Методы борьбы с пылью на открытых горных работах. Современное состояние физико-химических исследований[1]

TECHNICAL SCIENCES

DUST CONTROL IN THE OPEN-PIT MINES. MODERN CONDITION PHYSIC

AND CHEMCAL RESEARCH Korshunov G.1, Kovshov S.2, Safina A.3

'Коршунов Геннадий Иванович /Korshunov Gennady — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой;

2Ковшов Станислав Вячеславович /Kovshov Stanislav — кандидат технических наук, доцент;

3Сафина Азалия Марсовна / Safina Azalia — аспирант, кафедра безопасности производств, Санкт-Петербургский горный университет, г. Санкт-Петербург

Abstract: the article presents the results of studies ofphysics and chemical methods of dust suppression that can be applied in conditions of open cast mining with the aim ofpreventing the development of lung disease in miners and to reduce the dust load on respiratory organs. The analysis of different types of surfactants to minimize dust formation and for the subsequent coagulation in dust aerosol. It is established that the formation of dust in coal mines mainly depends on the degree of metamorphism of coals. Namely, in the transition from anthracite to coking coal dust emission is increased about two times. For gas and long flame gas coal dust pollution in the atmosphere increases even more.

Аннотация: в статье приведены результаты исследований физико-химических методов подавления пыли, которые могут быть применены в условиях открытых горных работ с целью предупреждения развития легочных заболеваний у горнорабочих и уменьшению пылевой нагрузки на органы дыхания. Приводится анализ различных видов ПАВ для минимизации образования пыли, а также для последующей ее коагуляции в пылевом аэрозоле. Установлено, что образование пыли на угольных разрезах в основном зависит от степени метаморфизма углей. А именно при переходе от антрацитов к коксующимся углям пылевыделение увеличивается примерно в два раза. Для газовых и длиннопламенных углей пылевыделение в атмосферу увеличивается еще больше.

Keywords: dust, dust control, colliery, surfactants, open - pit mine, coal pit.

Ключевые слова: пыль, пылеподавление, открытые горные работы, поверхностно-активные вещества, угольный разрез.

Одна из центральных проблем в горнодобывающей промышленности - борьба с пылью при добыче угля и других полезных ископаемых открытым способом. Она особенно актуальна из-за повышенного внимания со стороны государства к проблемам охраны труда, а также из-за применения на горных предприятиях высокопроизводительной техники, работа которой неминуемо приводит к высокому пылеобразованию и пылевыделению в окружающую среду.

Одними из распространенных и доступных методов борьбы с пылью в России и на предприятиях зарубежной промышленности добычи ископаемых являются использование промывание водой при буровых работах, орошение основных источников пылеобразования [1], снижение пылеобразования (обеспыливание) пеной.

На основании данных полученных в результате исследований, было установлено, что одно из важнейших требований к ПАВ-смачивателям - гидрофилизация поверхности твердой фазы. Только в процессе высокой степени гидрофилизации дисперсных веществ и материалов можно говорить о высокоэффективном пылеподавлении [2].

Для поиска наиболее эффективных смачивателей карьерной пыли были исследованы в лабораторных и производственных условиях низкомолекулярные и неионогенные ПАВ (например, ОП-7, ОП-10), являющиеся продуктами реакции соответственно 7 и 10 молей окиси этилена и смеси моно-и диалкифенолов с алкильными остатками, содержащими 8-10 атомов углерода. Кроме этого в условиях открытой добычи угля были также апробированы водорастворимые высокомолекулярные органические соединения: карбоксиметиловые эфиры целлюлозы различной степени этерификации и

1 Статья подготовлена при поддержке Стипендии Президента РФ.

9

полимеризации (КМЦ-350, КМЦ-600), высшие жирные кислоты (ВЖК) и высшие жирные спирты (ВЖС), типол, полученные на основе горючих сланцев, низкомолекулярные неиногенные ПАВ-ОП-4, ОП-7, ОП-10, гидролизованные полиакриламид (ПАА), полиэтиленокиоды (ПЭО) [3].

Из таблицы 1 видно, что образцы некоторых углей характеризуются слабо выраженными гидрофильными свойствами (за исключением углей марок Г и Д); однако по сравнению с такими природными сорбентами как высокодисперсные глинистые минералы (монтмориллонит, палыгорокит), землистые бурые угли и торфгидрофильные свойства этих образцов невысокие. Данный вывод был получен на основании определения теплоты смачивания образцов водой и количества максимально сорбированной ими влаги, то есть проведения термохимических и адсорбционных исследований.

