Введение к работе
Актуальность работы обусловлена значительным числом трагических событий, вызванных проявлениями пылегазового фактора в шахтах. Это связано с концентрацией и интенсификацией горных работ, определяющими значительное выделение пыли н газа, а также обусловлено недостаточной эффективностью известных технических решений, призванных обеспечить безопасные и здоровые условия труда горнорабочих.
Так, число остановленных по пылевому фактору очистных забоев в 1988 г. составило 30%, или 48 из 132 обследованных, а по газовому — в 1990 г. было остановлено 20% очистных и 25% подготовительных забоев.
Анализ состояния заболеваемости, обусловленной вредным воздействием пыли на человека, показывает, что число вновь выявленных больных, по данным Минздрава СССР, составило: в 1987 г.—345 чел., 1988 г.—351, 1989 г.—529, 1990 г.—510 чел. Как видно, уровень заболеваемости остается па высоком уровне и тенденции к его снижению не наблюдается.
В структуре выявленной в 1990 г. профессиональной патологии основную долю составляют заболевания, обусловленные вредным воздействием пыли,— 37,6% всех заболевании. Из 8 тыс. выявленных заболеваний пылевой этнологии 5,7 тыс. приходится на ппевмоконноз (26,8% общего числа), в том числе 1,9 тыс.— силикоз, 2,3 тыс.— пылевой бронхит.
Экономические потери только от этих заболеваний составили в 1990 г. 1,4 млрд. руб., или 54% всего ущерба от проф-ваболеванин.
Профессиональные заболевания поражают наиболее трудоспособный возраст: пиевмокошюз — средний возраст заболевшего 47,2 года, стаж — 21,7 лет; пылевой бронхит — 46,4 года, стаж — 21,6 лет.
Специфика проявлении пылегазового фактора такова, что при незначительной в сравнении с другими факторами частоте их тяжесть весьма высока и, как правило, обусловливает почти все групповые несчастные случаи со смертельным исходом, социально-психологические и экономические последствия которых оказывают существенное влияние на трудовые коллективы и членов их семей.
Поэтому работа, направленная на предупреждение проявлении пылевого фактора в шахтах, основанная на новых представлениях о механизме его проявления и технические решениях, является актуальной.
Цель работы состоит в обеспечении безопасных, в том числе и для здоровья, высокопроизводительных условии трудг горнорабочих угольных шахт на основе критического анализа и совершенствования существующих технических решений научно обоснованной разработки и применения новы> вентиляционных схем, способов и средств нормализации атмосферы горных выработок по пылевому фактору с учетов процессов пылегазопереноса.
Идея работы состоит в использовании для предупреждения проявлений потенциальной вредности угольной пыли научно обоснованных способов и средств гпдрообеснылпвапп; и вентиляции при учете газообилыюстн, эффектов массопере носа и пылевой нагрузки, приходящейся на горнорабочих.
Методы исследований.
Теоретические и практические исследования предусматрн вали:
критический анализ существующего опыта и его обобще пие;
постановку и решение теоретических задач с использова пнем известных математических методов и ЭВМ;
анализ результатов лабораторных и натурных экспери ментов с использованием методов математической стати стики;
изготовление опытных образцов устройств и конструиро ванне опытных схем с последующими их испытаниями по ап робнрованпым методикам и внедрением;
анализ экономической и социальной эффективности пред ложечных технических решений по известным методикам.
