Научная статья на тему 'Изучение миграции пылевого аэрозоля в условиях возникновения избыточного давления в помещениях башенного копра'

Изучение миграции пылевого аэрозоля в условиях возникновения избыточного давления в помещениях башенного копра Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
121
40
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
РУДНИК / ВЕНТИЛЯЦИОННЫЙ СТВОЛ / ВОЗДУХОПОДАЮЩИЙ СТВОЛ / ПЫЛЕОБРАЗОВАНИЕ

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Исаевич Алексей Геннадьевич, Трушкова Надежда Анатольевна

Рассмотрена миграция пылевого аэрозоля в скиповых вентиляционных стволах. Разработана математическая модель башенного копра, а также проведен численный и натурный эксперимент возникновения избыточного давления внутри башенного копра.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Исаевич Алексей Геннадьевич, Трушкова Надежда Анатольевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Изучение миграции пылевого аэрозоля в условиях возникновения избыточного давления в помещениях башенного копра»

© А.Г. Исаевич, Н.А. Трушкова, 2011

УДК 622.4

А.Г. Исаевич, Н.А. Трушкова

ИЗУЧЕНИЕ МИГРАЦИИ ПЫЛЕВОГО АЭРОЗОЛЯ В УСЛОВИЯХ В ОЗНИКНОВЕНИЯ ИЗБЫТО ЧНОГО ДАВЛЕНИЯ В ПОМЕЩЕНИЯХ БАШЕННОГО КОПРА

Рассмотрена миграция пылевого аэрозоля в скиповых вентиляционных стволах. Разработана математическая модель башенного копра, а также проведен численный и натурный эксперимент возникновения избыточного давления внутри башенного копра.

Ключевые слова: рудник, вентиляционный ствол, воздухоподающий ствол, пылеобра-зование, скиповой подъем, соляной аэрозоль, башенный копер.

И #ри установке вентилятора

главного проветривания в подземных условиях, в отличии от поверхностного расположения, внутри помещения башенного копра образуется зона избыточного давления и часть исходящего воздуха сбрасывается в атмосферу проходя через надшахтное здание. Отработанный воздух, поступающий в надшахтное здание, содержит пылевые частицы, кроме того существуют источники пылевыде-ления в самом башенном копре. Так как башенный копёр представляет собой сложный технологический комплекс, который включает в себя множество различных механизмов и машин, при восходящем характере движения воздуха внутри копра существует угроза попадания пыли на оборудование преобразователей и двигателей подъемных машин, что может повлечь за собой сбои в работе или полную остановку технологического процесса. Для оценки степени опасности, определения зоны влияния источников пылевыделения, а также для решения проблемы распространения пыли в помещениях башенного копра

необходимо детально изучить миграцию пылевого аэрозоля внутри надшахтного здания и определить количественное распределения воздушных потоков в системе «ствол - вентиляционный канал - надшахтное здание» так как движение воздушного потока определяет движение пылевых частиц.

В процессе проведения исследований замерена концентрация и фракционный состав пыли в местах её выделения внутри башенного копра, а именно в помещении разгрузки скипа (отметка + 42,6 м) и перегрузки полезного ископаемого (ПИ) из бункера на конвейер (отметка + 26 м). Результаты замеров концентрации пыли приведены в табл. 1, на рис. 1 приведена диаграмма распределения пыли по фракциям.

Таблица 1

Место замера Средняя концентрация пыли, мг/м3

Отм. + 26 м перегрузки ПИ из бункера на конвейер 18,7

Рис. 1. Фракционный состав пыли

Отм. разгрузки скипа + 42,6 м

58,4

Нижняя часть копра, до отметки +32 м, соединена с атмосферой, поэтому большая часть запыленного воздуха, поступающего из шахты не поднимается в верхнюю часть надшахтного здания. На отметке +42,6 м находится основной источник пылевыделения в башенном копре, основная масса образовавшейся пыли переносится восходящим воздушным потоком при этом существует вероятность попадания пыли в помещения преобразователей и двигателей подъемных машин. Во фракционном составе пыли преобладают частицы крупностью до 0,66 мкм.

