«Наука в Сибири» ПРАЗДНИК -- КАК ПОВОД ДЛЯ РАЗГОВОРА
Денис Корнилов. г. Кемерово.
В последнее воскресенье августа традиционно отмечается День
шахтера. Этот праздник прямое отношение к Институту угля и
углехимии СО РАН не только потому, что его деятельность
направлена на решение проблем добычи и переработки углей. Многие
сотрудники Института работали на шахтах и разрезах Кузбасса и
других угольных бассейнов России и бывшего Советского Союза.
Огромный опыт Героя социалистического труда, в прошлом
генерального директора объединения "Южкузбассуголь", а ныне
главного научного сотрудника Института, доктора технических наук
Владлена Даниловича Ялевского позволяет реализовывать научные
разработки в области теории проектирования угольных шахт при
освоении новых угольных районов Восточного Кузбасса. Кавалер трех
орденов Трудового красного знамени, ордена Ленина, в 70-80 годы
генеральный директор объединения "Северокузбассуголь", заведующий
лабораторией ресурсосберегающих технологий угледобычи, кандидат
технических наук Всеволод Модестович Станкус успешно решает
проблемы оценки состояния, эффективности и потенциальных
возможностей разработки угольных месторождений Кузбасса.
16 сотрудников Института являются кавалерами знака "Шахтерская
слава", четверо отмечены знаком "Заслуженный работник
Минтопэнерго".
Работы многих ученых Института отмечены правительственными и
ведомственными наградами, научными премиями. В 1984 г. за
разработку и создание моделей геомеханических процессов с
использованием эквивалентных материалов и применение этих моделей
при ведении горных работ и подземном строительстве директор ИУУ,
член-корреспондент Г.Грицко стал Лауреатом Государственной премии
СССР. В настоящее время Институтом проводятся фундаментальные
исследования по основным научным направлениям исследований: В
июне 1999 г. за многолетнюю плодотворную научную работу
награждены орденом Дружбы Г.Грицко, медалью ордена "За заслуги
перед Отечеством" II степени главный научный сотрудник, д.т.н.
Г.Альтшулер.
На вопрос нашего корреспондента о важнейших направлениях и
результатах научной деятельности Института угля и углехимии СО
РАН ответили заместитель Председателя Президиума КемНЦ СО РАН,
к.т.н. В.Кочетков и зам.директора Института угля и углехимии СО
РАН, д.т.н. В.Потапов.
-- Это непростой вопрос, так как в науке не всегда возможно определить важность получаемых результатов. Поэтому уделим внимание лишь некоторым, наиболее актуальным для практики направлениям. В институте разработан метод оценки уровня энергетической безопасности государства -- применительно к роли угля. В качестве условий оценки использованы показатели доли угля в общем объеме потребления энергоресурсов и в общем объеме производства электроэнергии в стране. Предложен метод условной классификации государств по уровню их энергетической безопасности, в соответствии с которой Россия должна быть охарактеризована как государство, имеющее "опасно низкий" уровень энергетической безопасности по фактору углепотребления. Возможность повышения уровня энергетической безопасности России связана с необходимостью пересмотра энергетической политики страны и значительного увеличения доли угля в топливно-энергетическом балансе России.
Использование теории комбинированной открыто-подземной технологии добычи угля, обеспечивает эффективное освоение запасов новых угленосных месторождений Восточного Кузбасса и безопасную их отработку безвзрывной технологией. Методами технологического прогнозирования установлены основные параметры угледобывающего комплекса модульной структуры для вскрытия и подготовки угольных месторождений. Способ отработки угольных пластов слоями реализован на АО "Сибирга" и в проекте реконструкции разреза "Томусинский".
Использование нового подхода к диагностике уникальных объектов горной техники и базисный набор моделей координатных составляющих вибраций на опорах, а также структур динамических систем, которые формируют типы траекторий осей гибких роторов позволяет объяснить и систематизировать аномальные изменения компонент вибрации, перераспределения амплитуд между высшими гармониками, проявляющиеся в практической вибродиагностике. Для модельных состояний, определяемых инвариантными критериями, получены наглядные механические интерпретации и исследованы фундаментальные характеристики: энергия, энтропия, эффективная частота и т.д., что обеспечивает в конкретных случаях инженерную трактовку диагнозов.