Научные положения, выносимые на защиту:
для предупреждения проявления потенциальной вредно
стп пыли в шахтах необходимо и достаточно, чтобы был;
равна нулю или вероятность проявления пылевого фактор;
в каждой из рабочих зон, или вероятность нахождения таг
человека; ,
удельная пылеобразующая способность углей и вмещаю іцііх пород связана с определенным перечнем их природпы показателен п может быть определена без знания техничс екпх и технологических условий их резания или разрушения
интенсивность пылевыделенпя в горную выработку опре деляется только подвижностью воздуха у породоразрушаю щего инструмента и размерами потока подающей разрушен ной породы и не зависит от количества подаваемого в выра богку воздуха, которое определяет лишь степень разжнжепп концентраций пыли;
монотонно возрастающая при увеличении скорости "воздуха функция, описывающая степень выноса пыли из разрушенной породы, определяет наличие' единственного в диапазоне допустимых скоростей воздуха минимума начальной запыленности воздуха рабочей зоны;
эффективность работы устройства пылеподавлення эжек-торного типа зависит от размещения его входного н выходного отверстий относительно источника пылевыделения и формы образуемых в нем факелов орошения;
коэффициент эжекцнн устройств эжекторного типа с увеличением числа установленных в них сопел уменьшается и не зависит от давления воды пли газа, причем относительно форсунок он зависит от качества распыливаемой жидкости и выше у тех эжекторов, в которых установлены форсунки с меньшим коэффициентом расхода;
коэффициент турбулентной структуры свободно диспергируемой струн жидкости, необходимый для расчета эжектнру-ющей способности свободных оросителей, является величиной переменной и зависит от длины факела и его начального корневого угла;
процесс выноса и распространения пыли и газа в приза-бойной зоне горной выработки от пылящих и газоотдающих поверхностей и других источников может происходить навстречу вентиляционному потоку и будет тем интенсивнее, чем выше окажутся турбулентные характеристики проходящего по выработке вентиляционного потока;
пылевая и газовая обстановка в очистном забое зависит от объемов искусственно формируемых и изолированно отводимых за пределы выемочного участка утечек, рациональное использование которых позволяет значительно повысить эффективность использования свежего воздуха;
при фильтрации утечек воздуха через выработанное пространство, находящееся под разряжением, создаваемым газо-отсасывающим вентилятором, определяющее значение имеет квадратичная составляющая аэродинамического сопротивления;
для эффективного проветривания горных выработок, имеющих друг с другом аэродинамическую связь через выработанное пространство, необходимо и достаточно в определенных условиях переходить на всасывающий режим проветривания, обустраивая при этом аэродинамические барьеры таким образом, чтобы сумма удельных депрессий направлений возможных перетечек была минимальной.
Достоверность научных положении подтверждается:
высокими значениями (0,8—0,99) тесноты статистической связи в полученных уравнениях регрессии;
достаточным для статистической обработки (не менее 8 независимых измерений каждого пз определяемых пара-
метров) объемом модельных, стендовых и натурных исследс вашій, выполненных по апробированным методикам и в соот ветствип с необходимыми критериями подобия;
удовлетворительной сходимостью результатов математі ческих, лабораторных и натурных исследований по количест пенным значениям концентраций пыли и газа в атмосфер горной выработки (погрешность не превышала 15%);
положительными результатами промышленных испытапн и внедрения различных способов и средств борьбы с пылы в шахтах.
Научная новизна работы состоит в следующем:
обоснован единый методологический подход к разработг
новых технических решений по нормализации пылевой о(
стаповки в шахтах, заключающийся в установлении причіп
но-следственной связи между категориями: «производстве!
пая зона» — «вредный (опасный) производственный фаі
тор» — «человек» — «профзаболевание (производственны
травматизм»;
выявлена связь и установлены новые количественные з; виснмостп между природными показателями горных поро, их пылеобразующей способностью, интенсивностью пылевг деления и начальной концентрацией пыли в атмосфере го] .пой выработки;
выявлено влияние и установлен характер связи между ві личиной ранее не изучавшегося эффекта сжатия высокон; порных факелов диспергированной жидкости и эжектирук щей способностью образующих их свободных оросителей;
разработана теоретическая основа расчета газо- и воді воздушных эжекторов, базирующаяся на знании разностнь показателей текущих скоростей эжектирующего газа или к; пель диспергируемой жидкости и эжектнруемого возду> Инутрп эжектора и на выходе из него;
установлены новые теоретические зависимости между и; раметрами и режимами работы газо- и водовоздушных зжеі торов, а также свободно устанавливаемых оросителей;
установлены характер и степень влияния турбулентное! на процесс выноса пыли и газа в горные выработки от исто1 пиков их выделения; показано, что управление формирован] ем и распространением полей концентраций пыли и газа выработках невозможно без учета их распространения п встречу вентиляционному потоку;
выявлена роль и определено значение утечек в формнрі вапни пылевой и газовой обстановки в очистных выработка заключающиеся в триедином влиянии на процессы разбавл ния, выноса, отвода пыли и газа соответственно в выработк от газоотдающих поверхностей и в выработанное простра: ство.
