Шахтные испытания прибора контроля запыленности воздуха ПКА-01

УДК 622.807:622.411.512.2

А.А. Трубицын

НЦ ВостНИИ А.С. Ярош

ННЦ ГП - ИГД им. А.А. Скочинского Д.А. Трубицына

ООО «ВостЭКО»

Шахтные испытания прибора контроля запыленности воздуха ПКА-01

Приведены результаты шахтных испытаний прибора ПКА-01 в условиях шахт ОАО «Шахта Заречная» и ОАО «Шахта им. С.М. Кирова»

Оснащение угольных предприятий приборами контроля запыленности воздуха в Кузбассе совпало со временем, когда в угольной промышленности был зарегистрирован рост заболеваний пылевой этиологии, т.е. конец 80-х - середина 90-х годов. В этот период происходил интенсивный поиск и разработка способов и средств измерений концентрации пыли. Все российские приборы по тем или иным причинам не нашли широкого применения, и рынок сбыта заполнили уникальные по тем временам оптические экспресс-пылемеры «ТМ-data» (фирма «Hund GmbH», Германия). В условиях горнотехнической и геомеханической ситуации середины 90-х годов эти приборы достаточно адекватно отражали пылевую ситуацию в забоях угольных шахт, были просты в эксплуатации, компактны и надежны. Несмотря на то, что в технической характеристике прибора предусмотрена его калибровка для каждого источника пылеобразования, определение калибровочного коэффициента для пласта в целом с достаточной точностью отражало картину запыленности воздуха в горных выработках. Однако эта ситуация претерпела существенные изменения в последние пять-шесть лет. Регулярно проводимые измерения запыленности воздуха с целью определения технически достижимых уровней, которые в Кузбассе производятся при вводе в эксплуатацию каждого очистного и проходческого забоя, наметили четкую тенденцию к увеличению несоответствия показаний пылемеров «ТМ-data» истинным значениям, получаемым с помощью прямых методов измерения. Полученные в результате проведенных исследований данные говорят, что это связано, в первую очередь, с перераспределением дисперсного состава витающей пыли в сторону увеличения тонких фракций, а именно установлено, что скорость подвигания забоев (как проходческих, так и очистных) существенно влияет на пылевую обстановку. Эта зависимость не является линейной функцией и по результатам наблюдений имеет в исследованном диапазоне скоростей несколько минимумов и максимумов. Однако достоверно установлено, что при увеличении скорости подвига-

ния забоя более 250 м/мес происходит увеличение весовой доли фракций менее 4 мкм (до 40 %) при одновременном снижении доли фракций 4-10 мкм, тогда как при скоростях 120-150 м/мес эта доля фракций доминирует (30-40 %) при меньших значениях более тонких фракций (15-25 %). При этом известно, что оптический пылемер «ТМ-data» наиболее точно настроен на фракции размером 0-2 мкм (с погрешностью до 10 %), а фракции 2-8 мкм регистрирует с погрешностью 20-70 %. Все это обусловливает и неадекватность показаний данного прибора.

Для устранения этих недостатков ООО «Горный-ЦОТ» (г. Кемерово) был создан экспресс-пылемер ПКА-01, измеряющий массовую концентрацию витающей пыли. Прибор контроля запыленности воздуха ПКА-01 предназначен для измерения массовой концентрации пыли при контроле превышения предельно допустимых концентраций в воздухе рабочей зоны и в атмосферном воздухе, при технологическом контроле чистоты воздуха. Принцип его действия основан на определении аэродинамического сопротивления фильтрующего элемента за счет падения объемного расхода прокачиваемой пробы. С помощью встроенного процессора изменение объемного расхода пересчитывается в массовую концентрацию аэрозольных частиц, которая визуализируется на цифровом табло прибора. Прибор может работать как в автоматическом режиме (без взвешивания фильтров), так и в режиме взвешивания фильтров на аналитических весах в лаборатории (до и после измерения) для периодического контроля точности измерений. Измеренные значения запыленности и расхода воздуха в режиме реального времени хранятся в памяти процессора (количество измерений практически не ограничено) и могут считываться с помощью компьютера. Прибор ПКА-01 может применяться в угольной и горнорудной промышленности для контроля концентраций угольной, угольно-породной и породной пыли в воздухе рабочей зоны в соответствии с требованиями ПБ 05-618-03 «Правила безопасности в угольных шахтах», СанПиН 2.2.3.570-96 и ОСТ 153-12.0-004-01.

