МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

КРИВОРІЗЬКИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Кошик Юрій Йосипович

УДК 622.807:622.34

Розробка технології боротьби з пилом при перевезенні

гірничої маси залізничним транспортом

Спеціальність 05.26.01 – “Охорона праці”

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук

Кривий Ріг – 2003

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Криворізькому технічному університеті Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник:

доктор технічних наук, професор, Гурін Аркадій Олександрович, Криворізький технічний університет, завідувач кафедри рудничної аерології та охорони праці.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Бересневич Петро Васильович, Криворізький технічний університет, завідувач кафедри теплогазопостачання та вентиляції;

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Тищук Володимир Юрійович, Український державний науково-дослідний інститут безпеки праці та екології в гірничорудній і металургійній промисловості, завідувач лабораторії.

Провідна установа:

Національний гірничий університет, кафедра “Охорона праці” Міністерства освіти і науки України, м. Дніпропетровськ

Захист відбудеться ”19” грудня 2003 р. о 10 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 09.052.02 Криворізького технічного університету (50002, м. Кривий Ріг, вул. Пушкіна, 37).

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Криворізького технічного
університету (50002, м. Кривий Ріг, вул. Пушкіна, 37).

Автореферат розісланий ”14” листопада 2003 р.

Вчений секретар

спеціалізованої ради Г.Т. Фаустов

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Стан і актуальність роботи. Процеси видобутку залізної руди, її переробки і транспортування супроводжуються пилоутворенням і пиловиділенням. Повністю уловити й утилізувати цей пил поки що не вдається. Про це свідчать території промислових майданчиків, автомобільні шляхи і залізниці, що вкриті товстим шаром пилу.

Вітер, повітряні потоки, що виникають під час руху транспортних засобів, здіймають дрібні частинки гірничої маси з поверхні доріг, складів руди та ін., у результаті чого гірничими підприємствами України щорічно викидається в атмосферу десятки тисяч тонн рудного пилу. Концентрація пилу на промислових майданчиках гірничо-збагачувальних комбінатів (ГЗК) і шахт перевищує допустимі норми в кілька разів, що призводить до професійних захворювань робітників поверхневих цехів.

За даними Фонду соціального страхування, тільки в 2002 р. було зареєстровано 78 випадків професійних захворювань органів дихання (пиловий бронхіт і сидеросілікоз) у робітників поверхневих цехів гірничо-видобувних підприємств Кривбасу, що складає 60 % від усіх професійних захворювань.

Основними джерелами пиловиділення при відкритих залізничних перевезеннях гірничої маси є її просипи через щілини кузовів піввагонів або думпкарів та здування пилу з поверхні вантажу і залізничного полотна потоком повітря.

Як правило, просипається гірнича маса, що містить підвищену кількість дрібних фракцій, які частково формують пилову хмару навколо потяга, що рухається, або осідають на залізничному полотні.

Відповідно до існуючих міжнародних стандартів, гірничо-видобувні підприємства, які відвантажують свою продукцію (залізорудний концентрат, аглоруду та ін.), зобов'язані забезпечити персонал та довкілля від шкідливого впливу при її перевезенні, тобто звести пиловиділення до мінімуму. Однак, відомі способи закріплення поверхонь, що виділяють пил, засновані на використанні зрошення, протиерозійних покрить та ін., недостатньо ефективні, дорогі і складні при реалізації, особливо в зимовий період.

Таким чином, виникла нагальна потреба у вирішенні важливої і актуальної науково-технічної задачі із захисту персоналу та навколишнього середовища при залізничних перевезеннях гірничої маси шляхом розробки ефективних технологічних і екологічно чистих способів і засобів зменшення пиловиділення.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана відповідно до планів наукової роботи кафедри рудничної аерології та охорони праці Криворізького технічного університету, (тема -
№ держ. реєстрації 0102V003095) і “Комплексної програми створення ядерно-паливного циклу в Україні”, затвердженої постановою КМУ від 06.06.2001
№ 634-1.

Тема дисертації відповідає пріоритетному розвиткові науки і техніки “Екологічно чиста енергетика і ресурсозберігаючі технології” (Постанова Верховної Ради України від 16 жовтня 1992 року № 2705-XI).

Ідея роботи полягає в зниженні пиловиділення під час перевезення гірничої маси шляхом герметизації залізничних піввагонів тканинними відходами виробництва і змочування поверхонь, що виділяють пил, водним розчином природного бішофіту.

Мета роботи і задачі досліджень. Метою роботи є розробка ефективної і надійної технології боротьби з пилом під час перевезення гірничої маси залізничним транспортом.

Для досягнення поставленої мети вирішувалися наступні задачі:

- аналіз і оцінка способів і засобів боротьби з пилом при перевезенні гірничої маси в залізничних піввагонах і думпкарах;

- дослідження механізму просипів гірничої маси з транспортних машин;

- дослідження переміщення просипів гірничої маси під дією повітряних потоків;

- дослідження механізму здування пилу з поверхні гірничої маси, що транспортується в залізничних піввагонах і думпкарах;

- розробка способів і засобів зниження кількості просипів гірничої маси із залізничних піввагонів;

- розробка способів і засобів зниження кількості пилу, що здувається з поверхні гірничої маси, яка перевозиться у залізничних піввагонах і думпкарах.

