66
Труды университета
Раздел «Геотехнологии. Безопасность жизнедеятельности»
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
Деева Т.А., Камартдинов М.Р., Кулагина Т.Е., Шевелев П.В. Современные методы разработки месторождений на позд-
них стадиях. – Т.: 2006. – 281 с.
2.
Мигунова С.В., Мухаметшин В.Г., Хазигалеева З.Р. Разработка и исследование технологии водогазового воздействия на
нефтяные пласты юрских залежей. – С.: Профессионал, 2010. – 176 с.
3.
Хисамов Р.С., Насыбуллин А.В. Моделирование разработки нефтяных месторождений. – М.: ОАО «ВНИИОЭНГ», 2008.
–
256 с.
4.
Сургучев М.Л. Вторичные и третичные методы увеличения нефтеотдачи пластов.– М.: Недра, 1985. – 308 с.
5.
Дроздов А.Н., Телков В.П., Егоров Ю.А. Водогазовое воздействие на пласт: механизм действия, известные технологии.
Насосно-эжекторная технология и насосно-компрессорная технология как ее разновидность // Сборник «Труды Россий-
ского государственного университета нефти и газа имени И.М. Губкина». 2009. №1. – С. 23-32.
УДК 622.23.05
Методы обеспыливания в комбайновом
проходческом забое
И.В. БРЕЙДО, д.т.н., профессор, зав. кафедрой АПП,
Н.А. ДРИЖД, д.т.н., профессор, академик КНАЕН, академик МАН ЭБЧиП,
Р.В. МАРКВАРДТ, ст. преподаватель кафедры АПП, докторант,
Карагандинский государственный технический университет
Ключевые слова: проходческий комбайн, дистанционное управление, обеспыливание, горное дело, автома-
тизация производственных процессов, безопасность.
омбайн осуществляет три основные операции:
резка, погрузка и перегрузка на другие транспорт-
ные механизмы.
Основные компоненты комбайна (см. рисунок):
–
стрела с режущим органом (1);
–
поворотное основание (2);
–
погрузчик (3);
–
погрузчик (4),
–
шасси гусеницы (5);
–
гидравлический блок (6);
–
блок электрического оборудования (7).
Запыленность воздуха на рабочих местах при ра-
боте проходческих комбайнов избирательного дей-
ствия характеризуется значительной неравномерно-
стью, вызванной переменным пылевыделением при
обработке различных участков забоя по сечению вы-
работки. Максимальная и минимальная запыленность
отличается в 3-8 раз [1].
На процессы пылевыделения при работе проход-
ческого комбайна влияют несколько факторов, как
горно-геологических, так и технологических. Такими
факторами являются влажность, крепость, структура,
вещественный состав и мощность угольного пласта,
способ и режим разрушения угля, скорости движения
воздуха, производительность работы комбайна.
Режим резания угля исполнительным органом
также оказывает большое влияние на пылеобразова-
ние. Так, увеличение скорости вращения отбойной
коронки комбайна в 2 раза приводит к повышению
запыленности в 1,3-2 раза. Наблюдается также рост
запыленности с увеличением скорости поперечной
подачи рабочего органа, так как при этом растет масса
разрушаемого массива, а значит, и интенсивность
выделения пыли в атмосферу призабойного простран-
ства, при одновременном снижении удельного выхода
пыли.
Удельное пылевыделение определяется по эмпи-
рической формуле [2]:
150
,
пл
в
н
т
a
К К К
α
=
⋅
⋅
⋅
⋅
где К
в
–
коэффициент, учитывающий средневзвешен-
ное значение влажности угля;
К
н
–
коэффициент, учитывающий средневзвешен-
ное значение вынимаемой мощности пласта;
К
т
–
коэффициент, учитывающий температуру
пласта;
а
пл
–
содержание в разрушенном угле частиц, диа-
метром менее d,
100 1 exp(
) ,
т
пл
а
d
λ
=
−
− ⋅
где т – показатель способности угля к измельчению,
определяется по данным ситового анализа проб
угля;
λ – показатель степени измельчения угля.
