Способ определения степени пневмокониозоопасности угля

Способ определения степени пневмокониозоопасности угля

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Сено э Советсымн

Социапистичесыин

Республиы

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 020480 (21) 290411 7/18 25 с присоединением заявки М(23) Приоритет (5! )М. Кл .

G 0l и 24/10 ф@еудерстеенный кемнтет

СССР

h0 лелем нэебретеннй н атнеытнй

Опубликовано 1501.82. Бюллетень М 2 е

Дата опубликования описания 150 1.82 (53) УДК 538 113 (088. 8) (72) Автори изобретения

Л. Я. Лихачев, Ю. Н. Семенов и В. П. Бервфно 4.жi W>-. é: -..

1 ч МИТЕЙ,1","7:,;.

Э .и!

Восточный научно-исследовательский институт""- 1 по безопасности работ в горной промышленгности (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ

ПНЕВИО!(ОНИОЗООПАСНОСТИ УГЛЯ

Изобретение относится к способам определения биологической активности угольной пыли и направлено на улучшение санитарно- гигиенических условий труда горнорабочих в угольной промышленности.

Известен экспериментальный способ определения пневмокониозоопасности угля по реакции организма животных на введенную угольную пыль 11 1.

Недостатками этого способа являются большая стоимость, длительность проведения опыта, сложность постановки эксперимента по оценке пневмокониозоопасности отрабатываемых и намечаемых к отработке пластов. Кроме того, использование при данном способе окисленной угольной пыли,значительно отличающейся по техническим свойствам и активности от пыли, образующейся непосредственно при выемке угля, снижает достоверность оценки.

Используя этот способ, невозможно прогнозировать заболеваемость и раэрабатывать профилактические меры для предупреждения заболеваемости горно рабочих на намечаемых к обработке пластах, так как результаты исследований становятся известными .через

3-9 мес. За этот период отработка пласта может быть закончена.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ определения степени пневмокониозоопасности угля, заключающийся в регистрации изменения спектров электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) угля при взаимодействии его с воздухом и определение показателя

I5 пневмокониозоопасности L 2 1. По этому способу при помощи ЭПР регистрируется количество радикалов и скорость их гибели. Сущность способа заключается в том,что проба угля, отобранная в

20 виде кусков или штыба, разрушается в воздухе, затем помещается в ампуле в резонатор радиоспектрометра, и производится периодическая регистрация

898304 спектра ЗПР угля. По полученным спектрам регистрируют концентрацию парамагнитных центров в угле и время гибели половины из них, а затем определяется коэффициент пневмоконио- 5 эоопасности угля.

Йля оценки.пневмокониозоопасности угольной пыли необходимо учитывать как количество образующихся свободных радикалов при разрушении углей, так и их химическую активность. Показатель пневмокониозоопасности определяется по формуле

К = — » - 1О (пмц/г- мин), N — 16 П где И вЂ” концентрация свободных раP дикалов (парамагнитных центров), измеренная через

) мин после разрушения yr- 36 лей, пмц/г; время, в течение которого концентрация свободных радикалов уменьшается вдвое (период полупревращения), 25 мин

К недостаткам данного способа от.носится введение в расчет концентрации всех радикалов в угле, расположенных на поверхности частиц угля и 30 в его объеме, хотя последние не могут принимать участие в процессах, происходящих на поверхности частиц; определение концентрации парамагнитных центров в угле в атмосфере воздуха приводит к грубым ошибкам в определении истинного значения концентрации этих центров за счет физической сорбции на угле кислорода; несоответствие полученных значений коэффициента пневмокониозоопасности угля различной степени метаморфизма данным по заболеваемости горнорабочих пневмокониозом. Так, по этим данным показатель пневмокониозоопасности угля растет с уменьшением выхода летучих веществ, в то время как по известному способу изменение этого показателя в зависимости от степени метаморфизма происходит по параболической кривой.

Цель изобретения — повышение точности способа за счет учета каталити.ческой активности угля в процессе перевода кислорода в активированную форму.