Режим движения воздуха внутри башенного копра является турбулентным, а пылевые частицы не велики (по результатам замеров во фракционном составе преобладают частицы крупностью до 0,66 мкм) поэтому движение пылевого аэрозоля описывается уравнением турбулентной диффузии.

1с = DT V2 с-(б V) с + (цру) с + W, (1)

где с - концентрация пыли, Dт - коэффициент турбулентной диффузии, V -векторной поле движения воздушной среды (определяется воздухораспределе-нием), ц - подвижность пылевой частицы в воздушной среде, F - внешняя

сила, действующая на пылевую частицу, Ж - функция источник пыле-образования, характеризующая, сколько пыли выделяется в единице объема в единицу времени. Первое слагаемое в формуле (1) характеризует диффузионный перенос пыли за счет механизма турбулентной диффузии, второе слагаемое характеризует конвективный перенос пыли за счет движения воздушной среды, третье слагаемое характеризует дрейф частицы пыли из-за влияния внешних сил, четвертое слагаемое характеризует действие источников пылеобразования в рассматриваемой точке. Так как источников пылеобразования в рассматриваемых местах нет четвертое слагаемое не представляет интереса. Сделаем оценочное сравнение каждого из этих слагаемых (2), определившись некоторыми характерными значениями длины Ь и скорости движения воздушной среды и. Тогда получаем оценки:

DтV2с * ^-с,

(бV)с * ис,

(2)

с ,НМ с. L

Зададимся некоторыми средними для нашей задачи значениями входящих в эти соотношения величин: Dт *

* 2, Ь * 50, и * 0,6, ц * 7-1013, т0 *

810-17.

DT V2 с

2

2500

= 0,8 • 10-3,

(бV) с * — = 1,2 • 10 2, ; 50

Рис. 2. Геометрическая модель копра

кv)

С;

7 • 1013 • 8 • 10-17 • 9,8 50

WL 1 э.5 _ 1 2 _ 1 0.5

Velocity [m/s]

= 1,1 • 10-3

Из полученных соотношений (3) видно, что определяющую роль в переносе пылевого аэрозоля играет механизм его конвективного переноса воздушной средой.

------► Направление движения

воздуха

Рис. 3. Распределение воздушных потоков в системе «ствол - вентиляционный канал -надшахтное здание»

Для того, чтобы проследить динамику распространения пылевых частиц в восходящем воздушном потоке построена геометрическая расчетная модель копра (рис. 2) в программном пакете $о-lidWorks и выполнено численное моделирование количественного распределения воздушных потоков между, каналом главного вентилятора и надшахтным зданием (рис. 3).

Для уточнения построенной модели копра проведен натурный эксперимент на 4 руднике ОАО «Беларуськалий». Вентилятор главного проветривания был переведен в реверсивный режим в результате чего поток воздуха в копре стал восходящим, в реверсивном режиме выполнены замеры количества воздуха по высоте башенного копра от нулевой отметки

Рис. 4. Результат замеров количества воздуха по высоте копра

до отметки +127 м (рис. 4). Для того чтобы точно изучить количественное распределение воздуха по высоте копра.

Полученные данные позволили внести коррективы в геометрическую модель башенного копра, на основании которой производится расчет, в результате сравнения результатов натурного эксперимента и результатов численного эксперимента на уточненной модели можно сделать вывод о том, что результаты численного моделирования соответствуют реальной ситуации и построенная модель может

Рис. 5. Результат моделирования распределения воздуха по высоте копра

быть применена для дальнейшего моделирования и полученные в результате моделирования данные действительно будут соответствовать ситуации, при которой в башенном копре образуется зона избыточного давления (рис. 5).

Далее проведено изучение распределения воздушных потоков внутри башенного копра на уточненной модели, так как движение воздуха определяет движение пыли.

