Введение к работе
Диссертация,представленная в виде научного доклада,содержит краткое изложение и теоретическое обобщение полученных автором и опубликованных в 1970-1995 гг. результатов исследований по обеспыливанию рабочих мест технологических потоков н атмосферы разрезов путем разработки и внедрения эффективных способов и средств борьбы с пылью.
Актуальность проблемы. Открытая угледобыча в отрасли развивается н, несмотря на спад производства в стране, в 1994 г. составила около 200 млн.т (почти 60% от общей добычи по России),что стало возможным благодаря применению высокопроизводительной техники. Работа этой техники на осадочных породах н углях сопровождается выделением значи -тельного количества пыли в атмосферу, в результате запыленность воздуха на рабочих местах во много раз превышает предельно допустимые концентрации (ПДК), что, помимо вредного влияния на здоровье людей н окружающую среду, ухудшает условия эксплуатации .снижает безопасность и производительность горно-транспортного оборудования (ГТО),а следовательно, и технико-экономические показатели работы угольных разрезов. С углублением горных работ ухудшается естественный воздухообмен и создаются условия для накопления вредностей и загрязнения атмосферы внутри и вне разреза. В основном это происходит вследствие отсутствия необходимых знаний по выбору приемлемых способов н средств пылеподавле-ния,недостаточной эффективности используемых природоохранных мероприятий, а также отсутствия должного контроля за источниками пылеобразовання, что свидетельствует о возможности существенного снижения пыле-постулления в атмосферу разрезов и соответственно повышения экологической чистоты открытого способа добычи угля.
Указанные обстоятельства предопределили постановку и решение важной научной проблемы- разработку комплекса способов и средств снижения выбросов пыли в атмосферу на основе установленных закономерностей пылеобразовання углей и пород осадочного происхождения в технолопгческих потоках угольных разрезов.
Тема диссертации соответствует основной направленности работ НИИОГР по научно-технической программе ЦКОП-1 "Создать и осуществить широкое внедрение новых (усовершенствованных) технолопгческих процессов, комплексов горнотраиспортпого оборудования и методов организации производства,обеспечивающігх повышение в 1990г. технического уровня открытых горных работ и производительности труда на разрезах в 1.3 раза, по сравнению с 1984 г."( N ГР01870070070641), ГНТП "Экологически чистая ТЭС", раздел "Экологически чистые угольные разрезы и обогатительные фабрики" (N ГР 01890035771), отраслевой научно-технической программе Минтопэнерго РФ "Уголь России" (1993-1997 гг.), работа 13.1.14 "Выполнить экологическую оценку влияния вредных выбросов на окружающую среду и разработать мероприятия по их снижению".
Цель работы - обоснование и разработка комплекса способов и средств борьбы с пылью в технологических потоках и в атмосфере угольных разрезов на основе исследований закономерностей пылеобразовання при работе горнотранспортного оборудования.
Основная идея работы заключается в использовании энергетической теории
разрушения для количественной оценки пылеобразовання в технологических
потоках разрезов в комплексе с физико-механическими и адгезионными
свойствами углей и пород, физико-химическими характеристиками
пылесвязывающпх средств, гидрометеоособенностями регионов размещения разрезов и параметрами ГТО.
Методы исследования включают : анализ теорстігчесшгх и
экспериментальных: материалов по разрушению угля и пород осадочного
происхождения, теоретические исследования азродннамігческих процессов с
привлечением математических методов, физическое моделирование,
лабораторные и промышленные эксперименты с обработкой данных
методами математігческой статистики и корреляционного анализа с
применением ЭВМ.
Научные положения, выносимые на защиту:
-
Удельный выход пыли при разрушении угля является мерой оценки его пылеобразующеп способности, обратно пропорциональной затратам энергии на получение единичной массы пыли фракцией < 50 мкм.
-
Адекватное описание интенсивности пылевыделенпя горно-транспортным оборудованием и пылящими поверхностями обеспечивается,сели в структуру расчетной модели включены данные прочностных и пьілеобразующігх свойств угля или пород осадочного происхождения, технических параметров ГТО и условий,характеризующих распространение пыли от источника выброса (скорость ветровых потоков и защищенность от их воздействия, адгезионные свойства пылевых фракций, продолжительность скольжения твердой и газообразной фаз при перемещешш).
3. Для предупреждения пылеобразовання при разрушении угольно-поро-. дного массива необходимо оптимизировать энергозатраты в процессах, связанных с его резанием, дроблением, перегрузкой, перензмельченнем н встряхиванием, по критерию достаточности степени дробления материала до крупности, определяемой технологией выемки и транспортировки, а также техническими требованиями на готовый продукт, и критерию минимизации удельного выхода пыли.
