Разработка способов снижения запыленности воздуха при шарошечном бурении мерзлых пород

В решениях партии и правительства большое внимание уделяется созданию благоприятных условий труда и обеспечению конституционных прав граждан СССР на охрану здоровья. В этом аспекте особого внимания требует решение вопросов создания комфортных условий труда на горнодобывающих предприятиях, где уровень травматизма и профзаболеваний на сегодняшний день является высоким. Одно из первых мест здесь занимают профессиональные легочные заболевания горняков, и в первую очередь пневмокониозы. Основным мероприятием профилактики легочных заболеваний является борьба с пылью, которая в значительных количествах выделяется в процессе ведения горных работ. Установлено, что одним из интенсивных источников пылевыделения на открытых горных работах являются буровые работы. В процессе шарошечного бурения интенсивность пылевыделения без пылеподавления достигает 500−40 000 мг/с. В проведенных ведущими коллективами страны исследованиях большое внимание было уделено решению задачи обеспыливания этого технологического процесса. Результаты исследований позволяют осуществить следующий шаг в разработке этой задачи: обеспечить выполнение санитарногигиенических требований по содержанию в рабочей зоне пыли, образующейся при бурении скважин шарошечным инструментом в мерзлых породах, где в настоящее время из-за отсутствия достаточно эффективных средств борьбы с пылью уровень запыленности воздуха превышает предельно-допустимые концентрации. Исследованные ВНИИ-1 условия образования и распространения пыли при шарошечном бурении скважин в мерзлых породах свидетельствуют, что запыленность воздуха в кабине станка достигает 60−80 мг/м® без проведения обеспывающих мероприятий, а при использовании рукавных Фильтров снижается до 20−30 мг/м, оставаясь при этом значительно выше установленных норм. Поэтому проведение дальнейших исследований по снижению запыленности воздуха при бурении мерзлых пород является актуальным. Для решения задачи обеспечения санитарно-гигиенических требований, предъявляемых к содержанию в рабочей зоне пыли, образующейся при бурении скважин в мерзлых породах, необходимо решить вопросы влияния природных и климатических условий на предъявляемые требования к средствам борьбы с пылью, определить температурный режим буримой скважины и осуществить его увязку с предлагаемым способом, создать конкретные установки для осуществления предложенных решений и апробировать их в производственных условиях. В соответствии с этим целью работы является разработка системы пылеподавления при шарошечном бурении скважин в мерзлых грунтах для условий северных и северо-восточных районов страны на открытых разработках с учетом структуры слагаемых пород. Научная идея работы заключается в создании новой системы пылеподавления, основанной на использовании смачивающих свойств воды, входящей в структуру многолетнемерзлых пород в виде льда, В работе защищаются: результаты исследрваний по установлению возможности борьбы с пылью, образующейся при бурении многолетнемерзлых пород, за счет использования смачивающих свойств воды, входящей в структуру разрушаемых пород в виде льда с оттаиванием их вне скважинырасчетные зависимости определениятеплового режима буримой скважины, позволяющие установить температуру подававмого для продувки воздуха, при которой не происходит растепление стенок и оттаивание продуктов разрушения в скважинеспособ и средства борьбы с пылью в условиях бурения шоголетнемерзлых пород, основанные на использовании нагревательного устройства для оттаивания выносимых мерзлых частиц вне скважины. Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: выполненным анализом климатических особенностей Севера и Северо-Востока страны и структурного строения многолетнемерзлых породтеоретическими расчетами теплового режима буримых скважин и сопоставлением расчетных величин с результатами практических замероврезультатами производственных испытаний предложенного способа борьбы с пылью, при которых с вероятностью 095 отклонения результатов не превысили 15 процентовположительными результатами внедрения разработанного способа борьбы с пылью на открытых горных разработках объединения «Северовостокзолото». Научная новизна: Разработана методика определения теплового режима буримой скважины, при котором не происходит растепление стенок и оттаивание продуктов разрушения при их выносе из скважины. Получены зависимости для расчета количества тепла, необходимого для оттаивания продуктов разрушения в выходящем из скважины пылеБоз71ушном