Для создания динамических цифровых моделей, описывающих свойства и состояния массива горных пород, разработан базис, включающий в себя комплекс из аналитических, экспериментальных и дискретных моделей, реализуемый в форме специальных корпоративных информационных систем -- хранилищ данных, интегрируемых с проблемно-ориентированными ГИС -- технологиями и содержащий в себе представительный объем информации, наиболее полно отражающей состояние горнотехнического комплекса угольной промышленности Кузбасса.
Разработана математическая модель комплекса газогеомеханических и аэрогазодинамических процессов при проведении выработки по угольному пласту в составе модулей, описывающих состояние приконтурной части пласта, призабойного и общего объема горной выработки. Установлена связь между газогеомеханическими процессами в угольном пласте и аэрогазодинамическими процессами в выработке, интегрирующая кинетику газовыделения из угля и технологические режимы проведения выработки.
Общеизвестно, что основными направлениями использования углей, как в России, так и в мире, является производство электроэнергии и тепла. Коксующиеся угли традиционно перерабатываются в кокс и продукты коксохимии.
В Институте угля и углехимии в настоящее время развиваются подходы решения проблем углепереработки путем рационального использования химического потенциала углей на основе глубокого изучения структурных особенностей и реакционной способности различных видов каменноугольного сырья и нахождение селективных методов воздействия и многостадийной переработки с получением широкого круга ценных продуктов на каждом технологическом переходе.
Отражением данного подхода являются исследования состава и структуры продуктов экстракции и гидротермального разложения сапропелитовых углей. Проведено экспериментальное моделирование процесса окислительно-полимеризационных превращений липидного вещества -- вероятного источника сапропелитового керогена. "Синтетический" кероген , полученный на основе лецитиновых липосом, по данным ИК-, УФ-, ЯМР-спектроскопических исследований и результатов гидротермального разложения структурно соответствует реальному керогену. Углеводороды (олефины, полициклические ароматические соединения), идентифицированные в продуктах гидротермального разложения модельного вещества, типичны для гидротермальных нефтей, что также свидетельствует о структурной близости полученной модели и природного керогена. Полученные данные представляют практическую ценность при решении проблемы адаптации промышленных процессов нефтепереработки к продуктам ожижения угля, а также при выборе рациональных схем переработки различных углей. В частности предложена схема комплексной переработки ряда низкосортных углей и углеотходов Кузбасса.
Разрабатываются пути использования компонентов угля и продуктов его переработки, обогащенных углеродом, для создания углеродных материалов. Так из каменноугольного среднетемпературного пека выделен и модифицирован высокочистый изотропный волокнообразующий пек. Выявлены ядро, оболочка и приповерхностная ориентированная зона в углеродном волокне из изотропного пека. Установлено, что плоскости углеродных слоев приповерхностной зоны ориентированы перпендикулярно оси волокна. Получены металлсодержащие углеродные волокна путем импрегнирования исходного пека ионами металлов с целью получения углеродно-волокнистых адсорбентов и катализаторов. Показана возможность регулирования морфологической структуры таких волокон. Основным принципом получения углеродных материалов при термообработке высокомолекулярных органических структур является подавление процессов деполимеризации (деструкции с образованием низкомолекулярных углеродсодержащих продуктов) и развитие процессов структурирования (образования пространственно-сшитых структур), приводящих к увеличению выхода углеродного остатка. В Институте отработана методология изучения термических превращений высокомолекулярных углеродных систем, включающая анализ летучих продуктов деструкции методами термопрограммируемой масс-спектрометрии и ступенчатой пиролитической газовой хроматографии в сочетании с комплексом методов исследования состава и структуры твердого остатка пиролиза. Создана установка непрерывного анализа основных компонентов летучих продуктов при термопрограммируемом динамическом нагреве образца. Эффективность развитой методологии подтверждена получеными новыми данными о влиянии соединений переходных металлов на термодеструкцию целлюлозы, послужившей моделью природного органического полимера -- предшественника углей.