Немалое влияние на запыленность при работе
проходческого комбайна оказывает способ подачи
воздуха в выработку, скорость и направление воздуш-
ной струи, степень турбулентности воздушного пото-
ка и количество воздуха, проходящего по выработке.
Анализируя физические основы процесса пыле-
выделения, можно прийти к выводу, что оптимальные
скорости проветривания для снижения уровня запы-
ленности зависят от многих параметров, основной из
которых – исходная интенсивность пылевыделения,
зависящая от динамических свойств воздушных
струй.
К
1 2015
67
Внешний вид комбайна избирательного действия
Рекомендуемые методы расчета не учитывают
особенностей работы комбайнов со стреловидным
рабочим органом. Так, основным источником пылеоб-
разования здесь является отбойная коронка, а ее по-
ложение в процессе работы постоянно меняется как
по высоте, так и по ширине выработки. При этом от-
битая горная масса падает с различной высоты, а зна-
чит, и время взаимодействия ее с воздушным потоком,
обусловливающим переход пыли во взвешенное со-
стояние, различно. Кроме того, поскольку тупиковые
выработки проветриваются обычно по нагнетательно-
всасывающей схеме, то и скорости воздушных пото-
ков будут иметь различное значение по сечению вы-
работки в зоне пылеобразования и смешения. Поле
скоростей воздушных потоков выравнивается на рас-
стоянии 20-25 м от груди забоя [5].
Динамически изменяющаяся интенсивность пыле-
выделения приводит к соответствующим изменениям
запыленности воздуха. Таким образом, при обработке
разных зон забоя (верхняя часть, средняя или нижняя)
может быть рассчитана своя оптимальная скорость
проветривания, снижающая концентрацию пыли в
призабойном пространстве до минимальных значений.
Для того чтобы совместить требования к мини-
мальному уровню запыленности с технико-экономи-
ческими показателями эффективности проведения
проходческих работ требуются строго обоснованные
научные расчеты, подтвержденные эксперименталь-
ными данными. Ниже рассмотрим основные методы
борьбы с повышенным уровнем запыленности в про-
ходческих забоях.
Повсеместно применяемое орошение требует
больших расходов воды, приводящих к увлажнению и
преждевременному износу шахтного оборудования,
переувлажнению и снижению качества угля, намока-
нию и пробуксовке конвейерных лент, что вызывает
остановки конвейеров и добычных машин, снижая их
машинное время, производительность добычных
участков и угольных шахт, не обеспечивая нормали-
зации пылевой обстановки [4].
Практические методы использования способа гид-
рообеспыливания включают в себя:
–
низконапорное орошение;
–
высоконапорное орошение;
–
пневмогидроорошение;
–
орошение пневмогидравлическими эжекторами;
–
орошение водовоздушными эжекторами;
–
аспирацию и обеспыливание воздуха водовоз-
душными эжекторами.
Существуют также способы, основанные на ис-
пользовании акустического, электростатического и
других методов гидрообеспыливания, которые пока не
нашли широкого применения в шахтных условиях по
причине слабой изученности, сложности применения,
низкой экономичности и других недостатков.
