Міністерство праці та соціальної політики України

Національний науково-дослідний інститут охорони праці

Мірошниченко Наталія Сергіївна

УДК 331.452

розробка методу контролю параметрів газових викидів

промислових вибухів у кар'єрі

05.26.01 - Охорона праці

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2002Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному науково-дослідному інституті охорони праці Міністерства праці та соціальної політики України.

Науковий керівник - доктор технічних наук, старший науковий співробітник

Крівцов Микола Васильович,

Національний науково-дослідний інститут охорони праці,

завідувач лабораторії

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Бересневич Петро Васильович

Криворізький технічний університет, завідувач кафедри

теплогазопостачання, вентиляції та охорони навколишнього середовища

кандидат технічних наук

Теличко Костянтин Едуардович

Національний технічний університет України “КПІ”,

доцент кафедри охорони праці та довкілля

Провідна установа: Український державний науково-дослідний інститут

безпеки праці та екології в гірничорудній і металургійній промисловості (НДІБПГ), м. Кривий Ріг.

Захист відбудеться 17.06.2002 р. о 14 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.802.01 у Національному науково-дослідному інституті охорони праці за адресою: 04060, Київ-60, вул. Вавилових, 13.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного науково-дослідного інституту охорони праці: 04060, Київ-60, вул. Вавилових, 13.

Автореферат розіслано 16.05.2002 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

кандидат технічних наук, доцент Ковтун І.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Людина має право на безпечні та нешкідливі умови праці, що регламентовано законом “Про охорону праці”. Кожне підприємство в державі повинно дотримуватись вимог законодавства. Найгостріше питання з охорони праці стоять у гірничій промисловості, де газові викиди (ГВ), що утворюються під час вибухів вибухових речовин (ВР), значно забруднюють атмосферу кар'єрів шкідливими газами.

У гірничодобувній промисловості України за рік використовується понад 100 тис. т. вибухових матеріалів. При цьому в атмосферу викидається до 100 млн. м3 газів, у тому числі, близько 10 млн. м3 шкідливих. Таке зосередження газів в атмосфері небезпечне для здоров'я працюючих у кар'єрах, яких в Україні налічується понад 70 тисяч чоловік. Зважаючи на вищесказане, задача дослідження процесу утворення і поширення ГВ від промислових вибухів ВР та визначення кількісного і якісного складу ГВ є актуальною на даному етапі розвитку гірничої справи. У зв'язку з цим, значний науковий і практичний інтерес становить розробка оперативного методу контролю параметрів ГВ промислових вибухів у кар'єрі.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана автором згідно з Національною програмою поліпшення стану безпеки, гігієни праці та виробничого середовища на 1996-2000 роки, затвердженою постановою Кабінету Міністрів України від 02.11.96 № 1345 і науково-дослідної роботи (НДР) Національного науково-дослідного інституту (НДІ) охорони праці “Дослідження та розробка безпечних технологій проведення вибухових робіт з використанням безтротилових вибухових речовин”, № ДР 0196И006647. У НДР автором, як виконавцем, запропоновано метод контролю параметрів газових викидів, обґрунтовано методику вимірювань та досліджено безпеку безтротилових вибухових речовин з точки зору виділення загальної кількості продуктів детонації в результаті вибухового перетворення ВР і, зокрема, діоксиду азоту, як найбільш стійкого і шкідливого газу.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є розробка дистанційного методу контролю параметрів газових викидів промислових вибухів на основі дослідження процесу утворення і поширення газових викидів від вибухів ВР за кольором у видимому діапазоні хвиль для оцінки загазованості атмосфери кар'єру.

Досягнення поставленої в роботі мети здійснене вирішенням наступних задач:

1. Встановлення умов визначення параметрів ГВ на основі дослідження процесу утворення і поширення ГВ від вибухів ВР у кар'єрах.

2. Розробка методики аналізу відеозображень газових викидів промислових вибухів у кар'єрі.

3. Розробка дистанційного методу контролю параметрів газових викидів промислових вибухів у кар'єрі.

4. Дослідження загазованості атмосфери кар'єру газовими викидами від промислових вибухів ВР і використання розробленого методу в промислових умовах.

Об'єктом дослідження є газові викиди, які утворюються під час промислових вибухів ВР.

Предметом дослідження є параметри ГВ промислових вибухів ВР у кар'єрі.

Методи дослідження. В роботі використано аналітичний апарат теорії імовірності і математичної статистики для аналізу результатів перевірки методу контролю параметрів газових викидів, теорії колориметрії для оцінки концентрації діоксиду азоту в ГВ, теорії молекулярної оптики для аналізу поширення світла в ГВ, фізичного моделювання і експериментів у кар'єрах для підтвердження прийнятих припущень.

