автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.04, диссертация на тему:Разработка аэрогидродинамического способа пылевзрывозащиты в угольных шахтах

Введение.

1. Анализ состояния пылевзрывозащиты в угольных шахтах. И

1.1. Пыль как производственная опасность. Факторы, определяющие взрываемость угольной пыли.

1.2. Анализ существующих способов и средств по борьбе со взрывчатости угольной пыли.

1.2.1. Анализ существующих технических решений по обеспыливанию вентиляционныхструй.

1.3. Пути повышения эффективности работы и адаптиро-ваности условиям шахты средств обеспыливания вентиляционных струй.'

1.4. Цель и задачи исследований.-.

Выводы по 1 главе.:.

2. Теоретические и практические исследования эффективности работы технических решений по обеспыливанию вентиляционных струй с помощью диспергированных жидкостей. .:.

2.1.' Методика исследований.;.

2.2. Исследование эжектирующей способности свободно свободно установленных оросителей.

2.3. Исследование аэродинамических характеристик вентиляционных струй, проходящих через пылеосадительные и вентиляционные устройства.:.

2.4. Теоретические предпосылки обеспечения законов сохранения при движении вентиляционных струй в форсуночном пылеосадителе.

Выводы по 2 главе.

3. Разработка устройства обеспыливания вентиляционных струй.

3.1. Разработка устройства равных расходов для улавливания и осаждения пыли водным аэрозолем. ИЗ

3.2. Разработка устройства равных давлений для улавливания и осаждения пыли диспергируемой жидкостью.

3.3. Разработка автоматического устройства обеспыливания вентиляционных струй равных расходов и давлений. .,.

3.4. Требования к содержанию рабочей документации на изготовление опытного образца устройства

Выводы по 3 главе.

4. Результаты промышленных испытаний устройства обеспыливания вентиляционных струй равных расходов и давлений.

4.1. Методика исследований.

4.2. Результаты исследования разработанного способа обеспыливания вентиляционных струй при его применении.

4.3. Результаты исследования разработанного способа обеспыливания вентиляционных струй при его применении

Выводы по 4 главе.

Актуальность работы заключается в том, что последствия взрывов пыли в шахтах, инициируемых вспышками метана или источниками, очень тяжелы и в большенстве случаев носят характер катастроф.

В среднем за десятилетие в различных странах мира при подземной добычи угля происходит более 50 крупных взрывов, при которых травмируется не менее 5000 'горняков, из которых I почти половина погибает.

При общем сокращении добычи угля, закрытии шахт и высвобождении работающих современному горному производству присущи усложнение горногеологических условий с углублением работ, повышение пылевыделения в шахтную атмосферу, что обусловливает увеличение относительных показателей по ущербу от взрывов угольной пыли в среднем в 1,4 раза.

Так, из - 'за взрывов пыли в 1997 т. потеряно в виде простоев 10092 часа, угля - 606 тыс. тонн, не пройдено 3473 м выработок.

Группа заболеваний пылевой этнологии составляет более 50 %. Число жертв при взрыве может составлять несколько десятков человек.

Цель работы'состоит в обеспечении безопасных, здоровых и производительных условий труда подземного персонала шахт на основе разработки непрерывного способа пылевзрывозащиты шахты, основанного на гидроэжекционном улавливании, связывании и осаждении пыли вентиляционных струй с учетом сохранения их аэродинамических параметров при высокой эффективности и технологичности эксплуатации.

Идея работы состоит в использовании аэрогидродинамических и обеспыливающего эффектов для пылеочистки исходящих вентиляционных струй при сохранении их энергетических и расходных характеристик.

Методы исследований.

Теоретические и практические исследования предусматривали:

- критический анализ существующих технических решений по обеспыливанию вентиляционных потоков;

- постановку и решение теоретических задач с использованием известных математических методов и ПЭВМ;

- изготовление опытныго образца устройства, его испытание по апробированным методикам;

- анализ результатов испытаний и определение основных конструктивных характеристик;

- анализ экономической и .социальной эффективности предложенного технического решения по известным методика.

