CC BY
27
НАРОД"')1Й КОМИССАРИАТ ЗДРАВООХРАНЕНИЯ СССР
ГИГИЕНА и ЗДОРОВЬЕ
Отв. редактор А. Я. КУЗНЕЦОВ. Зам. отв. ред. С. И. КАПЛУН.
Отв. секретарь Ц. Д. ПИК Члени редколлегии: Н. А. БАРАН, Г. А. БАТКИС, Ф. Е. БУДАГЯН, А. В. МОЛЬКОВ, А. Н. СЫСИН, Т. Я. ТКАЧЕВ
1941о-й ГОД ИЗДАНИЯ П!} № 5
- ' ' '.:;Г|
_« "Н. БИШ»*; /
ЗТО^Г'/Ш м......Зд|»аввв*?)ад»нил I
!__б ^ с р
Д. Э. ШЛИОМОЁГй'Ги^.ПВ.- ГСТТМ »Н (Сгаяжн» —
Борьба с пылью при пневматическом бурении
Из Донецкого института гигиены труда и профзаболеваний
Метод многозабойного обуривания забоев стахановца А. Семиволо-са вызвал среди бурильщиков мощный подъем соревнования. Из ряда бассейнов поступают сведения о движевии семиволосовцев, опрокидывающих всякие нормы и во много раз перевыполняющих планы обуривания забоя. На это движение институтам гигиены труда и госсанинспекции следует обратить особое внимание, так как бурильщикам-стахановцам должны быть созданы здоровые и безопасные условия труда, что в свою очередь повлечет за собой дальнейшее увеличение производительности.
Главной опасностью для бурильщика является пыль, образующаяся в процессе пневматического бурения. Особенно опасна пыль с высоким содержанием кремнезема, вызывающая при длительном ее вдыхании известную профессиональную болезнь — силикоз. Силикозом преимущественно заболевают бурильщики, работающие с пневматическими молотками по твердым породам со значительным содержанием кремнезема.
Полезные ископаемые залегают в различных породах. Чтобы освободить их, в породе делают цилиндрические скважины — шпуры небольшого диаметра, в которые кладут взрывчатое вещество. Образующиеся при взрыве газы разрушают поводу и разбивают ее на куски различных размеров. Для бурения шпуров приме-•1ЮТСЯ ударные пневматические перфораторы. Из всех видов перфораторов наи-)льшее распространение получили бурильные молотки. Молоток состоит из двух 1стей: собственно молотка и стального стержня, называемого буром. Собственно олоток представляет собой цилиндр, в котором движется поршень. Сжатый воз-ух, подаваемый попеременно в одну и другую сторону поршня, заставляет его читаться взад и вперед. При движении вперед шток поршня сильно ударяет по уру, вставляемому в специальную втулку молотка. Таким образом бур сообщает ильный удар породе. Некоторые буры имеют механизмы для автоматического пово-ачивания их в шпуре, в других же бурильщик сам производит беспрерывные по-ороты молотка на 30—50°. Вследствие ударов и поворотов в шпу^-е образуется яго угольной мелочи и буровой муки, забивающих скважину. Чтобы удалить •
муку, скважину продувают сжатым воздухом, подаваемым через особый канал .гамом буре. При этом из буровой щели в воздух поступает колоссальное коли-ство пыли. Чем тверже порода, тем больше выдувается тонких фракций пыли.