Наукова новизна одержаних результатів полягає у тому, що

· дослідженнями процесу утворення і поширення газових викидів від вибухів ВР показано, що ГВ доцільно реєструвати у видимому діапазоні довжин хвиль і встановлено, що фіксувати об'єм сформованих ГВ доцільно на етапі їх формування, визначати концентрацію діоксиду азоту - на етапах формування і розсіювання, а спостерігати за поширенням ГВ - на всіх етапах їх розвитку;

· вперше розроблено дистанційний метод контролю параметрів газових викидів промислових вибухів у кар'єрі, заснований на реєстрації ГВ відеокамерою і комп'ютерному аналізі отриманих відеозображень, для визначення концентрації діоксиду азоту та об'ємів діоксиду азоту і ГВ на різних етапах їх розвитку, який дозволяє досліджувати динаміку утворення і поширення ГВ;

· отримано закономірності загазованості атмосфери кар'єру ГВ від вибухів ВР різними типами зарядів, які визначають вплив способу закладання зарядів на параметри і динаміку поширення газових викидів у кар'єрі (вздовж борту кар'єру та на робочих місцях площадок уступів).

Практичне значення одержаних результатів полягає у розробці методу контролю параметрів газових викидів промислових вибухів у кар'єрі, для чого

· розроблено методику аналізу відеозображень ГВ промислових вибухів, що базується на визначенні їх кількісних та якісних параметрів за геометричними розмірами та коефіцієнтами ослаблення світла колірними параметрами ГВ;

· розроблено комплекс реєстрації та аналізу відеозображень ГВ, на який отримано патент України № 34663 А “Пристрій вимірювання газів”.

· розроблено методику оцінки часу розсіювання ГВ від вибухів ВР до концентрації діоксиду азоту, яка дорівнює граничнодопустимій (ГДК) у різних точках робочої площадки уступу на основі даних про динаміку поширення ГВ.

Метод застосовано в кар'єрах підприємств “Украгровибухпром” та Полтавського ГЗКа (акт від 19.04.00 № 2-00 та акт від 14.04.00 № 1-00), результати вимірювань використано технічними відділами цих підприємств для практичного використання та в НДР Національного НДІ охорони праці за 1996 - 2000 роки “Дослідження та розробка безпечних технологій проведення вибухових робіт з використанням безтротилових вибухових речовин” № ДР 0196И006647 (акт від 25.01.01 № 3-01).

Особистий внесок здобувача в роботи, які опубліковані в співавторстві, полягає: у статті [1] - у виборі методу контролю газового складу продуктів розкладу вибухових речовин у промислових умовах; у статті [4] – в обґрунтуванні методу контролю газового складу продуктів розкладання вибухових речовин за аналізом кольору хмари; у статті [5] - у розробці методу оцінки забруднення атмосфери кар'єру від промислових вибухів; у статті [6] - у розробці методики визначення об'єму діоксиду азоту та пилогазової хмари під час проведення вибухових робіт у кар'єрі методом відеометрії; у статті [7] - у розробці методики визначення часу розсіювання пилогазової хмари до концентрацій діоксиду азоту, що дорівнюють ГДК; у статті [8] - у розробці блоків пристрою вимірювання газів; у статті [9] - в оцінці викидів двоокису азоту під час вибухів.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень за темою дисертації доповідались і були схвалені на семінарах лабораторії безпеки технологічних процесів і засіданнях вченої ради Національного НДІ охорони праці (1997-2002 рр., м. Київ), на науково-технічній конференції "Проблемы создания новых машин и технологий" (17-19 травня 1999 р., м. Кременчук); на міжнародній конференції "Przemysl wydobywczy - terazniejszosc i przyszlosc" (грудень 1999 р., м. Краків, Польща), на міжнародній науково-технічній конференції "Проблеми створення нових машин і технологій" (листопад 2001 р., м. Кременчук).

Публікації. Основні результати дисертаційної роботи опубліковані в 8 статтях в наукових журналах, збірниках наукових праць, матеріалах конференцій та 1 патенті на винахід.

Структура і об'єм роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох розділів, додатків, викладених на 131 сторінці машинописного тексту, містить 24 рисунка, 19 таблиці, 5 додатків на 26 сторінках та список використаних джерел зі 100 найменувань.

основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету та задачі дослідження, визначено наукову новизну та практичну цінність одержаних результатів.

У першому розділі наведено аналіз стану досліджень загазованості атмосфери кар'єрів та методів її контролю.

Детальний аналіз ГВ, які утворюються під час проведення основних технологічних процесів у кар'єрі, показав, що значну роль в загазованості атмосфери відіграють ГВ від масових вибухів. Тому оцінка впливу ГВ промислових вибухів на загазованість атмосфери кар'єру є актуальною задачею.

Основні результати досліджень ГВ і вимірів їх кількісного та якісного складу наводяться в працях Бересневича П.В., Єфремова Е.І., Михайлова В.А., Назарова И.М., Россі Б.Д., Гуріна А.О., Ткачука К.Н., Вовка А.А., Коміра В.М., Крівцова М.В., Зберовського О.В., Світлова Б.Я. та інших.

Аналіз праць з даної тематики свідчить, що під час промислових вибухів у значних кількостях утворюються оксид вуглецю і окисли азоту, але найбільш токсичним з'єднанням з них є діоксид азоту. Тому під час контролю загазованості атмосфери кар'єру слід особливу увагу приділяти діоксиду азоту та його розповсюдженню в атмосфері кар'єру.

Існуючі дані про склад та кількість шкідливих газів, які утворюються під час вибуху, показали, що ці питання вивчалися як у лабораторних, так і в промислових умовах.

