автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Обоснование параметров проветривания и пылеулавливания в подготовительных выработках при буровзрывных работах

На правах рукописи

ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЯ В ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТКАХ ПРИ БУРОВЗРЫВНЫХ РАБОТАХ

Специальность 05.26.01 - «Охрана труда» (в горной промышленности)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2009

Работа выполнена в Федеральном государственном предприятии «Национальный научный центр горного производства - Институт горного дела им. А.А.Скочинского» (ННЦГП- ИГД им. А.А.Скочинского).

Научный руководитель доктор технических наук

Поздняков Георгий Акимович

Официальные оппоненты: доктор технических наук Дремов Виктор Иванович

кандидат технических наук Подображин Сергей Николаевич

Защита диссертации состоится «21» мая 2009г. в 15 ч. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.128.06 при Московском государственном, горном университете по адресу: 119991, Москва, Ленинский проспект, д.6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета.

Автореферат разослан «2/» 2009г.

Ученый секретарь

Ведущая организация: ОАО «Гуковуголь»

диссертационного совета доктор технических наук

В.Н.Королева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Горноподготовительные работы играют приоритетную роль в стабильном развитии всех горнодобывающих отраслей. Тенденция их развития заключается в разработке и внедрении высокопроизводительной технологии, базой которой являются комбайны избирательного действия повышенной энерговооруженности. Однако область применения и их эффективное использование ограничивается верхним пределом прочности разрушаемых пород (до £=8 по шкале прочности горных пород М.М. Протодьяконова). Поэтому объем выработок, сооружаемых буровзрывным способом, несмотря на все усилия по расширению комбайнового способа, составляет 30-40%, а в отдельных отраслях и все 100%. Следовательно, этот способ разрушения, в основном крепких, горных пород в обозримом будущем будет оставаться значительным.

Следует также отметить, что при определенных условиях буровзрывной способ может быть конкурентоспособным но отношению к комбайновому.

Одним из главных недостатков этого способа являются трудности создания за небольшой промежуток времени нормальных условий для людей, находящихся в выработке, т.е. осуществления надежного проветривания выработки при минимальных затратах.

Взрывные работы цикяичны. Одним из основных процессов цикла, особенно в протяженных тупиковых выработках при взрывании больших количеств ВВ, является проветривание. Оно сейчас, как и прежде, по времени составляет около 30 минут на каждый цикл. Это связано с тем, что при ведении взрывных работ в условиях крепких вмещающих пород в атмосферу поступает около 0,5 кг тонкодисперсной пыли на 1 м3 отбитой горной массы и около 1000 л вредных газовых примесей при взрывании 1 кг высокоработоспособных ВВ. Такой объем загрязнений, образующихся при одновременном взрывании больших количеств ВВ, не позволяет существующими средствами вентиляции снизить время проветривания.

Пыль, поступающая в воздух, отличается высокой дисперсностью и является сильным адсорбентом ядовитых газов. Она длительное время удерживает сорбированные газы, что усиливает воздействие вдыхаемой пыли на

легкие и кровь человека, повышая силикозоопасность, приводит к тяжелым заболеваниям и отравлениям горнорабочих, к непроизводительной потере времени на проветривание выработок. Кроме того, большую опасность для организма человека представляют газы, захваченные отбитой горной массой и оставшиеся в трещинах горных пород. Даже после длительного и эффективного проветривания забоев при уборке породы и других технологических процессах эти газы выделяются в рудничную атмосферу и способствуют загазированию последней, что также нередко приводит к отравлению горнорабочих. Все это говорит о том, что вопрос проветривания тупиковых выработок весьма сложен и неоднозначен. Даже когда в забой выработки подается большое количество воздуха, это не удовлетворяет запросы производства: не снижает время проветривания и не ликвидирует те высокие концентрации вредностей, которые возникают в забоях подготовительных выработок при взрывании ВВ.

Устранение указанных недостатков путем совершенствования системы проветривания подготовительных забоев, проходимых с помощью взрывных работ, является актуальной задачей.

Цель работы заключается в установлении зависимостей изменения времени проветривания тупиковых выработок от динамики распространения пылегазовых продуктов взрыва и параметров всасывающе-нагнетательного способа проветривания для обоснования параметров проветривания и пылеулавливания в подготовительных выработках при буровзрывных работах, позволяющих достичь нормативных санитарно-гигиенических условий труда проходчиков.

Идея работы заключается в использовании математического описания аэродинамического метода выноса пылегазовых продуктов взрыва из тупиковых выработок, проходимых буровзрывным способом, при моделировании и натурных испытаниях.

Методы исследования включали систематизацию и критический анализ литературных данных, физическое моделирование процессов, натурные наблюдения и эксперименты, сравнение полученных экспериментальных данных с результатами аналитических исследований.

Основные научные положения, выносимые на защиту, и их новизна:

1. Характер распространения пылегазового облака при нагнетательном способе проветривания тупиковых выработок при буровзрывных работах исключает вероятность снижения пылегазовых примесей до ПДК при выполнении существующих нормативных требований проветривания.

2. Математическое описание аэродинамического метода выноса пылегазовых продуктов взрыва из призабойной зоны тупиковой выработки при нагнетательном и всасывающем способах проветривания отличается введением коэффициента интенсивности выноса примесей.

3. Аналитические зависимости изменения времени проветривания от динамики распространения пылегазовых продуктов взрыва и параметров всасывающе-иашетателъного способа проветривания тупиковых выработок при буровзрывных работах обеспечивают корректность расчета эффективности аэродинамического обеспыливания воздуха по всей длине выработки.

4. Установленные параметры всасывшоще-нагнетателыюго способа проветривания с пылегазоулавливанием обеспечивают санитарно-гигиенические условия труда проходчиков при продолжительности проветривания значительно ниже нормативной.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов диссертационной работы подтверждается: корректностью постановки задач исследования; значительным объемом результатов анализа; физическим моделированием процессов выноса и распространения примесей от мгновенных источников и удовлетворительной сходимостью результатов контрольных прогнозов с натурными данными.

Научное значение работы заключается в: установлении зависимостей изменения времени проветривания тупиковых выработок от динамики распространения пылегазовых продуктов взрыва и параметров всасывающе-нагнетательного способа проветривания и влияния параметров проветривания и пылеулавливания на уровень концентраций примесей в выработке.

Практическое значение диссертационной работы заключается в разработке технологической схемы проветривания, обеспечивающей нормативные санитарно-гигиенические условия труда проходчиков в тупиковых

выработках, проходимых буровзрывным способом при продолжительности проветривания, значительно ниже нормативной.

Реализация выводов и рекомендаций. Результаты теоретических исследований и экспериментальных работ использованы при:

• проведении опытно-промышленных испытаний системы нагнетательного проветривания для определения характера распространения пылегазового облака в тупиковой выработки при буровзрывных работах на ш.«3ападная».

• проведении опытно-промышленных испытаний системы всасывающе-нагнетательного проветривания на ОАО ш.«Обуховская»;

Апробация работы. Основные положения и содержания работы были доложены: на научных симпозиумах «Неделя горняка - 2005», «Неделя горняка - 2007»; на XI Международных чтениях МАНЭБ и научно-методичной конференции по безопасности жизнедеятельности (г.Новочеркасск, 24-26 мая 2007г., РГТУ (НПИ); на Всероссийской научно-практической конференции «Безопасность горного производства» (г.Якутск, 22-25 апреля 2008г.), на научных семинарах ННЦ ГП ИГД им.А.А.Скочинского (2008г.), Московского Государственного Горного Университета (2008г.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 6 научных работ, в том числе 3 - в изданиях, по перечню ВАК.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, включает список ' использованных источников из 121 наименований, 46 рисунков, 19 таблиц и 3 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1. Состояние проблемы борьбы с пылью в подготовительных забоях и задачи исследования

При строительстве новых и реконструкции существующих шахт, при проведении полевых выработок и выработок по смешанным породам взрывные работы являются основным способом разрушения горных пород.

Проблемам проветривания и нормализации санитарно-гигиенических условий труда в тупиковых выработках при буровзрывном способе проходки посвящены исследования А.А.Скочинского, В.НЛЗоронина, Л.Д.Ворониной,

В.Б.Комарова, П.И.Мустеля, Ушакова К.З., Позднякова Г.А., Килькеева Ш.Х., Ярембаша И.Ф., Шевцова Н.Р., Базикало А.В. и других ученых.

Многолетняя практика проведения горных выработок показывает, что в момент разрушения массива пород и угля при взрыве образуется большое количество тонкодисперсной пыли, а также происходит загрязнение рудничной атмосферы ядовитыми газами взрывного разложения ВВ, которые содержат окись углерода, окислы азота, сернистые соединения и др.

При сложившейся практике проветривания тупиковых выработок пылевое облако отбрасывается на значительное расстояние и вентиляционной струей транспортируется по длине горной выработки.

Пыль, осаждаясь, накапливается, и создаются условия, при которых пыль переходит во взвешенное состояние, образуя опасную концентрацию.

Масса образовавшейся пыли и газовых продуктов взрыва зависит от удельного расхода ВВ, а начальная концентрация (Со) этих примесей настолько высока, что нормативные параметры проветривания и пылегазоподавления не обеспечивают снижения их концентрации до ЦДК в воздухе рабочей зоны и на протяжении проходимой выработки.

