CC BY
40
------------------------------- © Ю.В. Шувалов, А.П. Бульбашев,
Н.А. Г аспарьян, 2007
УДК 622.8.807.2
Ю.В. Шувалов, А.П. Бульбашев, Н.А. Гаспарьян
ПЫЛЕПОДАВЛЕНИЕ ТОЧЕЧНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПРИ РАЗРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУР
азработка месторождений полезных ископаемых в усло-
-яГ виях отрицательных температур имеет определенные особенности. В первую очередь это относится к открытому способу ведения работ. Отрицательные температуры оказывают значительное влияние на технологические параметры производственного процесса, технологию ведения работ, а также на физико-механические свойства пород, что необходимо учитывать при выборе системы пы-леподавления. Использование известных средств и способов борьбы с пылью, успешно применяющихся в условиях положительных температур (в основном различные модификации гидрообеспыливания) в условиях отрицательных температур не представляется возможным или значительно осложняется.
Одним из эффективных способов борьбы с пылью при отрицательных температурах воздуха является пылеподавление искусственным снегом. Как показала практика, пылеподавление искусственным снегом может осуществляться как путем воздействия на взвешенную пыль, так и путем экранирования сыпучего материала посредством покрытия его снегом [1, 2].
В основу конструирования различных устройств - снегогене-раторов для подавления пыли заложены принципы фазовых переходов диспергированной воды при свободном падении в потоке воздуха, движении затопленных струй в неподвижном воздухе, противоточном, поперечном или прямоточном движении воздуха, предварительном переохлаждении капель в камере смешивания с потоком расширяющегося воздуха. Однако, конструкции с прямоточным движением водовоздушного потока и атмосферного воздуха обеспечивают увеличение дальности полета капель воды, но снижают эффективность их теплообмена с атмосферным воздухом (эффект затопленной струи). Особенно существенно снижение в
результате выделения теплоты фазового перехода воды в сопутствующем потоке воздуха и возможность его нагревания. Исключение данного негативного фактора может быть достигнуто при про-тивоточном движении воздушного потока и атмосферного воздуха.
Весьма рациональным может быть комплексное решение проблемы борьбы с пылением техногенных массивов: создание агрегата, способного выполнять эффективное пылеподавление в зимний период искусственным снегом, а в летний - орошением диспергированной водой с добавлением биопродуктивного связующего вещества, необходимого для осуществления дальнейшей рекультивации техногенных массивов.
СПГГИ (ТУ) разработана установка на базе снегогенератора, которая может быть использована круглогодично для пылеосажде-ния на поверхностях техногенных массивов.
Обработка пылящих поверхностей осуществляется с помощью установки - снегообразователя. Наряду с ранее разработанными и испытанными в натурных условиях установками, предложена новая компактная конструкция для пылеподавления и коагуляции пыли в более крупные частицы, вероятность сноса которых с пылящих поверхностей значительно снижается, а вторичный этап рекультивации с озеленением происходит быстрее и эффективнее.
Основным элементом устройства является пневмогидравличе-ская форсунка (рис. 1), в которой вода под давлением по каналу 3 через радиальную выточку 4 и кольцевую щель 5 поступает в смесительную камеру 6, куда из каналов 8 и 10 направляется сжатый воздух диспергируя воду, и далее водовоздушная смесь поступает через диффузор 7 в выходное отверстие, где охлаждается воздухом, прошедшим через второе сопло Лаваля 12 и направляется в атмосферу.
Конструктивное исполнение устройства для пылеподавления пылящих поверхностей базируется на универсальном блоке (рис. 2) с различными дополнительными элементами (ходовая тележка, обогреватели, устройства для охлаждения и подогрева сжатого воздуха и т.д.). В испытанных устройствах диаметр сопла Лаваля изменяется от 3 до 15 мм [3, 4, 5].
При диаметре 3-5 мм расход сжатого воздуха составляет 0,5 м3/мин, при давлении 0,5 МПа, давление воды 0,03 МПа, а расход 0,27-0,32 м3/ч.
Рис. 1. Усройство для получения искусственного снега: 1 - корпус; 2 - кожух; 3 -канал для подвода воды; 4 - радиальная выточка; 5 - кольцевая щель; 6 - смесительная камера; 7 - диффузор; 8, 10 - каналы для подачи холодного и горячено воздуха; 9, 12 - сопла Лаваля; 11 - кольцевая полость
а = 00+1100
а а
в
Рис. 2. Принципиальная схема универсальной пылеподавляющей установки: 1 -
кожух; 2 - вентилятор; 3 - Y-обрaзнaя установка; 4 - рама; 5 - шарикоподшипники; 6 - блок пневмогидравлических форсунок; 7 - фиксатор
В результате экспериментальных исследований в зимний период года наблюдалось стабильное снегообразование (85-90 % выход снега) с размером кристаллов 50-250 мкм и плотностью снега 300-400 кг/м3.