На жаль, дані, отримані в лабораторних умовах, мають великі похибки, що знижує цінність цієї інформації. Дані вимірів, проведених безпосередніми методами у промислових умовах, дуже важливі, але дають лише уявлення про реальний об'єм ГВ та концентрацію діоксиду азоту в них. Це пов'язано з малою оперативністю існуючих методів, а також локальним характером самих вимірювань. Такий стан вимірювань газів створює невизначеність в умовах роботи людей, що призводить до негативного впливу на здоров'я працюючих у кар'єрі, та створює передумови появи профзахворювань у промислових зонах гірничодобувних регіонів. Саме тому проведення досліджень впливу газових викидів промислових вибухів ВР на загазованість атмосфери кар'єру є важливою задачею.

Нормативно-правові акти з охорони праці вимагають контролювати вміст газових викидів в атмосфері кар'єру, і цей контроль проводиться за допомогою вимірювань на робочих місцях безпосередніми методами. Отримуваних даних недостатньо для одержання повної картини загазованості атмосфери кар'єру, оскільки вони дають обмежену інформацію щодо динаміки розповсюдження газових викидів та зміни концентрації шкідливих газів у часі. У зв'язку з вище сказаним необхідно контролювати об'єм ГВ, концентрації шкідливих газів у них, а також динаміку розповсюдження ГВ.

З літературних джерел виявлено та проаналізовано існуючі безпосередні та дистанційні методи дослідження ГВ у кар'єрі. Безпосередні методи базуються на відборі проб різними типами газоаналізаторів. Ці методи дають не повне уявлення про загальну загазованість атмосфери кар'єру, а також геометричні розміри та динаміку розвитку ГВ. Все це обмежує їх використання для досліджень ГВ промислових вибухів в атмосфері кар'єру.

Дистанційні методи розподіляються на спектрометричні та кінометричні. Спектрометричні методи визначають якісний склад шкідливих газів, але не дозволяють оперативно одержувати інтегральну оцінку їх концентрації у ГВ та допускають значні похибки під час вимірів. Кінометричні методи реєструють динаміку розвитку ГВ, але не дозволяють оцінювати якісний склад викидів. Таким чином, використання існуючих дистанційних методів для контролю ГВ промислових вибухів у кар'єрі пов'язано зі значними труднощами.

Недоліки перелічених вище методів зумовлені тим, що вони базуються на застарілій техніці реєстрації газових викидів та локальних вимірюваннях. У той же час останнє десятиріччя характеризується стрімким розвитком оптики, електроніки та інформаційних технологій, що створює передумови для їх застосування як засобів, що реєструють та аналізують ГВ. Поєднання цих напрямків для оцінки загазованості атмосфери кар'єру потребує дослідження процесу їх утворення та поширення і розробки на цій основі дистанційного методу контролю параметрів ГВ промислових вибухів.

У зв'язку з цим сформульовані вищевикладені мета дисертаційної роботи та задачі досліджень.

Другий розділ дисертації присвячено теоретичним дослідженням процесу утворення і поширення газових викидів від вибухів ВР.

Процес утворення та поширення ГВ промислових вибухів незалежно від типу ВР та методу підривання породи є динамічним. Аналіз спектру електромагнітних хвиль показав, що вимір параметрів ГВ, у тому числі і діоксиду азоту, доцільно проводити у видимому діапазоні довжин хвиль.

Встановлено, що ГВ від вибухів ВР проходять три етапи - зародження, формування і розсіювання. У процесі зародження ГВ до них разом із продуктами детонації ВР утягується пил, зміна кількості якого на різних стадіях існування ГВ визначає їх перехід з неоднорідного стану в однорідний. При цьому однорідні ГВ включають тільки гази, а неоднорідні складаються з газів та пилу.

Дослідженнями процесу утворення і поширення ГВ від вибухів ВР встановлено, що фіксувати об'єм сформованих ГВ доцільно на етапі їх формування, коли параметри ГВ стабілізуються. Визначати концентрацію діоксиду азоту можливо на етапах формування і розсіювання ГВ у залежності від кількості пилу в них, а спостерігати за динамікою розвитку ГВ необхідно на всіх етапах.

Для оцінки розмірів ГВ у роботі запропоновано апроксимувати їх форму відомими геометричними тілами, причому за критерії точності апроксимації приймати відповідність об'єму ГВ та геометричних тіл, а також близькість їх форм. Отримано вирази, що описують динаміку утворення і поширення ГВ.

Необхідною умовою дослідження ГВ у видимому діапазоні є їх освітленість. Процес проходження світла в газовому середовищі підкоряється закону Бугера-Ламберта:

, (1)

де Хвх, Хвих – інтенсивності світла на вході та виході в газове середовище; Косл – лінійний коефіцієнт ослаблення світла в газовому середовищі; l – глибина газового середовища, скрізь яку проходить світло.

Згідно з (1) інтенсивність світла на вході в газове середовище (Хвх) характеризує його освітленість, а інтенсивність світла на виході (Хвих) з середовища визначає здатність його дослідження за кольором.

