автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Обоснование рациональных параметров обеспыливания в комбайновом проходческом забое

Дрёмов Алексей Викторович

ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ОБЕСПЫЛИВАНИЯ В КОМБАЙНОВОМ ПРОХОДЧЕСКОМ ЗАБОЕ

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

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 б "5Н 29гЭ

Москва 2010

004617433

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Московский государственный горный университет»

Научные руководители:

доктор технических наук, профессор |Кирин Борис Филиппович

кандидат технических наук, доцент Романченко Сергей Борисович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Поздняков Георгий Акимович кандидат технических наук Подображин Сергей Николаевич

Ведущая организация - Тульский государственный университет (г. Тула)

Защита диссертации состоится «28» декабря 2010 г. в 13—.час. на заседании диссертационного совета Д 212.128.06 при Московском государственном горном университете по адресу: 119991, Москва, Ленинский пр., 6

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета

Автореферат разослан 26 ноября 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук

Королева В.Н.

Общая характеристика работы

Актуальность работы. В структуре профессиональных патологий работников угольных шахт доля заболеваний, обусловленных вредным воздействием пыли, занимает одно из первых мест. Наиболее часто заболевания регистрируются у ГРОЗ и проходчиков.

В общем списке профессиональных заболеваний работников угольных предприятий заболевания органов дыхания являются ведущими в структуре профессиональных патологий и представляют собой не только медицинскую, но и социальную проблему.

Все более широкое применение высокопроизводительных комбайнов избирательного действия и интенсификация проходческих работ приводят к значительному повышению запыленности воздуха на рабочих местах проходчиков. Количество забоев, проводимых проходческими комбайнами, растет и составляет более 64% от общего числа подготовительных выработок.

Интенсивность поступления пыли в атмосферу выработки при работе комбайнов характеризуется значительной неравномерностью, вызванной изменением условий пылевыделения при обработке различных зон по плоскости забоя. Средства пылеподавления, работающие в статическом режиме, не учитывающем изменений условий пылевыделения, не обеспечивают достаточной эффективности снижения концентрации пыли в воздухе. Гигиеническая оценка пылевого фактора также должна учитывать изменяющуюся во времени концентрацию пыли и ее дисперсный состав.

Применение существующих средств гидрообеспыливания малоэффективно и осуществляется при нерационально больших расходах распыленной воды, осложняющих состояние условий труда в горных выработках.

В связи с этим снижение запыленности воздуха на основе выбора рациональных параметров средств обеспыливания в проходческих комбайновых забоях и улучшение условий труда по пылевому фактору является актуальной для угольной отрасли задачей.

Цель диссертационной работы заключается в установлении зависимости пылевыделения при работе комбайнов избирательного действия от изменяющихся в течение цикла обработки плоскости забоя факторов, влияющих на количество пыли, поступающей в атмосферу выработки, для обоснования выбора рациональных параметров средств пылеподавления, обеспечивающих снижение риска заболевания пневмокониозом горнорабочих подготовительных выработок угольных шахт.

Идея работы заключается в применении регулирования параметров средств пылеподавления для повышения эффективности обеспыливания при работе комбайнов избирательного действия.

Методы исследования. Для решения поставленных задач был принят комплексный метод исследований, включающий анализ и обобщение данно научно-технической литературы, метод математической статистики, лабораторные и шахтные эксперименты, математическую обработку результатов наблюдений.

Научные положения, разработанные соискателем:

1. Запыленность воздуха при работе комбайнов избирательного действия меняется в течение цикла обработки забоя с изменением высоты падения отбитой горной массы, горнотехнических условий, аэродинамических параметров выработки, что диктует целесообразность применения регулируемых параметров средств пылеподавления.

2. Интенсивность пылевыделения определяется скоростью воздушных потоков в месте разрушения массива, типом разрушающего органа комбайна, текущей производительностью и схемой обработки плоскости забоя в течете одного цикла.

3. Алгоритм выбора рациональных параметров средств пылеподавления базируется на установленных зависимостях эффективности пылеподавления от расхода и давления жидкости на орошение и соотношения объемов воздуха, подаваемого в забой и удаляемого установкой пылеотсоса.

4. Фракционный состав выдуваемой пыли при разрушении массива коронками изменяется с высотой падения отбитой горной массы, расстоянием от плоскости забоя и распределением скоростей воздушных потоков по сечению забоя.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждаются:

- достаточным дня статистической обработки массивом информации, полученной в результате теоретических, стендовых и натурных исследований, выполненных по апробированным методикам;

- удовлетворительной сходимостью результатов теоретических, лабораторных и натурных исследований концентраций пыли в атмосфере горных выработок (погрешность не превышает 15 %);

- положительными результатами промышленных испытаний.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- установлена зависимость изменения запыленности воздуха в забое от текущей производительности комбайна;

- определено влияние схем обработки плоскости забоя на интенсивность пылевыделения в атмосферу комбайновой тупиковой выработки;

- предложены зависимости, позволяющие рассчитать оптимальный расход воздуха, подаваемого к забою, по пылевому и газовому факторам;

- уточнены зависимости, позволяющие определить рациональный расход жидкости на внешнее орошение источника пылевыделения в течение цикла обработки плоскости забоя с учетом максимального удельного расхода;

- получена зависимость изменения концентрации пыли по длине тупиковой выработки как функции продольной скорости воздуха и расстояния от источника пылевыделения;

- обоснованы условия применения пылеотсасывающих установок по пылевому и газовому факторам с учетом рециркуляции части воздуха в тупиковом комбайновом забое;

- обоснованы принципы регулирования параметров средств пылеподавления при работе комбайнов избирательного действия;

- уточнена методика расчета индивидуальной пылевой экспозиционной дозы и вероятности заболевания проходчиков при изменяющемся пылевыделении.

Научное значение работы заключается в обосновании принципов регулирования параметров средств обеспыливания в механизированных проходческих забоях, обеспечивающих улучшение условий труда по пылевому фактору.

Практическая значимость научных исследований состоит в разработке методики расчета регулируемых параметров и режимов работы средств пылеподавления в механизированном проходческом забое, обеспечивающих снижение среднесменной концентрации пыли.

Реализация работы. Результаты научных исследований и разработанные рекомендации были использованы при шахтных испытаниях систем обеспыливания в подготовительных выработках ряда шахт ОАО «СУЭК». Рекомендации по уточнению методики расчета среднесменной концентрации пыли с учетом закономерностей изменения ее фракционного состава использованы при разработке новой редакции санитарно-эпидемиологических правил и нормативов СанПиН 2.2 «Гигиенические требования к организациям (предприятиям), осуществляющим деятельность по добыче и переработке угля (горючих сланцев) и организации работ».

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на научных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва 2008, 2009 гг.), VIII и IX Международной экологической конференции студентов и молодых ученых (2006, 2007 гг.), научных семинарах кафедры «Аэрология и охрана труда» (2008-2010 гг.).

