Одним из опаснейших факторов аварийности на угольных предприятиях является взрыв угольной пыли и метана на которые приходится около трети от всех видов аварий на угольных шахтах России [1].Технология добычи угляи его транспортировка сопровождаются выделением в рудничную атмосферу огромного количества пыли, находящейся как во взвешенном, так и в осевшем (отложившимся) состояниях. С увеличением производительности шахт и применением мощной, современной угледобывающей техники, запылённость воздуха в лаве и транспортных выработок возрастает в разы. Как известно, наибольшую взрывоопасность представляет взвешенная (витающая) пыль, но поскольку переход от взвешенного состояния до её отложения (аэрогель) и обратно может происходит циклически, то для исследования необходимо рассматривать не только витающие фракции пыли (аэрозоли или взвеси), но и изучить условия перехода отложившейся пыли во взвешенной состояния при различных влияющих факторах.
Анализ работ в области исследования пылевой динамики угольных шахт показал, что взрывобезопасность горных выработок по пылевому фактору зависит от концентрации пыли, её дисперсного состава и влажности [2, 3]. При этом наиболее взрывоопасные, тонкие фракции угольной пыли трудно контролировать существующими инструментальными методами.Применяемая на угольных шахтах методика измерений, используемые приборы и датчики, обработка полученных данных и прочее не учитывают возросшие нагрузки на очистной забой, транспортные магистрали и сопровождающееся в связи с этим увеличение выделения пыли и потому требуют комплексного подхода к изучению проблемы безопасного ведения горных работ.
Рассмотрим основные проблемные направления исследований процессов пылеотложения.
- Изучение дисперсного состава пыли и контроль пылевого фактора шахт
Поскольку дисперсный состав пыли определяет интенсивность пылеотложения по длине выработки и прогнозное соотношение витающих и оседающих фракций необходимо исследовать динамику процесса пылеотложения и зависимости от природных и технологических факторов, например, физико-механических и петрографических свойств угля, аэрологической обстановки, способа механического воздействия на массив (отбойки), интенсивности добычи и пр.
Известно, что дисперсный состав угольной пыли напрямую влияет на её взрывчатые свойства. Однако единого мнения на то какие фракции обладают наибольшей степенью взрываемости до сих пор нет. Считается, что чем тоньше фракции, тем больше взрывоопасность пыли. Но есть работы, говорящие о максимальной взрывоопасности более крупных фракций [2].
Большинство исследователей рассматривает причины пылеобразования в отдельности, не касаясь их взаимосвязи. Это объясняется сложностьюизучения процесса пылеобразования при действии всех влияющих факторов, моделированиязапылённости разной дисперсности и теоретического обоснования динамических процессов.
Горное предприятие интересует практическая составляющая исследований для обеспечения безопасности ведения горных работ и, в первую очередь, интенсивность пылеотложения от которой зависит норма осланцевания и расход жидкости для орошения рабочих органов добывающей техники.
По действующим нормативным документам удельное пылевыделение (г/т) считается основным параметром для определения прогноза запылённости воздуха на основе которого делаются расчёты концентрации пыли. На основании величины удельного пылевыделения «Инструкция по борьбе с пылью в угольных шахтах» [4] решает следующие задачи:
— определяет параметры пылеподавления, нижний предел взрываемости угольной пыли, расход инертной пыли, жидкости для орошения и мероприятия для предупреждения пылеобразования;
— рекомендует организационные мероприятия и технологию работ по обеспыливанию.
Несмотря на то, что нормативные документы регламентируют расход инертной пыли, обнаруживается существенная разница между расходами инертной пыли угольных шахт России и угледобывающих предприятий США, Австралии, Польши, Чехии, Словакии и других стран [2]. Такая разница в 5-12 раз труднообъяснима и требует дополнительного изучения.
Существующая система контроля пылевого фактора до сих пор является несовершенной. Вследствие отсутствия обязательной системы непрерывного контроля за концентрацией пыли в очистном забое, перегрузочных пунктах и других, наиболее опасных по пылевыделению зонах, в большинстве случаев, основным экспресс-методом определения скопления пыли служит органолептический метод, основанный на визуальном осмотре мест отложения сухой угольной пыли или выявления под воздействием воздушной струи от груши возникновения облака пыли.Пылеотложение определяютсбором пыли,осевшей на поверхности выработки путём обметания и собиранием её на подложки со стоек крепи и других механизмов.
Инертную пыль для осланцевания определяют в шахте на пригодность опять же визуально по наличию слипшихся комков и по слёживаемости сжатием в руке.
Понятно, что при таком субъективном контроле за интенсивностью пылеотложения требуется приборная база для разработки новых надёжных инструментальных экспресс-методов.