Як відомо, світло, що проходить в оптично однорідних ГВ, ослаблюється за рахунок переважного поглинання. Ступінь ослаблення світла характеризується Косл, і для таких ГВ у роботі визначається виразом:

. (2)

Аналіз виразу (2) показує, що в однорідних ГВ (l № 0) з постійним і достатнім освітленням (0 < Хвх = const) зміна величини Косл залежить від інтенсивності світла на виході з ГВ, яка визначає їх колір. А колір однорідних ГВ залежить від концентрації діоксиду азоту. Виходячи з цього, концентрація діоксиду азоту в ГВ взаємозалежна зі значеннями Косл.

На етапі формування та частково розсіяння ГВ промислових вибухів є неоднорідними, причому при великій кількості пилу вони сильно замутнені, а при малій – слабко замутнені. Пил також може бути темним або світлим.

В сильно замутнених неоднорідних ГВ з темним пилом світло майже повністю поглинається (Косл = Ґ), при цьому, згідно з (1), . Визначити концентрацію діоксиду азоту у таких ГВ неможливо.

Як відомо, світло, що проходить в сильно замутнених неоднорідних ГВ із світлим пилом, ослаблюється за рахунок переважного розсіювання. Реєстрація концентрації діоксиду азоту за кольором при такому стані газових викидів неможлива, оскільки світло розсіюється від краю середовища. При цьому, світло в неоднорідних слабко замутнених ГВ, схема проходження якого наведена на рис. 1, послабляється за рахунок поглинання і розсіювання. Ослаблення світла в таких ГВ характеризується коефіцієнтом ослаблення світла (Косл), що залежить від коефіцієнтів поглинання (Кпог) і розсіювання (Крас). Визначати величину Косл неоднорідних слабко замутнених ГВ у роботі запропоновано виходячи з виразу:

, (3)

де Хвих.я.ф, Хвих.н.ф – відповідно інтенсивності світла на виході з ГВ, крізь які просвічуються яскравий і неяскравий фон; Хя.ф, Хн.ф – відповідно інтенсивності світла яскравого і неяскравого фону; lвид – глибина ГВ, крізь яку видно фон.

Аналіз виразу (3) показує, що в неоднорідних ГВ з достатнім для реєстрації освітленням (0 < (Хя.ф - Хн.ф) = const) зміна величини Косл залежить від інтенсивності світла на виході ГВ, яка визначає їх колір. Колір неоднорідних ГВ залежить від концентрацій діоксиду азоту та пилу. Виходячи з цього, концентрація діоксиду азоту в ГВ взаємозалежна зі значеннями Косл, однак для її визначення необхідно провести додаткові дослідження, що дозволять врахувати пил у ГВ.

Третій розділ присвячено розробці методу контролю параметрів газових викидів промислових вибухів.

Визначення величини Косл за виразами (2) і (3) вимагає виміру колірної інтенсивності ГВ за їх зображеннями. Зображення ГВ можуть реєструватися засобами, які фіксують хвилі в межах 380 – 780 нм. Вивчення цих засобів фіксації показало, що реєстрацію ГВ доцільно проводити відеокамерою.

Проведені в роботі дослідження виявили, що реєстрацію ГВ необхідно проводити з безпечних відстаней, регламентованих нормативними документами, двома відеокамерами під кутом 90°. При цьому обґрунтовано, що для збільшення точності вимірів і визначення масштабу зображень доцільно застосовувати калібрувальний та вимірювальний елементи розміром не менш 10% початкового поля зору відеокамери.

В роботі показано, що для одержання вичерпних даних про поширення ГВ в кар'єрі апаратура повинна розміщуватися згідно зі схемою, наведеною на рис.2.

Вивчення зображень ГВ показало, що обробку отриманих матеріалів доцільно виконувати в персональному комп'ютері (ПК), при цьому розрізнювальна спроможність їх запису повинна бути не менше 8 біт.

Проведений у роботі аналіз існуючих систем за критерієм максимальної швидкості обробки зображень ГВ при мінімальних витратах оперативної пам'яті ПК показав, що доцільно використовувати колірну систему RGB, яка розкладає світло на колірні параметри (червоний (R), зелений (G) і синій (B)) та дозволяє вимірювати їх інтенсивності.

Аналіз отриманого відеоматеріалу дозволив визначити кадри ГВ, які необхідні для визначення об'ємів ГВ та діоксиду азоту, а також зробити нормування кольорів на обраних зображеннях. Нормування кольорів здійснювалося за рахунок порівняння еталонного (ідеального) білого кольору калібрувальної таблиці і реального, отриманого на зображенні, що дало можливість одержати зображення, підготовлені до аналізу.

На основі проведених у другому розділі досліджень процесу утворення та поширення ГВ промислових вибухів у кар'єрі та отриманих при цьому виразів розроблено алгоритм аналізу динаміки розвитку і поширення ГВ за відеозображеннями, що дозволяє визначити об'єм ГВ і динаміку їх утворення та розповсюдження.

Оскільки лінійні коефіцієнти поглинання світла (Косл) у ГВ тісно зв'язані з концентрацією діоксиду азоту (), то аналіз відеозображень однорідних ГВ, отриманих з лабораторних експериментів, дозволив одержати залежності , наведені на рис. 3. Виходячи з цього розроблено алгоритм, що дозволяє визначати концентрацію та об'єм діоксиду азоту в однорідних ГВ.