Публикации. По теме диссергации автором опубликовано 5 печатных работ, в том числе 3 статьи в журналах, включенных список ВАК Минобрнауки РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из наименований, содержит 35 рисунков и

{& таблиц.

Основное содержание работы

Большой вклад в решение проблемы борьбы с пылью в угольных шахтах внесли российские ученые П. Н. Торский, А. С. Бурчаков, В. П. Журавлев, Б. Ф. Кирин, Л. Я. Лихачев, И. Г. Ищук, М.И. Феськов, С.Ю. Ерохин, А.А. Трубицын, С.Б. Романченко, В.В. Дьяков, Г. А. Поздняков, А. П. Поелуев, В. В. Ткачев, В. В. Кудряшов, М. А. Фролов и др.

Анализ условий труда на предприятиях угольной промышленности показывает, что по содержанию пыли в воздухе 42% рабочих мест не соответствуют допустимым нормам.

Среднесменная запыленность воздуха с применением имеющихся средств обеспыливания в течение последних 20 лет находится практически на одном уровне и составляет 80-100 мг/м3. Особенно высокая запыленность наблюдается в комбайновых забоях, где концентрация пыли не ниже 340-430 мг/м3. Удельный вес выработок, проходимых комбайнами избирательного действия, постоянно возрастает (табл. 1). В

3

таких условиях эффективность индивидуальных средств защиты органов дыхания резко снижается, поскольку ресурс защитных свойств исчерпывается в течение 0,5-1 часа. Длительное вдыхание воздуха с повышенной концентрацией пыли приводит к тяжелым профессиональным заболеваниям - пневмокониозу и пылевому бронхиту (рис. 1 и 2).

Таблица 1

Проведение подготовительных выработок в 2008 г. в России_

Количество забоев, шт. (в том числе проходческими комбайнами) 416(265)

Проведено выработок, км (в том числе комбайнам) 434,6 (390,2) (100%/74,1%)

Средняя скорость проведения в мес/сут. 85,4/4,51

Среднее сечение, м2 14

Количество проходческих комбайнов (в том числе в работе) 465/300

Процент использования комбайнов, % 64,5%

Подготовительных выработок на 1000 тонн годовой добычи 5,3 м

Численность, чел. 3409

-Уровень среднего значения N30 за период

1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2СЮ6 2007 Рис. 1. Динамика количества вновь выявленных профессиональных заболеваний

ю -,

9 -

8 -

7 -6 5

4 -

3 -

1 -1

У.бХ

6,93

з.з:

3.74

1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

Рис. 2. Динамика частоты выявления профессиональных заболеваний Яза

4

Динамика выявленных профзаболеваний показывает отсутствие позитивных изменений в этом вопросе.

Запыленность воздуха на рабочих местах при работе проходческих комбайнов избирательного действия характеризуется значительной неравномерностью, вызванной переменным пылевыделением при обработке различных участков забоя по сечению выработки. Максимальная и минимальная запыленность отличается в 3-8 раз.

Пылевыделение при разрушении горного массива зависит от ряда горно-геологаческих и технологических факторов: влажности, крепости, структуры, вещественного состава и степени метаморфизма угольного пласта, его мощности, способа и режима разрушения угля, скорости движения воздуха, производительности комбайна, которые могут изменяться в пределах от 36-1500 мг/м3.

Интенсивность пылевыделения при работе проходческого комбайна со стреловидным рабочим органом будет меняться с изменением места разрушения горного массива, а также взаимного расположения источников пылевыделения, нагнетательного и всасывающего патрубков.

До последнего времени все средства и способы борьбы с пылью в шахтах были нерегулируемые, т.е. работали в режимах, однажды им заданных, не учитывая изменений внешних условий, влияющих на эффективность пылеподавления.

Ведущим фактором в развитии пневмокониозов является количество пыли, накопившейся в легких. Основными параметрами, влияющими на поступление пылевых частиц в организм и их задержку в органах дыхания, являются концентрация пыли в ингалируемом воздухе и время ее воздействия, размеры частиц (дисперсность), их плотность (удельный вес), растворимость, объем дыхания в зависимости от тяжести труда, а также индивидуальная чувствительность организма.

Приведенный анализ сложившейся ситуации в проходческих забоях в вопросах заболевания работников пневмокониозом и пылевым бронхитом позволяет сформулировать следующие задачи, решение которых позволяет существенно снизить риск заболевания шахтеров:

• анализ запыленности на угольных предприятиях (в проходческих механизированных забоях);

• анализ динамики профзаболеваний в угольной промышленности России;

• уточнение зависимостей пылевыделения при работе проходческих комбайнов избирательного и фронтального действий от производительности и схемы обработки плоскости забоя;

• анализ динамики фракционного состава пыли при работе комбайнов избирательного действия;

• обоснование возможности и разработка алгоритма регулирования расходов жидкости на орошение;

• обоснование возможности и необходимости регулирования расходов воздуха при натетательно-всасывающей схеме проветривания с учетом газового фактора;

• решение уравнения динамики концентрации пыли по длине выработки при переменном пылевыделении;

• уточнение методики расчета регулируемых параметров и режимов работы средств пылеподавления в механизированном проходческом забое, обеспечивающих снижение среднесменной концентрации пыли;

• оценка комплексного влияния ВГТФ в проходческом забое при эффективном регулируемом пылеподавлении.

Алгоритм решения сформулированных задач представлен на рис. 3.

Рис. 3. Алгоритм достижения поставленной в работе цели - снижение риска заболеваний пневмокониозом

Во второй главе приводятся теоретические и экспериментальные исследования процессов пылевыделения и распространения пыли в тупиковой выработке при работе комбайнов избирательного действия.

При работе комбайнов фронтального и избирательного действия определяющими параметрами, влияющими на пылевую обстановку в забое, являются:

• скорость воздуха в месте разрушения горного массива и (м/с), значение которой изменяется по сечению выработки и зависит от удаленности нагнетательного трубопровода х (м), диаметра воздухопровода Д0 (м), расхода воздуха б0 (м3/с) сечения выработки 5выр и места расположения пылеотсасывающего патрубка;

• эффективность пылеподавления орошением, которая определяется в значительной мере удельным расходом жидкости 1УЖ (л/т);

• текущая производительность комбайна Л (т/с);

• схема обработки плоскости забоя комбайном со стреловидным исполнительным рабочим органом (рис. 4 и 5).

Рис. 4. Схемы обработки забоя стреловидным исполнительным рабочим органом с продольно-осевой коронкой: а—горизонтальными слоями; б - вертикальными слоями

Рис. 5. Типовая схема последовательной обработки забоя (а) и режимы работы исполнительного органа с аксиальными коронками (б)

Изменяющееся пылевыделение при работе проходческих комбайнов фронтального и избирательного действий диктует необходимость выявления условий изменения запыленности С (мг/м3) и на основе этого применение регулируемых средств пылеподавления, что позволит уменьшить среднесменную концентрацию пыли в забое и снизить риск заболевания шахтеров пнсвмокониозом и пылевым бронхитом.