Для низконапорного орошения применяют распы-
ление жидкости диапазона давлений в пределах от 0,5
до 3,0 МПа. Распыление жидкости осуществляется
форсунками различных типов – ПФ (плоскоструйные),
ЗФ (зонтичные), КФ (конусные) и другими с различ-
ными углами раскрытия факела и расхода жидкости
[3]. Для типовых оросительных систем (TOC) при
давлениях от 1,2 до 2,0 МПа и удельных расходах
воды 30-40 литров на тонну отбитого угля эффектив-
ность пылеподавления составляет 50-70% [4]. Эффек-
тивность гидрообеспыливания связана с такими ха-
рактеристиками, как физико-химические свойства
пыли, размер пылевых частичек, соотношение радиу-
сов пылинок и капель жидкости [3]. Наиболее опти-
мальными размерами капель диспергированной жид-
68
Труды университета
Раздел «Геотехнологии. Безопасность жизнедеятельности»
кости считают диапазон 30-50 мкм. Средние размеры
и плотность капель в факеле, скорость движения и
длина их пролета зависят от давления воды, причем
оптимальное давление распыления находится в преде-
лах 1,2-2,0 МПа. Рядом исследований показано, что
высокая эффективность пылеподавления обеспечива-
ется при диаметре капель 60-90 мкм и давлении 1,5-
3,0 МПа. Также установлено, что размер капель ока-
зывает разное влияние на эффективность пылеподав-
ления в активной зоне и в зоне затухания факела. В
последней (на расстоянии более 0,5-0,7 м от оросите-
ля) эффективность осаждения пыли возрастает с уве-
личением размера капель [2].
Существенное влияние на эффективность пылепо-
давления оказывают плотность орошения и удельный
расход воды. Шахтные испытания показали, что при
разработке пластов мощностью до 0,9 м наибольшая
эффективность орошения достигается при расходе
воды 30-40 л/т, а для пластов мощностью 1,4-1,7 м при
удельном расходе воды 50-60 л/т и эффективности
пылеподавления 80-90% этот уровень резко понижа-
ется при уменьшении давления воды ниже 0,5-1 МПа.
Как показывают эксперименты, при низконапор-
ном орошении не улавливаются фракции пыли мельче
5 мкм, наиболее пневмокониозоопасные для челове-
ческого организма, а остаточная запыленность при
этом составляет не менее 100-500 мг/м. Такая высокая
остаточная запыленность не приемлема для примене-
ния видеоконтроля систем дистанционного управле-
ния проходческим комбайном. В случае увеличения
расхода воды на орошение до 45-60 л/т эффективность
низконапорного орошения достигает 95-98,4% [3].
Однако при таком расходе воды происходит пере-
увлажнение угля, снижающее его качество.
Сущность пневмогидроорошения (ПГО) заключа-
ется в том, что на источник пылеобразования направ-
ляется факел тонкодиспергированной жидкости, рас-
пространяющийся внутри факела грубодиспергиро-
ванных капель. Факелы орошения создают путем
дробления жидкости сжатым воздухом [2]. Для эф-
фективного пылеподавления необходим факел тонко-
диспергированной жидкости с размером капель 40-60
мкм, а факел грубодисперсного дробления 100-200
мкм. Плотность частиц в факеле составляет 10
8
-10
9
част/м
3
, объемное отношение расходов сжатого возду-
ха и воды находится в пределах 80-30 [1]. При подаче
водовоздушной смеси в очаг пыления расход воды
составляет 20-90 л/мин, рабочее давление 0,4-0,5 МПа,
расстояние от оросителей до очага пыления 1-2 м.
Запыленность воздуха при этом снижается на 90-99%.
Самая высокая эффективность достигается на изоли-
рованных источниках пылеобразования.
К недостаткам данного метода можно отнести
необходимость применения сжатого воздуха, как
следствие прокладки отдельных магистралей для воды
и сжатого воздуха.
Одним из путей снижения расхода воды и повы-
шения эффективности гидрообеспыливания является
применение высокого давления для распыления жид-
кости в пределах от 2 до 15 МПа. При этом интенси-
фицируются процессы коагуляции пылевого и водно-
го аэрозолей, что позволяет улавливать фракции пыли
2-
5 мкм. Запыленность воздуха уменьшается на 90-
97% [2].
При давлениях воды 10-15 МПа средний диаметр
капель в активной зоне факела составляет 30-75 мкм.