Проведені виміри параметрів однорідних ГВ дали позитивні результати з довірчою імовірністю не нижчою Р = 0,95 при очікуваній похибці в інтервалі e = ± 10%, що свідчить про прийнятну вірогідність і точність результатів вимірів.

Викиди, що утворюються під час вибуху ВР, містять не тільки гази, але й пил, роблячи їх неоднорідними, тому під час визначення концентрації діоксиду азоту в ГВ промислових вибухів необхідно враховувати і цей факт.

Проведені дослідження відеозображень слабко замутнених неоднорідних ГВ показали, що на яскравому фоні (небі) світло сильніше поглинається, ніж розсіюється. При цьому найбільшому поглинанню піддається синій параметр світла (В). Базуючись на цьому факторі, в роботі встановлено, що при просвіті крізь ГВ яскравого фону (неба) та виконанні умови визначати концентрацію та об'єм діоксиду азоту у неоднорідних слабко замутнених ГВ, можливо аналогічно їх визначенню в однорідних ГВ. Ґрунтуючись на проведених дослідженнях, розроблено спеціальний алгоритм визначення концентрації та об'єму діоксиду азоту в неоднорідних ГВ. Спільне застосування розроблених алгоритмів складає методику аналізу відеозображень ГВ.

Базуючись на результатах теоретичних досліджень процесу утворення та поширення ГВ у кар'єрі, наведених у другому розділі, і на розробленій методиці аналізу відеозображень ГВ, сформульовано новий дистанційний метод контролю ГВ промислових вибухів ВР у кар'єрі, оснований на реєстрації ГВ промислових вибухів та аналізі їх відеозображень за колірними та геометричними параметрами для визначення концентрації діоксиду азоту і об'єму ГВ на різних етапах їх розвитку.

Метод контролю параметрів газових викидів промислових вибухів перевірено в кар'єрах різних гірничодобувних підприємств. Розбіжність даних, отриманих аналітичним і розробленим методами, для вибухів накладних зарядів ВР склала 9...16%, шпурових і свердловинних зарядів ВР - 9...50%, що дало підстави для використання цього методу при дослідженнях загазованості атмосфери кар'єру.

Четвертий розділ присвячено дослідженню впливу газових викидів від вибухів ВР на загазованість атмосфери вздовж борту кар'єру та на робочих місцях площадок уступів розробленим методом, використанню в промислових умовах і оцінці його техніко-економічної ефективності.

Дослідження впливу ГВ від вибухів ВР на загазованість атмосфери кар'єру проводилося в декількох напрямках. По-перше, досліджувався вплив домішок у ВР органічного походження з вмістом поверхнево активної речовини ПАР = 1…10% та однієї з домішок неорганічного походження - вуглецю С = 1...10%, заліза Fe = 1...28% або алюмінію Al = 1...16% на ГВ від вибухів накладних зарядів малощільних вибухових сумішей. При цьому виявлено, що мінімальному об'єму діоксиду азоту відповідає такий вміст у ВР органічної домішки ПАР = 6% і однієї з неорганічних домішок - С = 4...9%, Fe = 16...22% або Al = 9...13%.

По-друге, досліджувалася загазованість робочих місць на площадках уступів кар'єру ГВ, що утворюються під час вибухів накладних та шпурових зарядів ВР. При цьому була розроблена методика, за якою визначається час розсіяння ГВ до концентрації діоксиду азоту, що дорівнює ГДК. Ця методика опробувана на ГВ від вибухів накладних зарядів ВР та дала позитивні результати.

Дослідження даних про загазованість атмосфери кар'єру від вибухів равніх мас ВР підтвердили, що об'єм ГВ, які утворюються від вибухів шпурових зарядів, на 25...30% менше, ніж від вибухів накладних зарядів за рахунок частини газів, яка залишається в масиві під час вибуху. При цьому форма ГВ, утворених від вибухів накладних зарядів ВР, витягнута горизонтально, а від вибухів шпурових зарядів ВР - вертикально.

По-третє, досліджувався вплив поширення ГВ від вибухів свердловинних ВР на загазованість атмосфери вздовж борту кар'єру та на робочих місцях площадок уступів. Ґрунтуючись на проведених вимірах параметрів ГВ від вибухів свердловинних зарядів ВР встановлено залежності зміни концентрації діоксиду азоту у часі (рис. 4).

Аналіз цих залежностей показав, що в нижній частині ГВ (крива 2) концентрація діоксиду азоту більша, ніж у верхній (крива 3). Ця особливість розповсюдження діоксиду азоту пояснюється тим, що він важчий повітря і в процесі розсіювання мігрує в нижню частину викиду.

Під час підйому з нижніх уступів кар'єру ГВ загазовують повітря на робочих місцях працюючих, що створює для них несприятливі умови праці. Проведено дослідження розподілу загазованості повітря робочих місць на площадках уступів кар'єру на висоті 1,5 м, 3 м та 4,5 м і побудовано ізолінії концентрації діоксиду азоту, які показали, що зі збільшенням висоти над уступами кар'єру концентрація діоксиду азоту зменшується.

