Введение к работе
Актуальность работы. Современное развитие техники и технологий добычи полезных ископаемых обуславливает возникновение целого комплекса социально значимых проблем, среди которых проблема защиты здоровья работников угольной промышленности является одной из наиболее актуальных.
Уровень травматизма и профессиональной заболеваемости в Кузбассе в течение ряда лет остается превышающим средний показатель по Российской Федерации (в 1,7-2 раза). Причиной этого является неудовлетворительное состояние условий труда в угольной отрасли Кузбасса. Уровень запыленности практически по всем угольным предприятиям очень высок, а традиционные способы и средства борьбы с пылью не являются составной частью технологических процессов угледобычи и проведения подготовительных выработок. В связи с этим потенциальная опасность возникновения взрывов угольной пыли в смеси с метаном остается крайне высокой. Проводимый в настоящее время на шахтах контроль запыленности рудничной атмосферы и пылевзрывоопасности горных выработок является малоэффективным. Увеличивается количество вспышек метана и угольной пыли по причине фрикционного искрения при работе угольных комбайнов, однако отсутствие детальных данных о крепости вмещающих пород и единого подхода к выбору режущего инструмента в зависимости от горно-геологических условий не позволяет решить эту проблему.
В связи с этим возникла настоятельная необходимость создания новой концепции, рассматривающей комплекс применяемых в шахтах способов и средств борьбы с пылью как единую систему управления пылевой обстановкой для обеспечения безопасности по пылевому фактору и уменьшения риска заболеваний пневмокониозом.
Целью работы является разработка технологических основ системы управления пылевой обстановкой и действенного контроля запыленности в выработках угольных шахт для снижения заболеваемости горнорабочих пневмокониозами и обеспечения безопасности горных работ по пылевому фактору.
Идея работы заключается в управлении пылевой обстановкой, адаптивно изменяющейся с изменением производственных условий на основе вновь получаемой информации и ее внесення в механизм управления. Задачи исследований:
анализ состояния борьбы с пылью и пылевой обстановки на угольных шахтах их эффективного применения и совершенствования;
совершенствование способов и средств борьбы с угольной пылью в угольных шахтах с целью повышения их эффективности и снижения опасное! ч заболеваний рабочих пневмокониозами;
разработка нормативной документации по регламентации системы контроля пылевой обстановки и пылевых нагрузок;
исследование и разработка системы управления пылевой обстановкой в угольных шахтах для предупреждения заболеваний рабочих гшевмокониозами;
разработка системи учета пылевых экспозиционных доз для установления степени риска заболеваний рабочих пневмокониозами;
Методы исследований. В работе использован комплексный метод исследований, включающий обработку и анализ информации, системный анализ, моделирование и теоретический анализ физических и информационных процессов.
Научные положения, выносимые на защиту:
решение проблемы снижения заболеваний пылевой этиологии и обеспечения безопасности горных работ по пылевому фактору на угольных шахтах возможно лишь при разработке комплексной системы управления пылевой обстановкой и действенного контроля запыленности воздуха в выработках, включающих снижение пылеобразующей способности угольных массивов, применение эффективных способов и средств борьбы с образующейся в процессе разрушения углей и пород пыли, организацию действенного периодического и постоянного пылевого контроля запыленности воздуха и учета пылевых нагрузок на организм горнорабочих, совершенствования системы управления пылевой безопасностью;
эффективное снижение пылеобразующей способности угольных массивов возможно лишь путем нагнетания в пласт жидкостей с высокими смачивающе-связывающими свойствами или гелеобразующими составами при учете фильтрационно-коллекторских свойств угольных пластов. Должны применяться способы управления процессом увлажнения угольных пластов, включая автоматическое регулирование параметров нагнетания с учетом гидравлического сопротивления пласта, применение эффективных и экологически чистых смачивателей и технологических схем, обеспечивающих заблаговременную подготовку массивов к выемке. Рациональные режимы регулирования параметров нагнетания обоснованы по принципу предельного рабочего давления, определяемого контактной прочностью угля, а система автоматизации процесса увлажнения реализуется в виде трехуровневой системы по принципу экстремального управления. Системы увлажнения должны обеспечивать эффективность не менее 80 %;
применение гелеобразующих составов повышает эффективность пылеподавления и связывания отложившейся пыли;
синхронная подача орошающей жидкости в зону резания на след резца с давлением более 4,0 МПа обеспечивает эффективное пылеподавление и защиту от фрикционного искрения при работе выемочных и проходческих комбайнов;
расход воды, подаваемой на резец для предотвращения фрикционного воспламенения метановоздушнои смеси, зависит от скорости резания массива и находится в пределах 2,0-2,5 л/мин. Контактное и опережающее включение оросителей обеспечивает уменьшение расхода аоды и повышает надежность
работы всей системы. Система автоматического контроля концентрации метана в призабойнон зоне с принудительным отсосом исключает вероятность взрывов в подготовительных комбайновых забоях;
- эффективность пылеотсасывающих установок повышается управлением
вентиляционными потоками и применением устройств, создающих вихревое
течение запыленного воздуха на входе в пылеуловитель;
действенный пылевой контроль должен основываться на периодическом замере запыленности рудничной атмосферы для оценки эффективности применяемого комплекса противопылевых мероприятий и разрабатываемой новой горной техники как по общей массе, так и по тонким фракциям пыли. Одновременно должен осуществляться учет и регулирование пылевых нагрузок, регламентированных СанПиН 2.2.3.570-96, разработанного с участием автора;
предупреждение профессиональных заболеваний пылевой этиологии и взрывов угольной пыли (управление пылевой безопасностью) в угольных шахтах должно быть системой и осуществляться путем объединения разрозненных мероприятий в единую систему целенаправленного воздействия на всех уровнях и этапах технологического процесса, а также человека, участвующего в этом процессе. Предложенная система управления пылевой безопасностью представлена комплексом нормативных правовых документов, инженерно-технических и организационных мероприятий по борьбе с пылью, контролю запыленности и учету пылевых нагрузок посредством разработанной информационной системы. Для ее реализации обоснован и разработан алгоритм выбора управляющих решений, направленных на снижение риска заболеваний пылевой этиологии на угольных шахтах.