Согласно работе, при давления воды 8-15 МПа дис-
персность капель воды составляет 16-60 мкм, плот-
ность капель в факеле орошения 10
7
-10
9
частиц на 1м
3
,
а начальная скорость вылета капель жидкости 100-180
м/с. Значительное снижение запыленности воздуха (в
1,5-
3 раза) и уменьшение расхода воды в 2-2,5 раза по
сравнению с низконапорным орошением достигается
при высоконапорном орошении с давлением воды
более 5 МПа. В результате шахтных испытаний уста-
новлено, что вместе с простотой изготовления и
надежностью в работе применение высоконапорного
гидрообеспыливания с давлением воды 6-10 МПа
обеспечивает высокую (94-98,5%) эффективность
обеспыливания воздуха при расходе воды в 1,5-3 раза
меньшем (10-20 л/т) по сравнению с низконапорным
орошением.
Эжектирующая способность факела высоконапор-
нораспыленной жидкости реализована в орошающих
водовоздушных эжекторах, где эжектирующая фор-
сунка совмещена с направляющей водовоздушный
поток камерой, куда поступает запыленный воздух.
Образующаяся в камере смесь направляется факелом
в источник пылеобразования для пылегашения. Эф-
фективное пылегашение такими эжекторами осу-
ществляется при давлении жидкости 2,5-3 МПа и
расходе её 60-90 л/мин, размере капель 0,2-0,3 мм и
расстоянии от эжектора до источника пылеобразова-
ния 1-1,5 м. Эффективность пылеподавления 80-96%.
Минимальный размер улавливаемой пыли от 2 до 5
мкм. В процессе исследований установлено, что запы-
ленность воздуха снижается в различных условиях на
93,5-
96%; остаточная ее величина находится в преде-
лах 62-100 мг/м.
Еще одним способом обеспыливания забоя явля-
ется пылеотсос и пылеулавливание. При этом способе
обеспыливания применяют изоляцию очага пыления
от воздушного пространства выработок в сочетании с
пылеотсосом и пылеулавливанием.
В шахтах нашли применение мокрые инерцион-
ные пылеотделители, принцип действия которых ос-
нован на смачивании и агрегации пылинок в колесе и
кожухе вентилятора [4]. На этом принципе основана
работа вентилятора-пылеотделителя ПШ-150, в кото-
ром коагуляция и отделение частиц происходят в ко-
лесе вентилятора и в шламосборнике [2].
Вместе с этим такой способ борьбы с пылью при
использовании для пылеотсоса вентиляторов с элек-
троприводом обладает своими недостатками: взрыво-
пожароопасностью электродвигателя; высокой энер-
гоемкостью; большими габаритами и массой; высоки-
ми (более 95 Дб) уровнями издаваемого шума, слож-
ностью изготовления и т.д.
Практически все методы борьбы с запыленностью
в забое были изначально нерегулируемыми, т.е. при
их применении рассчитывались заранее параметры
пылеподавления, без учета динамики процессов, вли-
яющих на пылеобразование. Это приводит к значи-
тельному снижению эффективности применяемых
1 2016
69
методов обеспылевания, а также к непроизводитель-
ному расходу жидкости, а в некоторых случаях газа и
электроэнергии.
Вследствие большого влияния параметров венти-
ляционной струи на запыленность забоя в ряде зару-
бежных стран применяют дросселируемый перфори-
рованный наконечник, устанавливаемый на вентиля-
ционный став подачи свежего воздуха. Во время от-
бойки горной массы, воздух попадает в штрек ради-
ально к оси вентиляционного става. Во время осталь-
ных работ свежая струя вся направлена в сторону
забоя. Для поддержания постоянного расстояния от
конца воздухоподающего трубопровода до забоя,
между вентиляционным трубопроводом и его нако-
нечником устанавливается аккумулятор вентиляцион-
ных труб, длиной, равной суточному подвиганию
забоя. Этим обеспечивается устойчивый расчетный
аэродинамический режим в призабойной зоне [4].