Об'єктом досліджень є гірнича маса, що виділяє пил та перевозиться в думпкарах і піввагонах.

Методи досліджень. Для вирішення поставлених задач застосовувався комплексний метод досліджень, який включає: аналіз літературних джерел, методи теоретичного узагальнення з використанням теорій грубодисперсних систем, аерогазодинаміки, а також експериментальні дослідження в лабораторних і промислових умовах.

Наукові положення, що виносяться на захист.

1. Кількість просипів гірничої маси через щілини в транспортному засобі підкоряється експонентному закону, залежить від тривалості руху транспорту, розмірів щілин, фізико-механічних властивостей порід і може досягати 1,6 % маси вантажу. Більша частина просипів відбувається на території промислового майданчика в першу годину маневрування транспорту і містить до 88,5 % дрібнодисперсного пилу.

2. Кількість пилу, який здувається з поверхні гірничої маси під час перевезення, зі зменшенням її висоти в піввагоні знижується і при густині залізорудного концентрату с=3500 кг/м3, що утворює мінімальну висоту вантажу, у 3-5 разів менше, ніж при повному завантаженні ємності.

3. Змочування поверхні гірничої маси, що виділяє пил, перед її перевезенням, водним розчином природного бішофіту дозволяє протягом семи діб забезпечувати запиленість повітря за думпкаром чи піввагоном, що рухається, у межах санітарних норм при витраті бішофіту qб = 0,5ч3,0 ?г/м2 і швидкості руху потяга Vп = 12ч24 ?/с.

Наукова новизна отриманих результатів досліджень.

- Розроблено й обґрунтовано метод визначення кількості просипів гірничої маси через нещільності в залізничних піввагонах при її перевезенні, що дозволяє оцінювати питомі і валові викиди пилу на промислових майданчиках гірничих підприємств.

- Розроблено метод визначення дальності віднесення пилу при переміщенні просипів гірничої маси під впливом повітряного потоку, що дозволяє визначати концентрацію і дальність віднесення пилу під час руху залізничних піввагонів і думпкарів.

- Розроблено метод розрахунку швидкості випару водних розчинів солей з вологої гірничої маси, що дозволяє прогнозувати запиленість повітря біля доріг на різних етапах руху транспортних засобів.

- Встановлено закономірності здування пилу з поверхні гірничої маси при її перевезенні, що дозволяють визначати критичні швидкості вітру, при яких відбувається відрив і перенос пилинок різного діаметра і густини.

- Розроблено та обґрунтовано метод визначення кількості пилу, який здувається з поверхні гірничої маси, змоченої водним розчином природного бішофіту, при її транспортуванні в залізничних піввагонах і думпкарах, що враховує швидкість руху потяга і фізико-механічні властивості гірничих порід.

Наукове значення полягає в обґрунтуванні закономірностей пиловиділення і розробці способів і засобів боротьби з пилом під час перевезення гірничої маси залізничним транспортом.

Вірогідність наукових положень, висновків і рекомендацій підтверджується: коректністю постановки і вирішення задач; застосуванням сучасних методів теоретичного аналізу з урахуванням загальноприйнятих допущень; достатнім обсягом експериментів, проведених на атестованому устаткуванні і з використанням атестованих методик в акредитованій лабораторії; погодженістю результатів теоретичних та експериментальних досліджень.

Практичне значення отриманих результатів полягає у використанні теорії і методів боротьби з пилом при перевезенні гірничої маси, що дозволило розробити:

- спосіб герметизації днищ залізничних піввагонів відходами промислового виробництва;

- спосіб попереднього змочування водним розчином природного бішофіту пилуючої поверхні гірничої маси при перевезені в залізничних піввагонах і думпкарах;

- “Керівництво з боротьби з пилом під час перевезення гірничої маси в залізничних вагонах і думпкарах”.

Реалізація роботи. Спосіб і засоби з герметизації залізничних піввагонів тканинними відходами виробництва з метою зменшення просипів гірничої маси, а також спосіб попереднього змочування поверхні залізорудної продукції водним розчином природного бішофіту для зменшення пиловиділення при її перевезенні, впроваджені в підрозділах акціонерної компанії “Укррудпром”, Криворізького державного гірничо-металургійного комбінату “Криворіжсталь” (КДГМК “Криворіжсталь”) і Вільногірського державного гірничо-металургійного комбінату (ВДГМК).

Особистий внесок здобувача полягає у вирішенні науково-технічної задачі зменшення інтенсивності пиловиділення на промислових майданчиках гірничих підприємств під час перевезення гірничої маси шляхом розробки і впровадження способів і засобів боротьби з просипами руди і здуванням пилу. У роботах, написаних у співавторстві, особистий внесок полягає в: [1] - описі математичної моделі просипу гірничої маси; [2] – розробці методу розрахунку часу випару води з гірничої маси; [3] – визначенні критичних швидкостей повітря при зриві і віднесенні пилинок з поверхні гірничої маси, що транспортується; [4] – формулюванні ідеї закріплення водним розчином природного бішофіту; [5] – створенні методики експерименту та обробка результатів; [6] – обґрунтуванні основної ідеї винаходу і його описі.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідалися і були схвалені на Міжнародній науково-технічній конференції “Технологія безпеки регіонів і механіка вибухового руйнування гірничих порід” у м. Севастополь (2002 р.), на щорічних конференціях Криворізького технічного університету (2001, 2002, 2003 р.м.); на Науково-технічній раді Українського науково-дослідного і проектно-розвідувального інституту промислової технології
(2003 р.).