потоке. Найдены технические решения и разработана технология борьбы с пылью, образующейся при шарошечном бурении многолетнемерзлых пород, основанные на использовании смачивающих свойств воды, входящей в структуру пород в виде льда, путем его оттаивания вне скважины с последующей коагуляцией частиц и на подаче на пневмоотдув растапливаемого снега или подогреваемой воды. Практическая ценность заключается в разработке способа и средств борьбы с пылью, образующейся при шарошечном бурении многолетнемерзлых пород (авторское свидетельство В I00463I-. Использование предложенного способа позволяет существенно улучшить условия труда на горнодобывающих предприятиях Севера и Северо-Востока страны за счет снижения содержания пыли в атмосфере до уровней предельно допустимых концентраций. По результатам выполненных исследований опубликовано 6 печатных работ, из них 2 авторских свидетельства. Разработанный способ борьбы с пылью внедрен на Комсомольском ГОКе объединения «Северовостокзолото». Основные результаты и положения работы использованы при разработке мер по борьбе с пылью на разрезе «Нерюнгринский» ПО «Якутуголь». Разработанный способ борьбы о пылью рекомендован Управлением техники безопасности и промсанитарии Минуглепрома СССР к использованию на горных предприятиях Севера и Северо-Востока страны. Работа выполнена в лаборатории борьбы с рудничной пылью и профилактики пневмокониозов ИГД им. А. А. Скочинского.I. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА БОРЬБЫ С ПЫЕБО В УСЛОВИЯХ КРАЙНЕГО СЕВЕРА 1,1. Способы борьбы о пылью при ведении горных работ Под пылью обычно понимается совокупность частиц твердых веществ, поступающих в атмосферу и способных продолжительное время находиться во взвешенном состоянии. Повышенная концентрация пыли в окружающей атмосфере создает дискомфортные условия труда и увеличивает вероятность заболеваний рабочих различными легочными заболеваниями, наиболее опасными из которых являются пневмокояиозы. Из многочисленных факторов, влияющих на развитие подобных заболеваний, наиболее существенными являются дисперсный состав и концентрация пыли в воздухе. Оригинальная конструкция, позволяющая определить степень осаждения частиц пыли в альвеолах, была предложена английскими исследователями (21]. Проведенные ими опыты позволили выявить удельный вес частиц пыли, оседающих в альвеолах, от общего числа частиц. Это было особенно важно, поскольку до этого удельный вес осевших частиц определялся только от числа частиц, достигших альвеол. На рис. 1.1 кривая, А характеризует полученные ими результаты. Характерные закономерности осаждения и отложения пыли в альвеолах легких были получены и другими учеными [75Jграфическая их интерпретация изображена на рис, 1,1 кривыми Б и В. Анализируя эти результаты, можно сделать вывод, что наибольшую опасность для возникновения легочных заболеваний рабочих имеют фракции пыли размером до 5 мкм. Частицы пыли, находящиеся в диапазоне от 5 до 10 мкм, также представляют собой значительную опасность, хотя и не в такой сильной степени.7П hO 50 0 30 20 10 0 1 2 3 _я е3 й Йшя Рис.1л. Удельный вес осаждающихся частиц пыли в альвеолах в зависимости от их размера: А линия отложения пыли по БраунуБ линия отложения пыли по Хачу и ГроссуВ линия отложения пыли (аппарат ТВР -50- Существенное значение при возникновении легочных заболеваний имеет концентрация взвешенной в воздухе пыли. Проведенные Е. В. Хухриной исследования 18] свидетельствуют, что при одинаковой массе пыли различной дисперсности наибольшую опасность представляет пыль с преобладанием пылевых частиц размером от I до 2 мкм. Но при одинаковом количестве частиц пыли наиболее опасной является пыль, обладающая большей массой. За последние годы медицинская наука достигла больших усnexoHi Однако в области лечения легочных заболеваний, вызванных проникновением пыли в организм человека, успехи еще недостаточны, Поэтому профилактика этих заболеваний, устранение причин и условий, способствующих их возникновению"на сегодняшний день является наиболее радикальным и эффективным средством снижения заболеваний болезнями пылевой этиологии. Советские и зарубежные исследователи [?., 9,7б] считают, что одним из основных источников поступления тонкодисперсной пыли в атмосферу при ведении открытых горных работ являются буровые работы. Ведущими коллективами страны созданы и продолжают разрабатываться различные способы пылеподавления и пылеулавливания, а также средства для их осуществления. При этом все известные обеспыливающие мероприятия, применяемые на горнодобывающих предприятиях, можно.

