CC BY
36
© 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