Научные положения, выносимые на защиту, их научная новизна и личный вклад автора в их разработку.

Лично .автором'в-диссертации сформулированы и разработаны следующие положения.

1. Эжектирующая способность одного или нескольких установленных оросителей позволяет пропустить через свой (свои) факел весь объем исходящей .запыленной вентиляционной струи.

2. Диссипация энергии диспергированной жидкости в вентиляционный поток в состоянии компенсировать энергетические потери при его прохождении через аэродинамические сопротивления.

3. Зависимость эжектирующей способности свободно установленного оросителя от давления отлична от линейной и определяется, помимо давления, площадью внешней поверхности факела.

4. Эжектирование воздуха в факеле оросителя происходит I до выравнивания осредненных осевых скоростей капель и спут-ного вентиляционного потока.

5. Эжектрующая способность свободно установленного оросителя зависит от длины факела, давления, угла спрыска, а также изменяющегося коэффециента турбулентной структуры диспергируемой струи, величина которого переменна и отлична от О, 07 - 0, 08.

Достоверность начных положений подтверждается:

- обоснованностью принятых исходных предпосылок, основанных на законах сохранения и теории турбулентности;

- достаточным для статистической обработки объемов исследований по изучению эжекционной способности оросителей;

- удовлетворительной сходимостью результатов математических, лабораторных и натурных исследованиям по количественным значениям'эжектирующей способности форсунок, концентрация пыли, статическому и динамическому давлениям потока до и после пылеуловителя (погрешность не превышала 15 %);

- положительными результатами промышленных испытаний и внедрения способа на действующем предприятии.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1 - обоснован методологический подход к процессу обеспыливания вентиляционных струй, заключающийся в сохранении неизменными напорных и расходной характеристик обеспыливаемых вентиляционных потоков;

2 - показано несовершенство существующих технических решений и обоснована возможность использования для взрывоза-щиты обеспыливания вентиляционных струй свободно устанавливаемыми оросителями при условии сохранения их напорных и расходной характеристик;

3 - выявлена связь и установлены новые количественные зависимости между напорными и расходными показателями оросителей и вентиляционного обеспыливаемого потока;

4 - выявлено-влияние и установлены характер связи между параметрами работы,турбулентной и конструктивных особенностями оросителей и их эжектирующей способностью;

5 - установлены новые теоретические зависимости между параметрами работы свободно устанавливаемых оросителей.

Практическая ценность работы состоит в том, что ее результаты позволяют:

1 - на стадии проектирования рассчитать и спроектировать систему обеспыливания вентиляционных струй;

2 - прогнозировать пвдеввую обстановку в капитальных выработках и объем пылевых выбросов в атмосферу;

3 - отказаться от работ по осланцеванию, обустройству водяных и сланцевых заслонов, пылеуборкерегенерации пылеза-держивающих поверхностей;

4 - улавливать в вентиляционном потоке наиболее пневмо-кониозоопасные фракции пыли, локализуя грубые фракции у места установки устройства обеспыливания;

5 - минимизировать обводненность выработки и влагоунос при высокой эффективности пылеулавливании.

Реализация работы.

Разработанный способ внедрен на шахтах ПО "Торезантра-цит" республики Украина.

Результаты используются в учебном процессе Московского государственного горного университа (МГГУ) в курсах "Безопасность ведения горных работ и горноспасательное дело", "Аэрология горных предприятий".

Апробация работы.

Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на "Неделе'горняка" в МГГУ в 1997 и 1998 годах, на техническом совете в Госгортехнадзоре РФ в рамках отчета по хоздоговорной теме УР - 38 (шифр МГГУ) в 1997 г.

Публикации.'

По теме диссертации опубликовано 3 статьи.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из 4 глав, введения, заключения, изложенных на —-страницах машинописного текста, и содержит таблиц, рисунков, список использованных источников из в*) Р

--- названии и приложений. у//

Общий объем диссертации составляет — страниц. Автор выражает искреннюю благодарность проф. МГГУ Ерох-хину Сергею Юрьевичу, коллективу кафедры Аэрологии горных предприятий за методическую помощь, замечания и пожелания, высказанные в ходе выполнения работы.

