CC BY
52
УДК 622.807 А.В. Ручкин
ПЫЛЕДИНАМИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПРИ РАБОТЕ КОМПЛЕКСА ПЕРЕРАБОТКИ ГАББРО-ДИАБАЗА
~П настоящее время разрабатывается месторождение габб--Ш-М ро-диабазов «Гора железная» в Прионежском районе Республики Карелия с целью получения высококачественного щебня для дорожного покрытия и строительства объектов различного назначения.
Добываемый габбро-диабаз характеризуется следующим образом:
по минералогическому составу -
плагиоклаз - 45-65 %; пироксен моноклинный - 30-40 %; амфибол - 2-3 %; магнетит - 2-10 %; кварц - единичные зерна, редко 1-2 %; полевой шпат - менее 1 %; хлорит - менее 1,5 %; биотит -единичные зерна, редко 1-2 %.
В качестве вредных примесей отмечается наличие зерен пирротина - не более 0,5 %; зерен пирита - редко до 1 %; биотит до 2 %, магнетит, гетит, гематит, апатит, нефелин, фосфорит в сумме по объему не более 10 %.
Химический состав представлен:
SiO2 - 49,67 % в связанном состоянии;
Fe2Oз + FeO - 14,8 %; СаО - 9,44 %; MgO - 5,35 %; N20 + К2О
- 3,95 %.
Физико-механические свойства добываемого полезного ископаемого следующие:
объемна масса - 3,04 г/см3; плотность - 3,06 г/см3; пористость истинная - 0,7 %; водопоглащение - 0,1 %; показатель пустотности - 53 %; дробимость в цилиндре - 8,46 %; износ в полочном барабане - 15,4 %;
сопротивление удару - 19 %;
потери в массе - 1 %.
Добываемый габбро-диабаз является высококачественным строительным материалом с высокой механической прочностью. пользуется высоким спросом строительных фирм.
При переработке габбро-диабаза используется шведский комплекс фирмы <^а^уїс», включающий в себя две дробилки (одна крупного дробления, другая мелкого дробления), два грохота с разделением дробленого материала на классы 0-5 мм, 5-20 мм и 20 мм с раздельной выдачей по классам потребителю.
Комплекс не оборудован средствами пылеподавления, что предопределяет высокую запыленность территории, где располагается комплекс и рабочие зоны трудящихся, обслуживающих комплекс.
Учитывая химический состав в соответствии с санитарными нормами и правилами допустимая концентрация пыли, образующейся на рабочих местах, составляет 10 мг/м3.
С,
мг/м3
Рис. 1. Изменение концентрации пыли от дробилки по длине шлейфа пыли по направлению движения ветра
С,
мг/м3
Рис. 2. Изменение концентрации пыли на различных расстояниях от центральной линии шлейфа пыли и от дробилки при скоростях ветра V = 1,0 м/с, V = 0,3 м/с
Кроме того, воздушным потоком при ветре пыль от мест образования ее распространяется на большие расстояния, загрязняя воздушный бассейн карьера, а осаждающаяся пыль оказывает вредное воздействие на флору и фауну.
Поэтому возникает настоятельная необходимость изучения пылевой динамики в зоне работы комплекса с целью определения интенсивности пылеобразования, изменения концентрации пыли, разносимой воздушным потоком при ветре по акватории карьера.
На первом этапе нами проведены исследования пылединамики при работе комплекса без применения средств пылеподавления и выбраны наиболее пылящие блоки его - дробилки и грохоты.
Исследования проводились при различных условиях в осенний и зимний периоды при скорости ветра 0,3 с/с и 1,0 м/с.
В качестве прибора измерения концентрации пыли был принят переносной прибор аспиратор-пылепробоотборник 1111-2, имеющий характеристику:
объем воздуха, просасываемый через фильтр АФА-ВП-20 - 20 л/мин;
допустимая погрешность - 5%;
таймер, позволяющий настраивать продолжительность отбора пробы пыли;
продолжительность работы прибора без подзарядки - 8.ч.
Количество замеров в каждом из выбранных сечений (см. схему рис. 1) исходя из условий допустимой погрешности не более 15 % определяется по формуле [1] в соответствии с заданными коэффициентами вариации квар = 10-17% (принят 15 %) и нормированном отклонении t = 1,65 (для условий пылевых съемок)
П = ^ (квар/кдоп)2,
где кдоп - допустимая погрешность измерений. С учетом реальных натуральных условий кдоп = 15%.