Испытания экспериментального образца прибора контроля запыленности воздуха ПКА-01 (заводской номер 000.001) проводились в ОАО «Шахта Заречная» (подготовительные выработки) и ОАО «Шахта им. С.М. Кирова» (очистной забой). Для контроля погрешности измерений использовался немецкий пробоотборник Respicon, позволяющий устанавливать дисперсный состав пыли по фракциям до 4 мкм (альвеольные), от 4 до 10 мкм (торокальные) и 10-100 мкм (экстраторокаль-ные и трахеобронхальные).

Цель испытаний заключается в определении работоспособности прибора, определении погрешности при измерении концентрации запыленности воздуха, влиянии вещественного, дисперсного состава пыли и влажности воздуха на величину погрешности измерений.

Условия испытаний в подготовительных забоях ОАО «Шахта Заречная» были следующие. Вентиляционный штрек 11-05 по пласту Надбайкаимскому проходится комбайном КСП-32. Температура воздуха 16 0С, влажность воздуха 83 %. Скорость движения воздуха в проходческом забое составляет 0,4 м/с. Конвейерный штрек 11-09 по пласту Надбайкаимскому проводится комбайном П-110-01. Температура воздуха составляет 180 С, влажность воздуха - 82 %. Скорость движения воздуха в проходческом забое составляет 0,35 м/с. Средняя мощность 2,3 м и колеблется в пределах 2,0-2,5 м. Пласт имеет сложное строение, в средней части содержит прослой углистого аргиллита. Пласт представлен блестящим углем крепостью Т=1,5. Марка угля Г1 ГВ. Скорость подви-гания забоев более 250 м/мес.

Шахтные испытания экспериментального образца прибора контроля запыленности воздуха ПКА-01 проводились в соответствии с «Руководством по эксплуатации».

В проходческом забое отбирались пробы запыленности воздуха в соответствии с ОСТ 15312.0-004-01. Пробы отбирались в следующих точках: на рабочем месте машиниста комбайна, в 30 м от комбайна после водяной завесы, предназначенной для обеспыливания исходящей струи. Для определения погрешности прибора ПКА-01 пробы отбирались в количестве не менее 5 шт. в каждой точке в течение 10 мин, что соответствует времени отбора одной пробы пробоотборником Реэрюоп. Запыленность воздуха в конвейерном штреке 11-09 по результатам лабораторного анализа (по замерам прибором Реэрюоп) составила: на месте машиниста комбайна - 117,8 мг/м3, в 30 м после комбайна за водяной завесой -121,6 мг/м3; по показаниям прибора ПКА-01 - 108,6 и 113,2 мг/м3 соответственно. В вентиляционном штреке 11-05 запыленность воздуха по замерам прибором Реэрюоп составила: на месте машиниста комбайна - 120,5 мг/м3, в 30 м после комбайна за ОКВ-7 - 135,9 мг/м3. По показаниям прибора ПКА-01 - 127,5 и 142,2 мг/м3 соответственно. Результаты испытания прибора ПКА-01 в ОАО «Шахта Заречная» приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Шахтные испытания прибора контроля запыленности воздуха ПКА-01 в проходческих забоях ОАО «Шахта Заречная»

Шахта, пласт, на-именование выработки, марка угля Место отбора проб Запыленность воздуха по данным Реэрюоп, мг/м3 Запыленность воздуха по показаниям прибора ПКА-01, мг/м3 Среднее значение запыленности воздуха по показаниям прибора ПКА-01, мг/м3 По-грешность, %

ОАО «Шахта Заречная», Надбайка-имский, конвейерный штрек 11-09, Г1 ГВ Машинист комбайна 117,8 102,4 110,5 110,7 112,8 104,4 108,6 7,8