В связи с этим в диссертационной работе были поставлены следующие задачи:

• оценка влияния природных и технологических факторов на уровень пылегазообразования и распространения вредных примесей в забое и на протяжении горной выработки;

• систематизация и критический анализ существующих схем проветривания тупиковых горных выработок;

• оценка эффективности и целесообразности использования в комплексе различных способов борьбы с пылью и газовыми продуктами взрыва;

• разработка методики исследования процессов выноса и распространения пылегазовых продуктов взрыва от мгновенного источника образования;

• исследование характера распространения пылегазового облака в натурных условиях и на модели;

• определение аналитической зависимости изменения времени проветривания от динамики распространения пылегазовых продуктов

взрыва и параметров всасывающе-нагнетательного способа проветривания для обоснования параметров проветривания и пылеулавливания в подготовительных выработках при буровзрывных работах, позволяющих достичь нормативных санитарно-гигиенических условий труда проходчиков;

• разработка технологической схемы всасывающе-нагнетательного проветривания тупиковых выработок, проходимых буровзрывным способом, обеспечивающей ПДК пылегазовых примесей по всей длине выработки при продолжительности проветривания, значительно ниже нормативной.

2. Оценка влияния природных и технологических факторов

Высокий уровень запыленности воздуха при взрывных работах обусловлен прочностными свойствами, структурными особенностями горного массива и энергетическими параметрами разрушения, а также тем, что в рудничную атмосферу поступает не только вновь образовавшаяся пыль, но и ранее осевшая на поверхности выработки и на отбитую породу.

Количество образовавшейся пыли находится в прямой зависимости от энергии взрыва (рис.1). Кроме того, удельный выход пыли и запыленность воздуха зависят от горнотехнических условий взрывания.

2 0/ О/

о/ &

1Ш 1т л*ыдж

Рис.1 Зависимость выхода пыли от энергии взрыва 1 - по алевролиту тонкозернистому (А) 2—по песчанику мелкозернистому (о)

Расчетные и опытные данные показывают, что выход пыли при мелкошпуровом взрывании в тупиковых выработках по углю изменяется от 500 до 12000 мг/м3, а по породам - от 600 до 2100 мг/м3. При мелкошпуровой отбойке в камерообразных выработках по породам крепостью 8-12 выход пыли изменяется в пределах от 700 до 1300 мг/м3.

Практически вся образовавшаяся пыль вместе с разрушенной горной массой отбрасывается на расстояние 5-10 м от забоя. Часть пыли подхватывается взрывной волной и уносится на 50-70 м, частично отлагается на почве, боках и кровле выработки. Средняя запыленность воздуха в течение трех минут после взрыва составляет 400-7300 мг/м3. Причем, как отмечалось в ранее выполненных работах, в первые 3-4 сек концентрация взвешенной пыли может достигать 12000 мг/м3.

3. Анализ существующих средств и способов борьбы с пылью и ядовитыми газами в тупиковых выработках после взрывных работ

Надежность проветривания горных выработок при производстве взрывных работ при прочих равных условиях определяется надежностью метода расчета расхода воздуха. Общепринятый в настоящее время метод расчета расхода воздуха на протяжение длительного времени апробировался в конкретных условиях прохождения горных выработок и базировался на фундаментальных исследованиях В.Н.Ворошша.

В процессе апробации этого метода и изменений горно-геологических и горно-технологических условий прохождения подготовительных выработок в угольных шахтах предлагались и предлагаются различные изменения и дополнения. Все это говорит о том, что вопрос проветривания тупиковых выработок весьма сложен и неоднозначен. В настоящее время единственным способом проветривания тупиковых выработок является нагнетательный способ, который повсеместно применяется в шахтах и на рудниках.

Ранее выполненные работы, направленные на снижение концентрации газов и пыли в атмосфере выработок после взрыва, можно разделить на три группы (табл.1.):

• естественные способы снижения концентрации ядовитых газов и пыли;

• регламентированные нормативными документами способы, прошедшие широкую промышленную проверку;

• экспериментальные и опытные способы, не вышедшие из стадии научных исследований.

Таблица 1

Способы снижения концентрации пыли и газов, образующихся после взрывных работ

Регламентированные нормативными документами

Естествен вые Внутренняя нейтрализация Внешняя нейтрализация Проветривание (вынос и разж.) Экспериментальные

Способы Вода Хим.реакт.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 13 16 17 18 19

■ . 1 Адсорбция в массиве | 1 Влажность массива < Малогазовые ВВ и с нулевым кислородным балансом Порошкообразные ВВ и без парафиновой оболочки « & 1 П 3 1 и Забойка химическими реагентами и гидропастой Внешнее увлажнение массива Оросители и тумавообразователи Распыление воды, взрываемой в оболочках Гидрошганое распыление воды Распыление растворов химических реагентов Распыление порошкообразных химических реагентов Нагнетательный Всасывающий о ю £ о а Комбинированный с частичной рециркуляцией | 2 о. о и о * Г) о и 1 54 0 1 >1 ¿4 Прочие

В зависимости от условий, в которых происходит взрыв, «естественное» распределение (поглощение) ядовитых газов может быть различным:

1) до 80% общего объема газообразных продуктов взрыва поглощается свежеобнаженным и отбитым горным массивом;

2) в атмосферу выбрасывается 38,2% окиси углерода, окружающими породами захватывается 46,2%, отбитой горной массой -15,2%;

3) в воздухе угольных шахт остается около 54,9% газов, образующихся при взрыве аммонита ГГЖВ-20, адсорбируется угольно-породной пылью 12,1%, задерживается в отбитой горной массе и проникает в трещины 33%.

Исследования эффективности увлажнения горных массивов различной стадии метаморфизма показали, что существенное уменьшение пылевыделения (на 70,0 - 82,0%) наблюдалось при увлажнении пород низкой стадии метаморфизма. При увлажнении пород средней стадии метаморфизма уменьшение пылевыделения составляет около 50%, а высокой - 15-20%. При

достижении прироста влаги >4,5% снижение уровня пылевыделения практически прекращалось. Вместе с тем увеличение влажности горного массива позволяет резко уменьшить выход мелких фракций пыли при взрывных работах.

Забойка из пасты - одно из лучших средств подавления ядовитых газов и пыли количество которой, по данным МакНИИ, снижается на 20%, а газов - на 30%.

К мероприятиям, обеспечивающим снижение уже образовавшихся в процессе взрыва ВВ ядовитых газов и пылевого аэрозоля, относятся водораспылительные и туманообразующие завесы, создаваемые форсунками с добавлением к воде химических поглотителей или нейтрализаторов газов, водонаполненные мешки с автономным взрыванием, завесы с использованием едкого натра, содового раствора и др. Завесы устанавливаются на расстоянии 10-12 м от забоя выработки, включаются на 2-3 мин до взрыва и отключаются через 20-30 мил после взрыва. При этом количество окиси азота в атмосфере уменьшалось на 20-50%, а пыли - на 20%.

Более эффективными были водяные и водовоздушные эжекторы (эффективность их достигала 80%). Для их успешного применения необходимо высокое давление воды или воды и сжатого воздуха со специальными устройствами, обеспечивающими автоматическую регулировку воды и сжатого воздуха. Кроме того, при использовании этих средств требовались значительные расходы воды, что приводило к обводнению выработки.

Таким образом, проблема нормализации атмосферных условий в тупиковых выработках, проходимых буровзрывным способом при нагнетательном способе проветривания, остается актуальной.

4. Теоретические в экспериментальные исследования процессов выноса и распространения пылегазовых примесей из тупиковых выработок

Целью проведения натурных (шахтных) испытаний являлось определение влияния при нагнетательном способе проветривания на процесс формирования и распространения пылегазового облака в выработке после взрывания шпуровых зарядов.

По методике, разработанной автором и согласованной с ВГСЧ, перед проведением взрывных работ в выработке определялись фактические аэродинамические параметры (рис.2, табл.2).

Для проведения исследований были выбраны три наиболее характерные выработки, одна из которых проходилась по газоносному выбросоопасиому пласту, а две другие - в массивах без содержания метана.

Таблица 2

ДИНАМИКА КОНЦЕНТРАЦИИ ПЫЛЕГАЗОВЫХ ПРОДУКТОВ ВЗРЫВА

№ п/п Время отбора проб после взрывай ия, нут Места отбора проб

ЗАО "Донкокс" ш."3ападная", конвейерный штрек №406 ОАО ш."Обуховская", конвейерный штрек №24 УК "Алмазная" шТуковская", магистральный конвейерный уклон

Концентрация

пыли, г/н3 С0*104, % N02*10® пыли, г/м3 С0*104, % N0^105, % пыли, г/м3 со*«1, % N0^105. %

Сечение I

1 5 156 36 53 940 150 105

2 10 86 20 34 285 90 73

3 15 53 18 37 97 142 61

4 20 53 19 32 96 84 36

5 25 48 18 30 40 60 15

6 30 37 17 27 35 52 40

7 35 37 5 27 31 51 46

Сечение II

8 5 59 4 0 198 50 12 170

9 10 39 6 31 310 85 95 120

10 15 33 18 32 138 65 61 115

11 20 37 18 29 127 25 37 120

12 25 48 17 15 43 150 28 98

13 30 48 17 15 52 95 19 65

14 35 37 12 Н.Д. 50 90 20 41

Сечение III

15 5 43 3 18 12 4 0 35 0 0

16 10 49 30 20 20 4 0 27 0 0

17 15 52 10 15 29 1 0 42 1 0

18 20 50 12 17 55 9 0 48 11 51

19 25 71 21 30 48 17 43 64 17 63

20 30 61 8 17 120 350 94,6 71 17 70

21 35 32 4 18 95 300 89,2 ид. 20 4

При нагнетательной схеме проветривания условия достижения предельно допустимых концентраций пыли и газовых продуктов (Сццк) выражаются зависимостью

Спдк < С» ехрС-Я , мг/м3;

^ УГ С0 ^'

где: С0 - начальная концентрация примесей в зоне отброса продуктов взрыва, мг/м3;

— количество воздуха, подаваемого в призабойную часть тупиковой выработки, м3/мин;

К - коэффициент турбулентной диффузии;

(V- объем загрязнения выработки пылегазовыми примесями, м3;

/ - время после взрыва (отладки), мин.