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 5 наукових праць у спеціалізованих журналах і збірниках наукових праць, що входять до переліку ВАК України, і отримано 1 патент.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, п'яти розділів, висновку, списку використаних джерел з 93 найменувань, має 129 сторінок машинописного тексту, 44 рисунки; 26 таблиць; 8 додатків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність досліджень, сформульовані мета і задачі досліджень, приведені основні наукові положення, визначені наукова новизна і практична цінність роботи.

В першому розділі виконано огляд робіт, присвячених проблемі боротьби з пилом при видобутку, переробці і транспортуванні гірничої маси на підприємствах вугільної, гірничорудної та металургійної промисловості. Вирішенню цієї проблеми присвячені роботи: Афанасьєва І.С., Бересневича П.В., Бешкето В.К., Бойка В.А., Буряка А.М., Вілкула Ю.Г., Гагауза Ф.Г., Голінька В.І., Гуріна А.О., Кіріна Б.Ф., Кременчуцького Н.Ф., Горланіва Г.М., Лапшина А.Є., Логачова І.М.,
Михайлова В.А., Нєдина В.В., Никифорова В.А., Романенка М.В., Слюсаренка В.Г., Ткаченка Н.А., Тищука В.Ю., Ушакова К.З., Шамцова В.І., Швидкого М.І., Шевельова Г.А., Янова А.П., Ярцева В.А., Яшина А.Ф. та інших вчених.

Використання запропонованих раніше наукових і технологічних розробок забезпечувало в практиці боротьби з пилом на гірничих підприємствах позитивні результати. Однак, під час перевезення гірничої маси в залізничних піввагонах і думпкарах запиленість повітря на промислових майданчиках гірничорудних підприємств і поблизу залізниць у багатьох випадках значно перевищує допустимі норми, а відомі способи боротьби з пилом не забезпечують нормальних умов праці.

Вивчення умов перевезення гірничої маси та аналіз літературних джерел, що характеризують сучасний стан проблеми у цій області, дозволив установити наступне:

- Основними джерелами пиловиділення під час перевезення гірничої маси залізничним транспортом є її просипи через щілини кузовів піввагонів і думпкарів, а також здування потоком повітря (вітром) пилу з поверхні вантажу і залізничного полотна.

- Піввагони, які використовуються для перевезення залізорудної продукції, не герметичні. Загальна площа щілин на дні одного піввагона досягає 0,029 м2, а ширина щілин – 0,03 м, що приводить до значних просипів дрібної фракції руди, що містить велику кількість дрібнодисперсного пилу. Зі збільшенням терміну служби піввагона розміри щілин збільшуються, а просипи сипучих вантажів зростають. Їхня загальна маса, в залежності від відстані перевезення, складає 0,1?1,74 % від маси вантажу. Існуючі способи і засоби герметизації піввагонів і думпкарів у промислових умовах вимагають невиправданих економічних і трудових витрат, не завжди відповідають екологічним вимогам і тому не знайшли широкого застосування в промисловості.

- Кількість пилу, який здувається з поверхні залізорудної продукції при перевезенні в піввагонах і думпкарах, за даними різних літературних джерел, може досягати 1,4 % від її маси. Механізм пиловиділення під час перевезення гірничої маси залізничним транспортом вивчений недостатньо, не визначена міра забруднення атмосфери пилом поблизу залізничного полотна, а розроблені способи і засоби закріплення поверхонь руди у піввагонах і думпкарах не застосовуються через їхню недосконалість і відсутність нормативної бази.

- Розглянуті роботи оцінюють просипи і здування пилу як втрату вантажу, а не як джерело пиловиділення.

За результатами аналізу сформульовані наведені вище задачі досліджень, рішення яких дозволяє досягти мети дисертаційної роботи.

В другому розділі викладено матеріали досліджень динаміки пилу при просипах гірничої маси через щілини в залізничному транспорті під час його руху. Встановлено, що шматки залізної руди мають розміри від 0 до 150 мм, тому після завантаження піввагона (думпкара) спочатку просипаються всі шматки гірничої маси, розмір яких менше розмірів щілини, а шматки з великими розмірами затримуються. Щілини згодом зменшуються в розмірі і, зрештою, закриваються. Під час руху піввагона з прискоренням або уповільненням вантаж зміщується, щілини відкриваються, і просипи знову збільшуються. При цьому великі шматки частково стираються, що приводить до додаткового виділення дрібного пилу, який просипається через щілину.

Для математичного опису процесу прийнято гіпотезу порціонного витоку просипів, а для виявлення факторів впливу на процес і одержання емпіричної формули застосовано методи математичної статистики.