Выводы по 4 главе.

Результаты выполненных исследований и практических работ по испытанию и внедрению устройства обеспыливания вентиляционных струй изложены в 4 главе. Основные показатели работы устройства следующие:

- эффективность пылеосаждения по общей массе - до 90%;

Фракции > 5 мкм - до 60%;

- эконжия воды в сравнении с водяной завесой - > 60%;

- расход воды на 1 м3 очищаемого воздуха - 0,15 л/м3;

- снижение интенсивности пылеотложения, периодичности

Заключение.

Диссертационная работа является научной квалификационной работой, в которой представлено решение актуальной для угольной промышленности задачи создания безопасных и здоровых условий труда работников шахт при отработке пыльных взрывоопасных угольных пластов за счет рационального использования аорогидроэжекционных эффектов, возникающих при распиливании воды в исходящие вентиляционные потоки.

Основною научные и практические результаты заключаются в следующем.

1. Обоснована необходимость и определены направления совершенствования технических решений в области взрывобезо-пасности угольных шахт.

2. Технически обоснована возможность создания устройств пылевзрывозащиты нового технического уровня.

3. Разработаны и практически реализованы способ и устройство непрерывной пылевзрывозащиты шахты, в которых использован эффект эжектирования воздуха факелом диспергированной под высоким давлением воды.

4. Показано, что при определенных условиях для сохранения постоянства аэродинамических характеристик вентиляционного потока в процессе обеспыливания воздуха достаточно использовать напор распиливаемой для этой цели воды.

5. Получены новые теоретические зависимости, определяющие эжектирующую способность свободно установленных спутно вентиляционному потоку оросителей, в которых учитываются факты ограничения неподвижными поверхностями зоны распостранения и депоессионного сжатия Факела оросителя.

6. Разработан математический аппарат, позволяющий рассчитывать пылеосадители инерционно - эжекционного типа непрерывного действия с компенсацией аэродинамических потерь.

7. Разработаны рекомендации по конструктивному исполнению устройства с заданными значениями площадей вентиляционного окна, дверей, разверток шламоуловителей и режимов работы оросителей.

8. Показаны область применения разработанного способа и варианты автоматического управления подачей воды к устройству.

9. Применение разработанного устройства может обеспечить снижение уровня запыленности воздуха в выработке по общей массе пыли до 90%, по респирабильной фракции - до 60% при сохранении постоянства аэродинамических характеристик вентиляционного потока и отсутствии влагоуноса.

10. Удельный расход воды на 1 м3 очищаемого воздуха при давлении воды 1-1,5 МПа - 0,03 л/м3, что в 3 раза меньше, чем при использовании водяной завесы.

11. Экономический эффект в стоимостном выражении в сравнении с осланцеванием выработок по фактору уменьшения расхода инертной пыли может достигать 16,6 тыс.у.е. на 1 км пылевзрывозащищаемой выработки и 9,1 тыс.у.е. - в сравнении с водяной завесой.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Правденко Д.Я. Вентиляция и освещение рудников, борьба с пожарами и горноспасательное дело. М., Углетехиз-дат, 1949.

2. Карпухин В.Д. Ненароков Г.В., Васильченко В.А. и др. Предупреждение и локализация взрывов угольной пыли в зарубежных странах. М., Недра, 1972.

3. Долгов Б. Е., Левицкий Д. Г. Взрывчатость камен-но-угольной пыли. Харьков, Уголь и руда, 1933.

4. Трубицин A.B., Прозоров А.Н. Предупреждение взрывов угольной пыли. Обзорная информация. И., ЦНИЭуголь, вып. 4, 1988.

5. Умнов А. Е., Голик A.C. и др. Предупреждение и локализация взрывов в подземных условиях. М., Недра, 1990.

6. Мамаев В.И., Ибраев Ж.А., Лигай В. А. и др. Предупреждение взрывов- пылеметановоздушных смесей. М., Недра, 1990.

7. Малышев Ю.Н. К 50-летнему юбилею праздника " День шахтера ". В журн. " Уголь ", N 7/8, 1997.