Таблица 1. Физико-химическая характеристика образцов углей

Образцы Зольность, % Теплота смачивани я водой, Дж/г Содержание функциональных групп, мг -экв/100 г Величина набухания в воде, см3/г Количество максимально сорбированной влаги, г/г

Уголь А 11,1 0,26 133 0,017 0,071

Уголь ПА 9,9 0,24 108 0,004 0,089

Уголь Т 5,7 0,24 60 0,029 0,027

Уголь ОС 9,8 0,16 64 0,018 0,059

Уголь К 15,7 0,014 144 0,002 0,047

Уголь Ж 14,7 0,26 156 0,021 0,038

Уголь Г 4,6 1,10 221 0,096 0,114

Уголь Д 20,0 2,10 235 0,024 0,345

Как уже отмечалось выше, научное обоснование и целесообразность использования получил такой доступный и широко известный метод борьбы с пылью как орошение при помощи смачивающе-связывающих составов. В ходе экспериментов, установлено, что время, в течение которого новые порции осаждающейся пыли полностью смачиваются, коагулируются и тем самым уменьшается их способность переходить во взвешенное состояние, колеблется от 7 до 35 дней. Это объясняется тем, что условия открытых горных работ очень разнообразны (метеорологические, аэротехногенные, технологические и т. д.).

Как уже говорилось выше, размер частиц является важным фактором их воздействия на организм человека. Особую опасность представляют респирабельные и трахеобронхиальные пылинки, способные проникать в альвеолы и периферии лёгкого. Таким образом, для объективной оценки опасности здоровью человека в воздухе рабочей и санитарно-защитной зон требуется знать процентное содержание частиц исключительно малых размеров. Полученные данные (рисунок 1) говорят о наличии торакальных и респирабельных фракций (<5 мкм) пыли в отобранных пробах, количество которых достигает 2% в общей массе угольной пыли.

Рис. 1. Гистограмма распределения пыли по фракциям

Приведем некоторые результаты испытаний пенообразователя в производственных условиях (таблица 2). Остаточная запыленность воздуха составила 28-47 мг/м3, тогда как начальная

запыленность была 3600-4000 мг/м3, а эффективность пылеподавления составила 99% (при орошении запыленность снижается на 56%).

В другом случае запыленность воздуха удалось снизить от 3500-5100 мг/м3 до 70-125 мг/м3; эффективность пылеподавления при этом составила 97%. Также в условиях другого разреза начальная запыленность воздуха на была 2000-5000 мг/м3, пенным способом запыленность снизилась до 180-270 мг/м3, эффективность пылеподавления составила 75-94%.

В таблице 2 приведены данные эффективности пены как средства борьбы с пылью при открытой добыче угля.

Таблица 2. Эффективность пылеподавления орошением и пеной

Место проведения экспериментов Запыленность без применения средств пылеподавления (среднее значение), мг/м3 Запыленность при орошении, мг/м3 Эффективность пылеподав- ления, % Запыленность при пенном способе пылеподав-ления, мг/м3 Эффективность пылеподавле- ния, %

У ж/д полотна во время погрузки угля, 100 м от ЭРП-2500 2578 1308 49,2 474 82

50-60 м от ЭРП-2500 3570 1220 66,0 100 96,8

20 м от стрелы ЭР- 1250 4088 1900 53,0 328 92,0

Погрузка думпкаров ЭКГ-15 3074 1226 59,0 58 98,0

Дробильно-сортировочная станция 3833 1671 58,0 47 99,0

Бурение БТС -150 4640 1425 69,0 89 98,0

Сравнительная характеристика двух методов пылеподавления - орошение и пенный показывает, что второй метод является наиболее эффективным.

При концентрациях в 2-4 раза ниже по сравнению со многими известными пенообразователями пенообразующие композиции ДБ с ПАА и пенообразователь Де-19 дают самый высокий эффект пылеподавления при различных технологических операциях (до 99%). Использование различных пенообразующих композиций и пенообразователей в целях осаждения и последующей коагуляции пыли позволяет уменьшить концентрацию пыли в рабочей зоне вместе с этим увеличить безопасность на различных этапах открытой угледобычи.

Литература

1. Гендлер С. Г.Оценка адгезионной способности натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы / С. Г. Гендлер, С. В. Ковшов, Е. А. Акулова // Проблемы современной науки и образования, 2015. № 11 (41). С. 76-78.

2. Ковшов С. В. К проблеме распыления воды и пылеподавляющих растворов / С. В. Ковшов, М. Ш. Баркан, Ф. А. Орлов // Проблемы современной науки и образования, 2015. №11 (41). С. 100-102.

3. Коршунов Г. И. Исследование особенностей взаимодействия растворов поверхностно-активных веществ с угольной пылью / Г. И. Коршунов, А. В. Корнев, А. Х. Ерзин, А. М. Сафина // Горный информационно-аналитический бюллетень, 2015. № 3. С. 75-80.