Сумарна маса просипів m через щілину за час t руху транспортного засобу визначається по формулі:

, г, (1)

де ? – густина гірничої маси, кг/м3; V – швидкість витікання гірничої маси, м/с; W0 – площа щілини, м2; б – ?остійна, залежна від природи часток гірничої маси, що просипаються; КП - коефіцієнт, що враховує спосіб навантаження гірничої маси (екскаваторний або конвеєрний).

Більша частина просипів гірничої маси відбувається на початку руху піввагона, тобто на території промислового майданчика і поблизу гірничовидобувного підприємства.

Просипи гірничої маси містять велику кількість пилу. Вміст у просипах аглоруди найбільш силікозонебезпечного пилу (d?100 мкм) складає 18,4 %, а у просипах залізорудного концентрату – 88,5 %. Дрібний пил виноситься повітряним потоком, що виникає під піввагоном під час його руху, у навколишню атмосферу.

При відсутності вітру частинка пилу буде осідати на землю зі швидкістю

(2)

де ? – густина повітря, кг/м3; сч – густина часточок гірничої маси, кг/м3;
g – прискорення вільного падіння, м/с2; м – ?'язкість повітря, Н·с/м2; R – радіус падаючих часточок гірничої маси, мкм.

Під дією вітру пилинки діаметром < 50 мкм будуть відноситися на значні відстані від залізничного полотна (рис. 1), забруднюючи навколишнє середовище. Пил з більшими частинками осідає на залізничне полотно.

Рис. 1. Дальність віднесення пилинок (lпв) різного радіуса (R) при різних швидкостях потоку повітря (Vп)

В третьому розділі наведено результати досліджень динаміки пилу при обдуванні потоком повітря відкритої поверхні гірничої маси в транспортному засобі.

Найважливішими параметрами, що визначають інтенсивність пиловиділення, є вологість гірничої маси і швидкість повітряного потоку, який її обдуває під час перевезення.

В суху погоду вода з гірничої маси випаровується за час

(3)

де ?р – вологість гірничої маси (руди), долі одиниці; nв – число молекул води в 1,0 см3 води; h – товщина шару гірничої маси, см; д – висота над поверхнею гірничої маси, де концентрація молекул води зменшується у два рази, см; ?п – відносна вологість повітря, долі одиниці; ? – довжина вільного пробігу молекули, см; n – число молекул води в 1 см3 повітря; VМ – швидкість руху молекули води, см/с;

(4)

К – постійна Больцмана, Дж/К; Т – абсолютна температура повітря, K;
Ат – молекулярна маса води, моль.

Наприклад, при змочуванні поверхні гірничої маси водою (?р=0,2) і відносної вологості повітря ?п=0,5 вода цілком випарується з верхнього шару гірничої маси товщиною h=1,0 см через tв=2,8 год. Теоретичні дослідження показують, що змочування поверхні гірничої маси рідиною з великою молекулярною масою дозволить значно збільшити час випару. Для тих же умов, якщо змочування зробити насиченим водним розчином природного бішофиту, tв=6-7 діб.

Під дією зустрічного потоку повітря пилинки зриваються з поверхні гірничої маси. На пилинку, що лежить на поверхні, діють сили ваги, аутогезії, тертя, лобового опору і підйому. Критична швидкість повітря, при якій відбувається відрив пилинок, що лежать на поверхні руди повністю завантаженого піввагона, дорівнює:

(5)

де d – діаметр пилинки, м; kс – коефіцієнт зчеплення пилинок; f – коефіцієнт тертя гірничої маси; Cy, Cx – коефіцієнти лобового опору.

На рис. 2 наведений графік залежності критичної швидкості повітря Vв від діаметра пилинок d, який показує, що при швидкостях вітру (руху потяга) від
5,0 до 25,0 м/с і вологості гірничої маси ?р=0,05 зриваються пилинки діаметром до 80 мкм. Зірвані з поверхні гірничої маси, що транспортується, пилинки несуться повітряним потоком з мінімальною несучою швидкістю:

(6)

Рис. 2. Залежність критичної швидкості повітря (VВ), при якій відбувається відрив пилинок з поверхні гірничої маси від їх діаметра (d)

Залежність критичної несучої швидкості вітру Vп від діаметра пилинок d показана на рис. 3. Чисельні значення несучої швидкості вітру Vп значно менше швидкості вітру VВ, при якій відбувається відрив пилинок з поверхні гірничої маси, що свідчить про необхідність закріплення поверхонь, що виділяють пил, тому що уловити пил при його витанні набагато складніше, ніж удержати його на поверхні гірничої маси.

Рис. 3. Залежність критичної несучої швидкості повітря (Vп) від розмірів пилинок (d) для густини гірничої маси п = 2,7 г/см3 і п = 3,5 г/см3

Залізорудна продукція має густину понад 2500 кг/м3, тому піввагони завантажуються на 30-35 % ємності. Під час руху частково завантаженого піввагона в його незавантаженій частині виникають вихрові потоки повітря, які діють у певних напрямках, швидкість руху повітря над поверхнею гірничої маси знижується, що істотно впливає на кількість пилу, який здувається. Під час теоретичних і експериментальних досліджень установлено, що в неповністю завантаженому піввагоні з поверхні аглоруди здувається пилу в 3?5 разів менше, ніж у випадку його повного завантаження.