Для борьбы с пылью, выделяющейся из шпура, сначала орошали стье его водой, затем стали подавать воду в шпур через специальную рубку, и только в 1922 г. была предложена установка (существующая I в настоящее время) для подачи воды через полую часть бура. Это
мероприятие во много раз уменьшило количество пыли, поступающей в воздух. Бурение с подачей воды в шпур через полую часть бура носит название мокрого бурения. Впервые оно стало применяться в Южной Африке на золотых копях Трансвааля. Мокрое бурение значительно уменьшило концентрацию пыли в воздухе, однако количество заболеваний силикозом не снизилось в соответствующей степени. Оказалось, что при применении мокрого бурения только с водой в воздухе все же остается много мельчайшей не смачиваемой пыли. Было объявлено два конкурса на лучшую установку по улавливанию пыли при бурении: один конкурс — в Южной Африке, другой — в Германии (в 1929 г.). Несмотря на значительное количество предложений, поступивших на конкурс из различных стран, данный вопрос не получил удовлетворительного разрешения. Заслуживающим внимания является только предложение немецкой фирмы 5с1шгтауег о применении при бурении вместо воды пенистых веществ, причем фирмой был запатентован специальный состав, дающий пену, и изготовлен соответствующий аппарат. Пенистые растворы были испробованы в разных странах, но не нашли широкого применения, так как пена вызывала образование в шпуре пробки, которую трудно было удалить.
Наш Институт пошел по другому пути, пытаясь решить задачу введением через полый бур пневматического молотка водных растворов веществ, смачивающих пыль и образующих с нею суспензию, свободно вытекающую из шпура на «грудь забоя». Для проведения опытов была выбрана Никитовская ртутная шахта с очень твердыми породами, содержащими от 80 до 90% кремнезема; лабораторные исследования проводились с пылью, собранной на этой же шахте. На 9 участках шахты был поставлен ряд опытов для определения пылевого загрязнения воздуха при мокром бурении с водой. Пробы брались главным образом аппаратом Оуэнса, т. е. подсчитывалось число пышинок в 1 см3 воздуха. На 5 участках при сухом бурении в воздухе оказалось так много пылевых частиц, что невозможно было их подсчитать. На тех же участках при мокром бурении с водой были получены результаты, представленные в табл. 1.
Таблица 1
Число и величина пылевых частиц при мокром бурении
Место взятия пробы Число пылевых частиц в 1 см* воздуха Величина частиц до 1,3 |i в °/„
минимум максимум минимум максиму 1
3-й участок, 1-й восточный штрек .... Южный участок, 6-й северный штрек . . 2-й участок, 3-й ярус резки....... 2-й участок резки, 2-рудоскат...... 2-й участок, 14-й восточный штрек . . . • 1 876 1 310 1 380 1 670 2 410 5 920 3 624 5 340 9210 3 820 76,0 89.5 73,3 82,8 54.6 94,4 97.0 91.1 97,9 68,4
Обращают на себя внимание довольно значительные колебания концентраций пыли на некоторых участках при мокром бурении. Эти колебания объясняются тем, что вода подается в шпур неравномерно. В существующих системах молотков приток воды регулируется вручную, а не автоматически. Между тем опыты, поставленные Brown и Schrenk, показали, что с увеличением подачи воды уменьшается рассеивание пыли, и обратно. Объяснение здесь надо искать в том, что в бур вместе с водой попадает сжатый воздух, который выдувает из шпура пыль. Чем больше подается воды, тем меньше входит сжатого воздуха. Так как подача воды не автоматизирована, то колебания в поступлении ее в молоток вызывают и колебания в количестве частиц,
выдуваемых из буровой щели. Количество частиц, поступающих в воздух, зависит и от твердости пород: при бурении по твердым породам получается преимущественно мелкая пыль, по мягким — крупная пыль, а так как более крупные частицы лучше смачиваются водой, то на мягких породах применение мокрого бурения с водой удовлетворительно разрешает вопрос борьбы с пылью.