Установка может работать в экономичном режиме, обеспечивая срабатывание энергетического потенциала (тепла) фазового перехода воды в снег и потерь энергии в вентиляторе для нагревания поступающего холодного воздуха, его увлажнения и выпуска тумана в окружающую среду для повышения эффекта снегообразо-вания. На единичную форсунку расход сжатого воздуха 0,5 м3/ч, давление 0,5 МПа, расход воды 0,5 м3/ч, коэффициент снегообразо-вания 0,8-0,9, расход электроэнергии 2 кВтч на 1 м3 воды.
Основной задачей опытно-промышленных исследований является выбор оборудования, проведение испытаний для установления оптимальных режимов его работы с целью создания ветроустойчивых противоэрозионных покрытий пылящих поверхностей в зимний и летний периоды года.
Для проведения экспериментальных исследований на Афанасьевском карьере была собрана установка, сходная со схемой на рис. 2. Установка включала: компрессор, пневмогидравличе-ские форсунки, корпус, имеющий пирамидальную форму; бак с водой; бак с раствором связующего; эжектор, а также трубопровод для подачи раствора в форсунку с вентилем и трубопровод для подачи воды в форсунку с вентилем, трубопровод для подачи сжатого воздуха в бак с водой и в бак со связующим раствором, эжектор, форсунки.
Установка работала следующим образом: с помощью эжектора в корпусе установки создавалось разряжение, приводящее к засасыванию туда определенного количества наружного (холодного - в зимний период) воздуха. Двигаясь вдоль корпуса, воздух подогревался в результате теплообмена с водой, диспергируемой с помощью гидравлической форсунки. Таким образом, происходило распыление воды и связующего раствора. В зимний период года распыляемая вода замерзала, и образовавшийся снег оседал на нижней части корпуса установки. При изменении положения эжектора в горизонтальной плоскости относительно вертикальной оси на противоположное воздушный поток реверсировался.
При проведении экспериментальных исследований пылепо-давления с поверхностей техногенных массивов в зимний период
года температура наружного воздуха составила -8^-7 °С; относительна влажность воздуха была равна 0,8; температура воды в баке +2^+3 °С, расход воды 1,5 л/мин; давление сжатого воздуха - 0,4 МПа. При этом влажность воздуха на выходе из установки увеличилась до 0,85-0,9, а температура повысилась до -4^-5 °С.
В результате проведения испытаний по использованию пневмогидравлических форсунок диаметром 5 мм и 2 мм были определены зоны снегообразования (таблица) путем измерения температурного режима свободно выпускаемой струи сжатого воздуха и воды из форсунки в воздух (затопленная струя) при температуре атмосферного воздуха -5 °С. При этом температура воды составила 3 °С, температура сжатого воздуха на выходе из компрессора 38 °С, давление сжатого воздуха 0,5 МПа, расход воды и сжатого воздуха 60 кг/ч и 30 м3/ч, соответственно, максимальная теплопроизводительность системы при фазовом переходе воды 18000 кДж/ч, температура сжатого воздуха на выходе из форсунки (без воды) диаметром 5 мм - (23-25) °С, а из форсунки диаметром 2 мм - (9-15) °С.
Динамика температуры центра
затопления струи
Диаметр форсунки Температура струи (0С) на расстоянии (м)
0 0,1 0,2 0,4 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0
5 мм 5 4 2 0 0 0 -3 -5 -5
Физические явления Зона снегообразования
2 мм 4 2 0 0 0 -1,5 -4 -5 -5
Физические явления Зона снегообразования
Проведенные исследования показали, что подобные устройства не требует больших затрат, достаточно эффективны и могут широко использоваться при добыче и складировании различных полезных ископаемых в условиях отрицательных температур.
------------------------------------------ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. ОсодоевМ.Т. Борьба с пылью на угольных разрезах Якутии. - Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1987.
2. Осодоев М. Т. Снегогенераторы и область их применения. - Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1991.
3. Шувалов Ю.В., Бульбашев А.П., Ильченкова С.А., Гаспарьян Н.А. Установка для связывания пыли. Патент 2230997. Бюл. изобр. № 17, 2004.
4. Шувалов Ю.В., Осодоев М.Т. и др. Устройство для получения искусственного снега. Авт.свид. 1132124. Бюл.изобр. № 48, 1984.
5. Шувалов Ю.В., Осодоев М.Т. и др. Устройство для получения искусственного снега. Авт.свид. 1174693. Бюл.изобр. № 31, 1985.
— Коротко об авторах ---------------------------------------------
Шувалов Ю.В., Гаспарьян Н.А. - Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет), Бульбашев А.П. - ООО «Афанасьевский карьер».