Зависимость интенсивности пылевыделения (мг/с) в тупиковой выработке от скорости вентиляционной струи у забоя можно выразить в виде уравнения

1 = 1„(1+<риср2 (1)

где 11ср2 - средняя скорость ядра постоянной массы у груди забоя, м/с.

Известна экспериментальная зависимость интенсивности пылевыделения в тупиковом забое от скорости у источника разрушения и высоты падения горной массы:

I = 1о (I + 0,22й + 0,611?). (2)

Нами были проведены шахтные эксперименты по определению влияния производительное™ комбайна и схемы обработки плоскости забоя, не учитывающиеся в вышеприведенной зависимости, на интенсивность пылевыделения. Результаты шахтных экспериментов приведены ниже (рис. 6):

С, мг/м»

Рис. 6. Запыленность воздуха в выработке при изменяющейся производительности

комбайна отставание трубопровода от плоскости забоя И - Ю м; ♦ - 8 м; А-9 м

Нами были выбраны из большого разнообразия схем обработки и режимов фрезерования наиболее типовые (рис. 7 и 8):

1)

2)

3)

4) 5) 6)

I 1

т Г

Рис. 7. Схемы последовательности обработки плоскости забоя

-*>

—»- 6)

¡^Щр

^ б»

Рис. 8. Схемы различных режимов фрезерования Зависимость запыленности воздуха от схем различных режимов фрезерования представлено на рис. 9.

С, мг/м3

№3

№2

№1а

№16

№46 №4 а

Номер схемы

Рис. 9. Запыленность воздуха при различных схемах режимов фрезерования №1-4

Изменение концентрации пыли С (мг/м3) в зависимости от производительности комбайна А (т/мин) аппроскимируется следующей зависимостью:

С(А)=А/(аА+Ь), (3)

где а, Ъ - экспериментальные коэффициенты.

Изменение запыленности по длине выработки х (м) (рис. 10) на основании шахтных и стендовых испытаний выражается зависимостью

С(х) = Сд ехр(-к х у/Ч), (4)

где к - коэффициент турбулентного перемешивания пыли (для упрощения записи принят с учетом деления на высоту выработки); С0 - концентрация пыли в забое;

V и IV - соответственно вертикальная и горизонтальная составляющие скорости вентиляционной струи в выработке, м/с.

В третьей главе дается обоснование рациональных параметров пылеподавления при работе комбайнов избирательного и фронтального действия.

Приняв за основу эмпирическую зависимость изменения интенсивности пылепоступления в горную выработку при работе комбайнов избирательного действия, находим

/ = /й(1+0,22А-Ю,67и2), (5)

где 10 - начальная интенсивность пылевыделения (при А=0 м, и=0,1 м/с), мг/с;

к - высота места разрушения горного массива над почвой выработки, м;

и - скорость воздушного потока в месте разрушения угля коронкой, м/с.

10 принимается с учетом полученной нами зависимости, определяющей влияние производительности отбойки угля:

1о = аМпАКхКг, (6)

где £¡1 - коэффициент размерности и пропорциональности;

Чш - удельное пылевыделение пласта, г/т;

А - производительность отбойки, г/т;

К\ - коэффициент, учитывающий изменение пылевыделения при изменении производительности;

К2 - коэффициент, учитывающий схему обработки забоя комбайном избирательного действия.

Для корректности выбора рациональных параметров расхода воздуха вся плоскость забоя разбивается условно на две области:

1. Зона лобовых скоростей, где средняя расчетная скорость у источника пылеобразования определяется по формуле:

ир^Кф {/(/(2а//с/+ 0,417), (7)

где Кф - коэффициент формы выработки, влияющий на изменение осевой и средней скоростей стесненной полуограниченной струи;

Щ - скорость воздуха на выходе из выходного отверстия вентиляционного трубопровода, м/с;

d - диаметр вентиляционного трубопровода, м;

а = 0,06-Ю,08 - коэффициент структуры круглой струи;

/ - удаление конца трубопровода от плоскости забоя, м.

2. Зона действия настильных скоростей. Расчетная скорость воздуха

и„„ «0,6—°—и0

р-ср. н_к о

Так как ио —1,3 1 то расчетная скорость будет: ¿0

(8)

(9)

Зона действия лобовых скоростей определяется границей действия прямой струи: у1 = 0,17х (м).

Зона действия настильных скоростей: у2=Н-у1 (м), где Я - высота выработки, м;

х - расстояние трубопровода от плоскости забоя, м.

Зная интенсивность пылеобразования и количество подаваемого в забой воздуха, можно определить концентрацию пыли в зоне смешения:

I

<? (10)

а) для зоны лобовых скоростей:

Сж =—(1+0,22й+0,67и1) =

1 &v '' а

б) для зоны настильных скоростей:

и

1 + 0,22/г+0,67

■ы

\ ¿о

+ 0,417

(П)

-Я

1 + 0,22/1 + 0,39—^

. (12) Для определения минимально возможного значения запыленности воздуха в забое при фиксированном значении А и постоянных коэффициентах К\ и К2 возьмем производную по Щ функции С (11,12).

Получим для каждой из зон оптимальные значения {/о. 1. Н^Ь* Н-О.Щ

2а1

+ 0,417

: опт _

^1+0,22/1

(13)

2 Н-0,17/!>Ь&0:

л/1 + 0,22Л

(14)

Для выбора оптимальных параметров внешнего орошения комбайна воспользуемся выражением для эффективности пылеподавления (15):

где Шж - расход жидкости, л/с;

Д гп - соответственно средний размер капель и пылинок;

Кь 11р -скорость вылета капель и движения воздуха соответственно, м/с;

<2 - количество воздуха в зоне пылевыделения, м3/с;

К - коэффициент, учитывающий количество воздуха, омывающего источник пылевыделения;

I - размер водяной завесы, м;

За критерией оптимальности процесса пылеподавления орошением принимается минимальная средневзвешенная запыленность в течение цикла обработки всей плоскости забоя:

При применении орошения введем два основных ограничения:

а) удельный расход жидкости на 1 т разрушаемого массива должен исключать обводнение забоя.

б) минимальный размер капель должен исключать их вынос в зону дыхания шахтеров.

При этом расход жидкости в среднем за цикл обработки плоскости забоя не должен превышать максимально допустимого удельного расхода, т. е.

05)

(16)

f

где qya - удельный расход жидкости, л/т;

py=At4 - количество разрушенной горной массы за цикл, т; А - производительность комбайна, т/с; t4 - время одного цикла обработки, с.