Нами были проведены сравнительные опыты по определению пылевой загрязненности воздуха, при сухом и мокром бурении по мягким породам (из глинистого сланца). Из 14 проб, взятых при сухом бурении пи этой породе, 5 были настолько густы, что не поддавались подсчету, остальные имели максимум 11 660 и минимум 3 480 пылевых частиц в 1 см3 воздуха. В том же забое при мокром бурении максимум пылинок выразился в 1 730, минимум — в 350 частиц в 1 см3 воздуха, большинство же препаратов показало содержание пылевых частиц около 500 в 1 см3. Другая серия опытов проводилась на участке, содержащем породы со включениями стибнита. Известно, что стибнит принадлежит к числу мягких минералов, окружающие же его породы состоят из несравненно более твердых кварцитов. При бурении на этом участке пыль получалась более крупной и в меньшем количестве. При сухом бурении в 1 см3 воздуха было от 2 520 до 5 290 пылинок, при мокром бурении «на воду» — от 1 590 до 3 090. Как видно, в последнем случае число пылинок уменьшилось незначительно, так как стибнит является гидрофобным материалом, т. е. плохо смачивается водой.
Следовательно, применение воды для смачивания пыли при бурении на твердых породах, являющихся и самыми опасными, дает недостаточный эффект из-за плохой смачиваемости водой мелкой пыли.
Необходимо было найти такие составы, которые увеличили бы смачивающую способность воды. В литературе имеются указания, что такими свойствами обладают электролиты. Мы решили испытать ряд водных растворов электролитов, чтобы проверить, насколько и в каких концентрациях они будут лучше смачивать пыль, чем вода. Полученные нами данные показывают, что смачивающая способность раствора возрастает с понижением концентрации. При некотором значении концентрации она достигает максимума, дальнейшее же понижение концентрации снижает смачивающую способность воды.
Далее, наши данные показывают, что полного смачивания растворами электролитов достичь нельзя, так как смачивание зависит не только от гидрофилизации поверхности частиц ионами электролитов, но в значительно большей степени от поверхностного натяжения раствора. Смачивающая способность раствора увеличивается с понижением величины поверхностного натяжения. Водные же растворы электролитов обладают более высоким поверхностным натяжением, чем вода, и смачивание, очевидно, происходит только за счет гидрофилизации поверхностей частиц. Последующие опыты проводились нами с водными растворами поверхностно-активных веществ. Применение таких веществ дает возможность, в зависимости от характера и количества их, в широких пределах уменьшать поверхностное натяжение раствора и этим увеличивать смачиваемость пыли.
К числу наиболее распространенных поверхностно-активных веществ относятся растворы мыл жировых (натриевые и калиевые мыла), смоляных (канифольное мыло) и нафтеновых (мылонафт). Опыты с жировыми мылами показали, что они мало пригодны для поставленной задачи, так как в небольших концентрациях они создают незначительное понижение поверхностного натяжения и легко подвергаются гидролитическому расщеплению; кроме того, жировые мыла очень чувствительны к солям кальция и магния, с которыми они образуют нерастворимые кальциевые и магниевые мыла. Так как в шахте надо рассчитывать только на жесткую шахтную воду, то применение жиро-
вых мыл обойдется очень дорого, ибо придется ставить специальные установки для очистки воды. Канифольное мыло обладает теми же недостатками, но в гораздо меньшей степени, стоимость же его значительно ниже, чем жировых мыл. Группа нафтеновых мыл резко отличается как от жировых, так и от канифольного мыла большой поверхностной активностью и слабой чувствительностью к солям кальция и магния. Очень важно и то, что мылонафт является отходом нефтеперерабатывающей промышленности. Опыты по смачиваемости пыли водными растворами мылонафта и канифольного мыла показали высокую активность их при довольно низких концентрациях.
Полученные нами лабораторные данные о смачиваемости пыли растворами мылонафта позволили выбрать оптимальную концентрацию его и перенести опыты из лаборатории на производство. Опыты проводились на Никитовской ртутной шахте, в забое с очень твердыми породами, дающими при бурении много тонких фракций пыли. При хорошей вентиляции пыль уносится с места ее выделения токами движущегося воздуха, что может вызвать ряд затруднений при оценке результатов наблюдений. Поэтому мы выбрали глухой забой с практически неподвижным воздухом, что дало возможность поставить достаточно «чистый» опыт. Для подачи раствора в молоток был применен небольшой бак, в котором готовился раствор. К баку через крышку его подводился из воздушной магистрали сжатый воздух, под давлением которого жидкость поступала через шланг к молотку и буру. Перед каждым опытом проводилось бурение «на воду» и брались пробы загрязнения воздуха пылью. Эти пробы служили контрольными.
