CC BY
63
© В.И. Голинько, В.Е. Колесник,
С.Н. Ткаченко, 2003
УДК622.807
В.И. Голинько, В.Е. Колесник, С.Н. Ткаченко
КОНТРОЛЬ ПЫЛЕВОЙ НАГРУЗКИ НА ОСНОВЕ ДАННЫХ
ДО ЗАПЫЛЕННОСТИ ВОЗДУХА В ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ
ля косвенной оценки пыли, попавшей в легкие рабочих и ИТР, в рамках охраны труда контролируют пылевую нагрузку, которую определяют ежеквартально путем умножения числа отработанных смен на среднесменную концентрацию пыли на конкретном рабочем месте. Гигиенической оценкой пылевой нагрузки может служить и количество пыли, вдыхаемой рабочим в течении смены, которая определяется как произведение среднесменной концентрации пыли на суммарную легочную вентиляцию, - параметр, зависящий от физических данных и нагрузки работающего (колеблется от 6 до 15 м3 за смену) [1]. Понятие пылевой нагрузки может быть распространено и на технические объекты, в частности, горные выработки. В этом случае под пылевой нагрузкой имеют ввиду количество пыли, поступившей в течение смены или суток в горную выработку [2]. При этом пыль может поступать в результате выноса от ее источника или из предшествующего вентиляционного звена. В любом случае пылевая нагрузка зависит от содержания пыли в атмосфере, а кроме того, связана с пылеотложением и выносом пыли., что, в конечном итоге, должно определять методы и средства ее контроля.
Кратко проанализируем существующее положение по контролю пылевой нагрузки, т.е. рассмотрим известные средствах контроля пыли, поступающей в легкие человека или горные выработки. Так, для оцени пылевой нагрузки органов дыхания применяют различные устройства, которые накапливают пыль в течение смены или производственного цикла, причем масса накопленной пыли определяется путем взвешивания пылеприемника на аналитических весах. Такие накопители и подобные им пылепробонабор-ники могут быть индивидуальными, либо обслуживаются специальным замерщиком пылевентиляционной службы [35].
Пылепробонаборники индивидуального пользования, типа пробоотборника Микульского [3], закрепляется на поясе, а его пылеотборный патрубок располагается на каске рабочего. Пробоотборник французского производства типа С1Р 10 [4], благодаря относительно небольшой массе, позволяет носить его рядом с дыхательными органами человека в нагрудном кармане одежды или на груди с помощью
бельную пыль (грубая пыль отделяется циклоном), для чего скорость аспирации выбрана с учетом особенностей органов дыхания, поэтому они служат только для гигиенической оценки условий труда рабочих.
Гравиметрические пылепробона-борники английского производства типа 111А, 113А [5] или их польские аналоги, например “Barbara” [6], а также последующий “Barbara-3”, могут использоваться для оценки пылевой нагрузи систем вентиляции по респирабельной пыли, но достоверность такого контроля нам представляется невысокой из-за аспирации только тонкой пыли, Учет же грубой пыли требует учета скорости запыленного потока.
Таким образом, задача контроля гигиенического аспекта пылевой нагрузки решена только по респирабель-ной пыли. Что же касается задачи, связанной с общей массой пыли витающей пыли, а также техническим аспектом пылевой нагрузки, то ее решение возможно, как нам представляется, на основе приборов оперативного контроля содержания пыли в воздухе, например измерителей запыленности шахтной атмосферы ИЗША [7] с интегрированием и усреднением его показаний в течении необходимого промежутка времени, в частности за смену. При этом перспективным является то, что от пылевой нагрузки можно перейти к оценке пылеотложения и выносу (или выбросам) пыли.
Остановимся детальнее на реализации контроля пылевой нагрузки на основе ИЗША, требующего для этого доработки, суть которой сводится к накоплению в нем среднего значения концентрации пыли C в течении смены. Доработку целесообразно выполнить на основе встраиваемого в прибор микропроцессора с использованием рекуррентного алгоритма накопления текущего среднего значения концентрации пыли, при котором в памяти хранится текущее значение концентрации с дискретизацией во времени от 0,5 до 5 с, его номер и текущее среднее, рассчитанное для предыдущих значений концентрации, что не требует больших объемов электронной памяти [8].
Практическое использование доработанного ИЗША предполагает размещение его на время смены в определенной точке выработки, на том участке, где работают и перемещаются люди. Вполне логично выбрать контрольную точку в области, соответствующей среднему содер-
перевязи. Оба прибора предназначены для отбора респира-
Зависимость изменения концентрации пыли по длине горной выработки в зоне активного оседания пыли при непрерывно действующем источнике
жанию пыли для участка выработки, являющегося рабочим местом конкретной группы рабочих или ИТР. В случае, если рабочий участок рассредоточен по выработке возникает вопрос о нахождении точки средней концентрации на этом участке с учетом того, что содержание пыли C по длине горной выработки l изменяется из-за оседания пыли по ходу вентиляционного потока. При этом необходимо знать закономерность оседания пыли, т. е. функцию С = f(l) .
Закономерность эта вполне определенная и может быть представлена математическими моделями, подлежащими идентификации для конкретной выработки. Приемлемой для практического использования является предложенная нами модель, которая учитывает параметры, запыленного потока и выработки при наличии постоянно действующего источника [9]:
C _ С0 exp\ - — Л + — v ) —
1 - ехр| - — /
(1)
где С0- концентрация у источника, который мы полагаем
равномерно рассредоточенным по сечению выработки, мг/м3; N - мощность источника пыли, мг/м3-с; ст - коэффициент определяющий скорость оседания пыли в выработке, с-1.