Решение задачи оптимизации осуществляется численными методами, при этом функцию Wx(h) аппроксимируем значениями в «п» точках по высотам hh h2, ..., h„=H Исходная задача формулируется так: найти значения

а) Wi+W2+W3+W4+...+Wn< qydР (18)

Wx ih)dh » ± (W, + W2 + W3 + W4 +... + W„) < GX 4., (19)

tl

чтобы выполнялось условие

б) С 1+С2+Сз+С4+...+С„^> min, (20)

.[с„(й>йя^:(С1+С2+Сз+С4+... + С,)=»шш. (21)

При этом в формулу подставляется значение ß=0» рассчитанное из условий эжектирования свободно установленными форсунками объема воздуха, зависящего от давления воды в пожарооросительном трубопроводе, количества одновременно работающих форсунок и длины факела орошения:

Q3 = a-Jp($2Njtg{a/2)l(0,05P+0,25l)/de -2,55) , (22)

где а - коэффициент расхода форсунки; Р - давление воды на работающем оросителе, МПа; N- количество форсунок; I - длина факела, мм; dc - площадь сопла форсунки, мм.

Расчет ведется также с учетом дисперсного состава пыли, значения которого были определены экспериментально на ряде шахт ОАО «СУЭК».

Блок-схема управления параметрами пылеподавления в проходческом забое приведена на рис. 11.

В четвертой главе приводятся дашше стендовых и шахтпых исследований запыленности фракционного состава пылевого аэрозоля на рабочих местах проходчиков и динамика пылевого аэрозоля по длине выработки (стенда).

Математически дисперсный состав пыли в подготовительной выработке может быть представлен в виде зависимостей, в которых аргументом является случайная величина D аэродинамического диаметра частиц, а функцией - процентное отношение (или доля) массы частиц диаметра D в пробе пыли. Как и все случайные величины, D имеет функцию распределения:

F(d) ~P{D<d}. (23)

Также определяется функция плотности распределения /^, в рассматриваемом случае - раздельная гранулометрическая функция. Данные функции связаны соотношением:

А

f(d) = F'(d) = dx F(d). (24)

13

В свою очередь,

F(dl<d<d2)= \f{d)ix. (25)

äi

Рис. 11. Блок-схема управления параметрами пылеподавления в проходческом забое

Интегральная гранулометрическая функция (по определению 25) размерности не имеет и выражается в долях или процентах, плотность распределения обратна размерности случайной величины.

Применительно к предметной области - пылевой динамике - функция распределения F(dj) называется интегральной функцией дисперсного состава угольной пыли. Функция F(di) по определению может записываться:

F(D<d), (26)

где dj - рассматриваемое (текущее) значение аэродинамического диаметра частиц.

Кроме детальных характеристик в виде F(d) и f(d) для обобщенной характеристики изменения состава пылевого аэрозоля (аэрогеля) применены численные характеристики: математическое ожидание M[D], мода Md, медиана Med, дисперсия D[D], среднее квадратическое отклонение o[D]. Численные характеристики определяются по формулам (27)-(29):

drum Nk

MID) = J d ■ f{d)dd = 2 d, ■ fid,), (27)

где ¿¿/-дифференциал по переменной d,

Med = PfLXdJ = PfD>dJ = 0,5, (28)

D[DJ=M[Dl]-ßf[X_7/, (29)

a[DJ = ^. (30)

Дисперсный состав пыли при работе комбайна изменяется по длине

выработки (рис. 12). %

\\( \f \ : i

\ Ü ; 1 1 1 1 . V

: 1 \ 1 t: V, ь ■ \ 1/ 1: : и j\ ; : л.....

1: : 1 1 » /! / < )\: ; \

/ / ':. > 1 \ \ ; \

Н...........г—7 . ~ ,. —, - -■-,,,--' - ■>■■■!-■ ' ■

0,1 1 10 100 1000

Фракция, мкм

|1^1-10м;1-----1-20 м: I---Н -30м

Рис. 12. Изменение фракционного состава пыли при ее удалении от источника (подготовительного забоя)

Как видно из рис. 12, дисперсный состав пыли резко изменяется при удалении аэрозоля от источника пылеобразования. На логарифмической сетке по оси абсцисс

- аэродинамический диаметр) (рис. 12) видно, что основу массы пыли на расстоянии 5

- 10 м от забоя составляют частицы 10 - 260 мкм. Мода пыли в данном случае - 65 мкм, медиана и математическое ожидание для приведенного частного случая - около 60 мкм. Далее диапазон диаметров витающих частиц резко сужается (5 - 45 на 20 м и 2-18 на 30м от забоя).

Результаты шахтных экспериментов по применению пылеподавления с изменяющимися параметрами приведены в табл. 2,3, 4,5.

Таблица 2

Уровни запыленности на рабочих местах комбайна МБ1100 (без работы пылеотсоса)

Точка измерения Замер 1, мг/м3 Замер 2, мг/м3 ЗамерЗ, мг/м3 Среднее значение, мг/м3

1 137,2 159,0 324,5 206,9

2 1005,3 170,2 - 587,75

Средняя запыленность по сечению, мг/м3 339,2

Таблица 3

Уровни запыленности на рабочих местах комбайна МЕИ 100 при нагнетательно-всасывающем проветривании с дылеотсосом _

Точка измерений Замер 1, мг/м3 Замер 2, мг/м3 ЗамерЗ, мг/м3 Среднее значение, мг/мЗ

1 105,1 137,2 109,5 117,3

2 159,3 144,2 170,0 157,8

Средняя запыленность по сечению, мг/м3 137,6

Величина запыленности в % от первоначальной по табл. 2. 40,56

В штреке №1324 подача системы вентиляции к забою Q3n составляла 6,2-6,9 м3/с, средняя замеренная подача вентилятора в системе всасывания Qiycr^fi м3/с. Расходы воздуха в нагнетательной и всасывающей подсистемах не в полной мере соответствуют требованиям (31):

в,о<вз. (31)

<2п.о~о,8<2з„

Отсутствие регулирующих устройств на всасывающем вентиляторе пылеотсоса позволяет выполнить только строгое неравенство из (31), соотношение объемов всасывающегося и нагнетаемого воздуха в пропорции 2ло=0,552з„ снижает эффективность пылеотсоса. Скорость вентиляционной струи на выходе из нагнетательного трубопровода диаметром 1 м составляла 7,95 м/с (по датчику АГЗ) или 8,8 м/с (при замерах АПР-2). Скорость воздуха во всасывающем трубопроводе диаметром 0,6 м составила 11,2 м/с.

Наклонный конвейерный ствол пласта 52 шахты Копшская проводился комбайном фронтального действия JOY 12СМ30. Комбайн оснащен системой орошения, а также системой встроенного пылеотсоса, смонтированного непосредственно на корпусе комбайна.

Подача воздуха в забой осуществлялась по нагнетательному гибкому трубопроводу диаметром 1 м. Скорость воздуха на выходе из трубопровода составляла 11,78 - 15,5 м/с в зависимости от длинны тупиковой выработки. Скорость воздуха в выработке - 0,42 м/с, сечение выработки - 22,3 м2. Система нагветательно-всасывающего проветривания работала в двух режимах:

а) «комбайн рубит», весь воздух сбрасывается на расстоянии 25-30 м от плоскости забоя, работает пылеотсос;

б) «комбайн не рубит», весь воздух подается к плоскости забоя, пылеотсос выключен.