Рвс.2 Схема расположения замерных пунктов при нагнетательной схеме проветривания, где: I - длина выработки; ¿,-расстояние от груди забоя до вен шшщонного трубопровода; (^-расход воздуха на выходе из трубопровода; №1, №2, №3 - замерные пункты; (¡¡.ОъОз — расход воздуха в сечениях

№1, №2, №3 соответственно.

В соответствии с ранее выполненными исследованиями установлено, что абсолютное значение коэффициента турбулентной диффузии Кт зависит от многих факторов и может изменяться от 0,27 до 0,88 долей единиц. Однако, как показали наши исследования (рис.3), фактические величины в 2-3 раза меньше. Причем в забоях с комплексным гидрообеспыливанием (рис.3, кривая 1) они при прочих равных условиях в 2,7 раза меньше, чем в забоях без орошения (рис.3, кривая 2). Это свидетельствует о влиянии на динамику изменения концентрации всех компонентов пылегазового облака процессов сорбции. Так, например, если при отсутствии в облаке водного аэрозоля в аналогичных

горнотехнологических условиях концентрация пыли через 5 мин (300 с.) после взрыва превышает ПДК в 6 раз, СО в 42 раза, а N02 - в 2 раза, то темп снижения их концентрации в облаке с водным аэрозолем увеличивается только в 2-3 раза (Ктб > Кт°). Наиболее интенсивно снижалось содержание пыли и СО, а самая медленная убыль - концентрации N02- Это свидетельствует о том, что СО частично сорбируется пылевым аэрозолем и вместе с пылью оседает и в выработке.

3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5

0,0 300 600 900 1200 1500 1800 и

Рис.3. Динамика выноса пылегазовых продуктов взрыва из призабойной зоны выработки при

нагнетательном проветривании:

1-шахта «Западная» (при работе тумалообразующих завес, *-пыль, Д-СО, о-ЖЬ);

2-шахта «Обуховская» (и-пыль, +-СО).

Концентрация газовых примесей длительное время остается высокой вследствие неустойчивого проветривания призабойной зоны.

Локальная неустойчивость режима проветривания по всей длипе выработки, обусловленная утечками воздуха и высокой степенью «шероховатости» и загромождением выработки, также создает условия для сохранения высоких концентраций примесей. Перечисленные выше факторы не позволяют использовать без специальных исследований известное уравнение турбулентной диффузии:

У

I ] /

2 "У

/ ] >

)

(х-м/-х0)2

4И

Поэтому выражение (2) аппроксимировалось функцией

где: Со - концентрация примеси (пыль, СО, Ы02 или их сумма) при х=0 и 1=0;

С-концентрация примеси (пыль,СО, N02 или их сумма) при х—>0 и РЮ;

А, п, /? - эмпирические коэффициенты, абсолютные значения которых определяются удалением от забоя замерного сечения, скоростью движения воздуха в замерном сечении, степенью турбулизации воздуха (величиной утечек);

/ — время замера концентрации примесей после отпалки.

Анализ экспериментальных данных показал, что уравнение (3) достоверно отображает динамику концентрации примесей в выработке (критерий Н.А. Колмогорова Р(А.)) для большинства замерных сечений и находится в пределах 0,74-0,90) (рис.4, 5,6).

Исследования, проведенные на моделях и в натурных условиях, показали, что концентрация газовых примесей и пыли во всех случаях длительное время превышает ПДК, а суммарная нагрузка пылегазовых компонентов за это время превышает предельную экспозиционную дозу, что и обусловливает высокий риск заболевания мастеров-взрывников и проходчиков.

С/Со г

0,45

ЦДКСО

0,30

0,15

пдкт2

ПДК пиль 0

а Со 1,3 1-х ол ' ( ех5 9-3 ,3/ '5ч 10

<

ч к \

/ Г ч V- —

/ / А ! \ ч

А

/ К"

ч к -

300 600 900 1200 □ -М>, а - пыль • -СО

1500 1800 2100 1,сек У(пыль+т2+СО)

Рис.4. Динамика концентрации примесей па удалении 100 м от забоя (ш. «Западпая»)

При существующих технологиях и схемах ведения буровзрывных работ масса одновременно взрываемых ВВ может достигать 180 кг. При отпалке значительная масса накопившаяся на всем протяжении выработки пыли, переходит во взвешенное состояние под действием ударной волны взрыва и поддерживается в ней длительное время вследствие увеличения турбулизации вентиляционной струи утечками воздуха.

С/Со -----

0,09

0,06

0,03

ПДКпшп

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 £сек д - пыль

Рис.5. Динамика концентрации пыли на удалении 100 м от забоя (ш. «Обуховская»)

С/Со-10J

3,75

2,50

пдк

1,25

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 t,cen П-NO,

Рис.6. Динамика концентрации двуокиси азота на удалении 100 м от забоя (ш. «Обуховская»)

с м М 6i •о' *3\ ex¡ 0-1 ,7 '■1 0

/ У ч \

i ! \ \ —

/ \

/ \

/ \

/ \ S

/ ч

/

/

/

( р/с о ■ f2 И 6- 7< 'ex ,3 77 i 10 't)

/

/

У / ---

/

(

У

Таким образом, проведенные исследования показали, что при нагнетательном способе проветривания тупиковых выработок длиной более 100 м при нормативных параметрах гидрообеспыливания и проветривания ПДК по пылегазовым компонентам не обеспечиваются. Интенсификация проветривания также не дает положительных результатов, так как пыль, абсорбируя газовые продукты, при скорости движения воздуха 0,15-0,25 м/с длительное время находится в выработке, а мелкие частицы пыли вследствие турбулизации вентиляционной струи будут находиться в режиме постоянной циркуляции.

5. Экспериментальные исследования процессов выноса пылегазовых продуктов взрыва из призабойной части выработки при всасывающем проветривании.

Радикальным решением проблемы является всасывающий способ проветривания. К его достоинствам относятся:

• снижение вредных примесей до фоновых концентраций на рабочих местах в призабойном пространстве и на протяжении выработки без специальных устройств;

• уменьшение среднею содержания метана в выработках (в газовых шахтах);

• возможность улучшения температурных условий на рабочих местах за счет применения более простых схемных решений по искусственному охлаждению поступающего к забою воздуха и его изолированного отвода по всасывающему трубопроводу за пределы выработки.

Наряду с достоинствами такой способ имеет ряд недостатков, которые заключаются в следующем:

• не обеспечивается эффективное проветривание призабойного пространства, при отставании вентиляционных труб от забоя /т>0,5л/Б, что способствует образованию у забоя выработки застойных зон;

• для реализации требуются дефицитные жесткие трубы или трубопровод из гибких армированных труб;

• при отсосе взрывчатой пыли требуются специальные способы очистки трубопроводного става от отложений пыли.

Отсутствие жестких вентиляционных ставов и необходимость выполнения требований по максимальному удалению всаса от забоя 1 < 0,5^1S при отпалке горного массива не позволило провести исследования процессов выноса продуктов взрыва в натуральных условиях. Поэтому эксперименты проводились на модели тупиковой выработки.

Вынос пылегазовых продуктов взрыва обусловлен полем скорости движения вентиляционных потоков в тупиковой части выработки, уравнение, которое в общем случае имеет вид:

= F(-;-;--X;N-EJ, (4)

VT D DD r

где: V, - средняя скорость движения в i-ой точке выработки с координатами х, у,

z, м/с;

VT — скорость воздуха на входе (выходе) всасывающего (нагнетательного) трубопровода, м/с;

D - характерный линейный размер выработки (модели), м;

RBNy, Еи- соответственно числа Рейнольдса, турбулентности и Эйлера.

Ранее выполненными исследованиями было показано, что при геометрическом подобии модели и натуры, условие (4) выполняется при

V D

Rt = —— = idem, (5)

v

где: v - коэффициент кинематической вязкости воздуха, м2/с.

С учетом условия (5) была разработана модель подготовительной выработки в масштабе 1:10 и подобрано необходимое оборудование для выполнения эксперимента.