У роботі показано, що виникаюча під час руху піввагонів і думпкарів вібрація незначно впливає на величину просипів і кількість здутого пилу.

В четвертому розділі викладені результати експериментальних досліджень способу і засобів зниження інтенсивності здування пилу з поверхні гірничої маси, що транспортується в думпкарах і піввагонах. Найбільш технологічним, економічно вигідним і екологічно чистим способом зменшення пиловиділення під час перевезення гірничої маси є підтримка високої вологості її верхнього шару (рис. 4).

Рис. 4. Залежність питомої маси (m) віднесеного пилу з поверхні моделі думпкара (1) і залізничного піввагона (2) від вологості аглоруди () при швидкості повітряного потоку V = 12,5 м/с

З метою визначення ефективності закріплення поверхні, що виділяє пил при перевезенні аглоруди, під час проведення лабораторних досліджень її змочували водою, водним розчином природного бішофіту і гідрогелем, який знаходився в рідкій фазі.

Водний розчин природного бішофіту (MgCl26H2O) - гігроскопічний, пожежовибухобезпечний, не токсичний, має лікувальні властивості, відносно невелику вартість і низьку температуру замерзання (– 35,5оС). Родовища цього мінералу розробляються в Полтавській і Чернігівській областях.

Гідрогель складається з рідкого скла – 10-15 %; водного розчину природного бішофіту (з вмістом 300-330 г/л MgCl2) – 4-6 % і води – інше. При висиханні гідрогелю на поверхні гірничої маси утворюється захисна плівка, що при вологості повітря вище 70 % може протягом 3...4 діб використовуватися для закріплення поверхонь. При меншій вологості плівка розтріскується, а шматки, що утворилися, змішуються з гірничою масою від дії вібрації, яка виникає під час руху транспортного засобу. Розроблений склад гідрогелю захищений патентом України і може використовуватися для боротьби з пилом при різних технологічних процесах у гірничо-видобувній промисловості.

Порівняльні лабораторні дослідження зазначених речовин показали, що водний розчин природного бішофіту значно повільніше випаровується з аглоруди
(рис. 5). Завдяки високій гігроскопічності і великій молекулярній масі бішофіту за умови вмісту в ньому MgCl2 більш 300 г/л.

Рис. 5. Залежність питомої маси випаровування води (1), бішофіту (2) і гідрогелю (3) з аглоруди від часу перевезення

При низькій відносній вологості повітря водний розчин природного бішофіту віддає воду в атмосферу, при високій – поглинає її.

Вода і гідрогель не можуть використовуватися взимку. Низька температура замерзання бішофіту дозволяє використовувати його в будь-який час року, а наявність магнію сприятливо впливає на металургійний процес. Солі магнію на відміну від солей натрію і калію не руйнують футерування доменних печей.

Кількість пилу, який здувається з поверхні гірничої маси при її перевезенні залежить від витрати водного розчину природного бішофіту, швидкості повітряного потоку і тривалості руху потяга. Швидкість руху потяга, як правило, не перевищує 75 км/год (20,8 м/с), а максимальна тривалість перебування вантажу в дорозі до споживача дорівнює шість діб.

З урахуванням цих параметрів експериментально визначена відносна маса пилу, що здувається, в залежності від витрати водного розчину природного бішофіту при обробці аглоруди, яка перевозиться в піввагоні, вологістю 4,0?5,0 %. При швидкості руху піввагона до 12,0 м/с швидкість повітряного потоку мало впливає на кількість пилу, що здувається. Зі збільшенням швидкості маса цього пилу зростає і залежить від витрати водного розчину природного бішофіту. При швидкості руху потяга більш 20 м/с починає руйнуватися поверхневий шар, змочений водним розчином природного бішофіту з витратою 0,5 кг/м2, товщина якого складає 3?5 мм.

Кількість віднесеного пилу з поверхні гірничої маси, яка транспортується, визначає запиленість повітря за думпкарами і піввагонами під час їх руху
(рис. 6, 7). Для забезпечення запиленості повітря в межах санітарних норм під час перевезення руди (вологість до 4,5 %) у думпкарі, його швидкість необхідно обмежити до 5,0 м/с. Змочування поверхні гірничої маси, що транспортується, водним розчином бішофіту дозволяє знизити запиленість повітря на виході з думпкара або піввагона в 3-5 разів при швидкості повітряного потоку понад 20 м/с.

Концентрація пилу зі збільшенням відстані від транспорту під час його руху зменшується. Уже на відстані 2,5 м від моделі вміст пилу в повітрі зменшився в 1,8-2,2 рази.

Користуючись графіками (рис. 6, 7), можна прогнозувати витрати водного розчину природного бішофіту (qб) з урахуванням швидкості руху потяга (Vп). Для думпкара: qб=0,5 кг/м2 при Vп=8-12 м/с; qб=1,0 кг/м2 при Vп=12-16 м/с; qб=2,0 кг/м2 при Vп=16-20 м/с; qб=3,0 кг/м2 при Vп=20-24 м/с. Для піввагонів: qб=1,0 кг/м2 при Vп>18 м/с.