Кроме измерений уровней запыленности проведены измерения уровней шума независимыми организациями (ФГУП «Центр гигиены и эпидемиологии в Кемеровской области», аккредитованная Санитарно-профилактическая лаборатория ОАО «СУЭК-Кузбасс») на рабочих местах при работе пылеотсоса.

При этом уровни шума, генерируемые вентилятором пылеотсоса (табл. 4 и 5), значительно превышают ПДУ. Превышение составляет от 27 до 3 8 дБ.

Таблица 4

Результата измерения уровней запыленности при проведении выработки комбайном

ЮУ 12СМ30.

Рабочее место (р.м.) Запыленность, мг/м3 Системы эбеспыливания ПДК, мг/м3 Класс условий тгплга

замер средняя

р.м. машинист горных выемочных машин (свежая струя) 183,3 155,4 Орошение 10 3,4

122,6

р.м. проходчик подземный (оператор крепи, исходящая струя) 1100,9 994,7 Орошение 10 3,4

888,8

р.м. машинист горных выемочных машин (свежая струя) 36,6 23,6 Пылеотсос Орошение 10 3,2

10,6

р.м. проходчик подземный 92,8 80,5 Пылеотсос Орошение 10 3,3

68,2

Таблица 5

Результаты измерения уровней шума

Номер точки Наименование рабочего места Характер выполняемой работы Уровень, звука, ДВА Эквивалентный уровень звука, дБА Класс условий труда

1 р.м. машиниста горных выемочных машин Выемка горной массы 122 116 8С 4 (опасный)

3 р.м. проходчика Крепление горных выработок 127 121 8С 4 (опасный)

Таким образом, внедрение средств пылеподавления с регулируемыми параметрами позволят существенно уменьшить запыленность в комбайновых проходческих забоях и снизить вероятность возникновения заболеваний пылевой этиологии горнорабочих.

Заключение

Диссертация является научной квалификационной работой, в которой содержится решение актуальной для угольной отрасли задачи снижения запыленности воздуха в проходческих комбайновых забоях на основании выбора рациональных параметров средств обеспыливания, регулируемых в соответствии с установленными зависимостями изменения интенсивности пылевыделения в течете цикла обработки плоскости забоя от производительности комбайна, схемы обработки забоя и местоположения разрушающего органа.

Основные выводы и результаты работы, полученные лично автором, сводятся к следующему:

1.Установлено, что перспективным направлением совершенствования пылеподавления в комбайновом проходческом забое является применение регулируемых параметров средств пылеподавления, включающих: основные способы проветривания, внешнее орошение источника пылевыделения и пылеотсасывающее устройство.

2.Установлен механизм изменения интенсивности пылевыделения при работе комбайнов избирательного действия, позволяющий:

- дать оценку влияния скоростных параметров воздушных потоков у плоскости забоя на изменение запыленности;

- установить взаимосвязь запыленности воздуха и схемы обработки плоскости забоя.

3.Дано решение одномерного уравнения турбулентной диффузии для тупиковой выработки при смешанном переменном пылевыделении на основе линейности преобразования Лапласа и ступенчатой функции Хевисайда, позволяющего рассчитывать концентрацию примесей во времени и пространстве с учетом изменяющейся дисперсности.

4.Разработаны алгоритм и методики расчета рациональных расходов жидкости на внешнее орошение и воздуха, подаваемых в забой с учетом' эжектирующей способности свободно расположенных оросителей при изменении их количества, взаимного расположения и давления жидкости в оросительном трубопроводе.

5.0боснована возможность и условия применения регулируемого пылеотсоса по газовому и пылевому факторам с учетом рециркуляции части воздуха в тупиковом забое.

6.Усгановлена зависимость изменения концентрации пыли от расстояния до источника пылевыделения и продольной скорости воздуха, определена динамика фракционного состава аэрозоля при его перемещении по горной выработке. Получена зависимость изменения концентрации пылевого аэрозоля от производительности комбайна. С ростом скорости воздуха возрастает величина моды пыли.

7.На основании шахтных экспериментов установлено, что в зоне рабочего места машиниста проходческого комбайна характерно наличие грубых частиц пыли (75-171 мкм) - 35-54%, доля респерабельный фракций - менее 2,9%, частицы 1-4 мкм

18

составляют 0,57%. Система нагнетателыю-всасывающсго проветривания со встроенным пылеотсосом позволяет снизить уровень запыленности на рабочем месте машиниста с 123-188 мг/м3 до 10,6-33,6 мг/м3 (в 5-10 раз).

8.Разработана блок-схема управления параметрами пылеподавления, позволяющая обеспечивать их регулирование и работу в рациональных режимах.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. A.C. Рожков, A.B. Дремов. Разработка принципиальной схемы системы автоматического управления параметрами средств пылеподавления // Экологическая безопасность как ключевой фактор устойчивого развития. Сб. докладов / Седьмая международная экологическая конференция студентов и молодых ученых. - МГГУ. 2003-Том2. С. 55-57.

2. A.C. Рожков, A.B. Дремов. Расчет оптимального количества жидкости на орошение при работе проходческого комбайна // Экологическая безопасность как ключевой фактор устойчивого развития. Сб. докладов / Восьмая международная экологическая конференция студентов и молодых ученых. - МГГУ. 2004 - Том 2. С. 55-56.

3. С.Б. Романченко, В.Н. Костеренко, Д.О. Макеева, A.B. Дремов. Технико-технологические проблемы промышленного внедрения систем обеспыливания шахтной атмосферы // Аэрология: Сб. научн. тр. по мат. симпозиума «Неделя горняка-2009». Отдельный выпуск Горного информационно-аналитического бюллетеня (научно-технического журнала) - 2009. - № ОВ13. -С. 176-188.

4. С.Б. Романченко, В.Н. Костеренко, П. Цисышк, Я. Цисьлик, A.B. Дремов. Современные средства обеспечения пылевзрывобезопасного состояния горных выработок // Аэрология: Сб. научн. тр. по мат. симпозиума «Неделя горняка-2009». Отдельный выпуск Горного информационно-аналитического бюллетеня (научно-технического журнала) - 2009. - № ОВ13. -С. 188-194.

5. Б.Ф. Кирин, A.B. Дремов. К расчету гидроэжекторов // Аэрология: Сб. научн. тр. по мат. симпозиума «Неделя горняка-2009». Отдельный выпуск Горного информационно-аналитического бюллетеня (научно-технического журнала) - 2009. -№ОВ13.-: С. 194-197.

Подписано в печать 2£. »0$ 2010 г. Формат 60x90/16

Объем 1 п.л._Тираж 100 экз. Заказ № ££3

ОИУП МГТУ, Москва, Ленинский прю., 6

Введение.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Общая постановка вопроса.

1.2 Запыленность воздуха в механизированных проходческих забоях.

1.3 Анализ существующих способов и средств борьбы с пылью. 1.4 Управление пылеподавлением.

1.5 Профилактика пылевой этиологии.

1.6 Направление, цель и задачи исследования.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ПЫЛЕВЫДЕЛЕНИЯ И РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПЫЛИ В ТУПИКОВОЙ ВЫРАБОТКЕ ПРИ РАБОТЕ КОМБАЙНОВ

ИЗБИРАТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ.