Методика выполнения работ на стенде-модели, созданной автором в масштабе 1:10, заключалась в следующем. «Выработка» заполнялась дымом в объеме модельной зоны отброса Iм,0., и при различном удалении выходного (входного) отверстия вентиляционного става скоростной кинокамерой фиксировалась динамика вымывания продуктов взрыва при постоянном значении расхода воздуха [ff„ =

При всасывающем способе проветривания, удалении всасывающего отверстия от груди забоя /%,={),65 м (Г=6,5 м) и при продолжительности

проветривания равном /"=6 с (/"=10 мин) плотность задымления выработки остается очень высокой.

При удалении воздухозаборного патрубка /"^=0,25 м (Г=2,5 м) и продолжительности отсоса /"=6 сек (/"=10 мин) задымление отсутствует.

Результаты свидетельствуют о том, что всасывающий способ проветривания обладает теми преимуществами перед нагнетательным, что при его применении исключаются загрязнения выработки пылью и газовыми продуктами взрыва в забойной части и по всей длине выработки (при сечении выработки 5<10 м2).

6. Анализ эффективности и разработка оптимальных параметров всасывающей н всасывающе-нагнетательной схем проветривания При всасывающем (рис.7) и всасывающе-нагнетательном (рис.8) способах проветривания динамика концентрации примесей на участке отброса (/3.0.) пылегазовых продуктов взрыва, как и при нагнетательном способе, выражается зависимостью (1), но вместо коэффициента диффузии свободной турбулептной струи «К» используется коэффициент а - коэффициент интенсивности выноса (вымывания) примесей из выработки вентиляционной струей.

а = 0,08 + 0,051п 11е, (6)

где: Яе= УФ / V (число Рейнольдса);

V- скорость воздуха в выработке, м/с;

V - коэффициент кинематической вязкости воздуха, м2/с;

£> — приведенный диаметр выработки, м.

Рис.7 Всасывающий способ проветривания &>0,25 5; (Зв^^-К^Ъ-, <2з>(-1Г/а1) 1п С/С0

Анализ уравнения (1) с учетом замены коэффициента «К» на а показал, что при всасывающем способе (рис.7) фактором, определяющим режим проветривания выработки, обеспечивающим санитарные нормы по вредным примесям, является пылевой.

К недостаткам этого способа следует отнести:

1) зоны с максимальными концентрациями примесей (I'-Г и I-I) при допустимом удалении всасывающего трубопровода (/<12 м) практически не проветриваются. Выполпить требования /п <1,5-2,Ом невозможно из-за риска разрушения всасывающего патрубка взрывом;

2) требуется жесткий вентиляционный став, на всем протяжении которого отлагается пыль, которая при изменении режима отсоса снова переходит во взвешенное состояние;

3) нылегазовые примеси концентрируются в вентиляционном ставе и через вентилятор выбрасываются в атмосферу примыкающей выработки, уровень концентрации в которой превышает ПДК.

Идея всасывающе-нагнетательного проветривания заключается в создании схемы, обладающей преимуществами перед ранее рассмотренными схемами нагнетательного и всасывающего проветривания. Для реализации этой идеи необходимо решить ряд задач:

- забор воздуха из забоя на удалении /т < 0,5VS;

- использование гибкого вентиляционного става;

- снижение концентрации пылегазовых продуктов взрыва в призабойной зоне и в выработке в целом за время КЗО мин;

- очистка выбросов в примыкающую выработку с концентрацией С<ПДК;

- обеспечение в выработке С„<ПДК.

При этом возможны два варианта схемы (рис.8):

- без утечек из нагнетательного става в выработку (рис.8,а);

- с утечками из нагнетательного става в выработку (рис.8,б).

а)

б)

Рис.8. Всасывающе-иагнетательный способ проветривания (а - без утечек в нагнетательном ставе, б - с утечками в нагнетательном ставе) 1 - аккумулятор гибких вентиляционных труб; 2 - вентилятор; 3 - пылегазоуловитель.

При первом варианте производительность вентилятора (2, рис.8,а) будет равна количеству воздуха, поступающего в выработку и О, = (),, а запыленность воздуха, отсасываемого из зоны отброса продуктов взрыва Си ,будет выражаться зависимостью

с =г

^i-i "-о

expfa—/) W

, мг/м3 (7)

На участке выработки I-I и II-II концентрация пыли

Св = Сф, мг/м3

где: Сф - фоновая запыленность воздуха, поступающего в выработку, мг/м3.

За сечением П-П концентрация пыли, исходя из условий сохранения массы, составит:

С =с

ехр(-а—í W

(8)

в~ в,

где: т] — степень очистки воздуха в газопылеуловителе (в долях единицы).

При наличии утечек воздуха в нагнетательном ставе (рис.8,б) производительность вентилятора будет равна 0,=Ку*()е,а запыленность воздуха в сечении П-П составит:

С;,-,/ =0-Г?Жу "^("«Д/), мг/м3 (9)

Поскольку при этой схеме струя воздуха по мере продвижения по выработке будет нагреваться за счет отдачи тепла из горного массива, то фактором, определяющим режим проветривания, будет тепловой. При этом расход воздуха выражается зависимостью

е> ^^/с по)

т.е. для принятых условий (£>4-5 м3/с.

Анализ полученных зависимостей применительно к наиболее характерным условиям проходки горных выработок буровзрывным способом показал, что ПДК будут достигаться в призабойной части выработки при всасывающе-нагнетательном способе проветривания за время менее 1000 с (<16 мин) (рис.9, рис.10), в то время как при тех же условиях и нагнетательной схеме для этого потребуется время в 1,5-2 раза больше.

От сечения П-П и по всей длине выработки (рис.8,б) при тех же параметрах проветривания и пылегазоулавливания ПДК по всем примесям будут обеспечиваться за время «300 с (<5 мин) даже при очень высоких начальных концентрациях примеси (рис.9, рис.10).

0,0606161

|-^-7=5™-—^

\ \ \ \ \ N

\\ \

V Ч^

«-"¿Г

--

N V

0.0013 (5) СгС0? (4) 0.00« (3)

О,€60 (1)

Л О

Рис.9. Параметры проветривания, обеспечивающие снижение концентрации пыли до ПДК в призабойиой зоне (сечение 0-0 - Ц-П, рис.9)

Рис. 10 Параметры проветривания, обеспечивающие снижение концентрации пыли до ПДК но всей длине выработки (сечения П-П - Ш-Ш) при начальной концентрации 1) С<г=1000 мг/м3 (Ст,/Со=0,006); 2) Сц=2000 мг/м3 (Садт/ОН),003);

3) СгЗООО мг/м3 (Свдк/СгО,002).

Приведенный анализ свидетельствует о явном преимуществе всасывающе-нагнетателыюго способа проветривания, т.к.:

- исключается загрязнение и накопление пыли по всей длине выработки, что снижает фоновую запыленность по всей сети горных выработок, и исключается переход отложившейся пыли во взвешенное состояние вследствие неравномерной турбулентности и образования крупных вихрей при выполнении технологических операций по проходке;

- сокращается в 2-3 раза продолжительность проветривания для достижения ПДК по всем загрязняющим атмосферу компонентам взрыва;

- обеспечиваются комфортные условия труда по температурному фактору;

- при наличии средств пылеподавления в призабойиой части выработки дополнительно в 2-2,5 раза уменьшается время для достижения ПДК по всем газопылевым примесям;

- создаются условия для повышения производительности труда и темпов проходки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научной квалификационной работой, в которой содержится решение актуальной для угольной промышленности задачи обоснования параметров проветривания и пылеулавливания в подготовительных выработках при буровзрывных работах на основе установленных зависимостей изменения времени проветривания тупиковых выработок от динамики распространения пылегазовых продуктов взрыва и параметров всасывающе-нагнетательного способа проветривания, позволяющих обеспечить нормативные санитарно-гигиенические условия труда проходчиков.

Основные, полученные лично автором, научные и практические результаты работы заключаются в следующем.

1. Экспериментальными исследованиями процессов выноса и распространения пылегазовых продуктов взрыва в тупиковых выработках при нагнетательном способе проветривания установлено, что концентрация газовых примесей и пыли при рекомендуемых нормативами параметрах проветривания длительное время после взрыва превышает ПДК и суммарную предельно допустимую дозу пылегазовых компонентов, что и обусловливает высокий риск профессиональных заболеваний мастеров-взрывников и проходчиков;

2. Установлено отличие математического описания аэродинамического метода выноса пылегазовых продуктов взрыва из призабойной зоны тупиковой выработки при нагнетательном и всасывающем способах проветривания введением коэффициента интенсивности выноса примесей;

3. Установлена зависимость, определяющая динамику выноса и распространения пылегазовых продуктов взрыва из призабойной зоны и по длине выработки от времени проветривания и эмпирических коэффициентов, абсолютные значения которых определяются удалением от забоя замерного сечения, скоростью движения воздуха в замерном сечении, степенью турбулизации воздуха (величиной утечек);

4. Показано, что при нагнетательном способе интенсификация проветривания не дает положительных результатов по снижению концентрации мелких фракций пыли по всей длине выработки. Содержание компонентов всех

пылегазовых примесей по длине выработки превышает ПДК в 10-30 раз при соблюдении нормативтогх требований проветривания;

5. Для расчета параметров всасывающе-нагнетательной схемы проветривания тупиковых выработок установлены зависимости изменения времени проветривания от динамики распространения пылегазовых продуктов взрыва, обеспечивающие оптимальные параметры проветривания и пылеотсоса для достижения предельно допустимых концентраций по газовым и пылевым примесям.