П = 1,652 (15/15)2 = 2,7
Принимаем П = 3.
Наиболее пылящими блоками являются дробилки. Поэтому нами вначале проводился эксперимент по определению динамики изменения концентрации пыли пылевого потока, распространяющегося от щековой дробилки по схеме (см. рис. 1) при скорости ветра 0,3 и 1,0 м/с. Скорость движения воздуха в карьере измерялась прибором АПР. Результаты исследований представлены в табл. 1, 2, 3, 4 и на рис. 2, 3 соответственно.
Анализируя данные графиков, видим, что изменение концентрации пыли по направлению движения воздуха относительно места образования пыли активно происходит на участке длиною 5 м. В дальнейшем уменьшение концентрации пыли происходит медленно. Поскольку плотность материала пыли (габбро-диабаз) значительная (3 г/см3), то на участке длиной 5 м происходит интенсивное осаждение крупных частиц пыли.
Изменение концентрации пыли по длине пылевого шлейфа носит экспоненциальный характер. На основании этого можно использовать ряд математических зависимостей для определения концентрации пыли при существующих скоростях движения воздуха на любом расстоянии от мест пылеобразования.
228
^/1 о ^/1 и) ю я о ^ я Л Точки замера
15,0 о о ^/1 о и) о ю о ^3 н- О4 д о ё ® Й Расстояние от дробилки, м
00 <1 ^/1 4^ и) ю - о 40 00 <1 ^/1 4^ и) ю Номер фильтра
40 <1 и) 40 00 4^ О ~40 4^ о 00 4^ о К) и) 40 1>1 и) 40 и) 00 Хо и) 40 Ъ\ и) 40 V и) 40 <1 4^ о ы и) 00 V и) 00 <1 и) 40 ы и) 40 о и) 00 к> и) Р 1 Вес чистого фильтра, мг
4^ О <1 1 40,9 4^ ю 1 42,16 4^ ^/1 4^ о 4^ К) 1 40,6 4^ Ъ\ 4^ 1>1 4^ ю о 4^ и) 4^ 1>1 4^ и) 1>1 4^ и) К) 4^ ^/1 ы 4^ и) ы от дробили 1 43,8 Вес запыленного фильтра, мг
О г; к> ы 1>1 ю <1 ю о ю ю ы ю 00 и) 4^ 00 и) ~40 ы ^/1 ^/1 <1 Навеска пыли, мг
ю о о 1 20,0 ю о о ю о о ю о о ю о о ю о о 1 20,0 ю о о ю о о ю о о ю о о ю о о 1 20,0 ю о о ю о о ю о о ю о о Объемный расход воздуха, л/мин
о О о о о о о о о о 1>1 о 1>1 о 1>1 о 1>1 о 1>1 о 1>1 о 1>1 о 1>1 о 1>1 Время набора пробы пыли, мин
^/1 о о ^/1 ^/1 О о о 00 о ^/1 о <1 ^/1 о 1 105,0 00 ^/1 о о о о 1 210,0 | 230,0 | 280,0 | 310,0 4^ 00 о о | 390,0 | 630,0 ^/1 о о 1 570,0 Концентрация пыли, мг/м3
^/1 о <1 о 40 о | 240,0 | 393,0 1 570,0 Средняя концентрация пыли, мг/м3
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 | западное Направление ветра
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 о Скорость ветра, м/с
Таблица 1
229
40 00 <1 И л Точки замера
4,0 м в 10,0 м от дробилки 2,5 мв 5,0 м от дробилки 2,0 м в 3,0 м от дробилки ЗНИЯХ по ширине ] 1,0 м 2,0м от дробилки Расстояние от центральной линии шлейфа пыли и от дробилки
О ю 40 ю 00 ю <1 ю ю ^/1 ю 4^ ю и) ю ю ю Ю О >—1У 40 КС Номер фильтра
и) 0° Ъ\ 4^ О о 4^ О К) 39,6 и) 40 00 4^ о ы 4^ О 1 39,7 и) 40 40 V и) 00 ы 1 ПЫЛИ 1 38,7 | Вес чистого фильтра, мг
4^ О 41,92 4^ ю Ъ\ 41,38 4^ ы 42,24 43,35 42,7 4^ Ю <1 44,1 4^ и) 00 4^ 4^ <1 Вес запыленного фильтра, мг
ю V 1 1,92 ю V 1,78 17б‘1 1 к> ^/1 О и) Ъ\ 4^ <1 ^/1 О Навеска пыли, мг
ю о о 1 20,0 ю о о 20,0 ю о о ю о о ю о о 1 20,0 ю о о Ю О о ю о о ю о о Объемный расход воздуха, л/мин