Первые опыты были проведены для проверки необходимой концентрации мылонафта при бурении в производственных условиях, ибо найденные оптимальные величины концентрации мылонафта были получены лабораторным путем. На отобранном участке ставились опыты с сухим бурением и бурением «на воду». При сухом бурении количество пылинок не поддавалось подсчету. При мокром бурении «на воду» и с мылонафтом (2-й участок, 1-й восточный штрек) на 1 см3 воздуха приходится следующее количество пылевых частиц (табл. 2).
Таблица 2
Количество пылевых частиц в 1 м:! воздуха
Бурение «на воду» Мылонафт
0,04% 0,08°/„ 0,1 !>•/.
2 480 2 300 2 356 2 100 149Э, 1 350, 980, 370, 360, 620, 460 380, 470, 330, 370, 420, 250, 269, 310, 290, 280, 250, 220, 210 550, 730, 550, 450, 520, 390
Эти опыты показали, что даже в худшем случае, при концентрации 0,(Н0/о, пылинок оказалось вдвое меньше, чем при бурении «на воду». Опыты с концентрацией 0,32% не удались, так как большое количество жидкости выбивалось вместе с сжатым воздухом из молотка, не поступая в бур, и в шпур попадало мало раствора. При «забуривании» бур сначала скользит по породе, и тогда в воздух поступает больше пыли, чем при последующем бурении.
Вторая серия опытов была связана с проведением институтом редких металлов работы по испытанию различных растворов как показателей твердости пород при бурении. По просьбе института для этой цели испытывался мылонафт и брались пробы загрязнения воздуха. Опыты проводились на 2-м участке в 12-м западном' штреке (табл. 3).
Эти опыты указали на следующие важные моменты: количество пыли зависит от быстроты «забуривания», от скольжения бура по поверхности пород в начале бурения, а главное — от регулярного и достаточного поступления жидкости в бур и буровую щель. Наилучший результат получен был при концентрациях раствора мылонафта в 0,08 и 0,16%. Концентрация в 0,32% оказалась неэффективной.
Таблица 3
Количество пылевых частиц в 1 см1 воздуха
Бурение «на воду» Мылонафт
0,04 % 0,08% 0,16% 0,32%
4 810 7 360 7310 7 150 540, 940, 480, 360, 470, 1 430, 1 250, 1 570 , 990, 820, 610, 512, 570 570, 320, 290, 530, 330, 360, 410, 850, 280, 1 810, 300, 400 420, 520, 900, 460, 470, 300, 320, 330, 300, 420 2 470, 1 410, 1 770, 620, 420
Для окончательного суждения об эффективности раствора мылонафта проводились повторные опыты, причем были обеспечены как надлежащая подготовка рабочего места, так и исправное состояние молотка. Бурение проводилось с двумя растворами — в 0,05' и 0,1%. Результаты приведены в табл. 4.
Таблица 4
Количество пылинок на 1 см' воздуха
«На воду» Раствор 0,05% Гаствор 0,1%
12 184, 13 520, 13 950, 8 390, 9 860, 6 360, 5 460 , 7 650 , 5 140, 3 934 490, 458,3 20, 309, . 437, 576, 661, 468, 460, 469, 480, 416, . 362 390, 437, 331, 690, 532, 352, 410, 298, 277, 340, 298, 320, 309, 362, 298, 1 560, 490
Таким образом, наши исследования с несомненностью показали, что при пневматическом бурении на твердых породах раствор мылонафта в 0,1%-является весьма эффективным средством по борьбе о пылью, выдуваемой молотком из буровой щели, и что этот способ может быть рекомендован промышленности.