Указанные зависимости позволяют, исходя из начальпой концентрации примесей, определить: расход воздуха, степень очистки воздуха, предельную величину утечек из нагнетательного става трубопровода, необходимые для установления концентраций, не превышающих ПДК;

6. Разработана технологическая схема всасывающе-нагнетательного проветривания тупиковых выработок, проводимых буровзрывным способом, обеспечивающая ПДК в призабойной части выработки при продолжительности проветривания менее 1000 с (<16 мин), а по всей длине выработки ПДК будут обеспечиваться за время Г<300 с (<5 мин) даже при очень высоких начальных концентрациях примеси, что в 2-3 раза ниже нормативных значений проветривания;

7. Натурными экспериментами, проведенными на трех шахтах ОАО «Гуковуголь», в характерных подготовительных забоях получено подтверждение теоретических зависимостей по эффективности снижения концентрации примесей;

8. Основные положения работы пошли в проект «Методического руководства по проветриванию, пылеотсосу и пылеулавливанию при проведении тупиковых выработок», а также использовались при натурных испытаниях всасывающее-нагнетательной схемы проветривания на ОАО ш. «Обуховская» и замерах концентрации пылегазовых примесей при нагнетательной схеме проветривания на шахте «Западная».

Основное содержание работы изложено е следующих работах:

1. Поздняков Г.А., Петрунин Г.О. Динамика концентрации пылегазовых аэрозолей в длинных тупиковых выработках, проводимых буровзрывным способом.// Отдельный выпуск Горного информационно-аналитического бюллетеня «Аэрология».-М.: МГТУ,-2007.№0/В С 296-302;

2. Петрунин Г.О. Анализ эффективности схем проветривания тупиковых выработок. // Отдельный выпуск Горного информационно-аналитического бюллетеня «Аэрология».-М.: МГГУ,-2006.№0/В С 90-93;

3. Поздняков Г.А., Петрунин Г.О. Нормализация рудничной атмосферы в тупиковых выработках при взрывных работах. // Взрывное дело.-М.: 2007. вып.№97/54 С 194-202;

4. Поздняков Г.А., Петрунин Г.О. О количестве пыли, образующейся при механическом разрушении горных пород. / Сб. научных сообщений ННЦ ГП ИГД им.А.А.Скочинского.-М.:-ННЦ ГП ИГД им.А.А.Скочинского.-2004. вып.№328 С 132-139;

5. Поздняков Г.А., Петрунин Г.О. Проблемы обеспечения нормативных санитарно-гигиенических условий труда проходчиков / Сб. научных сообщений ННЦ ГП ИГД им.А.А.Скочинского.-М.:-ННЦ ГП ИГД им.А.А.Скочинского,-2008. вып.№334 С 162-167;

6. Петрунин Г.О., Сморчков Ю.П. Обеспечение комфортных условий труда в тупиковых выработках при буровзрывном способе проходки // Правила безопасности в промышленности ,-М.: 2008.- №4 С 31-34.

Подписано в печать ОЧ 2009г. Формат 60х90'/]б

Объем 1 пл. Тираж 100 экз. Заказ №

Отдел печати Московского государственного горного университета, Москва, Ленинский пр-т, д.6

Введение.

1. Анализ состояния- вопросов проветривания, существующих средств борьбы с пылью и< ядовитыми газами тупиковых горных выработок после взрывных работ.

1.1 Общая постановка вопроса.

1.2 Анализ существующих средств и способов борьбы с пылью и ядовитыми газами в тупиковых выработках после взрывных работ.

2. Теоретические и экспериментальные исследования процессов* выноса и распространения пылегазовых примесей из тупиковых выработок.

2.1 Процесс выноса пылегазовых продуктов взрыва из призабойного пространства:. 502.2 Процесс распространения пылегазовых примесей по выработке.

2.3 Экспериментальные исследования процессов выноса и распространения-пылегазового облака при взрывных работах.

3. Исследования рудничной атмосферы при взрывных работах в тупиковых выработках. 70"

3.1 Методика и место проведения испытаний.

3.2 Результаты натурных испытаний динамики пылегазовых продуктов взрыва в тупиковых выработках при нагнетательном проветривании.

3.3 Экспериментальные исследования процессов» выноса пылегазовых продуктов взрыва из призабойной части выработки при всасывающем проветривании.

4. Разработка технологической схемы всасывающее-нагнетающего проветривания тупиковых выработок при буровзрывной проходке.

4.1 Анализ эффективности нагнетательного проветривания призабойной зоны.

4.2 Анализ эффективности всасывающей схемы проветривания.

4.3 Всасывающе-нагнетательная схема проветривания.

5. Опытно-промышленная проверка эффективности всасывающее-нагнетательной схемы проветривания.

5.1 Обоснование и выбор оборудования'.

5.2 Результаты опытно-промышленной проверки эффективности всасывающе-нагнетательной схемы проветривания.

Актуальность работы. Горноподготовительные работы играют приоритетную роль в стабильном развитии всех горнодобывающих отраслей. Тенденция' их развития заключается в разработке и внедрении высокопроизводительной технологии, базой которой являются комбайны избирательного действия, повышенной энерговооруженности. Однако область применения и их эффективное использование ограничивается верхним пределом прочности разрушаемых пород (до f=8 по шкале прочности горных пород М.М. Протодьяконова). Поэтому объем выработок, сооружаемых буровзрывным способом, несмотря на все усилия по расширению комбайнового способа, составляет 30-40%, а в отдельных отраслях и все 100%. Следовательно, этот способ разрушения, в основном крепких, горных пород в обозримом будущем, будет оставаться-значительным.

Следует также отметить, что при определенных условиях буровзрывной способ^ может быть, конкурентоспособным по отношению к комбайновому.

Одним из главных недостатков этого способа являются трудности создания за небольшой промежуток времени нормальных условий для людей, находящихся в выработке, т.е. осуществления надежного проветривания^ выработки при минимальных затратах.

Взрывные работы цикличны. Одним из основных процессов цикла, особенно в протяженных тупиковых выработках при взрывании больших количеств ВВ, является проветривание. Оно сейчас, как и прежде, по времени составляет около 30 минут на каждый цикл. Это связано с тем, что при ведении взрывных работ в условиях крепких вмещающих пород в атмосферу поступает около 0,5 кг тонкодисперсной пыли на 1 м отбитой горной массы и около 1000 л вредных газовых примесей при взрывании 1 кг высокоработоспособных ВВ. Такой объем загрязнений, образующихся при одновременном взрывании больших количеств ВВ, не позволяет существующими средствами вентиляции снизить время проветривания.

Пыль, поступающая в воздух, отличается высокой дисперсностью и является сильным адсорбентом ядовитых газов. Она длительное время удерживает сорбированные газы, что усиливает воздействие вдыхаемой пыли на легкие и кровь человека, повышая: силикозоопасность, приводит к тяжелым заболеваниям; и отравлениям; горнорабочих,-к непроизводительной потере времени на; проветривание: выработок. Кроме того, большую опасность для организма: человека представляют газы, - захваченные отбитой горной массой? и оставшиеся- в трещинах- горных пород. Даже после длительного и эффективного проветривания забоев при уборке породы и других технологических процессах эти газы выделяются в рудничную? атмосферу и= способствуют загазированию последней, что также нередко приводит к отравлению горнорабочих. Все это говорит о том, что вопрос: проветривания тупиковых выработок весьма сложен и неоднозначен. Даже когда; в забой выработки подается; большое; количество .воздуха; это не. удовлетворяет запросы производства: не снижает время- проветривания- и . не ликвидирует те высокие1 концентрации вредностей;, которые, возникают в забоях подготовительных выработок при взрывании ВВ.

Устранение указанных недостатков путем? совершенствования* системы проветриванияз подготовительных забоев, проходимых с помощью взрывных работ, является актуальной задачей.

Цель работы заключается в установлении зависимостей изменения-времени проветривания тупиковых выработок от динамики распространения пылегазовых продуктов взрыва и параметров всасывающе-нагнетательного способа проветривания для обоснования параметров проветривания и пылеулавливания в подготовительных выработках при буровзрывных работах, позволяющих достичь нормативных санитарно-гигиенических условий труда проходчиков.

Идея работы заключается в использовании математического описаниям аэродинамического метода выноса пылегазовых продуктов взрыва из; тупиковых выработок,, проходимых: буровзрывным способом,, при моделировании и натурных испытаниях.

Методы исследования включали систематизацию и критический анализ литературных данных, физическое моделирование процессов, натурные наблюдения и эксперименты, сравнение полученных экспериментальных данных с результатами аналитических исследований.

Основные научные положения, выносимые на защиту, и их новизна:

1. Характер распространения пылегазового облака при нагнетательном способе проветривания тупиковых выработок при буровзрывных работах исключает вероятность снижения пылегазовых примесей до ПДК при выполнении существующих нормативных требований проветривания.

2. Математическое описание аэродинамического метода выноса пылегазовых продуктов взрыва из призабойной зоны тупиковой выработки при нагнетательном и всасывающем способах проветривания отличается введением коэффициента интенсивности выноса- примесей.