2.1 Пылевыделение при работе комбайнов избирательного действия.

2.2 Аэродинамика тупикового забоя. ^

2.3 Шахтные исследования параметров воздушных потоков и пылевыделения в тупиковом комбайновом забое.

3. ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ

ПЫЛЕПОДАВЛЕНИЯ ПРИ РАБОТЕ КОМБАЙНОВ ИЗБИРАТЕЛЬНОГО И ФРОНТАЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ.

3.1 Расчет рациональных параметров расхода воздуха. 7Q

3.2 Обоснование и расчет рациональных параметров гидрообеспыливания при работе комбайнов избирательного действия.•. ^

3.3 Управление параметрами средств пылеподавления.

4. СТЕНДОВЫЕ И ШАХТНЫЕ ИСПЫТАНИЯ.

4.1 Стендовые испытания динамики пылевых аэрозолей.

1 4.2 Динамика фракционного состава пыли в подготовительных выработках ^ ^ угольных шахт.

4.3 Шахтные исследования запыленности и эффективности средств пылеподавления.

4.4 Проверка условия по пылевому и газовому факторам при рециркуляции воздуха.

4.5 Снижение риска возникновения заболевания пылевой этиологии.

Актуальность работы. В структуре профессиональных патологий работников угольных шахт доля заболеваний, обусловленных вредным воздействием пыли, занимает одно из первых мест. Наиболее часто заболевания регистрируются у ГРОЗ и проходчиков.

В общем списке профессиональных заболеваний работников угольных предприятий заболевания органов дыхания являются ведущими в структуре профессиональных патологий и представляют собой не только медицинскую, но и социальную проблему.

Все более широкое применение высокопроизводительных комбайнов избирательного действия и интенсификация проходческих работ приводят к значительному повышению запыленности воздуха на рабочих местах проходчиков. Количество забоев, проводимых проходческими комбайнами, растет и составляет более 64% от общего числа подготовительных выработок.

Интенсивность поступления пыли в атмосферу выработки при работе комбайнов характеризуется значительной неравномерностью, вызванной изменением условий пылевыделения при обработке различных зон по плоскости забоя. Средства пылеподавления, работающие в статическом режиме, не учитывающем изменений условий пылевыделения, не обеспечивают достаточной эффективности снижения концентрации пыли в воздухе. Гигиеническая оценка пылевого фактора также должна учитывать изменяющуюся во времени концентрацию пыли и ее дисперсный состав.

Применение существующих средств гидрообеспыливания малоэффективно и осуществляется при нерационально больших расходах распыленной воды, осложняющих состояние условий труда в горных выработках.

В связи с этим снижение запыленности воздуха на основе выбора рациональных параметров средств обеспыливания в проходческих комбайновых забоях и улучшение условий труда по пылевому фактору является актуальной для угольной отрасли задачей.

Цель диссертационной работы заключается в установлении зависимости пылевыделения при работе комбайнов избирательного действия от изменяющихся в течение цикла обработки плоскости забоя факторов, влияющих на количество пыли, поступающей в атмосферу выработки, для обоснования выбора рациональных параметров средств пылеподавления, обеспечивающих снижение риска заболевания пневмокониозом горнорабочих подготовительных выработок угольных шахт.

Идея работы заключается в применении регулирования параметров средств пылеподавления для повышения эффективности обеспыливания при работе комбайнов избирательного действия.

Методы исследования. Для решения поставленных задач был принят комплексный метод исследований, включающий анализ и обобщение научно-технической литературы, метод математической статистики, лабораторные и шахтные эксперименты, математическую обработку результатов наблюдений.

Научные положения, разработанные соискателем:

1. Запыленность воздуха при работе комбайнов избирательного действия меняется в течение цикла обработки забоя с изменением высоты падения отбитой горной массы, горнотехнических условий, аэродинамических параметров выработки, что диктует целесообразность применения регулируемых параметров средств пылеподавления.

2. Интенсивность пылевыделения определяется скоростью воздушных потоков в месте разрушения массива, типом разрушающего органа комбайна, текущей производительностью и схемой обработки плоскости забоя в течение одного цикла.

3. Алгоритм выбора рациональных параметров средств пылеподавления базируется на установленных зависимостях эффективности пылеподавления от расхода и давления жидкости на орошение и соотношения- объемов воздуха, подаваемого в забой и удаляемого установкой пылеотсоса.

4. Фракционный состав выдуваемой пыли при разрушении массива коронками изменяется, с высотой падения отбитой горной массы, расстоянием от плоскости забоя и распределением скоростей воздушных потоков по сечению забоя.

Обоснованностьи и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждаются:

- достаточным для статистической обработки массивом информации, полученной в результате теоретических, стендовых и натурных исследований, выполненных по апробированным методикам;

- удовлетворительной сходимостью результатов теоретических, лабораторных и натурных исследований концентраций' пыли в атмосфере горных выработок (погрешность не превышает 15 %);

- положительными результатами промышленных испытаний.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- установлена зависимость изменения запыленности воздуха в забое от текущей производительности комбайна;

- определено влияние схем обработки плоскости забоя на интенсивность пылевыделения-в, атмосферу комбайновой тупиковой выработки;

- предложены зависимости, позволяющие рассчитать оптимальный расход воздуха, подаваемого к забою, по пылевому и газовому факторам;

- уточнены зависимости, позволяющие определить рациональный расход жидкости на внешнее орошение источника пылевыделения в течение цикла обработки плоскости забоя с учетом максимального удельного расхода;

- получена зависимость изменения- концентрации пыли- по длине тупиковой выработки как функции продольной скорости воздуха и расстояния от источника пылевыделения;

- обоснованы условия применения пылеотсасывающих установок по пылевому и газовому факторам с учетом рециркуляции части воздуха в тупиковом комбайновом забое;

- обоснованы принципы регулирования параметров средств пылеподавления при работе комбайнов избирательного действия;

- уточнена методика расчета индивидуальной пылевой экспозиционной дозы и вероятности заболевания проходчиков при изменяющемся пылевыделении.

Научное значение работы заключается в обосновании принципов регулирования параметров средств обеспыливания в механизированных проходческих забоях, обеспечивающих улучшение условий труда по пылевому фактору.

Практическая значимость - научных исследований состоит в разработке методики расчета регулируемых параметров и режимов работы средств пылеподавления в механизированном проходческом забое, обеспечивающих снижение среднесменной концентрации пыли.

Реализация работы. Результаты научных исследований и разработанные рекомендации были использованы при шахтных испытаниях систем обеспыливания в подготовительных выработках ряда шахт ОАО «СУЭК». Рекомендации по уточнению методики расчета среднесменной концентрации пыли с учетом закономерностей изменения ее фракционного состава использованы при разработке новой редакции санитарно-эпидемиологических правил и нормативов СанПиН 2.2 «Гигиенические требования к организациям (предприятиям), осуществляющим деятельность по добыче и переработке угля (горючих сланцев) и организации работ».