ю о ю о ю о О о о о 1>1 О 1>1 о 1>1 о 1>1 о 1>1 о 1>1 Время набора пробы пыли, мин
1 60,0 4^ 0° о 1 60,0 89,0 <1 ^/1 о 40 <1 о 1 325,0 | 305,0 | 360,0 | 470,0 1 550,0 о о о Концентрация пыж, мг/м3
1 56,0 00 <1 о | 330,0 ^/1 4^ о о Средняя концентрация пыли, мг/м3
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 западное Направление ветра
О О О О о о О о О о о о Скорость ветра, м/с
Таблица 2
230
^/1 о ^/1 и) ю я н- О д л Точки замера
15,0 о о ^/1 о и) о ю о 1 О4 н- Я V, О О » | Расстояние от дробилки, м
4^ 00 4^ <1 4^ 4^ ^/1 4^ 4^ 4^ и) 4^ ю 4^ 4^ о и) 40 и) 00 и) <1 и) и) ^/1 и) 4^ и) и) и) ю £ 1 Номер фильтра
4^ О 00 4^ О Ъ\ 4^ о ы и) 40 1>1 и) 40 ы 4^ О О 4^ О и) 40 <1 и) 40 к> и) 40 V и) 40 о 1 38,6 и) 00 00 и) 40 1>1 и) 40 и) 00 и) 00 <1 и> э 00 е 4^ 8 о Вес чистого фильтра, мг
4^ 00 4^ 41,72 4^ 1>1 40,74 4^ О 42,46 41,42 4^ 40,85 40,91 4^ о 00 40,28 41,95 4^ ю ы 4^ ю ы 4^ ю 00 4^ и) 00 ' дробилки 43,4 Вес запыленного фильтра, мг
О 4^ ю К) К) 4^ <1 ю V Ы ю V Ъ\ ^/1 1>1 00 Ъ\ 00 и) ^/1 ю 1>1 и) К) 4^ <1 ^/1 ^/1 О Навеска пыли, мг
о‘ог | ю о о ю о о ю о о ю о о ю о о 1 20,0 ю о о ю о о ю о о ю о о 1 20,0 ю о о ю о о ю о о ю о о ю о о ю о о Объемный расход воздуха, л/мин
Ю О ю о ю о ю о ю о ю о О о о о 1>1 о 1>1 о 1>1 о 1>1 о 1>1 о 1>1 о 1>1 о 1>1 о 1>1 Время набора пробы пыли, мин
ю о ю 00 о и) о о и) о Хо 4^ ю Ъ\ 1>1 ?99 | <1 о 1>1 00 ю ы 1 151,7 00 о | 168,3 1 315,0 | 280,0 | 320,0 | 470,0 ^/1 о о ^/1 о о о Концентрация пыли, мг/м3
ю 00 о 4^ ^/1 О <1 и) о 1 170,0 | 305,0 1 493,0 Средняя концентрация пыли, мг/м3
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 | юго-западное Направление ветра
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 о и) Скорость ветра, м/с
231
40 00 <1 И л Точки замера
4,0 м в 10,0 м от дробилки 2,5 мв 5,0 м от дробилки 2,0 м в 3,0 м от дробилки ЗНИЯХ по ширине ] 1,0 м 2,0м от дробилки Расстояние от центральной линии шлейфа пыли и от дробилки
О ^/1 40 ^/1 00 ^/1 <1 ^/1 ^/1 ^/1 ^/1 4^ ^/1 и) ^/1 ю ^/1 ^/1 о У 40 КС Номер фильтра
39,3 и) 40 <1 1 39,5 О О и) 40 ы и) 40 и) 00 V и) 00 Ъ\ 1 38,9 00 <1 и) 00 ы 1 ПЫЛИ 1 38,0 | Вес чистого фильтра, мг
40,53 4^ о ы 40,2 40,51 40,58 40,58 39,54 и) 40 Ъ\ 39,85 40,54 40,36 4^ О V Вес запыленного фильтра, мг
0,83 о Ъ\ 1 0,7 V К) 00 V 00 4^ о 1 0,95 00 4^ ю о ю V Навеска пыли, мг
20,0 ю о о 1 20,0 ю о о ю о о ю о о Ю О о ю о о 1 20,0 ю о о ю о о ю о о Объемный расход воздуха, л/мин
2,0 ю о 1 2,0 ю о ю о ю о о V о V О о V о V о V Время набора пробы пыли, мин
20,8 ^/1 о 1 16,7 и) <1 00 и) ю о и) <1 о 1 114,0 о о о 1 95,0 00 4^ о | 206,0 | 240,0 Концентрация пыли, мг/м3
1 17,5 1 35,6 | 103,0 1 210,0 Средняя концентрация пыли, мг/м3
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 западное Направление ветра
О ы о ы О ы о ы о ы о ы О ы о ы О ы о ы о ы о ы Скорость ветра, м/с
232
Необходимо отметить, что изменение концентрации пыли на границе по ширине пылевого шлейфа (на определенных расстояниях от центральной линии пылевого шлейфа) по его длине также изменяется по экспоненте (рис. 2, 3).
