CC BY
200
------------------------------ © С.Б. Романченко, В.Н. Костеренко,
Д.О. Макеева, А.В. Дремов,
2009
УДК 622.807
С.Б. Романченко, В.Н. Костеренко, Д.О. Макеева,
А.В. Дремов
ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ПРОМЫШЛЕННОГО ВНЕДРЕНИЯ СИСТЕМ ОБЕСПЫЛИВАНИЯ ШАХТНОЙ АТМОСФЕРЫ
Рассмотрены достоинства и недостатки основных средств и способов борьбы с пылью в проходческих забоях угольных шахт. Дан анализ схем нагнетательно-всасывающего проветривания на примере проходческих комбайнов Австрии и Германии. Приведены результаты внедрения перспективных схем пылеотсоса на проходческих комбайнах Джой 12СМ30.
Ключевые слова: пыль угольная, комбайны проходческие, схемы проветривания, орошение, пылеулавливание, пылеотсос, метан, регулирование.
~П настоящее время угольные шахты приобретают проход-
-Я-М ческую технику и технологии у ведущих мировых производителей. Значительная часть проходческих комбайнов приобретается с встроенными либо вынесенными пылеотсосами мокрого типа. Из-за отсутствия отечественных разработок длительный период не проводились технологические проработки их применения, нормативная база не гармонизирована с требованиями и возможностями современной техники. В статье рассмотрен опыт внедрения современных систем пылеотсоса и проблемы, возникающие в процессе их запуска и эксплуатации.
При интенсивной добыче угля наблюдается устойчивая тенденция к росту интенсивности пылеобразования. Происходит рост уровней запыленности в очистных и подготовительных выработках до уровней в 150-1100 мг/м3 и более. Повышенная концентрация пыли в рудничной атмосфере приводит к интенсивному осаждению пыли и переходу подготовительной выработки в пылевзрывоопасное состояние.
Основные системы обеспыливания, применяемые в горнодобывающей промышленности возможно разделить на две большие группы:
- пылеудаление путем смачивания или орошения, в которых частицы пыли смачиваются водным аэрозолем и осаждаются;
Рис. 1. Сопоставление эжекторного (слева) и традиционного орошения линии резания (справа)
- пылеудаление аспирационными системами, в которых пыль всасывается и осаждается (мокрым или сухим способом) в изолированном объеме.
Системы пылеподавления в режущих шнеках, режущих головках и непосредственно встроенные системы орошения в резцедержателях совершенствуются. Улучшаются системы подачи воды, ее диспергация. Применяются компьютерные технологии при расчетах линии резания, учитывающие параметры угля и комбайна. Это позволяет снизить дробление угля и уменьшает пылеобразование. Применяется эжекторное орошение. В этом случае водновоздушный туман с большой скоростью выходит из форсунки, располагаемой над камерой смешивания. В камере происходит смешивание засасываемого пыльного воздуха и тумана. Водный аэрозоль обволакивает весь режущий орган (рис. 1), предотвращает ис-кообразование, а также резко снижает пылеобразование [1].
Кроме систем орошения, пылеулавливание является способом, предложенным для борьбы с пылью в очистных и подготовительных выработках. На уровне общей постановки задачи схемных и эскизных решений пылеулавливающие установки рассматриваются более 30 лет [2, 3, 4], предполагалось их широкое использование при разработке пластов V - VIII групп пыльности в составе оборудования выемочных комбайнов, а также в качестве обязательного компонента всех проходческих комбайнов.
Рис. 2. Схема нагнетательно-всасывающего проветривания
Производительность (по воздуху) пылеулавливающих установок Qотс предложена как функция кратности отсоса воздуха, исходя из конструкции комбайна (наличия пылеоградительных щитков). В этих условиях Qотс составляла 0,15 0,8 от подачи воздуха в лаву.
В соответствии с [2, 3] при проведении выработок проходческими комбайнами рекомендуется применять нагнетательно-всасывающий способ проветривания с применением пылеотсасывающих установок (рис. 2).
По схеме (рис. 2) предполагалась установка в нагнетательном трубопроводе на расстоянии 3-5 м от пылеулавливающей установки в сторону забоя воздуховыпускного клапана, через который основная часть воздуха (65-75%) должна выпускаться в выработку и поступать к забою. Пылеотсасывающая установка располагается на расстоянии 30-50 м от забоя выработки. Она включается только при работе комбайна.
Расход воздуха в нагнетательном трубопроводе перед воздуховыпускным клапаном Q3 п должен быть больше или равен 1,2 Qз.п., где Qз.п. - расход воздуха, определяется по формуле:
100 • I
ҐЛ _ ___________зж
Qз.п. С-С (1)
где С, С0 - соответственно концентрации метана, допустимая и поступающая со свежей струей; 1зж - метановыделение на призабойном участке, м3/мин.