На Никитовской ртутной шахте был испытан также раствор канифольного мыла, изготовленный в лаборатории. Опыты проводились тогда же, когда ставились последние испытания с раствором мылонафта, причем были получены следующие результаты (табл. 5).
Таблица 5
Количество частиц в 1 см3 воздуха при бурении с раствором канифольного мыла
Концентрация 0,0Ь% Концентрация 0,16%
260, 341, 230, 298, 384, 341, 320, 352, 190, 175, 680, 290 180, 150, 190, 224, 250, 213, 520, 1 590, 1260, 1 897, 480, 430
Мы не можем пока еще категорически рекомендовать канифольное мыло как смачиватель при бурении по твердым породам, потому что
нами не испытывался раствор технического канифольного мыла. Хотя полученные цифры очень близки к данным, характеризующим эффективность применения растворов мылонафта, однако последнему следует отдать преимущество вследствие его дешевизны и недефицитности.
Мы уже упоминали, что предлагаемый смачиватель должен быть дешев, недефицитен и должен растворяться в жесткой шахтной воде, предварительно смягченной небольшим количеством щелочи. Мылонафт отвечает всем этим условиям. Раствор мылонафта можно изготовить на месте в шахте в той же бочке, из которой жидкость поступает в молоток. Расход жидкости сравнительно невелик: на 1 шпур в 1,8 м требуется от 10 до 20 л раствора, в зависимости от скорости бурения и опыта бурильщика. Таким образом, в смену при 9 шпурах максимальный расход равен 180 л. Раствор из буровой щели выходит в виде слабой, пенистой, с мелкими пузырьками жидкости, причем ни разу не образовалось «пробки».
На Никитовском ртутном руднике в настоящее время раствор мылонафта подается в шахту с поверхности, для чего используется коммуникация, имеющаяся в шахте водопровода. Раствор готовится в большом баке, находящимся у ствола шахты, и уже затем распределяется по всей шахте.
В постановлении объединенного совещания при НКЧермете от 4.V.1940 г. по вопросу о результатах конкурса на лучшие способы борьбы с силикозом при горных работах сказано:
«Проверенное Донецким институтом гигиены труда на практике высокоэффективное улавливание дисперсной пыли путем добавления к промывной воде смачивающих веществ растворов мылонафта и канифольного мыла рекомендовать промышленности для безотлагательного внедрения.
Просить наркоматы черной и цветной металлургии, Наркомугля и Наркомхимпрома обязать горные предприятия внедрить в соответствующих условиях смачивание пыли по предложению Донецкого института гигиены труда, применяя для этого в первую очередь недефицитный мылонафт»При применении мылонафта следует учесть, что раствор его действительно явится высокоэффективным противо-иылевым средством, если будут обеспечены исправное состояние молота, правильное приготовление жидкости и равномерная подача ее.
На Никитовском ртутном руднике еще в 1934 г. после энергичных настояний Донецкого института было введено для борьбы с пылью мокрое бурение «на воду». До применения этого способа бурения в забое было так много пыли, что через нее нельзя было разглядеть бурильщика. При бурении же «на воду» воздух забоя кажется почти чистым. Однако рабочие первое время неохотно применяли воду, так как по неопытности употребляли ее слишком много; в результате на почве собирались лужи и одежда рабочих часто была мокрой. В настоящее время ни один рабочий не соглашается бурить без воды. Таким образом, это оздоровительное мероприятие окончательно закрепилось. Применение раствора мылонафта является дальнейшим значительным шагом к обеспыливанию рабочего места при бурении. Правильно выполняемый технологический и санитарно-технический процессы обеспечат создание рабочего места стахановцу-семиволосовцу и поднимут культуру производства на ту высоту, на которую призывают постановления XVIII Всесоюзной конференции ВКП(б).
1 На Всесоюзном конкурсе институту за предложенный им смачиватель при суждена первая премия.