Достоверность научных положений обоснована;
необходимым и достаточным для статистической обработки массивом информации, полученной в процессе экспериментальных и шахтных исследовании;
удовлетворительной сходимостью результатов теоретических исследований, стендовых и промышленных испытаний (погрешность не более 15 %);
положительными результатами промышленного внедрения разработанных систем.
Научная новизна работы заключается в следующем:
установлены закономерности процесса взаимодействия нагнетаемой жидкости и обрабатываемого массива и обоснованы принципы управления нагнетанием жидкости в угольный пласт;
теоретически обоснован способ управления процессом увлажнения угольных пластов;
разработана физическая модель автоматизированного комплекса оборудования для нагнетания жидкости в пласт;
на основании результатов экспериментальных исследований обобщены параметры средств пылеподавления в очистном забое и обоснованы принципы их регулирования;
обоснованы параметры комплекса средств борьбы с пылью и защиты от фрикционного воспламенения метановоздушной смеси от искр трения для выемочных и проходческих комбайнов;
впервые определены параметры гидрореактивных пылеподавителей и разработана на их основе система пылеподавления выемочного комбайна;
разработан метод оценки эффективности пылеподавления с помощью гелеобразующих составов;
обоснованы принципы управления пылевой опасностью в угольных шахтах;
предложен алгоритм выбора управленческих решений по снижению опасных и вредных проявлений пылевой опасности;
разработана информационная база данных по учету пылевых нагрузок и определения риска заболеваний пневмокониозом.
Личный вклад автора состоит:
в разработке и внедрении новых средств борьбы с пылью и предупреждения пылеобразования в угольных шахтах;
в обосновании и разработке способа управления процессом увлажнения угольных пластов и комплекса оборудования для его реализации;
в разработке нормативных документов по организации системы пылевого контроля на угольных шахтах;
в разработке системы управления пылевой обстановкой в забоях угольных шахт;
в разработке и внедрении системы учета пылевых экспозиционных доз горнорабочих угольных шахт.
Практическая ценность работы состоит в следующем:
разработаны и внедрены новые способы и средства борьбы с пылью в угольных шахтах;
разработан комплекс нормативных документов, регламентирующих мероприятия по борьбе с пылью и профилактике профзаболеваний пылевой этиологии;
разработаны технические задания на комплекс оборудования для нагнетания жидкости в пласт и пылеподавления при работе выемочных и проходческих комбайнов;
разработана система управления пылевой обстановкой в забоях угольных шахт;
разработана и внедрена на угольных шахтах информационная система учета пылевых экспозиционных доз и оценки риска заболевания пневмокониозом.
Реализация работы. Полученные результаты и выводы по диссертационной работе использованы при разработке следующих
нормативных документов: «Руководство по борьбе с пылью и пылевзрывозащите на угольных и сланцевых шахтах», «Инструкция по комплексному обеспыливанию воздуха», «Инструкция по замеру концентрации пыли в шахтах и учету пылевых нагрузок» и СанПиН 2.2.3.570-96 «Гигиенические требования к предприятиям угольной промышленности и организации работ», при разработке технических заданий на комплекс оборудования для нагнетания жидкости в пласт и пылеподавления при работе выемочных и проходческих комбайнов, а также при разработке и внедрении информационной системы учета пылевых экспозиционных доз.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и получили одобрение на заседаниях Ученого совета ВостНИИ, Технических советов угольных компаний «Кузбассуголь», «Кузнецкуголь», «Облкемеровоуголь», на научно-технической конференции «Результаты внедрения средств борьбы с пылью на угольных и горнорудных предприятиях Сибири и Дальнего Востока» (г. Кемерово, 1979 г.). Всесоюзной научно-технической конференции «Аэроднсперсные системы и коагуляция аэрозолей» (г. Караганда, 1982 г.), научно-техническом совещании «Борьба с пневмокониозом в условиях Сибири и Дальнего Востока» (г. Иркутск, 1982 г.), I научно-методической конференции «Основные проблемы безопасности ведения горных работ» (г. Кемерово, 1987 г.), П научно-методической конференции «Основные проблемы безопасности ведения горных работ» (г. Кемерово, 1990 г.), П международной научно-практической конференции «Безопасность жизнедеятельности предприятий в угольных регионах» (г. Кемерово, 1998 г.), Всероссийском совещании по охране труда в угольной промышленности (г. Кемерово, 1999 г.).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 4 нормативных документа, 63 печатные работы, в том числе 22 авторских свидетельства на изобретения.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов и заключения, изложенных на 268 страницах машинописного текста, включая 44 рисунка, 26 таблиц, список использованных источников из 237 наименований.
Автор выражает искреннюю признательность научным консультантам профессору, доктору технических наук И.Г. Ишуку и доктору технических наук Г.А. Позднякову, а также доктору биологических наук В.В. Ткачеву и сотрудникам лаборатории борьбы с пылью ВостНИИ за помощь при выполнении работы.