Модель отличается от обычной экспоненты наличием асимптоты, проходящей несколько выше оси абсцисс I, в чем легко убедиться, если осуществить замену ь = ^ и
с _ —. В результате получим выражение
—
С _ (С0 - с) ехр{- Ь • /)
+ с,
(2)
общий вид которого представлен на рисунке.
Параметр с = N_ модели (2) можно идентифициро-а
вать экспериментально, измерив концентрацию пыли на достаточном расстоянии от источника, где концентрация уже практически не меняется, теоретически при I = (3-4)1 Например, для вентиляционного штрека угольной Ь
лавы это расстояние составляет величину порядка 200 м от сопряжения, хотя примерную оценку можно получить уже на расстоянии около 100 м. Более точно идентифицировать С и одновременно с ним Ь можно по концентрации пыли, измеренной в зоне интенсивного осаждения пыли в трех точках, разнесенных по длине выработки на одинаковые расстояния с шагом 10-30 м [9]. Уместно отметить, что наличие асимптоты С определяется не только режимом работы источника пыли, но также и взметыванием уже осевшей пыли, механизм которого иной. Не смотря на это, модель (1;2) с достаточной для
практики точностью описывает реальные горные выработки
Располагая реальной моделью можно определить средние значения концентрации пыли на любом участке идентифицированной части выработки от 11 до 12, которое можно вычислить как интеграл функции С = у(7)на этом участке, отнесенный к его длине, а
именно:
С _
1
12 -
а/.
(3)
Если проинтегрировать (3), например от 11 = 0 до 12 =
L, м, для С = /(7) в, случае С =0, то получим среднее по
длине значение концентрации пыли на отрезке выработки протяженностью L в виде
С=С^1 -м-Ь ■ £)]■ (4)
При этом недостающее с , выраженное через средние во времени показания ИЗША, установленного на расстоянии I^ от источника, составит
Со _ С • ехр(ь • ),
(5)
Для характерного в вентиляционных штреках угольных лав значения Ь = 0,016, м-1 и /^ = 10 м выражение (5) примет вид
С0 « 1,17С,
(6)
(7)
а (4)
С _ Ь I1 - еХР^- Ь • Х)1
В заключение следует отметить, что представленная математическая модель (1-7), является по существу методикой инженерной оценки среднесменной концентрации пыли на участке длинной Ь, отмеренного от выбранной точки выработки, которая принимается в качестве источника пыли с концентрацией С0. Помножив ее
на число отработанных за квартал смен, получим пылевую нагрузку для всех работающих на этом участке людей. Таким образом пылевая нагрузка определяется на основе данных о содержании общей массы пыли в атмосфере горной выработки, полученных при помощи портативного измерителя типа ИЗША, размещаемого в выработке на смену, подобно портативному метанометру.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
V
1. Заикин А.И., Денисов В.П. Опре-
деление пылевой нагрузки у горнорабочих угольных шахт // Г игиена труда в горнодо-
бывающей промышленности. -М.: Москов-
ский НИИ гигиены им. Ф.Ф. Эрисмана, 1978.-С. 51-52.
2. Борьба со взрывами угольной пыли в угольных шахтах / М.И. Нецепляев,
А.И. Любимова, П.М. Петрухин и др. - М.: Недра, 1992.-298с.
3. Поздняков Г.А., Мартынюк Г.К. Теория и практика борьбы с пылью в меха-
низированных подготовительных забоях. -М.: Недра, 1983.-186 с.
4. Courbon P. Un capteur endividuel pour les mesures d'empoussierage // “Ind. Miner. Mines et carrieres”.- 1987, 69 № AOUT-SEPT.-Р 430-432.
5. Усков В.И., Поелуев А.П., Вьюгов Г.Н. Результаты стендовых испытаний пы-лепробонаборника типа 111А // Вопросы вентиляции и борьбы с пылью и газом на
угольных шахтах и разрезах. - М.: ВНИ-ИГД, 1979.-Вып.183.-С 103-105.
6. Krzystolik Р, Piskorska-Kalisz Z. Przyrzady pomiarowe Plskiej sluzace do ротіаги stezenia zapylenia powietrza kopalianego // Wiadomosci gomicze, 1981.-N1.- S. 7-8.
7. Совершенствование оперативного контроля запыленности воздуха в угольных шахтах /Голинько В.И. Колесник В.Е. Бело-
ножко В.П. Кривохижа Б.М. // Уголь Ук-раины.-1996.-№8.- С. 37-39.
8. Голинько В.И., Колесник В.Е. Оценка пылевзрывобезопасности горных выработок угольных шахт по содержанию пыли в воздухе // Уголь Украины, 2001.- №6.- С 24-26.
9. Колесник В.Е. Моделирование процесса распространения пыли по длине горной выработки при постоянно действующем источнике //Науковий вісник НГА України. -2001. - № 2. - С 49-52.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -----------------------------------------------------------------------------
Голинько Василий Иванович — доктор технических наук, профессор кафедры аэрологии и охраны труда Национальной горной академии Украины.
Колесник Валерий Евгеньевич — кандидат технических наук, старший научный сотрудник, доцент кафедры аэрологии и охраны труда Национальной горной академии Украины.
Ткаченко Сергей Николаевич — младший научный сотрудник кафедры аэрологии и охраны труда Национальной горной академии Украины.