Рис. 6. Залежність запиленості повітря (С) в думпкарі на виході з моделі при різних швидкостях повітря (V) через шість діб після змочування поверхні руди водним розчином бішофіту; 0; 0,5; 1,0; 2,0; 3,0 – витрата бішофіту в кг/м2

Рис. 7. Залежність запиленості повітря (С) у піввагоні на виході з моделі при різних швидкостях повітря (V) через шість діб після змочування поверхні руди водним розчином бішофіту; 0; 0,5; 1,0; 2,0; 3,0 – витрата бішофіту в кг/м2

Промислові дослідження поблизу потягів із залізорудною продукцією Кривбасу під час їх руху показали (табл.1), що, крім досліджених факторів, запиленість повітря істотно залежить від погодних умов. Опади, туман знижують запиленість повітря до нуля. Вітер, сухе повітря сприяють збільшенню пиловиділення як від просипів, що лежать на землі, так і з поверхні гірничої маси, що транспортується. При цьому запиленість повітря поблизу потягів, що перевозять залізорудну продукцію, перевищує допустимі норми в кілька разів.

Таблиця 1

Результати промислових досліджень запиленості повітря при проходженні потяга з гірничою масою в межах м. Кривий Ріг

Швидкість руху потяга, м/с | Гірнича маса,
що перевозиться | Повітря | Вміст пилу в повітрі, мг/м3 | Відстань до станції завантаження, км |

Примітки

Найменування | Вологість, % | Кількість пилових фракцій, % | Температура, оС | Вологість, % | Швидкість, м/с | при проходженні потяга | після проходження потяга

на відстані
2,0 м | на відстані
6,0 м | на відстані
2,0 м | на відстані
6,0 м

1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13

8,3 | агло-руда | 3,9 | 2,3 | + 26 | 52 | 5-8 | 12,5 | 8,3 | 3,3 | 3,0 | 1,8–

9,6— | ” — | 5,2 | 2,2 | + 6 | 98 | 0-1 | сліди | сліди | сліди | сліди | 1,1 | туман

7,4— | ” — | 4,9 | 2,2– | 8 | 62 | 2-4 | 7,3 | 4,6 | 2,1 | 1,3 | 1,2–

7,8— | ” — | 5,4 | 2,3– | 4 | 88 | 7-10 | 1,4 | сліди | сліди | сліди | 1,6 | сніг

0 | агло-руда | 4,4 | 2,1 | + 19 | 68 | 7-12 | 13,9 | 12,4 | 11,3 | 14,0– | пром-майданчик

7,5— | ” — | 4,4 | 2,1 | + 19 | 68 | 7-12 | 12,0 | 10,6 | 9,5 | 9,2 | 2,2 | пориви вітру

Продовження табл. 1

1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13

0-2,5 | концен-трат | 12,1 | 2,1 | + 14 | 80 | 0-2 | 1,2 | 1,0––– | манев-руван-ня потяга

7,4 | концен-трат | 12,1 | 2,8 | + 21 | 72 | 6-8 | 7,1 | 3,9 | 4,0 | 2,1 | 4,5–

7,1 | агло-руда | 4,4 | 2,1 | + 16 | 70 | 0-1,5 | 5,5 | 2,9 | 1,9 | 1,0 | 2,7–

8-10 | агло-руда | 4,5 | - | + 24 | 73 | 2-5 | 7,7 | - | - | - | - | у вагоні без змочу-вання

8-10 | агло-руда | 4,5 | - | + 21 | 73 | 2-5 | 1,6 | - | - | - | змоч. бішофітом

У п'ятому розділі виконано обґрунтування і вибір технологічного устаткування для реалізації розроблених способів і засобів попередження пиловиділення при перевезенні гірничої маси. Для герметизації щілин у залізничних піввагонах замість дерев'яних дошок запропоновано використовувати міцну тканину, що була у вживанні, ширина якої повинна дорівнювати lт = 5 lщ (lщ – ширина щілини), а міцність на розрив – перевищувати 3,0 кг/см2, що відповідає максимальному тиску гірничої маси в залізничному піввагоні. Утилізація відпрацьованої фільтротканини, яка відслужила термін експлуатації, мішковини та ін. дозволяє для підприємства, що транспортує на рік 10 млн.т гірничої маси, щорічно заощаджувати 800 м3 деревини, одержати економічний ефект 93,5 тис.грн./рік і знизити просипи гірничої маси більш ніж у п'ять разів.

Змочування поверхні гірничої маси водним розчином природного бішофіту перед її перевезенням в піввагонах і думпкарах з метою попередження здування пилу передбачається здійснювати багатоцільовими установками БЗГ-1, розробленими Криворізьким технічним університетом та вдосконаленими за участю автора, які можуть використовуватися для обробки пилуючих поверхонь відвантажуваних руд проти пиління, змерзання та примерзання, приготування однорідних якісних водних розчинів (сумішей), виконання рідинних забійок свердловинних зарядів на кар'єрах, перевезення рідин та ін. Одного заправлення БЗГ-1 достатньо для обробки водним розчином бішофіту більш 150 піввагонів і думпкарів.

