ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ САМООЧИЩЕНИЯ АТМОСФЕРЫ КАЛИЙНЫХ РУДНИКОВ И ИХ ОПИСАНИЕ В ЦИФРОВЫХ МОДЕЛЯХ ПРОВЕТРИВАНИЯ
DOI:
https://doi.org/10.7242/echo.2025.3.10Ключевые слова:
самоочищение атмосферы рудников, физико-химическое взаимодействие, рассольная плѐнка, сорбция газов, массоперенос, феноменологическая модель, рудничная вентиляция, цифровизация проветриванияАннотация
Рассмотрены физико-химические процессы, определяющие способность рудничной атмосферы к самоочищению за счет взаимодействия газовой фазы с поверхностью солей, пылевых частиц и влажных пород. Проанализированы механизмы сорбции, растворения и массопереноса на границе «газ – рассольная пленка», влияющие на динамику концентраций вредных примесей в вентиляционных потоках. Предложено феноменологическое описание совокупного эффекта этих процессов с использованием эффективного коэффициента поглощения, зависящего от температуры, влажности и запылѐнности воздуха. Полученные соотношения позволяют учесть влияние самоочищения в уравнениях нестационарного массопереноса, применяемых в цифровых моделях проветривания рудников. Такой подход обеспечивает сопряжение молекулярных физико-химических взаимодействий с макроскопическим описанием воздушных потоков, что расширяет возможности количественного анализа вентиляции и повышения безопасности горных работ в подземных выработках.
Библиографические ссылки
Медведев И.И., Красноштейн А.Е. Аэрология калийных рудников / УрО АН СССР. – Свердловск, 1990. – 251 с.: ил.
Селиванова С.А, Кириченко Л.В., Баранников В.Г., Хохрякова В.П. Гигиенические исследования сорбционных свойств минерала сильвинита в сооружениях из природных калийных солей // Санитарный врач. – 2019. – № 2. – С. 47-51.
Селиванова С.А. Гигиенические особенности формирования и оптимизация физико-химических условий внутренней среды сильвинитовых сооружений: автореф. дис. … к.м.н.: 14.02.01 / Селиванова Светлана Алексеевна. – Пермь, 2019. – 24 с.
Баранников В.Г., Кириченко Л.В., Рязанова Е.А., Сидорова Д.А., Селиванова С.А., Хохрякова В.П. Гигиенические исследования естественных факторов калийных солей Западного Урала // Перм. медицинский журн. – 2018. – Т. 35, № 3. – С. 106-112.
Суханов А.Е., Бруев Н.А., Газизуллин Р.Р., Стариков А.Н. Исследование сорбционных свойств солей на примере газов, содержащихся в атмосфере калийных рудников // Изв. Тульского гос. ун-та. Науки о Земле. – 2023. – № 1. – С. 495-507. – DOI: 10.46689/2218-5194-2023-1-1-495-507.
Красноштейн А.Е. Физико-химический механизм в процессе адсорбции ядовитых примесей рудничной атмосферы калийными солями / ППИ. – Пермь, 1976.– Деп. В ОНИИТЭхим 28.06.1976 г., № 893.
Wang F., Yao Y., Wen Z., Sun Q., Yuan X. Effect of water occurrences on methane adsorption capacity of coal: A comparison between bituminous coal and anthracite coal // Fuel. – 2020. – V. 266. – С. 117102. – DOI: 10.1016/j.fuel.2020.117102.
Bai G., Xiaokun Z., Xueming L., Xihya Z., Yuantao C. Influence of carbon dioxide on the adsorption of methane by coal using low-field nuclear magnetic resonance // Energy & Fuels. – 2020. – V. 34, № 5. – P. 6113-6123. – DOI: 10.1021/acs.energyfuels.0c00474.
Pajdak A. Studies on the influence of moisture on the sorption and structural properties of hard coals // International Journal of Greenhouse Gas Control. – 2020. – V. 103. – номер статьи. 103193. – DOI: 10.1016/j.ijggc.2020/103193.