Важным является то, что чем выше скорость движения воздуха, тем выше концентрация пыли в направлении, перпендикулярном основному направлению движения воздуха (табл. 2, 4). По-видимому это объясняется тем, что при большей скорости движения воздуха увеличивается турбулентность, что и определяет более интенсивное распространение пыли в направлении, перпендикулярном основному направлению движения воздуха.
Следует также отметить, что выброс пыли в атмосферу при работе дробилок и грохотов можно рассматривать как образование пыли линейным источником и соответственно этому концентрация пыли в пылевом факеле может быть определена по формуле [2].
kgn - 3,9y2
Сл = exp---------- ------------+ С0, мг/м
хуШср x2y
где gn - интенсивность линейного источника выделения пыли, мг/с; k - коэффициент, зависящий от места расположения источника образования пыли относительно рабочей площадки (для линейного источника изменяется от 1,3 до 3); x - расстояние от источника выделения пыли до поперечного сечения факела пыли, в котором определяется концентрация пыли, м; y - координата точки поперечного сечения факела пыли, в которой определяется концентрация пыли, м; у - безразмерный параметр, характеризующий турбулентность потока у источника пылевыделения (в пределах скорости 1-7 м/с, у = 0,1-0,8); иср - средняя скорость по длине линейного источника выделения пыли, м; Со - концентрация пыли в воздухе, поступающем к источнику выделения пыли, мг/м3.
Важным показателем является интенсивность линейного источника пылевыделения, который характеризует источник с точки зрения массы выделяющейся пыли в единицу времени и предопределяет правильность выбора средств пылеподавления.
Выводы
1. Проведенные исследования показали, что при работе дробилки имеет место выделение пыли высокой концентрации (свыше 500 мг/м3).
2. Пыль выносится движущимся воздухом на значительные расстояния, загрязняя значительное пространство карьера.
3. Изменение концентрации пыли по длине пылевого шлейфа в направлении движения воздуха может быть описано экспоненциальным уравнением.
4. При отсутствии средств пылеподавления концентрация пыли в сотни раз превосходит ПДК, что может вызвать заболевание дыхательной системы горнорабочих, обслуживающих комплекс.
5. Необходимо правильно выбрать способы и средства пыле-подавления с учетом климатических условий и определить эффективные параметры их работы.
--------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Рыжов П.А. Математическая статистика в горном деле. -М.: Высшая школа. 1973. -287 с.
2. Ушаков К.З., Михайлов В.А. Аэрология карьеров - М.:. Недра. 1975. - 247
с.
3. Ушаков К.З., Михайлов В.А. Аэрология карьеров 2 изд. Перераб. и доп. Под ред. В.В.Ржевского. - М.: Недра, 1985. - 242 с.
4. Никитин В.С., Битколов Н.З. Проектирование вентеляции в карьерах. -М.: Недра, 1980. - 171 с.
5. Методика расчета вредных выбросов (сбросов) для комплекса оборудования открытых горных работ (на основе удельных показателей). Люберцы. 1999. 59 с.
6. Методическое пособие по расчету выбросов от неорганизованных источников в промышленности строительных материалов. НИПИОТстром. Новороссийск. 1989.
— Коротко об авторах -----------------------------------------
Ручкин А.В. - аспирант, Московский государственный горный университет.