На багатьох гірничо-видобувних підприємствах існують стаціонарні установки, призначені для обробки водним розчином бішофіту внутрішніх стінок піввагонів та відвантажуваної вологої залізорудної продукції для попередження її змерзання та примерзання при негативних температурах повітря, які пропонується одночасно використовувати і для цілорічного змочування поверхні гірничої маси, яка перевозиться.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі здійснено теоретичне узагальнення і нове вирішення важливої для народного господарства науково-технічної задачі по зменшенню інтенсивності пиловиділення при перевезенні гірничої маси на промислових майданчиках гірничих підприємств шляхом розробки і впровадження ефективних, технологічних і екологічно чистих способів і засобів боротьби з просипами руди і здуванням пилу.

Основні наукові і практичні результати, висновки і рекомендації, що отримані при виконанні досліджень і впровадженні розробок:

1. Аналітичний огляд відомих літературних джерел показав, що основними причинами забруднення атмосфери під час перевезення сипучих вантажів є просипи через щілини в піввагонах і думпкарах, а також здування пилу з поверхні гірничої маси, що знаходиться на залізничному полотні та у транспортному засобі, що рухається, при цьому, в залежності від стану піввагонів, швидкості руху потяга, вологості повітря, дальності перевезення та інших факторів, сумарні втрати вантажу можуть досягати 2,0-3,8 %, а запиленість повітря поблизу залізничного полотна перевищує допустимі норми в декілька разів.

2. Вперше розроблений і обґрунтований метод визначення кількості просипів гірничої маси через нещільності в залізничних піввагонах і думпкарах, що враховує розміри щілин, фізико-механічні властивості гірничих порід, спосіб завантаження руди та ін. Показано, що більша частина просипів відбувається на початку руху піввагона, тобто, при маневруванні на промислових майданчиках підприємств, тому що надалі великі шматки гірничої маси перекривають і герметизують щілини.

3. Встановлено аеродинамічні параметри повітряних потоків при переміщенні просипів гірничої маси, що дозволяють визначати дальність віднесення пилу і його концентрацію під час руху залізничних піввагонів і думпкарів в залежності від розмірів пилинок і швидкості повітряного потоку.

4. Запропоновано метод розрахунку швидкості випару різної молекулярної маси рідин з вологої руди, що дозволяє прогнозувати запиленість повітря на різних етапах руху транспортних засобів.

5. Установлено закономірності процесу здування пилу з поверхні гірничої маси, що транспортується, які дозволяють визначати критичні швидкості повітря, при яких відбувається відрив і переміщення пилинок різного діаметра і густини.

6. На підставі теоретичних і експериментальних досліджень, з метою забезпечення допустимих запиленостей повітря шляхом попереднього змочування поверхні гірничої маси при перевезенні її в піввагонах і думпкарах визначено оптимальні витрати водного розчину природного бішофіту qб=0,5ч3,0 ?г/м2 при різних швидкостях руху потяга Vп=12ч24 ?/с.

7. Розроблено спосіб герметизації днищ залізничних піввагонів, що дозволяє утилізувати екологічно чисті відходи промислового виробництва і знизити їх кількість.

8. Обґрунтовано способи і пристрої для закріплення пилуючої поверхні гірничої маси при перевезенні її в залізничних піввагонах і думпкарах.

9. Способи по герметизації залізничних піввагонів відходами виробництва та обробки поверхні залізорудної продукції, що транспортується, водним розчином природного бішофіту впроваджені у підрозділах акціонерної компанії “Укррудпром”, КДГМК “Криворіжсталь” і Вільногірського державного ГМК.

10. Застосування у виробничих умовах розробленої технології боротьби з пилом під час перевезення гірничої маси залізничним транспортом дозволяє знизити вміст пилу в повітрі поблизу залізничного полотна до санітарних норм.

11. Очікуваний річний економічний ефект при перевезенні залізної руди з Кривбасу на підприємства галузі в обсязі 60 млн.т складе 560 тис.грн. Підтверджений документами економічний ефект за 2002 рік склав 187 тис.грн.

Основні положення і результати дисертації опубліковані в роботах:

1. Кошик Ю.Й., Гурін Ю.А. Про механізм просипів руди в транспортних машинах // Розробка рудних родовищ. – Кривій Ріг: КТУ, - 2001, № 76. - С. 94 - 98.

2. Гурін А.О., Радченко І.С., Кошик Ю.Й. Механізм випару води з вологої гірничої маси // Розробка рудних родовищ. – Кривій Ріг: КТУ. – 2002, № 79 -
С. 140 - 144.

3. Кошик Ю.Й., Гурін А.О. Процеси пилоутворення при транспортуванні гірничої маси // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету. 2002. Вип.2/2002 (13). - С. 86 - 88.

4. Кошик Ю.Й. Підвищення ефективності закріплення поверхні руди, що транспортується, // Розробка рудних родовищ. - Кривій Ріг, КТУ – 2002, № 81. -
С. 153 - 157.