Кузнецова Ю.Л. Эволюция размера растворимой аэрозольной частицы во влажном воздухе // Вычислительная механика сплошных сред – 2022. – Т. 15, № 1. – С. 31-44. – DOI: 10.7242/1999-6691/2022.15.1.3.
Reed S.K., Westacott R.E. The interface between water and a hydrophobic gas // Physical Chemistry Chemical Physics. – 2008. – V. 10, № 31. – P. 4614-4622. – DOI: 10.1039/b801220b
Sloan Jr E.D., Koh C.A. Clathrate hydrates of natural gases. – Boca Raton: CRC Press, 2007. – 752 p.
Chau P., Mancera R.L. Computer simulation of the structural effect of pressure on the hydrophobic hydration of methane // Molecular Physics. – 1999. – V. 96, № 1. – P. 109-122. – DOI: 10.1080/00268979909482943.
Collings M.P., Dever J.W., Fraser H.J., McCoustra M.R.S. Laboratory studies of the interaction of carbon monoxide with water ice // Astrophysics and Space Science. – 2003. – V. 285, № 3-4. – С. 633-659. – DOI: 10.1023/A:1026144806831.
Föhlisch A., Nyberg M., Hasselström J., Pettersson L.G.M. How carbon monoxide adsorbs in different sites // Physical review letters. – 2000. – V. 85, № 15. – P. 3309-3312. – DOI: 10/1103/PhysRevLett.85.3309.
Shah M.S., Tsapatsis M., Siepmann J.I. Hydrogen sulfide capture: from absorption in polar liquids to oxide, zeolite, and metal-organic framework adsorbents and membranes // Chemical reviews. – 2017. – V. 117, № 14. – С. 9755-9803. – DOI: 10/1021/acs.chemrev.7b00095.
Исаевич А.Г., Кормщиков Д.С. Исследование пылевой обстановки в условиях калийного рудника, опыт снижения запыленности атмосферы рабочих мест // Изв. Тульского гос. ун-та. Науки о Земле. – 2018. – № 4. – С. 60-74.
Исаевич А.Г. Научное обоснование методологии управления пылевой обстановкой в горных выработках калийных рудников: дис. … докт. техн. наук: 2.8.6: защищена 12.07.23 / Исаевич Алексей Геннадьевич. – Пермь, 2023. – 266 с.
Файнбург Г.З., Исаевич А.Г., Зайцев А.В. Повышение эффективности проветривания тупиковых комбайновых выработок калийных рудников по пылевому фактору // Горный информационно аналитический бюллетень (научно-технический журнал). – 2021. – № 8. – С. 38-50. – DOI: 10.25018/0236-1493-2021-8-0-38.
Ельчищева Т.Ф. Влажностный режим помещений зданий с производственной средой, содержащей гигроскопические соли // Биосферная совместимость: человек, регион, технологии. – 2016. – № 4. – С. 13-21.
Leaist D.G. Absorption and diffusion of sulphur dioxide into aqueous sodium chloride solutions // Journal of the Chemical Society, Faraday Transactions 1: Physical Chemistry in Condensed Phases. – 1988. – V. 84, № 2. – P. 581-589. – DOI: 10.1039/F19888400581.
Harned H.S., Davis R. The ionization constant of carbonic acid in water and the solubility of carbon dioxide in water and aqueous salt solutions from 0 to 50 // Journal of the American Chemical Society. – 1943. – V. 65, № 10. – P. 2030-2037. – DOI: 10.1021/ja01250a059.
Suleimenov O.M., Krupp R.E. Solubility of hydrogen sulfide in pure water and in NaCl solutions, from 20 to 320⁰ C and at saturation pressures // Geochimica et Cosmochimica Acta. – 1994. – V. 58, № 11. – P. 2433-2444. – DOI: 10.1016/0016-7037(94)90022-1.
Семин М.А., Исаевич А.Г., Трушкова Н.А., Бублик С.А., Казаков Б.П. К вопросу о расчете распространения вредных примесей в системах горных выработок // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. – 2022. – № 2. – С. 82-93. – DOI: 10.15372/FTPRPI20220208.