Выводы по главе.

1. Разработка способа борьбы с пылью, образующейся при шарошечном бурении многолетнемерзлых пород, должна основываться на использовании смачивающих свойств воды, входящей в структуру пород в виде льда, путем его оттаивания вне скважины с последующей коагуляцией частиц.

2. Для реализации предложенного опособа разработано пыле-подавляющее устройство (рис. 3.1-. В качестве нагревательного устройства следует использовать источник инфракрасного излучения, работающий от сети переменного тока напряжением 220 В и обладающий мощностью 5 кВт.

3. Для обеспечения процесса пылеулавливания необходимо нагревание запыленного потока воздуха при выходе из скважины для оттаивания частичек льда, находящихся в потоке, и превращения их в капельки воды, на которые оседают частицы пыли, впоследствии коагулирующиеся и осаждающиеся на земле при выходе из пылеотводной магистрали. Это позволяет соединить в себе преимущества сухого и мокрого обеспыливания.

4. Указанный способ борьбы с пылью необходимо применять при льдистости пород более 12%- при льдистости менее 12% необходимо применять способы борьбы с пылью, основывающиеся на подаче в пылеотсасывающую магистраль оттаиваемого снега или подогреваемой воды.

5. Проведенное промышленное испытание разработанного способа борьбы с пылью при шарошечном бурении мерзлых пород обеспечило снижение уровня запыленности воздуха до 2 мг/м3, что соответствет уровням предельно допустимых концентраций.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В результате проведенных исследований установлено, что существующие в настоящее время способы борьбы с пылью, образующейся при шарошечном бурении скважин в мерзлых породах на разрезах, не обеопечивают необходимой степени очистки воздуха.

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи обеспечения снижения запыленности воздуха при шарошечном бурении скважин в многолетнемерзлых породах до установленных санитарных норм за счет применения предложенных способов пылеподавления.

Результаты проведенных исследований позволяют сделать следующие практические вывода:

1. Анализ существующих способов и средств борьбы с пылью показал, что применяемые при буровых работах в настоящее время в условиях Севера и Северо-Востока страны системы пылеподавления не используют свойства мерзлых пород, вследствие чего их эффективность не превышает 90 $.

2. Установлена область применения различных способов борьбы с пылью при бурошх работах на вскрышных открытых горных разработках Севера и Северо-Востока страны в зависимости от льдистости пород: при льдистости более 12% необходимо применять способы борьбы с пылью, которые используют смачивающие свойства вода, входящей в структуру мерзлых пород в виде льдапри льдистости менее 12% необходимо применять способы борьбы с пылью, основывающиеся на подаче в пылеотсасывающую магистраль оттаиваемого снега или подогреваемой воды.

3. Исследованиями установлены условия бурения, при которых возможно эффективное применение предложенных способов борьбы с пылью: необходимо обеспечить такой тепловой режим буримой скважины, при котором не происходит растепление стенок и не оттаиваются частички льда, выносимые из скважины Еместе с частицами разрушенной породы. Это достигается при определенном соотношении температуры подаваемого для продувки воздуха, температуры пород и скорости продувки. Разработанная методика позволяет устанавливать конкретные значения этих параметров для различных горно-геологических условий.

4. На основе результатов исследований разработаны два способа борьбы с пылью при буровых работах по породам различной льдистости и средства для их осуществления. Отличительной особенностью этих способов является использование в качестве нагревательного элемента источника инфракрасного излучения.

При буровых работах по породам высокой льдистости этот источник применяется для оттаивания выносимых из скважины частичек льда, а на породах низкой льдистости — для оттаивания снега или нагрева воды, подаваемых в пылевоздушный поток, поступающий из скважины.

5. При промышленных испытаниях предложенных способов борьбы с пылью при буровых работах на породах льдистостью до в условиях Магаданской области обеспечено снижение запыленности воздуха до 2 мг/м3, что соответствует установленным уровням предельно допустимых концентраций. При этом содержание наиболее опасных для здоровья мелких Фракций (размером менее 10 мкмне превышало 7% от общей массы пыли.

6. Предложенный способ борьбы с пылью, основанный на использовании смачивающих свойств воды, входящей в структуру мерзлых пород в виде льда, внедрен на ряде горных предприятий Севера и Северо-Востока страны.