3. Аналитические зависимости изменения времени проветривания- от динамики распространения пылегазовых продуктов взрыва и параметров всасывающе-нагнетательного способа проветривания; тупиковых выработок при буровзрывных работах обеспечивают корректность расчета эффективности аэродинамического обеспыливания» воздуха по всей длине выработки.

4. Установленные параметры всасывающе-нагнетательного способа проветривания с пылегазоулавливанием обеспечивают санитарно-гигиенические условия труда проходчиков при продолжительности проветривания значительно ниже нормативной.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов диссертационной работы подтверждается: корректностью постановки задач исследования; значительным объемом результатов анализа; физическим моделированием процессов выноса и распространения примесей от мгновенных источников и удовлетворительной сходимостью результатов контрольных прогнозов с натурными данными.

Научное значение работы заключается в: установлении зависимостей изменения времени проветривания тупиковых выработок от динамики распространения пылегазовых продуктов взрыва и параметров всасывающенагнетательного способа проветривания и влияния параметров проветривания и пылеулавливания на уровень концентраций примесей в выработке.

Практическое значение диссертационной работы заключается в разработке технологической схемы проветривания, обеспечивающей нормативные санитарно-гигиенические условия труда проходчиков в тупиковых выработках, проходимых буровзрывным способом при продолжительности проветривания, значительно ниже нормативной.

Реализация выводов и рекомендаций. Результаты теоретических исследований и экспериментальных работ использованы при:

• проведении опытно-промышленных испытаний системы нагнетательного проветривания для определения характера распространения пылегазового облака в тупиковой выработки при буровзрывных работах на ш.«3ападная».

• проведении опытно-промышленных испытаний системы всасывающе-нагнетательного проветривания на ОАО ш.«Обуховская»;

Апробация работы. Основные положения и содержания работы были доложены: на научных симпозиумах «Неделя горняка — 2005», «Неделя горняка - 2007»; на XI Международных чтениях МАНЭБ и научно-методичной конференции по безопасности жизнедеятельности (г.Новочеркасск, 24-26 мая 2007г., РГТУ (НПИ); на Всероссийской научно-практической конференции «Безопасность горного производства» (г.Якутск, 22-25 апреля 2008г.), на научных семинарах ННЦ ГП ИГД им.А.А.Скочинского (2008г.), Московского Государственного Горного Университета (2008г.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 8 научных работ, в том числе 3 — в изданиях, по перечню ВАК.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, включает список использованных источников из 123 наименований, 46 рисунков, 19 таблиц и 2 приложения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научной квалификационной работой, в которой содержится решение актуальной для угольной промышленности задачи обоснования параметров проветривания и пылеулавливания в подготовительных выработках при буровзрывных работах на основе установленных зависимостей изменения времени проветривания тупиковых выработок от динамики распространения пылегазовых продуктов взрыва и параметров всасывающе-нагнетательного способа проветривания, позволяющих обеспечить нормативные санитарно-гигиенические условия труда проходчиков.

Основные, полученные лично автором; научные и практические результаты работы.заключаются в следующем.

1. Экспериментальными исследованиями процессов выноса и распространения пылегазовых продуктов взрыва в тупиковых выработках при-нагнетательном способе проветривания установлено, что концентрация' газовых примесей- и пыли при рекомендуемых нормативами параметрах проветривания длительное время после взрыва превышает ПДК и суммарную предельно допустимую дозу пылегазовых компонентов, что и-обусловливает высокий риск профессиональных заболеваний мастеров-взрывников и проходчиков;

2. Установлено отличие математического описания аэродинамического метода выноса пылегазовых продуктов взрыва из призабойной зоны тупиковой* выработки при нагнетательном и всасывающем способах проветривания введением коэффициента интенсивности выноса примесей;

3. Установлена зависимость, определяющая динамику выноса и распространения пылегазовых продуктов взрыва из призабойной зоны и по длине выработки от времени проветривания и эмпирических коэффициентов, абсолютные значения которых определяются удалением от забоя замерного сечения, скоростью движения воздуха в замерном сечении, степенью турбулизации воздуха (величиной*утечек);

4. Показано, что при нагнетательном способе интенсификация проветривания не дает положительных результатов по снижению

111 концентрации мелких фракций пыли по всей длине выработки. Содержание компонентов всех пылегазовых примесей по длине выработки превышает ПДК в 10-30 раз при соблюдении нормативных требований проветривания;

5. Для расчета параметров всасывающе-нагнетательной схемы проветривания тупиковых выработок установлены зависимости изменения времени проветривания от динамики распространения пылегазовых продуктов взрыва, обеспечивающие оптимальные параметры проветривания и пылеотсоса для достижения предельно допустимых концентраций по газовым и пылевым примесям.

Указанные зависимости позволяют, исходя из начальной-концентрации примесей, определить: расход воздуха, степень очистки воздуха, предельную величину утечек из нагнетательного става трубопровода, необходимые для установления концентраций, не превышающих ПДК;

6. Разработана технологическая схема всасывающе-нагнетательного проветривания! тупиковых выработок, проводимых буровзрывным-способом, обеспечивающая ПДК в призабойной части выработки при-продолжительности проветривания менее 1000 с (<16 мин), а по всей длине выработки ПДК будут обеспечиваться за время /<300 с (<5 мин) даже при очень высоких начальных концентрациях примеси, что в 2-3 раза ниже нормативных значений проветривания;

7. Натурными экспериментами, проведенными на трех шахтах ОАО «Гуковуголь», в характерных подготовительных забоях получено подтверждение теоретических зависимостей по эффективности снижения концентрации примесей;

8. Основные положения работы пошли в проект «Методического руководства по проветриванию, пылеотсосу и пылеулавливанию при проведении тупиковых выработок», а также использовались при натурных испытаниях всасывающее-нагнетательной схемы проветривания на ОАО ш. «Обуховская» и замерах концентрации пылегазовых примесей при нагнетательной схеме проветривания на шахте «Западная».

1. Нильва Э.Э. «Научные основы разработки прогрессивной технологии проведения горных выработок на угольныхшахтах».-Уголь, 1992г. № 12

2. Нильва-. Э:Э., Логашкин С.А. «Горно-подготовительные работы: перспектива технического перевооружения»: Научные сообщения 1ГНЦ ГП ИГД им. А,А.Скочинского, №3,11, 1999г.

3. Юрген Айкхофф «Тенденция1 развития; в области проведения, подготовительных выработок на предприятиях компании «Дойче Штайнкомаг» Gluckauf 142 92006). На русском языке «Глюкауф» №4, 2006, ст.9-16

4. Юрген Баймдик «Обеспечение эффективности проходческих работ за счет повышения безопасности труда, и использовании методов эргономики». Глюкауф №2, 1998г., ст.47-62.

5. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. Макеевно-Донбасс, :1989г., ст.3191

6. Воронин В.Н:, Воронина Л.Д. «Проветривание металлических рудников, после взрывных работ» Издательство АН СССР, м-л., 1943г., часть 1, ст.63'.

7. Росси Б.Д: «Ядовитые газы при подземных взрывных работах.- М:6 Недра, 1966г.,.ст.90:

8. Ярембаш И.Ф. «Очистка рудничной атмосферы после взрывных работ».-М.: Недра, 1979г., ст.220.

9. Поздняков Г.А., Пичков Ю.А. и др; «Пылегазоулавливающая установка системы проветривания подготовительных выработок с очисткой воздуха» Научные сообщения ИГД им. А.А.Скочинского, вып.305, 1997г., ст.85-89.

10. Ищук И.Г., Поздняков Г. А. «Средства обеспыливания горных предприятий» Справочник.-М.: Недра. 1991г. ст.253:

11. Турсунов Н.Ж. «Прогноз пылеобразования при ведении взрывных работ и паспортизация горных пород по пылевому фактору». Автореф:Дис. на соиск. учен.степени к.т.н.- Караганда.: 1982г., ст.23.

12. Петрухин П.М., Рассолов Н.И. «Исследования методов предупреждения* и локализации взрывов угольной пыли на производственном участке подготовительных выработок», «Вопросы безопасности. в угольных шахтах», том ХШ.- Госгортехиздат.: 1962г. ст.167-174.

13. Бутуков А.Ю., Василянский Н.П. «Прибор для автоматического набора проб рудничного воздуха при взрывных работах».- Сб.статей МакНИИ «Борьба с газом и пылью в угольных шахтах»., вып.6.: Макеевно-Донбасс, 1960г., ст.27-34.

14. Землякова Л.Ф. Биологические действия низких концентраций, взрывных паров в условиях угольных шахт.- Автореф.дисс.на соиск.учен.степени к.б.н.-M.: 1981г. ст.24.

15. Чеботарев А.Г. «Интегральныя оценка условий труда горнорабочих при подземных работах». Бюллетень научного совета медикоэкономических проблем работающих, 2003г., №1, ст.33-36.

16. Головкова Н.П., Чеботарев A.F., Леткина Л.М. «Условия труда и профзаболеваемость на предприятиях горнометаллургического комплекса». Медицина труда и промэкология, 2006г., №12, ст.6-11.

17. Инструкция по применению водораспылительных завес при взрывных работах в угольных шахтах.- Макеевно-Донбасс, 1984г. ст.21.

18. Шевцов Н.Р. Взрывозащита горных выработок.- Донецк.: Норд-пресс, 2002г. ст.280.