Дослідження загазованості повітря робочої площадки уступу на висоті 1,5 м під час проходження ГВ промислового вибуху підтвердили, що з наближенням до верхнього укосу уступу концентрація діоксиду азоту збільшується, і це пов'язано з застійними зонами, що утворюються під час виносу ГВ. Виходячи з цього, час розсіяння ГВ на робочих місцях біля нижньої частини верхнього укосу уступу, що примикає до робочої площадки (у застійних зонах) значно більший, ніж біля верхньої частини нижнього укосу уступу. Цю особливість розподілення загазованості повітря робочої площадки уступу необхідно враховувати під час приведення атмосфери кар'єру до санітарно-гігієнічних норм.

Використання методу контролю газових викидів промислових вибухів проводилося в кар'єрах підприємств “Украгровибухпром” і “Полтавський ГЗК” під час масових вибухів свердловинних зарядів ВР, в результаті чого визначалися об'єми сформованих ГВ і діоксиду азоту.

Під час масових вибухів в кар'єрах “Полтавського ГЗКа” в якості ВР використовувалися: грамоніт 79/21 масою 15205 кг, гранулотол – 1375 кг і аквалол-20 – 55770 кг, загальна маса яких склала 72350 кг, а “Украгровибухпрома” - грамоніт 50/50 масою 6600 кг, порох РСИ 12 К – 13750 кг і аміачна селітра – 2750 кг, загальна маса яких склала 23100 кг. Під час вибухів зазначених ВР утворилися ГВ, час формування яких для “Полтавського ГЗКа” склав 65 с, а для “Украгровибухпрома” - 30 с. Об'єми сформованих ГВ та діоксиду азоту для “Полтавського ГЗКа” склали Vвим.ГВ = 5772869 м3, та = 180 м3 відповідно, а для “Украгровибухпрома” - Vвим.ГВ = 1825270 м3 та = 3,5 м3 відповідно. Відмінність даних, отриманих аналітичним та розробленим методами для “Полтавського ГЗКа” склала 25...50% а для “Украгровибухпрома” - 27%. Така відмінність результатів в обох випадках обумовлена тим, що теоретичні розрахунки не враховують ряд факторів, що впливають на виділення ГВ. При цьому розроблений метод, який використовує фактично виміряні параметри ГВ є більш точним.

Дані про об'єми ГВ та діоксиду азоту передані технічним відділам вказаних підприємств для практичного використання. Таким чином, використання розробленого методу в промислових умовах підтверджело можливість визначення об'єму ГВ та концентрації діоксиду азоту в них з необхідною точністю для вирішення практичних задач охорони праці і показало високу ефективність розробленого методу.

Розрахунковий умовний економічний ефект від застосування методу контролю параметрів газових викидів за рахунок зменшення витрат на нейтралізацію забруднення від викидів шкідливих газів, на прикладі масових вибухів свердловинних зарядів грамоніту 79/21 в кар'єрі підприємства “Полтавський ГЗК”, складає 91 тис. грн. на рік.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі вирішена актуальна науково-технічна задача розробки дистанційного методу контролю параметрів газових викидів промислових вибухів на основі дослідження процесу утворення і поширення газових викидів від вибухів ВР за кольором у видимому діапазоні хвиль для оцінки загазованості атмосфери кар'єру.

Основні наукові і практичні результати зводяться до наступного:

1. Існуючі методи і засоби контролю параметрів газових викидів промислових вибухів у кар'єрі неефективні, що пояснюється використанням застарілої техніки реєстрації газових викидів і проведенням локальних вимірів. Це обумовлює обмеженість досліджень газових викидів промислових вибухів у кар'єрі. Тому розробка нового дистанційного методу контролю параметрів газових викидів для проведення досліджень загазованості атмосфери кар'єру є актуальною задачею.

2. Дослідженнями процесу утворення і поширення газових викидів від вибухів ВР встановлено, що ГВ доцільно реєструвати у видимому діапазоні довжин хвиль, при цьому фіксувати об'єм сформованих ГВ необхідно на етапі їх формування, визначати концентрацію діоксиду азоту - на етапах формування і розсіювання, а спостерігати за динамікою поширення ГВ - на всіх етапах їх розвитку. Встановлено, що концентрація діоксиду азоту має кореляційний зв'язок з кольором газових викидів, а для однорідних і слабко замутнених неоднорідних ГВ отримані залежності змінювання коефіцієнтів ослаблення світла від його інтенсивності.

3. Вперше розроблено методику аналізу відеозображень газових викидів промислових вибухів, що базується на визначенні їх кількісних та якісних параметрів за геометричними розмірами та коефіцієнтами ослаблення світла колірними параметрами газових викидів.

4. Ґрунтуючись на результатах теоретичних досліджень процесу утворення та поширення ГВ у кар'єрі та розробленій методиці аналізу відеозображень ГВ вперше сформульовано дистанційний метод контролю параметрів ГВ промислових вибухів у кар'єрі, який оснований на реєстрації ГВ відеокамерою і комп'ютерному аналізі їх відеозображень для визначення концентрації діоксиду азоту, а також об'ємів діоксиду азоту та ГВ на різних етапах їх розвитку, що дозволяє досліджувати динаміку утворення і поширення ГВ.

