Укрепление пылящих поверхностей

УДК 62-784.4

А. В. САВЧЕНКО

Горный факультет, студент группы ИЗ-97-2, ассистент профессора

УКРЕПЛЕНИЕ ПЫЛЯЩИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

Атмосферные выбросы вредных веществ при разработке полезных ископаемых открытым способом в основном связаны с механическими (пыль) и химическими (СО*, NO*, SO* и т.д.) примесями.

Основными источниками пылеобразования и пылевыделения в атмосферу при открытой разработке месторождений полезных ископаемых являются взрывные работы, бурение, экскавация, транспортирование горной массы, складирование и дробление. Дополнительно как при ведении работ, так и после прекращения работы карьера действуют такие источники, как отвалы, пляжные зоны хвосто-хранилищ и гидроотвалов, эрозионные зоны.

Поиск рациональных средств и способов снижения пылегазовых выбросов в атмосферу является актуальной задачей, особенно для карьеров. Здесь наиболее перспективными и технологичными являются мокрые способы, реализуемые в процессе увлажнения пылеобразующего сырья и пылевого материала, орошения их и витающей пыли растворами и связывания жидкими гелеобразными веществами.

Анализ средств и способов борьбы с пылью на карьерах свидетельствует о целесообразности использования на основных технологических процессах со стационарными и полустационарными источниками мокрых способов с интенсивным диспергированием водных растворов в теплый период года и снегообразованием в холодный.

В настоящее время на кафедре экологии, аэрологии и охраны труда проводятся лабораторные исследования, целью которых является поиск эффективного связующего вещества для коагуляции пылеобразующего сырья и пылевого материала в гранулы при их орошении.

Atmospheric emissions of harmful substances while open-cast mining are mainly caused by mechanical (dust) and chemical (CO2, NO*, SO*) admixtures.

Blasting, boring, excavation, transportation of mined rock, storing and splitting are the main sources of dust formation and its emitting into the atmosphere while open-cast mining of mineral deposits. Such sources as dumps, beach zones of stored tailings and hydraulic mine dumps, erosive zones act additionally both at operating and non-operating open-casts.

Searching for rational means and ways of decreasing in dust and gaseous emissions into the atmosphere is an actual task especially for open-cast mines. And wet methods - being realized in the process of wetting of dust sources and dust material, spraying them with solutions and linking them with fluid gelatinous substances - are more perspective and technologic here.

The analysis of means and ways of dust control at open-cast mines indicates the expediency of usage of wet ways - with an intensive dispersion of water solutions in warm period of a year and snow formation in cold one - in the main technological processes with stationary and semi-stationary sources.

At present laboratory researches are being carried out at the department of ecology, airology and labour safety to find effective substances for coagulation of dust-forming raw materials and dust materials into granules while being sprayed.

Атмосферные выбросы вредных веществ при разработке полезных ископаемых открытым способом в основном связаны с механическими (пыль) и химическими (С0Х, Ж)х, 80х и т.д.) примесями.

Основные источники пылеобразования и пылевыделения в атмосферу при открытой разработке месторождений (табл.1): взрывные работы, бурение, экскавация, транспортирование горной массы, складирование и дробление. Дополнительно к ним действу-54 _

ют, как при ведении работ, так и после прекращения действия карьера, такие источники, как отвалы, пляжные зоны хвостохрани-лищ и гидроотвалов, эрозионные зоны.

Интенсивность пылеобразования (пылевыделения) с поверхности техногенных массивов зависит от технологических характеристик применяемого оборудования и процесса (профиль поверхности складируемого материала, степень защищенности техногенного массива от внешних воздейст-

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.150. Часть 1

Таблица 1

Источники пылевыделения в карьерах

Интенсивность пылевыделения Запыленность воздуха, мг/м3

Источник в единицу времени, мг/с на единицу добычи, мг/м3

Взрывные работы (30-170)103 500-4200

Бурение (СБШ) 17-1900 (с пылеподавлением) (0,24-3.4) 103 5-10

4-60000 (без пылеподавления) (0,32-148)103 200

Экскавация 100-7000 40-60

Транспортирование горной массы: • Автомобили 6000 0,7-103

• Конвейеры • Железнодорожный транспорт 400 100 2-11

Сортировка и складирование 115-150 15-150

Отвалообразование До 12000 15-150

Дробление на самоходном оборудовании 100-11000 60-250

вий, продолжительность хранения пород в отвале, параметры БВР и т.д.), а также физических параметров окружающей среды (скорость ветра, влаговыпадение - орошение, обводненность месторождения и т.д.). Так, например, пыление отвалов при скоростях ветра 3-4 м/с составляет 1-3 мг/(м2-с), а пляжных зон хвостохранилищ до

6,5 мг/(м2-с). Интенсивность взрывных работ, являющихся наиболее мощным источником пылевых выбросов, во многом зависит от крепости пород (с ростом крепости пород увеличивается удельное пы-леобразование). Например, для пород крепостью /= 5 по шкале Протодьконова величина удельного пылеобразования равна 0,04 кг/м3, а для пород крепостью /= 19-0,17 кг/м3

Пылевыделение и запыленность воздуха существенно зависят от времени года (табл.2).

