия метана в шахтной атмосфере. Относительное содержание метана в шахтной атмосфере для безопасного ведения работ не должно превышать 1%.

Параметр выхода летучих веществ - определяется согласно ГОСТ 6382-2001. Сущность метода заключается в прокаливании навески аналитической пробы топлива массой 1 г при температуре 900⁰С в течение 7 мин без доступа воздуха. Выход летучих веществ вычисляется по формуле

, (7.6)

где - потеря массы навески с первоначальной массой , - полная влагоемкость аналитической пробы угля по ГОСТ 11014-2001. Заметим, что для антрацитов (на беззольное состояние) < 8 %, поэтому для этих углей в классификации (табл. 7.6) используют величину объемного выхода летучих веществ - .

7.2.4. Прочностные характеристики углей

Прочностные характеристики определяются для угля, как объекта разработки, так и для угольной массы как параметр качества. В первом случае измеряется коэффициент крепости по Протодьяконову, во втором – механическая прочность кусков угольной массы. И в том и другом случае после проведения определенной процедуры дробления производится подсчет выхода фракции угля заданной крупности.

Т акой подход к определению прочностных характеристик обусловлен тем, что уголь в пласте (пачке, куске) крайне неоднороден, содержит минеральные включения, прочность которых может быть существенно выше органического вещества, весьма трещиноват, подчас обладает выраженной анизотропией. Это приводит к тому, что изготовление образцов угля, пригодных для испытаний на определения пределов прочности, крайне затруднено. При этом результаты испытаний характеризуются большим разбросом значений. Поэтому испытание образцов угля на одноосное сжатие согласно методикам, изложенным в предыдущей главе, проводится в исследовательских целях. Предел прочности при одноосном сжатии минеральных включений может колебаться в диапазоне 30…350 МПа. В то же время предел прочности угля при одноосном сжатии практически не выходит за границы 20…30 МПа.

Для определения коэффициента крепости угля служит метод толчения (ГОСТ 21153.1-75), который был разработан М.М. Протодьяконовым младшим. Сущность метода толчения заключается в следующем. Для испытаний отбираются куски породы массой 40…60 г. Испытания проводятся в приборе для определения крепости (ПОК) (рис. 7.6). Количество сбрасываний гири массой 2,4 кг с высоты 0,6 м на пробу уточняется по высоте столбика подрешетного продукта в объемомере после просеивания дробленой породы через сито с размером отверстий 0,5 мм. Величина высота столбика должна находиться в интервале 20…100 мм. Коэффициент крепости вычисляется по формуле

, (7.7)

где - количество сбрасываний гири, - высота столбика подрешетного продукта в объемомере, мм.

Механическая прочность угольной массы определяется согласно ГОСТ 15490-70. Испытанию подвергают уголь крупностью в пределах 10…120 мм, который предварительно просеивают через сита с квадратными отверстиями, минимальный размер которых зависит от типа испытуемого угля.

И спытания проводятся в цилиндрическом барабане (рис. 7.7) с частотой вращения 25 об/мин до тех пор, пока барабан не совершит 100 оборотов.

Показатель механической прочности угля - П или Х₁ вычисляется по формуле

, (7.8)

где - масса надрешетного продукта пробы угля до испытания, - то же после испытания пробы в барабане и просева через те же сита.

Очевидно, что наиболее прочный уголь характеризуется показателем механической прочности близким к 100%. ГОСТ 15490-70 так же допускает определение механической прочности в барабане другой конструкции.