(2)
Рис. 3. Схема нагнетательно-всасывающего проветривания, (вариант фирм «Сандвик - Ферст-Альпине», Австрия и CFT, Германия)
Расход воздуха через воздуховыпускной клапан Q&к принимается (0,65-0,75) от Qзж, а подача пылеулавливающей установки Qп.y = 1,2Qз.n.. При этом должны выполняться условия:
Q1 > Q ■
г^з.п. — х-'П.у. ’
&.к. > 155;
При кажущейся простоте данная схема длительный период не обеспечивалась набором технологического оборудования, не устранен ряд недостатков, затрудняющих ее практическое применение:
1. Схема не увязана с технологией проведения выработки, имеет «статический» характер, не содержит элементов, обязательных при ее запуске в работу в составе высокопроизводительного проходческого забоя: накопителей гибких вентиляционных труб (кассетного типа); армированных труб на стороне всасывания; спе-
циальных выдувных секций (ротационного или щелевого типа) в жестком или гибком исполнении.
Рис. 4. Встроенная система пылеотсоса и нагнетательно-всасывающего оборудования на комбайне фирмы «Сандвик», Австрия
2. Схема не рассматривает проветривание «застойной зоны» 35 метров между воздуховыпускным клапаном и выхлопом пылеотсоса ^нз). Без наличия специальных технологических решений выдержать данное расстояние в указанных величинах достаточно трудно. Во всех случаях появляется дополнительный источник опасности и контролируемый параметр Lнз;;
3. Схема крайне неустойчива в реальных условиях, в процессе подвигания оборудования должны соблюдаться сложные условия расположения линии всасывания и нагнетания, а также производительности вентиляторов.
В области промышленного внедрения аспирационных систем схема (рис. 2) преобразована к виду, представленному на рис. 3, а характерный состав промышленной реализации системы пылеотсо-са с основными технологическими элементами приведен на рис. 4.
В приведенном на рис. 4 оборудовании приведены элементы: 1
- всасывающий вентилятор пылеотсоса; 2 - пылеуловитель мокрого типа с шламоотстойником; 3 - гибкие армированные вентиляци-
онные трубы; 4 - жесткие всасывающие короба, встраиваемые в конструкцию комбайна; 5 - самоподвигающаяся конечная секция нагнетательного трубопровода; 6 - воздуховыпускное щелевое устройство; 7 - накопитель гибкой вентиляционной трубы с эффектом самонаращивания.
Применение высокопроизводительного оборудования в РФ до настоящего времени не организовано на промышленном уровне. Поставки ряда пылеотсосов на протяжении последних 10 лет сопровождались противоречивыми требованиями отечественных нормативов. Кроме этого, все поставленные аспирационные установки пылеудаления имели значительное количество недоработок, потребовавших значительных усилий по их переработке в 20072008 годах.
В соответствии со стратегией Компании ОАО «СУЭК» приобретаемая мощная проходческая техника оснащается системами пылеподавления (орошения) и пылеотсоса. Нагнетательно-всасывающая схема вентиляции в этом случае преобразуется к виду (рис. 5). Для шахт Ерунаковского месторождения поставлены и прошли опытно-промышленный запуск системы пылеудаления на комбайнах Джой 12СМ30 со встроенным пылеотсо-сом (рис. 6).
Применение систем пылеотсоса в указанных вариантах (рис. 4, рис. 6) позволило реализовать следующие технические проблемы:
• самоподвигание (подвигание совместно с комбайном) всех составляющих системы пылеотсоса (пылеуловитель, вентилятор, всасывающая система трубопроводов и управляющих элементов);
• регулируемая нагнетательно-всасывающая система вентиляции за счет возможности регулирования угла установки рабочих лопаток на вентиляторе пылеотсоса (25,0; 30,0; 32,5 град.);
• поддержание фиксированного (около 1 м) минимального расстояния от всасывающих отверстий короба до места разрушения угля при расположении короба на стреле исполнительного органа комбайна;
• частичная аэродинамическая изоляция призабойного пространства с уменьшением выноса пыли в рабочую зону;
• удаление пыли из атмосферы системой сеток и пылеуловителей в шламоотстойник и далее за пределы выработки (рабочей зоны).
Рис. 5. Нагнетательно-всасывающая схема проветривания для встроенного в комбайн пылеотсоса
її' “л.
Рис. 6. Встроенная система пылеудаления на комбайнах Джой 12СМ30: 1 - всасывающие регулируемые отверстия; 2 - жесткий короб трубопровода с узлом перемещения исполнительного органа по вертикали; 3 - узел форсунок и пылеотделительных сеток; 4 - туманоуловитель; 5 - вентилятор; 6 - блок рабочих лопаток вентилятора, 7 - глушитель шума и направляющее устройство обеспыленного воздуха, 8 - шламоотстойник
Регулирование производительности всасывающего вентилятора осуществляется на основе его напорных характеристик (рис. 7), аэродинамические характеристики всей системы пылеотсоса получены в шахтных условиях (табл. 1).
При внедрении пылеотсосов в рабочей зоне добавляется дополнительный источник профессиональной вредности - шум от всасывающего вентилятора.
По действующей в РФ классификации условий труда [5,6] степень вредности при профессиональном контакте с аэрозолями фиброгенного действия (АПФД) определяют исходя из фактических величин среднесменных концентраций и кратности превышения среднесменных ПДК (табл. 2).