Поставленная цель достигается ,тем, что согласно способу определения степени пневмокониозоопасности угля, заключающемуся в регистрации изменения спектров ЭПР угля при взаимодействии его с воздухом и определении показател1 пневмокониозоопасности, последовательно в атмосфере метана и воздуха определяют концентрацию электронов полисопряженных систем, ширину и изменение амплитуды спектра при вытеснении метана воздухом и о степени пневмокониоэоопасности судят по величине показателя, определяемого из выражения эпсс у Д эПссз эвссч где Й концентрация электронов полисопряженных систем угля, ед/г;

6А» - относительное изменение амплитуды спектра угля при замещении в нем ме тана воздухом; Н -ширина спектра ЭПР элек"

Эпссз тронов полисопряженных систем угля, Э.

Степень пневмокониозоопасности определяется каталитической активностью угля в процессе перевода кислорода в активированную форму. Взаимодействие легочной ткани с таким кислородом приводит к ее разрушению и каталитическому радикально-цепному окислению. Активность угля как катализатора в этом процессе определяется концентрацией в угле электронов полисопряженных систем, а не .всех парамагнитных центров, так как радикалы

О не участвуют в активации кислорода, а сами вступают с ними во взаимодействие. Каталитическая активность угля определяется также размером реакционной поверхности, пропорциональной изменению амплитуды спектра ЭПР угля йА при замещении в нем метана возду" хом. Кроме этих параметров, каталитическая активность угля зависит от активности единичного электрона полисопряженной системы, которая определяется степенью его делокализации по цепи сопряжения. Степень делокализации обратно пропорциональна ширине спектра ЭПР электронов полисопряженных систем: чем больше степень делокализации и каталитическая актив" ность единичного центра, тем уже спектр ЗПР. Электроны полисопряженных систем являются катализатором активации кислорода, поглощение кото898304 d

-1Е

И

3S

Спектр ЭПР угля записывается рядом со спектром стандарта, в качестве которого используют ион двухвалентного марганца в окиси магния.

-Амплитуда спектра Нп входит в формулу расчета концентрации электронов полисопряженных систем угля.

После записи спектра ампула с углем вынимается из резонатора и вскрывается в атмосфере метана.

В ампулу под уголь вводится капилляр,. через который со скоростью

10 смЭ/мин подается метан. Затем ам55 рого приводит к нарушению функции легких.

На фиг. 1 показана кривая ЭПР образца угля в атмосфере метана; на фиг. 2 - кривая изменения ЭПР образца угля последовательно в атмосфере метана и воздуха.

Способ определения степени пневмо кониозоопасности угля включает отбор и подготовку образцов угля, определе ние параметров спектров электронного парамагнитного резонанса углей во времени последовательно в атмосфере метана и воздуха, концентрации электронов полисопряженных систем, шири"

Hbl и амплитуды спектров и показателя пневмокониозоопасности угля.

Отбор пробы в виде штыба производится с помощью герметизированных пробоотборников. Проба общим весом

50- 100 г для предотвращения интенсивного окисления помещается в контейнеры, заполненные метаном. 8 лаборатории уголь извлекается из контейнера и подвергается рассеву на ситах.. Навеска угля 5-10 мг с размерами зерен менее 0,2 мм помещается в стеклянную ампулу для радио. спектрометрических измерений диаметром 4 мм и толщиной стенки до 0,2 мм.

Причем отбор пробы, хранение, рассев и отпайку ампул с углем производят при условии нахождения угля в метане (беэ контакта с воздухом).

Ампула устанавливается в резонатор радиоспектрометра ЭПР для записи спектра. Для регистрации спектров ЭПР углей используются радиоспектрометры типа РЭ-1301 или РЭ-1306, серийно выпускаемые промышленностью.

Прибор работает в сантиметровом диапазоне длин волн (3. = 3,2 см). Сигнал ЭПР углей наблюдается при значении напряженности магнитного поля порядка 3340 Э. пула с углем и капилляром помещается в резонатор радиоспектрометра.

Производится переключение потенциометра на запись амплитуды спектра.

При непрерывной регистрации амплитуды (скорость ленты 15-5 мм/с) произ" водится отключение метана,и в капилляр подается воздух со скоростью

10 см /мин. После 15 с продувки угля воздухом скорость протяжки ленты самописца уменьшается в 10 раз, затем,по истечении одной минуты продувки, скорость протяжки ленты самописца устанавливается равной 720 или

240 мм/ч. Продолжительность регистрации изменения, амплитуды спектра

ЭПР угля соответствует времени полного замещения метана в угле воздухом - до прекращения изменения амплитуды спектра.