Изменения содержания пыли в атмосфере карьеров в разное время года объясняются, главным образом, направлением и интенсивностью процессов тепломассообмена горного массива с атмосферой. Последние определяются термодинамическими параметрами атмосферы (температура, относительная влажность, влагосодержание,

скорость движения) и приконтурной части горного массива (температура, влагосодержание).

Таблица 2

Влияние времени года на интенсивность пылевыделения

Источник Интенсивность пылевыделения, мг/с

зимой летом

Экскавация горной массы 1100-3000 70-500

Бурение скважин 300-1100 До 400

Движение автомобилей Менее

с грузом (единичный объект) 3500-11000 1000

До настоящего времени не существует единой методики расчета пылевыделения с поверхности неорганизованных источников выбросов в атмосферу. Для различных производств, сгруппированных по качественным признакам, разработаны эмпирические методики расчета, применение которых основано на использовании справочных данных о коэффициентах удельных выделений вредных веществ при хранении различных материалов.

Пылевыделение при сдувании частиц с поверхности техногенного массива предлагается определять по формуле

- 55

Санкт-Петербург. 2002

Л/Т.м = 31,5^^3^(1-^)10"4, где К\ - коэффициент, учитывающий скорость ветра (рис.1); Кг - коэффициент, учитывающий степень защищенности площадки от внешних воздействий; К3 - коэффициент, учитывающий профиль поверхности техногенного массива, определяемый по соотношению фактической поверхности техногенного массива 5факт к площади основного штабеля 5Т (рис.2); т|' - эффективность применяемых средств пылеподавления.

Поиск рациональных средств и способов снижения пылегазовых выбросов в атмосферу является актуальной задачей, особенно для карьеров. Здесь наиболее перспективными и технологичными являются мокрые способы, реализуемые в процессе увлажнения пылеобразующего сырья и пылевого материала, орошения их и витающей пыли растворами и связывания жидкими гелеобразными веществами.

Анализ средств и способов борьбы с пылью на карьерах свидетельствует о целесообразности использования для борьбы с пылевыделением на основных технологических процессах со стационарными и полустационарными источниками мокрых способов с интенсивным диспергированием водных растворов в теплый период года и снегообразованием в холодный.

В основу конструирования различных снегогенераторов заложены принципы фазовых переходов диспергированной воды при свободном падении в потоке воздуха, движении затопленных струй в неподвижном воздухе, противоточном, поперечном или прямоточном движении воздуха, предварительном переохлаждении капель в камере смешивания с потоком расширяющегося сжатого воздуха и др.

Наиболее простыми по исполнению, но энергоемкими являются способы снегообра-зования гидро- или аэропультами с дально-струйным (30-100 м и даже 350 м) выбросом диспергированной в форсунках воды и ее замерзанием при движении в атмосфере. Гидропульты обеспечивают дальнобойность за счет высокого давления воды (более 1 МПа), пневмопульты за счет напора мощных движителей вентиляторов или 56 _

Скорость ветра, м/с

Рис. 1. Зависимость коэффициента А", от скорости ветра

Рис.2. Зависимость коэффициента К3 от профиля поверхности техногенного массива

газовых турбин. Более компактными и эффективными по затратам энергии являются снегогенераторы с использованием сжатого воздуха для диспергирования воды и начального переохлаждения капель.

Основным снегообразующим элементом различных устройств, сконструированных и испытанных в ИГД ЯФ СО РАН, является пневмогидравлическая форсунка (рис.3), в которой вода под давлением по каналу 3 через радиальную выточку 4 и

Рис.3. Устройство для получения искусственного снега

1 - корпус; 2 - кожух; 3 - канал для подвода воды;

4 - радиальная выточка; 5 - кольцевая щель; 6 - смесительная камера; 7 - диффузор; 8, 10 - каналы для подачи холодного и горячего воздуха; 9, 12 - сопла Лаваля; 11 - кольцевая полость

¡ЯНЫ 0135-3500. Записки Горного института. Т.150. Часть 1

кольцевую щель 5 поступает в смесительную камеру 6. По каналу 8 сжатый воздух подается через сопло Лаваля в смесительную камеру 6, диспергируя воду, и далее водовоз-душная смесь поступает через диффузор 7 в выходное отверстие, где охлаждается воздухом, прошедшим через второе сопло Лаваля 12, и направляется в атмосферу.

Испытания различных устройств пыле-подавления свидетельствуют о высокой эффективности их использования как в холодный, так и в теплый период года. Пылевыде-ление в атмосферу и вынос пыли снижаются на 10-15 %. Дальность действия многофорсуночных установок составляет до 8 м, площадь обработки - 2-3 м2 на одну форсунку.

Научный руководитель профессор, д.т.н. Ю.В.Шувалов

- 57

2