В настоящее время отсутствует общепринятая методология и приборное обеспечение оперативного контроля пылевзрывобезопасности горных выработок и определения интенсивности пылеотложения. С инструментальным контролем то же есть проблемы, так как показания приборов и датчиков имеют низкий уровень достоверности.
Не менее значимая задача состоит в определении мест измерения пылеотложения. Стационарные датчики измеряют локальную область и зачастую находятся в значительном отдалении от источников пылевыделения.Мобильными средствами определяют концентрации только витающей пыли, находящейся в короткий промежуток времени во взвешенном состоянии, не учитывая количества осевшей пыли, которая может впоследствии опять перейти в аэрозольное состояние.К тому же большинство аппаратных средств контроля имеют косвенные методы измерения с разной степенью точности и оперативности измерений.
- Определение факторов, влияющих на взрывчатость угольной пыли
Определение факторов, влияющих на взрывчатость угольной пыли — наиболее сложный и недостаточно изученный аспект исследований пылевоздушных смесей.
Правила безопасности и «Инструкция по борьбе с пылью в угольных шахтах» предлагают/требуют угледобывающему предприятию рассчитать нижние пределы взрываемости угольной пыли. Многочисленными исследованиями определены основные факторы, от которых зависит взрывчатость угольной пыли. Это — дисперсный состав пыли, выход летучих веществ, определяющим из которых является выход метана,содержание золы и влаги.
В качестве граничных пределов взрывчатости угольной пыли в разных странах приняты различные значения выхода летучих веществ[2]. Даже в нашей стране нижние пределы взрывчатостинекоторые исследователи трактуют с отклонениями значений в 50% друг от друга. И это неудивительно, так как следует различать нижний предел взрывчатости для взвешенной и отложившейся пыли, а динамика переходных процессов из одного состояния в другое и обратно при разнообразных условиях добычи, применения механизмов, крепления, вентиляции и пр. пока малоизучена. Задача осложняется присутствием летучих веществ, выход которых отличается в зависимости от марок углей,глубины, технологии дегазации пласта.
Образовавшаяся в процессе ведения добычных работ пылегазовоздушная смесь (аэрозоль) или осевшая пыль (аэрогель) требует тщательного изучения в лабораторных условиях, взрывной камереи т.д. с применением новых аппаратных средств для определения наиболее значимых факторов, влияющих на взрывчатые свойства пыли в различных агрегатных состояниях.
Без таких глубоких комплексных исследований мероприятия по пылеподавлению, предотвращению взрыва и возгорания пыли будут малоэффективными.
Поэтому необходим комплексный подход к изучению свойств пыли с привлечением самых современных методов анализа,лабораторной техники, приборов, моделей, стендови экспериментальных установок по исследованию взрывчатых свойств пылевзвесей. Для изучения дисперсного, химического и минералогического состава пыли предлагается применение седиментационного, газохроматографического и спектрофотометрического методованализа, рентгенофлуоресцентных анализаторов, дифференциальных сканирующих калориметров, лазерно-сканирующих микроскопов и оптических микроскопов высоко разрешения, полевые приборы для исследования качественных характеристик материалов.
Такая дорогостоящая современная аппаратура имеет универсальное применение в силу своей многозадачности. На наш взгляд назрела необходимость в разработке рекомендаций по разработке методик для комплексного исследования пыли в различных агрегатных состояниях, которые при дальнейшем развитии могут стать основой стандарта для определения взрывчатых свойств аэрозолей и аэрогелей.
Список литературы:
- Романченко С.Б., Руденко Ю.Ф., Костеренко В.Н. Пылевая динамика в угольных шахтах. – М.: Горное дело ООО «Киммерийский центр», 2011. – 256 с.
- Соболев В.В. Установление закономерностей процессов пылеобразования при работе высокопроизводительной угледобывающей техники // Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук. Кемерово — 2002. — 230с.
- Правила безопасности при ведении горных работ и переработке твёрдых полезных ископаемых. Утверждено Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору приказом № 599 от 11 декабря 2013 года.- 214 с.
- Инструкция по борьбе с пылью в угольных шахтах. Приказ Ростехнадзора от 14.10.2014 № 462 (зарегистрирован Минюстом России 22.12.2014, рег. № 35312). – 92 с.[schema type=»book» name=»Установление закономерностей процессов пылеотложения как один из факторов обеспечения безопасности при ведении горных работ» description=»Предложены основные направления исследования процессов пылеотложения в угольных шахтах от которых зависит безопасность ведения горных работ. Рассмотрены проблемы изучения дисперсного состава пыли, контроль пылевой обстановки в шахте, определены факторы, влияющие на взрывчатость угольной пыли и предложены инструментальные методы исследований аэрозолей.» author=»Пихконен Леонид Валентинович, Родионов Владимир Алексеевич, Сергиенко Александр Николаевич» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-02-21″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_25.07.15_07(16)» ebook=»yes» ]