Затеи ампула с углем вынимается из резонатора спектрометра, и определяется точный вес угля. Из спектра

ЭПР угля в метане с помощью номограммы для двойного интегрирования спектров ЭПР определяется площадь спектра электронов полисопряженных систем угля S . Из этого же эпссч спектра определяется ширина линии спектра ЭПР электронов полисопряженных систем угля дН " в миллиметэлсe÷ рах, а затем пересчитывается в эрстеды по масштабу, определяющему количество эрстед а 1 мм ленты самописца. Масштаб определяется по записи спектра иона двухвалентного марганца в кристаллической решетке окиси магния, для которого точно известны значения расщепления в эрстедах между центрами линий сверхтонкой структуры спектра.

Для спектра иона марганца Мп записанного вместе с углем, определяется его амплитуда в миллиметрах, и по формуле определяется концентрация электронов полисопряженных систем угля эп У

h> с.т где 8 - постоянная величина для данного радиоспектрометра, условий регистрации спектров и стандарта — иона двухвалентного марганца Ип в окиси магния МдО, неподвижно установленного в резонаторе ра диоспектрометра при его запуске.

898

Значение В определяется при калибровке прибора по эталонному образцу дифенилпикрилгидрозила, концентрация N которого определена во ВНИИФТРИ, эт

В=и °" =954 ° 10М, эт

Эпссу „ где N М -концентрация электро эт $0 нов полисопряженных систем в угле и количество парамагнитных центров в эталоне (дифенилпикрилгидрозил); эт у ст

Ао- А1 ьА

А - А о 2 30 где ЬА — изменение амплитуды спект3 ра;

А — амплитуда исходного спектра;

А1, А — амплитуда спектра при вытеснении метана воздухом в те- 35 чение 1 с и в течение времени полного замещения метана воздухом.

На основании полученных значений концентрации эЛектронов полисопряженных систем угля (Иэ" су), ширины линии их спектра (ЬН э"ссу), изменения амплитуды (вАу) определяют показатель пневмокониоэоопасности угля Эпссу

ЬАу у дН впссу

Данный показатель имеет максималь50 ные значения для антрацита, минимальные - для малометаморфизованных углей и может приниматься для сопоставительного анализа и классификации по пневмокониозоопасности угольных

55 пластов по отношению к антрациту.

Пример 1 . Проба угля марки антрацит весом 50 г в атмосфере метана загружается во фракционную амплитуда стандарта (спектра t1n ) при записи эталона и угля;

ЭПсСУ

S ; S — площадь спектра ЭПР этаэт лона и электронов поли- 20 сопряженных систем угля;

m - масса угля.

Изменение амплитуды спектра ЭПР угля при замещении метана воздухом ,:в течение 1 с определяется из фиг. 2, 25 а величину hA определяют по формуле

304 8 установку, где отсеиваются частицы угля размером менее 200 мкм. 5-20 мг отсеянного угля помещается в стеклянную ампулу диаметром 4 мм, предварительно заполненную метаном, после чего ампула с углем запаивается и помещается в резонатор ргдиоспектрометра, где записывается исходный спектр электронного парамагнитного резонанса угля (ЭПР). Запись спектра производится при определенном режиме работы спектрометра:

Ток детектора сверхвысокой частоты, мА 0,1

Амплитуда высокочастотной модуляции, MA 10-20 Амплитуда модуляции

50 Гц, мА 10

Диапазон развертки, э 100

Скорость развертки, мин 3

Из спектра ЭПР угля определяют концентрацию электронов полисопряжен" ных систем угля — N — на основании следующих значений необходимых параметров: В = 9,54 10 ; ЯэпссУ

=8960; Ьсу., = 23,5; m = 0,0058 -; эп"ì 6,27 10 9

Из спектра ЭПР угля определяют и

Эпссу величину ьН, для антрацита ьНэп = 0,59 Э.

При замещении метана воздухом в ампуле с пробой на ленте самописца регистрируются сигналы ЭПР угля, по которым определяют значения параметров Ао, A, A . Для антрацита

Ао = 200

А1 = 106

А = О

Из приведенного выражения для определения ААу имеем для данного антрацита ЬАу = 0,47.