Другим развиваемым в институте направлением в использовании ископаемых углей для получения углеродных адсорбентов является химическое модифицирование полимерных структур угля. Разработан нетрадиционный метод получения активированного угля из сапропелитовых углей, заключающийся в химическом модифицировании последних кислотными реагентами с последующим так называемым химическим активированием (обработка щелочью и термообработка). Метод позволяет получать адсорбенты с достаточным выходом и высокими значениями удельной поверхности (до 1600 м2/г) из сапропелитовых углей, которые ранее не рассматривались как перспективные источники сырья для получения активированных углей.
В 1999 г. в составе Кемеровского научного центра СО РАН создан и зарегистрирован Научно-производственный центр глубокой переработки угля СО РАН на базе Ленинск-Кузнецкого завода полукоксования
Членами-учредителями Центра являются: Объединенный институт катализа СО РАН, Институт угля и углехимии СО РАН, Кемеровский научный центр СО РАН, Новосибирский институт органической химии СО РАН, Институт теплофизики СО РАН, Институт химии и химической технологии СО РАН.
В настоящее время резервные мощности ГУП "Завода полукоксования" уже используются для реализации ряда проектов "Научно-производственного центра глубокой переработки углей СО РАН". На ГУП "Завод полукоксования" отработана технология получения малодымного топлива на основе угля и одного из продуктов пиролиза углей -- полукокса. Проект по малодымному топливу, как наиболее актуальный для шахтерских городов Кузбасса, в частности для г.Ленинск-Кузнецкого, где находится 54 котельных, поддержан и курируется Администрацией Ленинск-Кузнецкого.
Сотрудниками Института теплофизики СО РАН и Института угля и углехимии СО РАН проведены опытно-промышленные испытания малодымного топлива на районной котельной г.Ленинск-Кузнецкого. Анализ опытно-промышленных испытаний показал, что при использовании на котельных города в качестве топлива смеси угля и полукокса значительно уменьшаются выбросы пыли, окислов серы и азота. Таким образом, в результате первого этапа эксперимента по использованию новой топливной смеси, была отработана рецептура смеси и показано, что при использовании ее в качестве топлива на районных котельных достигается значительный экологический эффект. Для оценки экономической целесообразности использования новой топливной смеси в настоящее время ведется оснащение котельной соответствующими измерительными средствами и оборудованием по проведению второго этапа опытнопромышленных испытаний.
Институтом химии и химической технологии СО РАН предложен проект по организации производства брикетированного топлива для коммунально-бытовых целей. Предлагается технология производства качественного полукокса и брикетов коммунально-бытового топлива из отсевов угля и смолы полукоксования ГУП "Завода полукоксования". В настоящее время изучается рынок сбыта брикетированного топлива с целью определения объемов производства. Завод имеет предварительную договоренность на поставку брикетов топлива в Монголию. Высказало свою заинтересованность в пробных поставках брикетированного топлива МПС.
Результаты научно-исследовательских работ ученых Института (только за последние 5 лет) представлены в 9 монографиях, более чем в 100 статях в отечественных и зарубежных журналах. В Институте, за 17 лет работы, получено более 150 авторских свидетельств и патентов на изобретения.
Сказанное выше не является отчетом о научных исследованиях Института. Мы хотели лишь прикоснуться к тому многообразию проблем, которые ставит перед обществом угольная отрасль, и решение которых берет на себя академическая наука. Преклоняясь перед людьми этой непростой, опасной профессии, мы желаем шахтерам успеха в труде, социального оптимизма, творческого и делового взаимодействия с учеными. Это должно стать залогом высокопроизводительной, экономически оправданной, безопасной и социально значимой деятельности горняков на благо становления и развития России.
стр. |