На рис. 5 видно, что до отметки + 53 м и +60 м, где находится помещение преобразователей доходит 661 м3/мин воздуха, а до отметки двигателей подъемных машин +127 м доходит 339 м3/мин воздуха, но несмотря на это вероятность переноса пыли восходящим воздушном потоком остается достаточно высокой, что недопустимо. Для обеспечения безопасных условий труда рабочих, а также условий необходимых для бесперебойной работы

Рис. 6. а) -место установки пылеулавливающего устройства, б) -места подвода трубопровода и распределение потоков воздуха по скоростям

оборудования разработаны мероприятия по борьбе с пылью в башенном копре.

Для снижения запыленности предлагается установка сухих пылеулавливающих устройств в местах интенсивного пылевыделения, т.е. на отметке разгрузки скипа. Соляная пыль гигроскопична, поэтому пылеулавливающая установка имеет следующие конструктивные особенности: включает функцию самоочистки (воздушный удар) и выдачи осевшей на фильтре пыли через отверстие в нижней части установки, поэтому работа пылеулавливателей будет наиболее эффективной если их установить непосредственно на конвейера. В процессе исследования рассчитано и смоделировано множество вариантов размещения пылеулавливающих устройств и установлено что наиболее эффективным будет организовать отсос запыленного воздуха непосредственно из бункера, при этом большое значение имеет правильный выбор производительности пылеулавливающей установки:

У У

0РУДЫ = Т ’ 0 = б^ ; б =

Для скипа СНМ-35 О35 = 70м3/ мин ;

35

6,3 • 30

= 0,18м/ с.

Для скипа СНМ-19 О19 = 36 м3 / мин ;

19 п, ,

б19 =-------= 0,1 м/ с;

19 6,3 • 30

Отах = 681 + 4 • 70 = 961 * * 1000м3 / мин

Исходя из вышеприведенных расчетов суммарная мощность пылеулавливающих установок для эффективной очистки запыленного воздуха равна 1000 м /мин. При этом трубопровод пылеулавливающей установки подводится непосредственно в течку бункера, а сам пылеулавливатель находится на конвейере в помещении перегрузки ПИ из бункера на конвейер, которое находится на отметке +26 м (рис. 6).

б35 =

Таким образом, в процессе изучения миграции пыли в условиях восходящего потока воздуха внутри башенного копра разработаны мероприятия, позволяющие

1. Фукс Н.А. Механика аэрозолей. М.: Изд-во АН СССР, 1955. 151с.

2. Медведев И.И., Красноштейн А.Е. Аэрология калийных рудников. Свердловск: УрО РАН СССР, 1990, 260 с.

3. Бухаров И.И. Исследование запыленности и разработка основных мероприятий по борьбе с пылью на калийных Верхнекам-

обеспечить безопасную, бесперебойную работу оборудования при размещении вентилятора главного проветривания в подземных условиях.

-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ских калийных рудниках. Автореф. Дис канд. техн. наук. Новочеркасск, 1966.

4. Красноштейн А.Е., Шалимов А.В., Исаевич А.Г. Теоретические аспекты влияния влаги воздуха на кинетику аэрозолей и аэроионов в спелеокамерах. Международная научная конференция «Здоровье семьи XXI век» Пермь-Мармарис: 2001. - С. 73-75. ЕШ

— Коротко об авторах

Исаевич Алексей Геннадьевич - кандидат технических наук, старший научный сотрудник

лаборатории Аэрологии и теплофизики, aero_alex@mail.ru

Трушкова Надежда Анатольевна - инженер, nadya_trushkova@mail.ru

Пермский горный институт Уральского отделения РАН.

----------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ

ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ

Автор Название работы Специальность Ученая степень

БАРАНОВ Александр Обоснование режимов стадийной отработки очистных блоков системами с самообрушением руды 25.00.22 к.т.н.

Владимирович

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.