С целью повышения эффективности и снижения
расхода жидкости в некоторых шахтах применяется
устройство дискретной подачи ее к оросителям с ча-
стотой, пропорциональной скорости истечения.
Устройство снабжено переключателем потока жидко-
сти, с возможностью поочередного перекрытия вы-
ходных отверстий форсунок.
В настоящее время подобные системы получают
все большее распространение, что говорит о возрас-
тающих потребностях в системах автоматизированно-
го контроля и управления пылеподавлением в уголь-
ных шахтах. Однако стоит отметить, что повсемест-
ному применению подобных систем мешает слож-
ность эксплуатации и внедрения систем пылеподавле-
ния.
При работе комбайнов фронтального и избира-
тельного действий определяющими параметрами, вли-
яющими на пылевую обстановку в забое, являются:
–
скорость воздуха в месте разрушения горного
массива, значение которой изменяется по сечению
выработки и зависит от удаленности нагнетательного
трубопровода, диаметра воздухопровода, расхода
воздуха, сечения выработки и места расположения
пылеотсасывающего патрубка;
–
эффективность пылеподавления орошением, ко-
торая определяется в значительной мере удельным
расходом жидкости и соотношением расходов эжек-
тируемого форсунками воздуха и поступающего в
забой воздуха;
–
эффективность пылеулавливающей установки,
зависящей существенно от кратности пылеотсоса;
–
текущая производительность комбайна;
–
схема обработки плоскости забоя комбайном со
стреловидным рабочим органом [2].
Изменяющееся пылевыделение при работе про-
ходческих комбайнов фронтального и избирательного
действий диктует необходимость выявления законо-
мерностей изменения запыленности и на основе этого
применение регулируемых средств пылеподавления,
что позволит уменьшить среднесменную концентра-
цию пыли в забое и снизить риск заболевания шахте-
ров пневмокониозом и пылевым бронхитом.
В связи с вышеизложенным можно констатиро-
вать, что внедрение средств автоматизации управле-
ния пылеподавлением в шахтных условиях возможно,
и оно начинает применяться, однако недостаточная
изученность условий применения и специфические
трудности при эксплуатации тормозят этот процесс.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
Витько А.Д. Разработка способа и средств пылевзрывозащиты с использованием жалюзийных решеток для угольных
шахт // Дисс. … канд. техн. наук. – Москва, 2005.
2.
Дремов А.В., Обоснование рациональных параметров обеспыливания в комбайновом проходческом забое: Автореф. дис.
… канд. техн. наук. – Москва, 2010.
3.
Никитенко Е.А. Прогноз динамики риска заболеваемости шахтеров пневмокониозом в зависимости от темпов проходки
горных выработок // Дисс. … канд. техн. наук. – Москва, 2005.
4.
Петрунин Г.О. Обоснование параметров проветривания и пылеулавливания в подготовительных выработках // Дисс. ...
канд. техн. наук. – Москва, 2009.
5.
Айкхофф Юрген. Тенденция развития в области проведения подготовительных выработок на предприятиях компании
«Дойче Штайнкомаг» Gluckauf 142 9 2006. На русском языке // Глюкауф. – №4, 2006. С. 9-16.
70
Труды университета
Раздел «Геотехнологии. Безопасность жизнедеятельности»
ӘОЖ 622.807(043.3)=512.122
Полиметалл кенін ашық әдіспен өндіретін
тау-кен жұмысшыларының тыныс алу
мүшелеріне түсетін шаң жүктемесін
бағалау
Н.Р. ЖОЛМАҒАМБЕТОВ, т.ғ.к., КА және ЕҚ кафедрасының доценті,
Г.М. САПАРОВА, т.ғ.к., КА және ЕҚ кафедрасының доценті,
А.Б. СМАҒҰЛ, БЖД-14м тобының магистранты,
Д. НАРОДХАН, БЖД-15м тобының магистранты,
І.А. АМАНЖОЛ, м.ғ.д., КА және ЕҚ кафедрасының профессоры,
Қарағанды мемлекеттік техникалық университеті
Кілт сөздер: өнеркәсіптік шаңдар, фиброгенді әсерлі аэрозольдар, шаң концентрациясы, ауысымдық жүк-
теме, дозалық жүктеме, кәсіби қауіп, еңбек категориясы, жұмыс ауырлығы дәрежесі.