30 м от комбайна за ОКВ-7 121,6 120,1 116,5 105,9 114,2 109,3 113,2 6,9

ОАО «Шахта Заречная», Надбайка-имский, вентиляционный штрек 11-05, Г1 ГВ Машинист комбайна 120,5 125,4 129,8 135.0 118,4 128,8 127,5 -5,8

30 м от комбайна за ОКВ-7 135,9 140,2 133,2 150,7 155,1 131,8 142,2 -4,6

Таким образом, погрешность измерений запыленности воздуха с помощью прибора ПКА-01 изменялась в пределах от -5,8 до 7,8 %.

Условия испытаний в лаве № 24-49 по пласту Болдыревскому в ОАО «Шахта С.М. Кирова» были следующие: ведение очистных работ осуществляется комбайном 41Б-20 с добычей более 9000 т/сут и подвиганием лавы более 9,3 м/сут. Температура воздуха 18 0С, влажность воздуха

80 %. Пласт сложного строения, средней мощности 2,15 м. Коэффициент крепости угля составляет Т=1,5-2,0, уголь марки Г, с выходом летучих =42,3 %.

В очистном забое отбирались пробы запыленности воздуха в соответствии с ОСТ 153-12.0004-01. Отбор проб проводился: на рабочих местах машиниста комбайна и машиниста крепи, в 1015 м от комбайна на исходящей струе, на сопряжении лавы и вентиляционного штрека 24-49, перед и после лабиринтно-тканевой завесы. Порядок проведения испытаний был оставлен прежним. Концентрация пыли в воздухе по данным Реэрюоп составила: на рабочем месте машиниста комбайна 84,3 мг/м3, машиниста крепи 101,2 мг/м3, в 10-15 м от комбайна на исходящей струе 141,9

3 3 3

мг/м , на сопряжении лавы и вентиляционного штрека 24-49 - 118,8 мг/м , перед ЛТЗ - 109,7 мг/м , после ЛТЗ - 69,1 мг/м3. По показаниям прибора ПКА-01: 89,7; 154,9; 93,0; 120,4; 122,6 и 77,2 мг/м3 соответственно. Результаты испытания прибора ПКА-01 приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Шахтные испытания прибора контроля запыленности воздуха ПКА-01 в очистном забое ОАО «Шахта им. С.М. Кирова»

Шахта, пласт, наиме-нова-ние выработки, марка угля Место отбора проб Запыленность воздуха по данным Реэр1-соп, мг/м3 Запыленность воздуха по показаниям прибора ПКА-01, мг/м3 Среднее значение запыленности воздуха по показаниям прибора ПКА-01, мг/м3 По-грешность, %

ОАО «Шахта им.С.М. Кирова», Болдырев-ский, лава 24-49, Г Машинист комбайна 84,3 93,1 95,6 87,2 80,3 92,3 89,7 -6,4

10-15 м от комбайна 141,9 156,7 160,4 155,4 149,0 152,9 154,9 -9,2

Машинист крепи 101,2 94,2 91,3 90,4 105,4 83,6 93,0 8,1

Сопряжение лавы и вент. штрека 118,8 101,5 115,3 125,6 130,0 129,9 120,4 -9,3

Перед ЛТЗ 109,7 131,2 135,2 124,7 120,3 101,6 122,6 -11,8

За ЛТЗ 69,1 74,2 81,3 80,3 76,1 74,0 77,2 -11,7

Погрешность измерений запыленности воздуха с помощью прибора ПКА-01 находится в пределах от -11,8 до 8,1 %.

Проведенные испытания прибора контроля запыленности воздуха ПКА-01 (изготовитель ООО «Горный-ЦОТ») позволили подтвердить результаты стендовых испытаний и установить, что вещественный, дисперсный состав пыли и влажность воздуха не влияют на величину погрешности измерений. Кроме того, особо следует отметить, что прибор прост в эксплуатации, не требует дополнительного оборудования для проведения измерений, а максимальное время измерений не превышает 3 мин.