5. Експериментально встановлено, що мінімальний об'єм діоксиду азоту виділяється під час вибухів малощільних вибухових сумішей з введенням поверхнево активної речовини ПАР = 6% і однієї з неорганічних домішок – вуглецю С = 4…9%, алюмінію Al = 9…13% або заліза Fe = 16…22%. Визначено, що при рівних масах ВР від вибухів накладних зарядів виділяється на 25...30% ГВ більше, ніж від вибухів шпурових зарядів.

6. Розроблена методика, яка дозволяє оцінювати час розсіювання ГВ від вибухів ВР до концентрації діоксиду азоту, що дорівнює ГДК, в різних точках робочої площадки уступу на підставі даних про динаміку поширення ГВ. Визначено, що діоксид азоту в процесі розсіювання ГВ від вибухів свердловинних зарядів ВР мігрує в їх нижню частину викиду та встановлено, що загазованість повітря робочої площадки уступу змінюється за її шириною, причому з наближенням до верхнього укосу уступу концентрація діоксиду азоту збільшується за рахунок застійних зон.

7. Розроблений метод контролю параметрів газових викидів промислових вибухів використано в кар'єрах підприємств “Украгровибухпром” і “Полтавський ГЗК”, де він показав високу ефективність під час визначення параметрів ГВ. Розрахунковий умовний економічний ефект від застосування розробленого методу за рахунок зменшення витрат на нейтралізацію забруднення від шкідливих газів, на прикладі масових вибухів свердловинних зарядів грамоніту 79/21 в кар'єрі підприємства “Полтавський ГЗК”, складає 91 тис. грн. на рік.

Основні положення дисертації опубліковано в роботах:

1. Крівцов М.В., Мірошниченко Н.С. До обґрунтування вибору методу та засобів контролю газового складу продуктів розкладу вибухових речовин у промислових умовах // Проблеми охорони праці в Україні. – К.: ННДІОП. - 1998. - Вип.1. - С. 121-125.

2. Мірошниченко н.с. моделі оцінки концентрації двоокису азоту в газовій хмарі // Проблемы создания новых машин и технологий. - кременчуг: Кременчугский государственный политехнический институт. - 1998. - вып.2. - C. 243-246.

3. мірошниченко н.с. застосування відеозйомки для визначення концентрації двоокису азоту в пилогазовій хмарі при вибухах // Вісник НТУУ "кПІ". Серія “Гірництво”. – К.:НТУУ “КПІ”: ЗАТ “Техновибух”. – 1999. - вып.1. - С. 136-141.

4. Кривцов н.В., Мирошниченко Н.С. Разработка метода контроля газового состава продуктов разложения взрывчатых веществ для оценки производственной и экологической безопасности взрывных работ // проблемы создания новых машин и технологий. - Кременчуг: Кременчугский государственный политехнический институт. - 1999. - Вып. 1. - с. 448-452.

5. Крівцов М.В., Мірошниченко Н.С. метод оцінки забруднення атмосфери кар'єру від промислових вибухів // Проблеми охорони праці в Україні. – К.: НндіОп. – 1999. - Вип. 2. - С. 129-132.

6. Кривцов Н.В., Мирошниченко Н.С., Мирослав К. методика определения объемов диоксида азота и пылегазового облака при производстве взрывных работ в карьере методом видеометрии // Przemysl wydobywczy - terazniejszosc i przyszlosc. - Krakow, grudzien 1999. Wydzial gorniczy akademia gorniczo-hutnicza im. S. Staszica. Stowarzyszenie inzynierow i technikow gornictwa kolo zakladowe akademii gorniczo-hutnicza. - 1999. - P.195-200.

7. Кривцов н.В., Мирошниченко Н.С. Исследование пылегазовых выбросов в атмосфере карьера при проведении промышленных взрывов // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету: Наукові праці КДПУ. - Кременчуг: КДПУ. - 2001. - Вып. 2(11). - с. 348-350.

8. Патент 34663А Україна, МКИ G 01 J 3/46. Пристрій вимірювання газів / К.Н. Ткачук, М.В. Крівцов, Н.С. Мірошниченко (Україна).- №98126471; Заявл. 08.12.1998; Опубл. 15.03.01; Бюл. №2. - 5 с.

9. Кривцов н.В., Мирошниченко Н.С. Оценка и оперативный контроль выбросов двуокиси азота при проведении промышленных взрывов // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1999. №2-3. - с. 67-69.

АНОТАЦІЯ

Мірошниченко Н.С. Розробка методу контролю параметрів газових викидів промислових вибухів у кар'єрі. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.26.01 - Охорона праці. – Національний науково-дослідний інститут охорони праці Міністерства праці та соціальної політики України, Київ, 2002.

Дисертаційна робота присвячена питанням розробки методу контролю параметрів газових викидів (ГВ) промислових вибухів на основі дослідження процесу утворення і поширення ГВ від вибухів вибухових речовин (ВР) для оцінки загазованості атмосфери кар'єру.

В роботі досліджено процес утворення і поширення ГВ від вибухів ВР у кар'єрах і встановлено умови визначення параметрів ГВ, на основі чого визначені умови вимірювання об'єму сформованих ГВ, а також концентрації діоксиду азоту.