іріспе. Еңбек қауіпсіздігі мәселелері өндірістегі
сәтсіз оқиғалар мен кәсіби аурулар дамыған ел-
дерде де, дамушы елдерде де бірдей тіркелетіндіктен
әлемдік қауымдастықта өзекті және маңызды болып
отыр.
Халықарадық еңбек ұйымының тұрақты хатшы-
лығы болып саналатын халықаралық еңбек бюросы
мәліметтері бойынша әлемде жылына 270 миллион
сәтсіз оқиғалар орын алады және олардың 335 мыңы
өлім жағдайымен аяқталады. Мұнан өзге, пайда
болуының алдын алуға болатын 160 миллион кәсіби
аурулар тіркеледі. Сәтсіз оқиғалар мен кәсіби аурулар
салдарынан жер бетінде жылына шамамен 2 миллион
адам қайтыс болады [1,2]. Өндірістегі сәтсіз оқиғалар
мен кәсіби аурулар мол көлемде материалдық шығын
әкеледі және адам өмірін қияды.
Тау-кен өндіру өнеркәсібі еліміздің тұрақты эко-
номикалық дамуын қамтамасыз етуге мүмкіндік бере-
тін сала ретінде Қазақстан Республикасы үшін үлкен
маңызға ие. Сонымен қатар, бұл сала күрделі мәселелі
болып саналады, себебі мұнда еңбек қауіпсіздігі, өнді-
рістің апаттылығы және өндірістік жарақаттанушы-
лықтың жоғары болуы сұрақтары айтарлықтай көкей-
тесті болып қалуда.
Өнеркәсіп кәсіпорындарында еңбек қорғау жүйе-
сін басқару үшін кәсіби қауіпті талдау және бағалау
бойынша мәліметтер кешенін жинақтау қажет [3,4].
Кәсіби қауіп – өндірістік іс-әрекеттің бөлінбес қосақ-
таушы факторы болып саналады. Кәсіби қауіпті баға-
лау денсаулықты зақымдау мүмкіндігінің және өнді-
рістік орта мен еңбек процесі факторларының жағым-
сыз әсері нәтижесінде болатын зардаптардың ауырлы-
ғының шамасы (дәрежесі) ретінде, негізінен олардың
экспозициясын және денсаулықтың зақымдануының
көрсеткіштерін ескере отырып жүргізіледі.
Қазіргі кезде кәсіпорындардағы жұмысшылардың
денсаулық жағдайын және еңбек ахуалын гигиеналық
бағалау бойынша жүргізілетін ғылыми зерттеулер же-
келеген өндірістерге қатысты профилактикалық шара-
ларды құрастырумен байланысты [5]. Сонымен бірге,
зиянды және қауіпті өндірістік ортада еңбек ететін
жұмысшылар арасында өндіріске байланысты аурулар
мен кәсіби аурулар дамуы қаупін болжау үшін қосын-
ды ауысымдық және өтілдік жүктемелерді және де
шынайы дозалық жүктемелерді (шаңның, шудың,
дірілдің) гигиеналық бағалау сұрақтары тәжірибе
жүзінде қолданыс таппай жатыр.
Кәсіби қауіпті бағалау әдістемесін қолдана
отырып, өндірістегі жағымсыз факторлар әсеріндегі
қауіпсіз жұмыс істеу мерзімін анықтауға болады.
Жұмыстың мақсаты – полиметалл кенін ашық
әдіспен өндіретін тау-кен жұмысшыларының тыныс
алу мүшелеріне түсетін шаң жүктемесін бағалау.
Достарыңызбен бөлісу: |