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на научных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва 2008, 2009 гг.), VIII и IX Международной экологической конференции студентов и молодых ученых (2006, 2007 гг.), научных семинарах кафедры «Аэрология и охрана труда» (2008-2010 гг.).

Публикации. По теме диссертации- автором опубликовано 5 печатных работ, в том числе 3 статьи в журналах, включенных список ВАК Минобрнауки РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из наименований, содержит . рисунков и . таблиц.

Выводы

1. Оптимальные расходы воздуха, в зависимости от местоположения рабочего органа комбайна и аэродинамических параметров выработки определяются:

- для зоны действия лобовых скоростей: laidо + 0,417<in2 г——— Qonrm =2,11--^-Vl + 0,22 h

Кф .

- для зоны действия настильных скоростей: QonmH =l,6d0(H-fi>Jl + 0,22h

2. Предложенный метод расчета оптимальных параметров- проветривания позволяет прогнозировать запыленность в забое и выбирать, наиболее рациональные режимы.

3. При определении эффективности пылеподавления орошением, в зоне смешения, за основу расчета может быть принят инерционный механизм пылеосаждения.

4. Предложена блок-схема алгоритма расчета оптимального количества жидкости на орошение в зависимости от аэродинамики призабойной зоны и высоты падения отбитой горной массы, позволяющая одновременно находить и оптимальный расход воздуха.

5. Определены основные требования к работе системы автоматического управления- параметрами средств борьбы с пылью, призванные обеспечить надежную- и безопасную работу горнопроходческих комплексов и значительно улучшить пылевую обстановку в забое.

Глава 4. СТЕНДОВЫЕ И ШАХТНЫЕ ИСПЫТАНИЯ.

4.1. Стендовые испытания динамики пылевых аэрозолей.

Для проведения стендовых экспериментальных исследований динамики пылевых аэрозолей. Был создан стенд (МГТУ - ООО «Шахтпожсервис») на производственной базе ООО «Шахтпожсервис» в г. Кемерово. Стенд (рис.

4.1) состоит из следующих основных элементов:

• Линейная часть стенда (рис. 4.2), состоящая из пяти металлических секций суммарной длиной 30 м, квадратного сечения размерами 1x1 метр. Вентилятор В2(м) с регулируемой подачей воздуха 0,5 - 5,6 м/с;

• Дозатор пыли, представленный цилиндрической емкостью с отверстием для равномерной подачи пыли в спутный поток воздуха;

• Успокоитель потока - ячейки 0,2 х 0,2 м из пластин длиной 0,5 м, расположенные в начале первой линейной секции (рис. 4.1);

• Комплект измерительной аппаратуры.

Каждая из секций имела 3 люка (контрольные точки) для отбора проб пыли. В центре верхней части секций располагался контрольный люк номер 1 (рис. 4.1, 4.2), через который проводился отбор витающей пыли. Исходя из возможностей двухканального гравиметрического прибора, задействовались 2 контрольные точки запыленности атмосферы (рис. 4.1 - А; В), отнесенные на расстояние 18 м. На расстоянии 1 и 4 метра от начала секции располагались контрольные люки номер 2 и 3. Посредством люков 2 и 3 проводилась установка и извлечение подложек для сбора отложившейся пыли (рис. 4.1-П1-П4);

1 1

1. 1 .

1

1

РЕГУЛЯТОРЫ ПО ДАЧИ ВОЗДУХА В К АННАЛАХ

ТАЙМЕР

ЕНТИЛЯТОР

Рис. 4.1 - Схема экспериментального стенда

ЛЮК 1

ЛЮК 2

Рис. 4.2 Линейная часть стенда и расположение контрольных точек.

Непосредственно на стенде располагались: анемометр АПР-2 и аспиратор 1 ПУ-2Э для отбора проб запыленного воздуха на фильтры АФА. Электрический переносной аспиратор ПУ-2Э (рис. 4.3) предназначен для автоматического отбора проб газов и аэрозолей в воздухе рабочей зоны при проведении производственного, санитарного и экологического контроля. Прибор обеспечивает одновременный (параллельный) отбор проб по двум каналам (рис. 4.1- Канал А; Канал В) с заданным объемным расходом воздуха.

Рис. 4.3 - Электрический переносной аспиратор ПУ-2Э с аллонжем, снаряженным фильтром для отбора проб витающей пыли.

Диапазон расхода воздуха в 1-ом канале ПУ-2Э составляет 0,5-5,0 л/мин; во 2-ом канале - 2,0-20,0 л/мин с погрешностью задания расхода ±5%. Прокачиваемый через каждый канал объемный расход воздуха устанавливается вручную до эксперимента и в дальнейшем поддерживается прибором с высокой точностью в полуавтоматическом режиме. Допустимое сопротивление фильтра при отборе проб аэрозоля: 0-5 кПа. Время отбора пробы находится в пределах 299 мин, отсчет времени проводится встроенным таймером. В прибор встроен аккумулятор напряжением 12В. Размеры ПУ-2Э — 398x302x153 мм, масса - 6 кг.

Пробы витающей пыли отобранные на фильтры обрабатывались по стандартным методикам определения концентрации витающей пыли, а также проводилось их микроскопное исследование на лабораторной базе Главного института горного дела (КД «Барбара», Катовице, Польша) с применением цифрового микроскопа ОЫМРШ ВХ-51.

В стенде проведены следующие группы экспериментов:

• пять групп экспериментов одновременных исследований концентрации и фракционного состава аэрозоля в точках А, В (рис. 4.1);

• исследовано поле скоростей в стенде, выявлено соотношений между

Методика проведения экспериментов сводилась к следующему:

1. К каждому эксперименту подготавливался объем угольной пыли с заранее известным фракционным составом по 62 фракциям пыли, выполненным на лазерном анализаторе;

2. Вентилятор В-2М путем регулирования заслонки настраивался на определенную подачу воздуха в стенд и проводилось обследование горизонтальных и вертикальных составляющих скорости воздуха у стенок (на расстоянии 0,10-0,25м от стенок) и в центре стенда;

3. Подключался прибор ПУ-2Э к двум контрольным точкам стенда (рис. 4.1), расстояние между которыми составляло 18 м;

4. Осуществлялась подача пыли в спутный поток воздуха, проводилась параллельная отборка проб на 2 фильтра в точках А и В (рис. 4.1);

5. После завершения подачи фиксированного объема пыли фильтры АФА из ПУ-2Э извлекались для обработки, пыль на подложках очищалась через сито с диаметром ячеек 500 мкм от случайных примесей, взвешивалась и проводился лазерный анализ ее фракционного состава.

Все эксперименты повторялись для величин продольной скорости потока воздуха у* равных 0,52; 0,77; 1,20, 1,67 и 1,78 м/с соответственно.

Длина зоны успокоения потока Ьи (рис. 4.1.) для скоростей воздуха 0,521,67 м/с принята 3 метра, а для скорости потока 1,78 м/с величина Ьи = 9 метров.