Практическая ценность работы состоит в том, что ее ре-:ультаты позволяют:
прогнозировать уровень начальной запыленности воздуха іабочих зон в горной выработке;
обоснованно выбирать комплекс противопылевых меро-риятий, позволяющий обеспечить на рабочих местах в горой выработке непревышеппе установленного уровня запы-[ЄНПОСТИ воздуха;.
прогнозировать возможность проявления потенциальной редностн пыли по результатам контроля приходящейся па орпорабочих пылевой нагрузки;
оценивать известные и вновь разрабатываемые технпчес-ие решения по борьбе с пылью по их абсолютной и соцпаль-ой эффективности и экономичности;
выбирать рациональное конструктивное исполнение, эф-іектнвньїе и экономичные режимы работы средств отсоса и лавливанпя пыли, использующих эффект эжекции;
практически осуществлять переход на более эффективные
противопылевом отношении всасывающий и нагпетательно-
сасывающпй режимы проветривания горных выработок с
беспечепием в рабочих зонах уровня запыленности воздуха,
эпзмернмого с запыленностью свежей струи;
целенаправленно перераспределять воздушные потоки в частных выработках, обеспечивая увеличение вдвое и более липы проветриваемой лавы при одном и том же подаваемом а участок количестве свежего воздуха;
рассчитывать с учетом пылевого фактора проветривание шстпых выработок но комбинированной и прямоточної"! схе-ам проветривания с отводом оптимального количества уте-:к через выработанное пространство за пределы выемочного іастка;
осуществлять надежное и безопасное в противопожарном гношешш проветривание горных выработок, аэродпнампчс-ш связанных друг с другом через выработанное прострапст-з, при слоевой системе разработки.
Реализация работы:
практические результаты диссертации реализованы на ахтах Кузбасса, Восточной Якутии и Грузин;
разработанный метод расчета устройств пылеподавлепия кекторного типа включен в новую редакцию Руководства і борьбе с пылью в угольных шахтах (Кемеровское кннж-)е изд-во, 1992);
метод прогноза пылевой обстановки в горных выработ-IX используется при составлении согласуемых в ВостНИИ іанов комплексного обеспыливания шахт Кузбасса;
результаты исследований используются в учебном процес-Московского горного института по курсам «Охрана труда» «Аэрология горных предприятий».
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались: на Республиканской конференции по горной аэромеханике в институте им. Г. А. Цулукидзе (Тбилиси, 1984, 1986 гг.); V Всесоюзной конференции по охране труда (Рубежное, 1986 г.); I Всесоюзной конференции по рациональному природопользованию и охране окружающей среды (Цахкадзор, 1988 г.); II Всесоюзной конференции по аэродисперсным системам и коагуляции аэрозолей (Караганда, 1988 г.); Всесоюзной конференции по проблемам охраны труда (Москва, 1988 г.); Всесоюзной конференции по интенсивной и безотходной технологии разработки месторождений (Москва, 1989 г.); технических советах в ПО «Якутуголь», (Якутск, 1989, 1990 гг.); ПО «Союзогне-упор» (1992, 1993 гг.); заседаниях ученых советов в ВостНИИ (Кемерово, 1985—1990 гг.), ИГД им. А. А. Ско-чинского (1984, 1985 гг.); конкурсе молодых ученых (Москва, 1987 г., Первая премия).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 34 статьи, получено 30 авторских свидетельств на изобретения.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из 6 глав, введения, заключения, изложена на 264 страницах машинописного текста и содержит 18 таблиц, 77 рисунков, список использованных источников из 68 названий и 4 приложения. Общий объем диссертации составляет 351 страницу.
Автор выражает искреннюю благодарность профессору Московского горного института докт. техн. наук Кирину Борису Филипповичу за замечания и пожелания, которые он высказывал в ходе выполнения работы.
Особую благодарность автор выражает заведующему лабораторией ВостНИИ канд. техн. наук Геннадию Гавриловичу Стекольщикову, с которым совместно обсуждались и разрабатывались некоторые положения (разделы 5.2.1; 5.2.4; 5.2.5; 5.2.6.1; 6.1.2; 6.2) диссертации.
Похожие диссертации на Научные основы технических решений предупреждения проявлений потенциальной вредности пыли в угольных шахтах