19. Базикало А.В. «Разработка способа повышения эффективности проветривания полевых горных выработок после взрывных работ с применением эжекторов». Автореф.дис. на соиск.учен.степени к.т.н.-Москва.: ИГД им. А.А.Скочинского, 1984г., ст.200.

20. Янов А.П., Синдеева И.Ф. «Квопросу образования ядовитых газов и пыли при> взрывных работах в подземных выработках».- Сб.научн.трудов.: ВНИИнерудвентиляции, вып.1; Mi: 1962г., ст. 18-24.

21. Воронин В'.Н. «Основы рудничной аэрогазодинамики».-Углетехиздат, 1951г. ст.490.

22. Комаров В.Б., Килькеев Ш.Х. «Рудничная вентиляция».- М.: Недра, 1977г. ст.415.

23. Справочник по рудничной вентиляции. Под ред. К.З.Ушакова.- М.: Недра, 1977г. ст.328.

24. Мустель П.И. «Рудничная аэрология».- М.: Недра, 1970г. ст.215.

25. Клебанов Ф.С. «Аэродинамическое управление газовым режимом в шахтных вентиляционных сетях».- М.: Наука, 1974г. ст. 136.

26. Дьяков В.В., Ковалев В.И. «Противопылевые вентиляционные режимы на рудниках».- М.: Недра., 1984г. ст.200.

27. Кирин Б.Ф., Диколенко Е.Я., Ушаков К.З. «Аэрология подземных сооружений (при строительстве).- Липецк.: Липецкое изд., 2000г.

28. Поздняков Г.А., Мартынюк Г.К. «Теория и практика борьбы с пылью в механизированных подготовительных забоях».- М.: Наука, 1983г. ст.124.

29. Поздняков Г.А. «Разработать и внедрить систему проветривания с очисткой воздуха от пыли и продуктов взрыва подготовительных выработок, проводимых буровзрывным способом» Отчет ИГД им.А.А.Скочинскогол№28453.-М:: 1995г. ст.52.

30. Абрамович Г.Н. «Теория турбулентных струй» Физматгиз. 1960г.

31. Идельчик И.Е. «Справочник по гидравлическим, сопротивлениям».-М-Л.: Госэнергоиздат, 1960г. ст.464.

32. Вепров B.C. «Расчет количества воздуха по расходу ВВ для проветривания подготовительных выработок большой длины» Безопасность труда в строительстве. 1975, №7, ст.40-53.

33. Ярембаш И.Ф. «Теоретические основы, методы и средства борьбы с газами взрывчатых веществ в угольных шахтах.: Автореф.дис.на соиск.учен.степ. д.т.н.-М.:1978г. 30с.

34. Янов А.П., Ващенко B.C. «Защита рудничной атмосферы от загрязнений».-М.:Недра, 1977г. ст.263.

35. Лайгна К.Ю. «математическое моделирование некоторых диффузионных задач рудничной аэрологии.- Физ.-техн. пробл. разраб. полезных ископаемых. 1979г., №3. ст.95-99.

36. Лайгна К.Ю. «Решение диффузионных задач рудничной аэрологии.-Физ.-техн. пробл. разраб: полезных ископаемых. 1979г., №1. ст.57-66:

37. Красноштейн А.Е. «Физико-химический механизм процесса адсорбции ядовитых примесей рудничной атмосферы калийными солями».- Пермь,1151976г. ст. 10.- Рукопись представлена Перм.политех.ин-том Деп. в ОНИИТЭхим 28 июня 1976г., №893.

38. Красноштейн А.Е. «Естественная очистка воздуха от продуктов взрывных работ в отработанных камерах калийных рудников».-Изв.высш.учеб.заведений. Горный журнал. 1977г., №3. ст.54-57.

39. Балковой П.И., Остроушко И.А. «О захвате ядовитых газов горными породами».-Сб.научн.трудов/Взрывное дело.- Недра, 1970г., №68-25, ст.37-47

40. Байкеев Р.К. «Исследование и разработка метода комплексной очистки рудничного воздуха от пыли и ядовитых газов.: Автореф:дис.на соиск.учен.степ. к.т.н.- Л., 1970г. ст.26.

41. Дудорев А.Н., Лариков В.Т., Нижников Г.Г. и др. «Способы борьбы с пылью при взрывных работах на рудниках цветной металлургии». Сб.трудов ЦНИИП «Оздоровление условий труда на предприятиях цветной металлургии», вып. 13,1975г.- Свердловск, ст.44-49.

42. Оборин В.В. «Газовый баланс ядовитых продуктов взрыва». Сб.трудов ЦНИИП «Оздоровление условий труда на предприятиях цветной металлургии», вып.14, 1976г.- Свердловск, ст.9-14.

43. Шевченко A.M., Гагауз Ф.Г. «Адсорбция взрывных газов i на пылевых частицах и их влияние на развитие пневмокониотического процесса». В' сб. «Борьба с силикозом», т.7,- М.: Наука, ст.279-285.

44. Дударев А.Н. и др. «Раздельное определение окиси и двуокиси азота в рудничном воздухе после взрывных работ». В сб. «Борьба с запыленностью и загазованностью на подземных и открытых горных работах».-М.: изд.ин-та «Цветметинформация», 1969г.

45. Ярембаш И.Ф., Базикало А.В. «О средствах и способах очистки рудничной атмосферы от газов ВВ при разрушении пород взрывом».-Донецк, 1977г. ст. 14. Рукопись представлена Дон.политехн.ин-том Деп. в ЦНИЭИуголь 5 апреля 1977г., №929.

46. Busek Behno "Uber das Jchkunder Aufteren geffiger Case in Gruben-Wetteru unter besonderer Berucksintigung ron sorption Vargangen Bergakademie, 1966r., №7, ct.18.

47. Сенкевич O.B. и др. Экспресс-метод определения окислов азота в шахтном воздухе».- «Безопасность труда.в промышленности», 1966г., №12, ст.28-34.

48. Единые правила безопасности пр» взрывных работах.- М, НПООБТ, 1992, ст.234.

49. Саранчук В;И., Рекун В.В., Поздняков Г.А. «Электрические поля в потоке аэрозолей».- Киев.: Наука, 1981г. ст.112.

50. Полухин В.А. «Исследования фильтрационных свойств вмещающих пород и определение параметров их увлажнения для эффективного пылеподавления при проведении выработок». Автореф. на соиск.учен.степ.к.т.н., НПИ, Новочеркасск, 1975, ст.23.

51. Поздняков Г.А., Бобрицкий В.П. «Влияние некоторых факторов на пылеобразующую способность углей центрального района Донбасса». Межвузовский сборник «Безопасность горных работ». Вып.1., НПИ, Новочеркасск, 1974г. ст. 14-17.

52. Стикачев В.И. «Создание предохранительной среды при взрывных работах».-М.: Недра, 1962г. ст.113.

53. Дударев А.Н., Лариков В.Т., Нижников Г.Г. и др. «Способы борьбы с пылью при взрывных работах на рудниках цветной металлургии». Сборник трудов ЦНИИ1111 «Охрана труда на предприятиях цветной металлургии», вып. 15, Свердловск, 1976г. ст.44-49.

54. Дударев- А.Н., Лариков В.Т., Оборин В.В. и др. «Опыт применения' патронированной гидропасты в условиях Дегтерского рудника». Сборник трудов ЦНИИПП «Охрана труда на предприятиях цветной металлургии», вып. 16, Свердловск, 1977г. ст.37-41.

55. Парамонов П.А. «Исследование образования ядовитых газов при ведении взрывных работ в угольных шахтах». Сборник научных трудов МакНИИ, Т.15.-М.: Госгортехиздат, 1963г. ст.261-300.

56. Единые правила безопасности при взрывных работах (М.П.Васильчук).-М.: НПО ОБГ, 1992г. ст.237.

57. Скочинский А.А., Комаров В.Б. «Рудничная вентиляция».- М.: Углетехиздат, 1951г. ст563.

58. Стекольщиков Г.Г., Субботин А.И., Сурков А.В. и др. «Исследования всасывающего способа проветривания газообильной подготовительной выработки». В сб.трудов КузГТУ «Совершенствование подземной разработки».-Кемерово, 1999г. ст.84-91.

59. Мохирев Н.Н. «Разработка^ современных методов и средств обеспечения высокоэффективного- проветривания рудников, обладающих малымиаэродинамическими сопротивлениями». Автореф.на соиск.научн.степенид.т.н., С-Пб, ГГИ, 1994г. ст.26.

60. Клебанов Ф.С. «Воздух в шахте», 1995г. ст.600.

61. Недин В;В., Янов А.П., Оконевский А.Ф. и др. «Производственные исследования агрегата для^ комплексной очистки рудничного воздуха». Сб.научн.трудов ИГД им. Федорова, вып.1.- М, 1962г. ст.43-46.

62. Школьникова Р.Ш. Байкев Р.К. «Исследования- в области очистки рудничного воздуха от окиси углерода, образующейся при взрывных работах». Сб.научн.трудов Лен.ин-т Гипроникель, вып.18.-Л, 1974г. ст.76-79.

63. Гельфанд Ф.М. «Предупреждение аварий при взрывных работах в угольных шахтах».- М.: Недра, 1972г. ст.208.