8. Harley., Hoyle G. Coal mine explosion hazard, " Colliery Gnardian ", vol. 219, N 8, 1971.

9. Информационный бюллетень. M., 22 TH. вып. 1-6, 1997.

10. Ерохин С.Ю. Научные основы технических решений предупреждения проявлений потенциальной вредности пыли в угольных шахтах. Дисс. на соискание ученой степ. докт. техн. наук. , М. , МГ'ГУ, 1993.

11. Быков A.M., Лихачев Л.Я., Онитн E.H., Петров И.П.

12. Спопобы борьбы с пылыо на угольных шахтах. М., Недра, 1968.

13. Петрухин П.М., Нецепляев М.И. и др. К вопросу опасности вспышек метана и угольной пыли при работе выемочных и проходческих комбайнов. В кн. " Безопасность взрывных работ в угольных шахтах "., Макеевка, изд. МакНИИ, вып. N 6, 1997.

14. Петрухин П.М., Нецепляев М.И., Сергеев B.C. Разработка методов оперативной корректировки норм осланцевания. В кн. " Борьба с газом, пылью и выбросами в угольных шахтах. Макеевка, изд. МакНИИ, вып.'N7, 1971.

15. Колмогоров А.Н. О логарифмически нормальном законе распределения частиц при дроблении. М., Докл. АН СССР, т. 31, N 2, 1941.

16. Борьба с угольной пылью в высокопроизводительных забоях. Отв. редактор Ф.С. Клебанов, М., Наука, 1975.

17. Мясников А.Н., Старков С.П., Чикунов В.И. Предупреждение взрывов газа и пыли в угольных шахтах. М., Недра, 1995.

18. Каймаков A.A., Торгашев B.C., Песок С. А. и др. Взрывобезопасность рудничного электрооборудования. М., Недра, 1982.

19. Правила безопасности в угольных шахтах. Книга 3. Инструкция по борьбе с пылью взрывозащите. Липецк, изд. Госкомпечати, 1997.

20. Щетинков Е.С. Физика горения газов. М., Наука, 1965.

21. Петрухин П.М., Нецепляев М.И., Качан В.Н., Сергеев B.C. Предупреждение взрывов в угольных и сланцевых шахтах. М., Недра, 1974.

22. Амелин А.Г. Теоретические основы образования тумана в химических производствах. М., Госхимиздат, 1951.

23. Деоягин Б.В., Духин С. С. и др. Об использовании конденсационного метода для осаждения рудничной пыли. В кн. " Борьба с силикозом, М., изд. АН СССР, том 11, 1955.

24. Медведев И.И., Сметании М.М., Озерной И.П. Очистка вентиляционных потоков в калийных рудниках от пыли. Сб. на-уччных трудов " К 90-летию со дня рождения А.И. Ксенофонто-вой 11, М. , МГГУ, 1993.

25. Ерохин С.Ю. Разработка способов повышения эффективности пылеподавления в подготовительных выработках угольных шахт. Диос. на соискание ученой степени канд. техн. наук., М. , МГИ, 1986.

26. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй. М., Физ-магиз, 1960.

27. Абрамович Г.Н. Турбулентные свободные струи жидкости и газов. М., Гоэнергоиздат, 1948.

28. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. М., Наука, 1974.

29. Ерохин С. 10., Дремов В. И., Говша В. А. Аэродинамическая очистка потоков воздуха. В сб. " Проблемы охраны прои-водственной и окружающей среды ". Волгоград., 1997.

30. Ерохин С.Ю., Кирин Б.Ф. Гидроэжекционный способ пылеподавления и проветривания забоя. В сб. " Проблемы аэрологии горных предприятий. М., МГИ, 1993.

31. Настоящий акт составлен в том, что результаты исследований Говш В.А. использованы в практической деятельности производственного обт единения "Торезантрацит".

32. Внедрен способ обеспыливания исходящих вентиляционных струй сквозных штрекообразных выработках, позволяющий значительно (до 85 % снизить запыленность воздуха в отводимом воздухе.

33. Зам. технического директппяпо технике безопасностини 1иреосшТрациТ