Исходя из табл. 2, условия труда при наиболее неблагоприятном содержании в воздухе угольной пыли с концентрацией более 10 ПДК (более 100 мг/м3) относятся к классу 3.4, а при эквивалентном уровне звука более 115 дБА [5,6] рабочее место относиться к классу 4 и подлежит реконструкции. Поэтому внедрение аспираци-онных систем обеспыливания приводит к решению задачи оптимизации условий труда по нескольким вредным факторам, основные из которых - это пыль и шум.
185
Таблица 1
Аэродинамические параметры системы пылеотсоса
№ им Угол разворота рабочих лопаток, град. О Производитель- ность, м3/сек Аэродинамическое сопротивление, кМ Уровень шума, дБА Примечания
1 - 2400 8,5 3,32180 106 По контракту
2 25 1200 5,8 (по напорной характеристике) 3,56718 107 - 118 Стендовые замеры производителя
3 32,5 1000 9,0 - 11,5 (чашечным анемометром) 0,826446 -1,234568 122 - 127 (116-121)* Замеры в шахтных условиях
Таблица 2
Классы условий труда в зависимости от кратности превышения ПДК пыли
Класс условий труда
Аэрозоли Допусти- мый Вредный Опасный
2 3.1 3.2 3.3 3.4 4
Высоко- и умеренно фиброгенные АПФД *; пыли, содержащие природные (асбесты, цеолиты) и искусственные (стеклянные, керамические, углеродные и др.) минеральные волокна < ПДК 1,1 - 2,0 2,1 - 4,0 4,1 -10 > 10
Слабофиброгенные АПФД ** < ПДК 1,1 - 3,0 3,1 - 6,0 6,1 -10 > 10 -
*Высоко- и умеренно фиброгенные пыли (ПДК < 2 мг/куб.м). ** Слабофиброгенные пыли (ПДК > 2 мг/куб. м)._________
В августе 2008 проведены работы по запуску пылеотсоса комбайна 12CM30(JM6711) в эксплуатацию при проведении комбайном конвейерного ствола шахты «Котинская».
Основные результаты:
1. Пылеотсос комбайна 12СМ30 по основному производственному параметру является работоспособным оборудованием и удаляет 85-92% пыли. При работе пылеотсоса на рабочем месте машиниста комбайна уровни запыленности составляют 10,6-36,6 мг/м3 при уровнях запыленности без пылеотсоса 123-188 мг/м3.
2. Внедрение аспирационных систем обеспыливания приводит к необходимости оптимизации условий труда по нескольким вредным факторам, основные из которых - это пыль и шум. Уровень шума на рабочих местах машиниста и операторов крепи (ан-кероустановщиков) могут превышать нормативы РФ. Это требует проектных решений по шумоподавлению, а также приобретение наушников в исполнении «на каску» с акустической эффективностью 25-27 дБА.
3. При эксплуатации комбайнов с пылеотсосом необходимо учитывать габариты центрального воздуховода, проводить согласование производительности форсунок с объемами подаваемого воздуха, отрабатывать схему оперативного изменения угла установки рабочих лопаток вентилятора как средство регулирования подачи, ряд других проблем.
------------------------------------------ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Крумменауэр Э., Баструкк М. Оптимизация производительности и безопасности в угольном очистном забое при помощи очистных комбайнов со шнековым исполнительным органом. Уголь, 2008 № 7, с. 19-21.
2. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт, МакНИИ, 1989 г., 312с.
3. Руководство по борьбе с пылью в угольных шахтах. М., «Недра», 1979.
320с.
4. Lebecki K. Zagrozenia pyfowe w gornictwie / Glowny Instytut Gurnictwa, Katowice, 2004, -399 с.
5. Р 2.2.2006-05 "Руководство по гигиенической оценке факторов рабочей среды и трудового процесса. Критерии и классификация условий труда".
6. СанПиН 2.2.3.570-96. Гигиенические требования к предприятиям угольной промышленности и организации работ. Утверждены и введены в действие Постановлением Госкомсанэпиднадзора России от 31.10.1996 № 44.
Romanchenko S.B., Kosterenko V.N., Makeeva D.O.,
Dremov A.V.
TECHNOLOGICAL PROBLEMS OF INDUSTRIAL INTRODUCTION OF MINE ATMOSPHERE DEDUSTING SYSTEMS
Merits and demerits of main ways and means of dust control in coal mine’s drifting faces are considered. Analysis offorced-draft-absorbing ventilation schemes is given (Austrian and German tunneling machines case study). The results of practical use of perspective schemes of dust extraction on tunneling machines Joy 12CM30 are given.
Key words: dust coal, tunnel combines, airing schemes, irrigation, dust collecting, dust sucker, methane, regulation.
— Коротко об авторах ------------------------------------------------------
Романченко С.Б. - кандидат технических наук, Сибирская угольная энергетическая компания ОАО «СУЭК»,
Костеренко В.Н. - начальник управления ОАО «СУЭК»,
Макеева Д.О. - соискатель,
Дремов А.В. - аспирант,
Московский государственный горный университет,
Moscow State Mining University, Russia, [email protected]