5. Кошик Ю.Й. Дослідження механізму здування пилу з поверхні руди неповністю завантаженого залізничного вагона під час його руху, // Розробка рудних родовищ. – Кривій Ріг: КТУ. 2003, № 82 - С. 159-163.

6. Патент на винахід № 54672А Україна. Гідрогель / Кошик Ю.Й.,
Гурін Ю.А., Шевченко В.І. Опубл. у 2003. Бюл. № 3.

АНОТАЦІЯ

Кошик Ю.Й. Розробка технології боротьби з пилом при перевезенні гірничої маси залізничним транспортом. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.26.01 - охорона праці, Криворізький технічний університет, Кривий Ріг, 2003.

У дисертаційній роботі запропоновано рішення актуальної науково-технічної задачі зниження інтенсивності пиловиділення при залізничних перевезеннях видобутої гірничої маси за рахунок визначення ефективних способів зменшення кількості пилу, який здувається з поверхні гірничої маси та її просипів; також обґрунтування раціональних параметрів використання водного розчину природного бішофиту для закріплення поверхні руди у піввагоні або думпкарі.

Для вирішення поставлених задач застосовувався комплексний метод досліджень.

Застосування у виробничих умовах розробленої технології боротьби з пилом при перевезенні гірничої маси залізничним транспортом дозволяє знизити вміст пилу в повітрі поблизу залізничного полотна до санітарних норм. Очікуваний економічний ефект для гірничо-видобувних підприємств Кривбасу – 560 тис. грн./рік. Підтверджений документами економічний ефект за 2002 рік дорівнює 187 тис.грн.

Ключеві слова: пиловиділення, просипи, гірнича маса, здування пилу, розчин природного бішофіту, думпкар, піввагон.

АННОТАЦИЯ

Кошик Ю.И. Разработка технологии борьбы с пылью при перевозке горной массы железнодорожным транспортом. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.26.01 – “Охрана труда”, Криворожский технический университет, Кривой Рог, 2003.

В диссертационной работе предложено решение актуальной научно-технической задачи по уменьшению интенсивности пылевыделения при железнодорожных перевозках горной массы на промплощадках горных предприятий.

Для решения поставленных задач применялся комплексный метод исследований, включающий: анализ литературных источников, методы теоретического обобщения с использованием теорий грубодисперсных систем, аэрогазодинамики, а также экспериментальные исследования в лабораторных и промышленных условиях.

Разработан метод определения количества просыпей транспортируемой горной массы через неплотности в железнодорожных полувагонах, что позволяет оценивать удельные и валовые выбросы пыли на промплощадках горных предприятий.

Установлены аэродинамические параметры воздушных потоков при перемещении просыпей горной массы, что позволяет определить концентрацию и дальность уноса пыли при движении железнодорожных полувагонов и думпкаров.

Предложен метод расчета скорости испарения водных растворов солей из влажной горной массы, позволяющий прогнозировать запыленность воздуха у дорог на различных этапах движения транспортных средств.

Установлены закономерности процесса сдувания пыли с поверхности транспортируемой горной массы, позволяющие определять критические скорости ветра, при которых происходит отрыв и перенос пылинок различного диаметра и плотности.

Разработан метод определения количества сдуваемой пыли с открытой поверхности горной массы, перевозимой железнодорожным транспортом.

На основании теоретических и экспериментальных исследований определены оптимальные расходы водного раствора бишофита для смачивания пылящей поверхности горной массы, перевозимой в полувагонах и думпкарах, обеспечивающие допустимую запыленность воздуха при различных скоростях движения поезда.

Разработан способ герметизации днищ железнодорожных полувагонов, позволяющий утилизировать экологически чистые отходы промышленного производства и уменьшить просыпи транспортируемой горной массы более чем в пять раз.

Обоснованы способы и устройства для закрепления пылящей поверхности транспортируемой горной массы в железнодорожных полувагонах и думпкарах.

Применение в производственных условиях разработанной технологии борьбы с пылью при перевозке горной массы железнодорожным транспортом позволяет снизить содержание пыли в воздухе вблизи железнодорожного полотна до санитарных норм. Ожидаемый экономический эффект для горнодобывающих предприятий Кривбасса – 560 тыс. грн./год. Подтвержденный документами экономический эффект за 2002 год составил 187 тыс.грн.

Ключевые слова: пылевыделение, просыпи, горная масса, сдувание пыли, раствор природного бишофита, думпкар, полувагон.

ABSTRACT

Koshyk Y.I. Dust Control Technology Development at Mined Rock Rail Transportation. – Manuscript.

Thesis for a candidate’s degree by speciality 05.26.01 - labour protection. - Krivoy Rog Technical University, Krivoy Rog, 2003.

This Thesis proposes the solution for the important scientific and technical problem concerning dust emission intensity decrease at mined rock transportation.

The effective ways are determined to fix the mined rock dust-forming surface and decrease the amount of dust blown off the mined rock transported in railroad gongola cars and self-dumping cars.

The rational parameters of natural bischofite water solution use for fixing the dust-forming surfaces are substantiated.

The effective and environmentally appropriate technology of sealing the bottoms of railroad gongola cars is developed to decrease the transported mined rock spillage amount.

The complex method of research was applied