Для визначення вище зазначених величин розроблено дистанційний метод контролю параметрів газових викидів промислових вибухів у кар'єрі. На основі розробленого методу досліджено загазованість атмосфери кар'єру ГВ від промислових вибухів ВР та отримано залежності, що визначають вплив способу закладання зарядів на параметри і динаміку поширення газових викидів у кар'єрі (вздовж борту кар'єру та на робочих місцях площадок уступів).

Ключові слова: загазованість, охорона праці, газові викиди, атмосфера кар'єру, діоксид азоту.

АННОТАЦИЯ

Мирошниченко Н.С. Разработка метода контроля параметров газовых выбросов промышленных взрывов в карьере. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.26.01 - Охрана труда. – Национальный научно-исследовательский институт охраны труда Министерства труда и социальной политики Украины, Киев, 2002.

Диссертационная работа посвящена разработке метода контроля параметров газовых выбросов промышленных взрывов на основе исследования процесса образования и распространения газовых выбросов от взрывов ВВ для оценки загазованности атмосферы карьера.

На основе проведенного изучения существующих методов и средств контроля параметров газовых выбросов промышленных взрывов в карьере показано, что они неэффективны из-за использования устаревшей техники регистрации газовых выбросов и проведения локальных измерений. Это обуславливает ограниченность исследований газовых выбросов промышленных взрывов в карьере проводимых данными методами. Поэтому разработка нового дистанционного метода контроля параметров газовых выбросов промышленных взрывов для проведения исследований загазованности атмосферы карьера является актуальной задачей.

Исследованиями процесса образования и распространения газовых выбросов от взрывов ВВ показано, что ГВ бывают однородными и неоднородными и их целесообразно регистрировать в видимом диапазоне длин волн. При этом установлено, что фиксировать объем сформированных ГВ целесообразно на этапе их формирования, определять концентрацию диоксид азота - на этапах формирования и рассеяния, а наблюдать за динамикой распространения ГВ в атмосфере карьера - на всех этапах их развития.

Теоретические исследования однородных и неоднородных газовых выбросов показали, что концентрация диоксида азота имеет корреляционную связь с цветом газовых выбросов. При этом для однородных и слабо замутненных неоднородных ГВ получены зависимости изменения коэффициентов ослабления света от его интенсивности.

По проведенным исследованиям процесса образования и распространения ГВ от взрывов ВВ разработаны алгоритмы для оценки геометрических параметров ГВ, отслеживания динамики их развития, а также анализа видеоизображений однородных ГВ. На основе анализа видеоизображений ГВ, полученных в лабораторных условиях, разработан алгоритм, позволяющий определить концентрацию и объем диоксида азота в однородных ГВ.

Исследования видеоизображений слабо замутненных неоднородных ГВ показали, что при выполнении условия определять концентрацию и объем диоксида азота в неоднородных слабо замутненных ГВ, возможно аналогично их определению в однородных ГВ. Кроме того, разработан специальный алгоритм оценки концентрации и объема диоксида азота по анализу видеоизображений неоднородных ГВ. Совместное использование разработанных алгоритмов составляет методику анализа газовых выбросов промышленных взрывов по видеоизображениям.

Базируясь на результатах теоретических исследований процесса образования и распространения ГВ и на разработанной методике анализа видеоизображений ГВ, сформулирован метод контроля параметров ГВ промышленных взрывов в карьере. Данный метод основан на регистрации ГВ промышленных взрывов видеокамерой и анализе их видеоизображений по цветовым и геометрическим параметрам для определения концентрации диоксида азота и объема газовых выбросов на разных этапах их развития.

Проведена проверка метода контроля параметров ГВ промышленных взрывов, которая показала удовлетворительную сходимость результатов, полученных разработанным методом в сравнении с данными рассчитанными аналитическим методом.

В результате исследований влияния ГВ от взрывов ВВ на загазованность атмосферы карьера экспериментально установлено, что минимальный объем диоксида азота выделяется при взрывах малоплотных взрывчатых смесей с введением поверхностно активного вещества ПАВ = 6% и одной из неорганических добавок - углерода C = 4…9%, алюминия Al = 9…13 % или железа Fe = 16…22 %. При этом получено, что при равных массах ВВ от взрывов накладных зарядов ВВ выделяется на 25…30% ГВ больше, чем от шпуровых. А также замечено, что форма ГВ от взрывов накладных зарядов ВВ вытянута по горизонтали, а у шпуровых – по вертикали.

Разработана методика, позволяющая оценивать время рассеяния ГВ от взрывов ВВ до концентрации диоксида азота, равной ПДК, в различных точках рабочей площадки уступа на основе данных о динамике распространения ГВ, которая подтверждена на взрывах накладных зарядов ВВ.

Исследованиями загазованности атмосферы карьера определено, что диоксид азота в процессе рассеяния ГВ от взрывов скважинных зарядов ВВ мигрирует в нижнюю часть выброса. При этом установлено, что загазованность воздуха рабочей площадки уступа изменяется по ее ширине, причем с приближением к верхнему откосу уступа концентрация диоксида азота увеличивается за счет застойных зон.

Разработанный метод контроля параметров газовых выбросов промышленных взрывов использован в карьерах предприятий “Украгровзрывпром” и “Полтавский ГОК”, где он показал высокую эффективность при