В ходе экспериментов проводились одновременные исследования функций С(х, v¡),f(d, х, у у), F(d, х, у^ для витающей пыли.

Таким образом, комплексные исследования сведены к одновременному исследованию массовых и гранулометрических показателей для витающей пыли по пути ее движения по длине стенда. Подаваемая в стенд пыль имела известные характеристики: суммарную подаваемую массу и дисперсный состав.

Также для условий стенда измерялись продольная ух и вертикальная составляющие скорости воздуха уу, определялось отношение Уу/Ух в диапазоне ух =0,25-1,78 м/с.

Во всех измерениях минимальное значение уу принимает в центре сечения стенда и несколько возрастает при движении к его стенкам. На рис. 4.4 указанный факт отмечен двумя значениями уу (минимальным и максимальным) для каждой из скоростей vx. На основании экспериментальных данных (рис. 4.4) для поля скоростей в стенде (квадратная форма стенда с размерами 1x1 метр) имеет место соотношение: уу/ух~ const -0,2194 (4.1)

Аналогичные данные получены в незагроможденных (вентиляционных) выработках шахт им. С.М.Кирова, им. 7 Ноября, «Котинская».

V .мЗе

Рис. 4.4 - Соотношение вертикальной уу и горизонтальной у* составляющих скорости потока в стенде.

Так же как и в стенде исследуемые выработки имели прямоугольную или гу квадратную форму с площадью поперечного сечения 12,5 - 16 м . Во всех выработках использовано анкерное крепление. Для исследованных выработок шахт получено соотношение: уу/Ух~ 0,1297 (4.2)

Изменения концентрации витающей пыли по длине выработок.

Концентрация пыли определялась в двух замерных точках одновременно с использованием двухканального пробоотборника ПУ-2Э (рис. 4.1).

Длительность экспериментов определялась по полному выходу объема пыли из дозатора и составляла 10,33-20,5 минут.

Результаты измерений приведены в табл. 4.1. Фильтры АФА-ВП-20-1, использованные в ПУ-2Э, после взвешивания подвергались микроскопно-компьютерному анализу, определялся фракционный состав витающей пыли.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Установлено, что перспективным направлением совершенствования пылеподавления в комбайновом проходческом забое является применение регулируемых параметров! средств! пылеподавления, включающих: основные способы проветривания, внешнее орошение источника пылевыделения и пылеотсасывающее устройство.

2. Установлен механизм изменения интенсивности пылевыделения при работе комбайнов избирательного действия, позволяющий:

- дать оценку влияния скоростных параметров воздушных потоков у плоскости забоя на изменение запыленности;

- установить взаимосвязь запыленности воздуха и схемы обработки плоскости забоя.

3. Дано решение одномерного уравнения турбулентной диффузии для тупиковой выработки при смешанном переменном пылевыделении на основе линейности преобразования Лапласа и ступенчатой функции Хэвисайда, позволяющего рассчитывать концентрацию примесей во времени и пространстве с учетом изменяющейся дисперсности.

4. Разработаны алгоритм и методики расчета рациональных расходов жидкости на внешнее орошение и воздуха, подаваемых в забой с учетом эжектирующей способности свободно расположенных оросителей при изменении их количества, взаимного расположения и давления жидкости в оросительном трубопроводе.

5. Обоснована возможность и условия применения регулируемого пылеотсоса по газовому и пылевому факторам с учетом рециркуляции части воздуха в тупиковом забое.

6. Установлена зависимость изменения концентрации пыли от расстояния до источника пылевыделения и продольной скорости воздуха, определена динамика фракционного состава аэрозоля при его перемещении по горной выработке. Получена зависимость изменения концентрации пылевого аэрозоля от производительности комбайна. С ростом скорости воздуха возрастает величина моды пыли.

7. На основании шахтных экспериментов установлено, что в зоне рабочего места машиниста проходческого комбайна характерно наличие грубых частиц пыли (75-171 мкм) — 35-54%, доля респерабельных фракций — менее 2,9%, частицы 1-4 мкм составляют 0,57%. Система нагнетательно-всасывающего проветривания со встроенным пылеотсосом позволяет о снизить уровень запыленности на рабочем месте машиниста с 123-188 мг/м до 10,6-33,6 мг/м (в 5-10 раз).

8. Разработана блок-схема управления параметрами пылеподавления, позволяющая обеспечивать их регулирование и работу в рациональных режимах.

1. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. -М.: Наука, 1969.

2. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй. Физматгиз, 1960.

3. Андрющенко В.Н., Селянин Н.И. Шахтные наблюдения за влиянием микроклимата на производительность труда в очистных забоях // Эффективная и безопасная разработка месторождений полезных ископаемых, Вып. 3, М.: Недра, 1971, С. 120-124.

4. Андрющенко В.Н., Селянин Н.И., Мачикив В.Я. Условия труда в забоях подготовительных выработок. Там же. — С. 127—133.

5. Батурин В.В. Основы промышленной вентиляции, -М.: Профиздат, 1965.

6. Бахарев В.А. К теории и расчету свободных турбулентных струй. Сб. Теория и расчет вентиляционных струй, ЛИОТ, Л., 1965.

7. Бекирбаев Д.Б. и др. Борьба с угольной и породной пылью в шахтах. М.: Госгортехиздат, 1959. 240 с.

8. Беккер Г. Борьба с пылью в очистных забоях отрабатываемых в обратном порядке. Глюкауф. № 24, 1972. С.7-9.

9. Белоногов И.П. исследование пылевыделения и совершенствование способов и средств с пылью на основе водовоздушных эжекторов при работе проходческих комбайнов.

10. Болобан В.И. Аппаратура автоматического орошения при струговой выемке. Автоматизация горных машин. 1972, вып.4, с.96-102.

11. Болобан В.Н. исследования средств орошения струговой установки с автоматическим включением секции форсунок. Разработка месторождения полезных ископаемых, 1973, вып.34, сЛ'17-119.

12. Болобан В.Н. О динамике взаимодействия пылевого потока и факелов диспергированной воды. // Изв. вузов. Горный журнал, № 2, 1976. С. 107117.

13. Бондаренко А.Д. Очистка воздуха в пылеулавливающей установке проходческого комбайна. / Шахтное строительство, 1969, №11.

14. Борьба с пылью в очистных забоях. / Г.С. Гродель, Ю Н. Губский, Б.М. Кривохижа Киев: Техника, 1983. - 72с.

15. Борьба с угольной и природной пылью в шахтах. / П.М. Петрухин, Г.С. Гродель, Н.И. Жиляев и др. М.: Недра. 1981.-271 с.

16. Братченко Б.Ф: Машины и оборудование для проведения горизонтальных и наклонных горных выработок. М.: Недра, 1975. -415 с.

17. Бурчаков A.C. Научные основы обеспыливания атмосферы в очистных и подготовительных забоях шахт. Дисс. на соискание уч. ст. докт. техн. наук. -Рукописный фонд МИРГЭМ, 1963.19,20.