4. Значительное снижение концентрации пыли (до 50%) в выбросах неорганизованных источников па угольных разрезах достигается за счет управлешш аэродинамическими потоками в источнике выброса и в зонах, сопредельных с потоком перемещаемого материала, путем применения технических решений, обеспечпвающігх локализацию нсточнпка,с1шжение объема эжекцни воздуха падающим материалом и разбавление выбросов до нормативных значений.
5. Из всех применяемых средств обеспыливания технологических автодорог угольных разрезов наиболее эффективны пылесиязывающие вещества (ПСВ) типа уштерсин-Л (летний), уинверснн-В (высоковязкий) и универснн-С (северш.ш). Для достижения требуемой адгезионной прочности связи ПСВ с минеральным материалом оптимальное его содержание должно быть 7-10% массы обрабатываемого слоя износа покрытия.
Достоверность и обоснованность научных положений . выводов и рекомендаций подтверждается:
согласованностью теоретических положений, базирующихся на фундаментальных основах механики аэрозолен и законах дробления, с результатами экспериментальных исследований процессов выделения пыли при разрушении угля и пород осадочного происхождения;
результатами физического моделігровшшя азродинаміпіеских процессов с учетом аэромеханического подобия при движении большегрузных автосамосвалов и работе роторного комплекса ;
представительным объемом экспериментальных данных (более десяти тысяч измерений) пылевых и аэрологических сьемок в лабораторных и натурных условиях в течение 1969-1994 гг.;
сопоставимостью и хорошей сходимостью результатов опытло-промышлешюй проверки разработанных способов и средств с их ожидаемыми значениями, рассчитанными по установленным зависимостям (вероятность 0,95, коэффициент корреляции 0,9);
использованием на разрезах и в проектных институтах разработанных
рекомендаций, положительными результатами внедрения научных разработок
как на разрезах отрасли, так и на карьерах Балхашского,
Джезказганского, Криворожского и Учалинского ГОКов, Соколовско-
Сарбайского ГПО, ГОП Магнитогорского меткомбниата и пр.,
обеспечивающих снижение запыленности воздуха на рабочих местах до санитарных норм.
Научное значение работы состоит в создании теоретических и экспериментальных основ оценки пылеобразовашш осадочных горных пород в технологических потоках угольных разрезов и обосновании комплекса эффективных способов и средств борьбы с пылью, значительно снижающих запыленность воздуха на рабочігх местах до санитарных норм.
Научная новизна работы:
обоснован показатель4 удельных энергозатрат на пылеобразованпе как единой меры сопротивления горных пород и угля разрушению и оценки интенсивности пылеобразовашш горно-транспортного оборудования в технологических потоках угольных разрезов;
установлены количественные значения удельных энергозатрат на ггьілеобразоваїше углей месторождений, разрабатываемых открытым способом;
выявлен критерий опттшзацин соотношения компонентов пыле-связывающего вещества - количество парамагнитных центров, определяемое методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР);
разработан метод расчета объемов аспирации на узлах перегрузки с учетом объемной концентрации горной массы в конечном сечении потока;
установлены зависимости интенсивности выделения пыли в атмосферу неорганизованными источниками выбросов .задействованными в технологических потоках разрезов, от параметров ГТО и физико-механических свойств осадочных пород, в том числе их пылеобразугощих свойств;
разработана методика и прибор для определения аутогезші пылевых частиц и адгезионной, прочности минеральных дорожных материалов, обработанных пылесвязывагощими веществами;
исследованы физико-химические и технологические свойства новых пылесвязывагощих веществ универсин-А.универсин-В.универсин-С и эмульсин на основе универсина-А и -В, что позволило обосновать области нх применения и нормы расхода для различных типов дорожных покрытии.
Практическая ценность работы:
разработаны и внедрены пылесвязывающие вещества уииверснн-Л, уни-версин-С и универсин-В (а.с. № 507702, 1214704, 1337526), самоходный поливочный агрегат СПА;
разработаны и внедрены обеспыливающие эмульсии на основе уииверсинов -Л и -В (а.с.№ 916526 и патент РФ № 128679) и механизированный комплекс по их приготовлению;
разработаны,нспытаны и частично внедрены комплексы средств борьбы с
пылью на роторных экскаваторах типа ЭРП-5000 и ЭРП-5250, включающие
устройства для обеспыливания бункеров (а.с.№№ 928032, 1286789), для
очистки запыленного воздуха(а.с.№ 941627, 1099092), пылеподавнтель
(а.с.№ 979645), ороситель (a.c.JMs 1192859);
разработаны и частично испытаны устройства для обеспыливания бункеров по приемке угля,разгружаемого из автосамосвалов (а.с.№ 1373660, патент РФ № 1701935) на техкомплексах и обогатительных фабриках;
разработан, испытан и подготовлен к серийному выпуску передвижной пылеулавливающий агрегат АПП (а.с. № 1518426);
разработаны методика и прикладная программа оценки пылевых выбросов при взрывных работах на угольных разрезах, позволяющие определять предельно допустимое для взрывания количество ВВ, исходя из размеров сатггарно-защитной зоны, технологии взрывания и места расположения взрываемого блока в разрезе;
разработан метод и прикладная программа расчета всасывающих ас-пирационных воздуховодов переменного сечения с равномерной скоростью всасывания.