64. Гельфанд Ф.М1, Журавлев В.П., Поелуев А.П. и др. «Новые способы борьбы с пылью в угольных шахтах».- М:: Недра, 1975г. ст.228.

65. Поздняков Г.А., Кривохажа Б.М., Лихачева'Л.С. «Борьба с пылью пеной наугольных шахтах».Центр прав. ЕГГГО.- М, 1987г. ст.79.

66. Феськов М'.И., Буянов А.Д., Колодочка Я;В: и др. «Очистка воздуха при взрывных работах водовоздушными эжекторами». Шахтное строительство, №7,1972г. ст.26-27.

67. Феськов М.И., Колодочка Я1В., Курдюков и др. «Рециркуляционная схема очистки воздуха водовоздушными эжекторами при взрывных работах». Шахтное строительство, №10, 1974г. ст. 14-15.

68. Базикало А.В., Ярембаш И.Ф., Юрага А.Л. «Оптимизация параметров аппарата очистки рудничного воздуха» Экспресс-информация.- М.: ЦНИЭИуголь, 1978г. ст. 18.

69. Муравлев Л.И., Кудрявцев А.А. «Пневмогидравлические эжекторы для борьбы с пылью». Техника безопасности, охрана труда и горноспасательное дело.- Науч.-технич. реф. сб. ЦНИЭИуголь, 1980г., №7, ст.3-4.

70. Базикало А.В. «Использование устройств, ускоряющих проветривание горных выработок». Безопаснось труда в промышленности, №3, ст.20-21.

71. Буянов А.Д., Циперович Г.В., Феськов М.И. «Водовоздушные эжекторы для очистки пылегазового потока в- выработках». Уголь Украины, №7, 1983г. ст.32-34.

72. Базикало А.В. «Производительность, жидкостных эжекторов для проветривания тупиковых выработок». Техника безопасности, охрана трудаи горноспасательное дело.: Науч.-технич. реф. сб. ЦНИЭИуголь, 1983г.,№2. ст. 16.

73. Усков В.И., Губайловский А.Г. Результаты лабораторных исследований гидроэжекторов для подавления пыли.- Сб.науч.тр. ИГД им. А.А.Скочинского, вып. 121.- М.: 1974, с.128-130.

74. Теняков Г.М., Ишук И.Г. Методическое руководство по конструированию систем пылеподавления водовоздушными эжекторами на горных машинах.- М.: ИГД им.А.А.Скочинского, 1974.- 18 с.

75. Губайловский А.Г. Исследование и выбор способов комплексного обеспыливания выемочного участка при высокой нагрузке на забой.: Автореф. дис.на соиск.уч.степени канд.техн.наук.- М., 1974.- 16 с.

76. Белоногов И.П. Исследование пылевыделения и совершенствование способов и средств борьбы с пылью на основе водовоздушных эжекторов при работе проходческих комбайнов.: Автореф.дис. . канд.техн.наук.-М., 1978.- 23 с.

77. Недин В.В., Янов А.П., Оканевский А.Ф. и др. Производственные исследования агрегата для комплексной очистки1 рудничного воздуха.-Сб.научн.тр./ ИГД им. А.Н.Федорова СССР. Вып.1.- М.: 1962.- с.43-46.

78. Школьникова Р.Ш., Байкеев Р.К. Исследования в области очистки рудничного- воздуха от окиси углерода, образующейся при взрывных работах.- Сб.научн.тр./ Лен.ин-т Гипроникель, вып. 18.- Л.: 1974,- с.76-79.

79. Эжектор пневматический Э-230: Инструкция по эксплуатации. / ВНИИБТГ. Реклама, №4031, 2 с.

80. Высоконапорная эжекторная труба Вентури. Инструкция и краткая техническая характеристика.- Харьков, 1974.- 2 с.

81. Нецепляев М.И., Любимова А.И., Петрухин П.М. «Борьба со взрывами угольной пыли в шахтах».- М.: Недра. 1992г. ст.298.

82. Феськов М.И., Околелов В.Н. «Повышение надежности контроля безопасности в угольных шахтах». Материалы международной конференции «Безопасность жизнедеятельности на пороге XXI века».-Алчевск, ВО МАНЭБ, ДТМН, 1999г. ст.191.

83. Фукс Н.А. «Механика аэрозолей».- М.: из-во АНСССР, 1955г. ст.351.

84. Якунин Н.П. «Проветривание при проходке горных выработок большой длины». Углетехиздат, М.: 1959г., стр.130.

85. Смухнин П.Н., Кулжинский Ю.Л., Пейсахович С.И. Курс отопления и вентиляции. Москва, издание ВИА, 1961г., стр.522.

86. Батурин В.В. «Основы промышленной вентиляции». М.: Профиздат, 1956г.

87. Каменев П.Н. «Отопление и вентиляция. Часть 2». М.: Госстройиздат, 1959г.

88. Абрамович Г.Н. «Турбулентная свободная струя жидкостей и газов», Госэнергоиздат, 1948г., стр.602.

89. Правила безопасности в угольных шахтах (ПБ 05-618-03). Серия 05, Выпуск 11. «НТУ по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2003г., стр.296.

90. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. Макеевка-Донбасс, 1989г., стр.319.

91. Проходчик горных выработок. Справочник. 2-ое изд., перераб. и доп. Донецк, «Донбасс», 1976г., стр.167.

92. Ремнер «Диффузия воздушной струи в забое выработки при нагнетательном проветривании». Глюкауф №., стр.21-30.

93. Клебанов Ф.С., Мартынюк Г.К. «Метод экспериментального определения коэффициента турбулентной диффузии в вентиляционных потоках горных выработок. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых, №4», Новочеркасск, «Наука», 1973г., стр.71-75.

94. Баум В.А. «Параметру и уравнения турбулентного перемешивания». Изд.АИСССР ОТН, №2, 1952г., стр.43-52.

95. Универсальный прибор контроля пылевого фактора в угольных шахтах. Научные сообщения ННЦ-ГП ИГД им. А.А. Скочинского №322/2002, стр.237-245.

96. Поздняков Г. А., Селиванов И.М. «О механическом подобии вентиляционных струй в забоях подготовительных выработок». Вопросы аэрологии в угольных шахтах. Научные сообщения ННЦ-ГП ИГД им. А.А.Скочинского, выпуск 225, стр.83-88.

97. Поздняков Г.А. «Научные основы, методы и технические средства нормализации атмосферы подготовительных забоев по пылевому фактору». Диссертация на соиск.уч.степени д.т.н., ИГД им. А.А.Скочинского, М. :1997г.

98. Фабракант Н.Я. «Аэродинамика». Изд. «Наука», М.:1964г., стр.814.

99. Петрухин П.М., Смолякова С.С., Смоляков В.З. «Дисперсность шахтной пыли и отбор проб». Сб.ст. «Борьба симекозом», Т.ГХ. Изд. «Наука», М.: 1974г. стр. 146-149:

100. Справочник по теории вероятностей и математической статистике. Н.И.Протенко, А.В:Скороходов, А.Ф.Турбин.- М.: «Наука». Главная редакция физико-математической литературы, 1985г., стр.640.

101. Орлов А.Г. «Методы расчета в количественном спектральном анализе».-Л, «Недра», 1977г., стр.223.

102. Бондаренко А.Д. «Разработка аэродинамических схем пылеотсасывающих вентиляторов и исследования аэродинамического сопротивления элементов пылеулавливающих установок». Фонд Донгипроуглемаша, 1967г.

103. Ковалевская В.И., Бондаренко А.Д. «Борьба с пылью при работе проходческих и выемочных комбайнов».-М.: «Недра», 1970г. стр.88.

104. Поздняков Г.А., Петрунин Г.О. Динамика концентрации пылегазовых аэрозолей в длинных тупиковых выработках, проводимых буровзрывным способом.// Отдельный выпуск Горного информационно-аналитического бюллетеня«Аэрология».-М.: МГГУ,-2007.№0/В С 296-302;

105. Петрунин Г.О. Анализ эффективности схем проветривания^ тупиковых выработок. // Отдельный выпуск Горного информационно-аналитического бюллетеня «Аэрология».-М.: МГГУ,-2006.№0/В С 90-93;

106. Поздняков Г.А., Петрунин Г.О. Нормализация рудничной атмосферы в тупиковых выработках при взрывных работах. // Взрывное дело.-М.: 2007. вып.№97/54 С 194-202;

107. Поздняков Г.А., Петрунин Г.О. О количестве пыли, образующейся при механическом разрушении горных пород. / Сб. научных сообщений ННЦ ГП ИГД им.А.А.Скочинского.-М.:-ННЦ ГП ИГД им.А.А.Скочинского.-2004. вып.№328 С 132-139;

108. Поздняков Г.А., Петрунин Г.О. Проблемы обеспечения нормативных санитарно-гигиенических условий труда проходчиков / Сб. научных сообщений ННЦ ГП ИГД им.А.А.Скочинского.-М.:-ННЦ ГП ИГД им.А.А.Скочинского.-2008. вып.№334 С 162-167;

109. Петрунин Г.О., Сморчков Ю.П. Обеспечение комфортных условий труда в тупиковых выработках при буровзрывном способе проходки // Правила безопасности в промышленности.-М.: 2008.- №4 С 31-34.