На основании изложенных значений концентрации электронов полисопряженных систем угля (М э"ссу), ширины лиэпссу нии их спектра (ЕН ), изменения амплитуды (ЬА ) иэ ранее приведенного выражения для определения показателя пневмокониозоопасности для данного антрацита имеем Р у = 500 - 1О

17

Пример 2. В качестве иссле- дуемого угля взят уголь марки Д пласта Поджуринского ш/у Кольчугинского.

Порядок проведения исследований не отличается от приведенных в примере

1. Для данной марки угля имеем следующие значения параметров:

В = 9,54 - 10"4

Ь = 206,5

898304

Содержание углерода, Марка угля по предлагаемому способу по известному способу

600-200

10-22

Антрацит

135-35

10-22

Тощий

Отощенно-спекающийся, слабоспекающийся

3-8

9-24

86

3-7

Коксовый жирный

6-13

0,09-2 15

Газовый

0,17-0,34

6-13

Длиннопламенный

Формула изобретения

5»«> = 45 ш = 0,0189 г

ЬН " - 0,94

Ао = 121 а, =108

Ат= 77

AALU = 0 29

11апссч 1,1 . 10 "т

R = 0 3 10"

П р и,м е р 3. В качестве исследуемого угля взят уголь марки СС с шахты Северная пласта Волковский.Для данного угля имеем следующие значения параметров:

В = 9,54 10 14

Ьс = 62,5

По статистическим данным с ростом степени метаморфизма угля его пневмокониозоопасность возрастает. Показатель пневмокониозоопасности среднеме"

50 таморфизованных углей, определенный по известному способу, имеет меньшие значения, чем для малометаморфизованных, что противоречит истинной опасности угля. Показатель, определенный по предлагаемому способу, растет с ростом степени метаморфизма угля, что согласуется с данными статистики, 5зпссч = 20 20

m = 0,0063

>H " = 0.983

Ap = 179

А,1 - 144,5

Ай= 92

a „0,42 и 4,9 10 йч = 25 - 10"

Полученные значения коэффициента пневмокониозоопасности для некоторых углей Кузнецкого бассейна представлены в таблице в сравнении с показателем по известному способу.

Показатель пневмокониоэоопасности причем его разрешающая способность много выше,чем по известному способу, Способ определения степени пневмокониозоопасности угля, заключающийся в регистрации изменения спектров электронного парамагнитного резонанса угля при взаимодействии его с воздухом и определении показателя пневмокониозоопасности, о т л и ч а юо

11 8 шийся тем, что, с целью повышения точности за счет учета каталитической активности угля в процессе перевода кислорода в активированную форму, последовательно в атмосфере метана и воздуха определяют концентрацию электронов полисопряженных систем, ширину и изменение амплитуды спектра при вытеснении метана воздухом и о степени пневмокониозоопасности судят по величине показателя, определяемого из выражения рясе 1 Э hHenec3 эпос где N - концентрация электронов полисопряженных систем угля, ед/г; вА - относительное изменение .

М амплитуды спектра угля при замещении в нем метана воздухом;

98304 12 элисс

ЬН ширина спектра электронного парамагнитного резонанса электронов полисопряженных систем угля,Э, 5

Источники информации, принятые Во внимание при экспертизе

1. Галкин К.А. и др. Изучение роли гуминовых кислот в патогенном !

О действии угольной пыли. — "Гигиена труда и профессиональные заболевания", 1976, N 6, с. 20-24.

2. Артемов А.В., Резник А.А. Физико-химические факторы, определяю15 щие пневмокониозоопасность угольной пыли. - В кн,: Тезисы докладов на

Всесоюзной отраслевой научно-технической конференции по борьбе с пылью и профилактике пневмокониозов на у предприятиях угольной промышленности.

Э ИЭИуголь, 1979, с. 186 (прототип).

898304 Ь Г

Составитель В. Покатилов

Редактор И.Циткина Техред А. Бабинец Корректор M,Êîñòà

Заказ 11938/59 Тираж 882 ° Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, N-35, Раушская наб., д. 4/5 е

Филиал lltlr1 "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4