Реализация работы. Разработашше инженерные методы, технические средства и технология их применения использованы при составлении проектов разработки угольных месторождений институтами Сибптрошахт, Карагалдапгпрошахт, Гипрошахт и Востсибшпрошахт, а также внедрены на угольных разрезах "Нерюнгринский" (ПО Якутуголь"), "Березовский" ("Красноярскуголь") ,"Харанорскнй" ("Востсибуголь") ."Кедровскнй","Междуре-
ченскии","Бочатский", "Талдинский" її "Снбіфпшскш1"( концерн "Кузбасс-разрезуголь") ."Восточный"/'Северный" н "Богатырь" (П0"Экпбастузуголь"), "Шубарколі.скші" (ПО "Карагандауголь") и др.
Разработаны л внедрены передвижной пылеулавливающий агрегат АПП
(ПО "Якутуголь), самоходный поливочный агрегат СПА (ПО "Якутуголь",
"Кемеровуголь"), установка пылеулавливающая автоматизігрованная
УПА для буровых станков 2СБШ-200П (ПО "Якутуголь"). Внедрены пылесвлзывающне вещества уннверснн-Л, -В, -С (ПО"Якутуголь", "Экибастузуголь", "Кемеровоуголь" и др.),эмульсин на их основе (Учалннскпп ГОК), средства борьбы с пылью на роторных комплексах типа ЭРП-5250 (ПО "Красноярскуголь","Экибастузуголь"); разработан и внедрен на разрезе "Сибиргинскнй" и в ПО"Экибастузкомнр" АРМ "Экор" для экологов разрезов и объединения.
Рекомендации по применению комплекса средств борьбы с пылью на угольных разрезах включены в следующие нормативные документы: "Руководство по борьбе с пылью на угольных и сланцевых шахтах, разрезах и обогатительных фабриках", "Типовая методика проведения прнемо'шых испытаний средств борьбы с пылью для роторных комплексов", "Отраслевые методические указания по определению колігчества вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу при взрывных работах в угольных разрезах", каталог-справочник "Оборудование н приборы для комплексного обеспыливания угольных шахт, разрезов и обогатительных фабрик", "Временная инструкция по применению пылесвязывающего вещества уннверсин для обеспыливания автодорог на разрезах",утвержденных Мшгуглеггромом СССР.
За разработку и внедрение пылесвязываюнугх средств тина уннверсин на разрезах автор удостоен 2 серебряяньгх медалей ВДНХ СССР, ему присуждена Премия им.акад.А.А.Скочннского (1991г.).
Аггробаиия работы. Основные положения диссертации докладывались на Всесоюзных научно-технических конференциях, совещаниях, семинарах и школах: г.Москва(1971г.), г.Челябннск (1975-1977,1981,1985,1990,1995гг.), г.Сатка(1974г.), г.Снбай( 1970г. ),г.Кривон Рог( 1976г. ),г.Коркпно( 1977г.), г.Пермь( 1981,1993г.), г.Кохтла-Ярве(1982г.), .Караганда(1982,1985), г. Якутск(1983г.), г.Апатиты(1985г.), г.Нерюнгри(1984г.), г.Ростов-на-Дону (1991г.), 24 Международной конференции по пиевмоконнозу и охране трудг (Донецк, 1991г. ),наушо-техшгческ)гх н ученых советах институтов і производственных объединений, в т.ч.: НИИОГР (1970-1995 гг.) МГМИ (1973г. ),МГГУ(1994г. ),СГИ им.В.В.Вахрушева - Уральская ГҐУ (1976,1977,1978,1995гг.), Снбгипрошахт, Снбгипрогормаш(1973г.), Карага ндагнггрошахт( 1988г.), ИГД м.А.А.Скочинского( 1976,1980,1989г.), "Кемеро воуголь", "Экибастузуголь","Челябинскуголь", "Якутуголь" (1974-1994 гг.), ; также на разрезах, где проводились исследования.
Публикации.Содержание диссертации опубликовано в 183 научных рабо тах, из них основополагающими являются 97 работ,в т.ч. 1 монография, 1
брошюра, 2 инструкции, 3 руководства и методики,! каталог-справочник, 49 статей и 20 авторских свидетельств и патентов.
Структура и объем диссертации. Диссертация в виде научного доклада изложена на 48 страницах машинописного текста,содержащего G таблиц, 9 рисунков и список опубликованных работ из 50 наименований.
