CC BY
24
© А.П. Коренев, О.И. Кашуба, 2002
УДК 622.807:622.452
А.П. Коренев, О.И. Кашуба
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПЫЛЕОТСОСА ПРИ ВЫЕМКЕ УГЛЯ НА КРУТЫХ ПЛАСТАХ
П
роблема борьбы с пылью в очистных выработках шахт, разрабатывающих крутые пласты, до настоящего времени остается более острой, чем на пологих пластах. Это обусловлено, прежде всего тем, что несмотря на высокий уровень заболеваемости пневмо-кониозом, на этих шахтах не налажено систематическое применение обес-пылевающих мероприятий (орошения и предварительного увлажнения угля в массиве). Причем, в случае применения этих мер эффективность обеспыливания, (прежде всего - орошения) существенно ниже, чем, при прочих равных условиях, на пологих пластах. Объясняется это спецификой условий залегания и технологии разработки крутопадающих пластов.
Основной особенностью технологии выемки угля на крутых пластах, препятствующей достижению высокой эффективности гидрообеспыливания, являются наличие рассредоточенного вдоль забоя очистной выработки самотечного потока разрушенного угля, перемещающегося с большой относительной скоростью, как правило, во встречном воздушном потоке и являющегося, вследствие этих факторов, источником интенсивного пылевыделения. Причем, этот источник находится вне зоны непосредственного воздействия средств обеспыливания, обычно устанавливаемых на выемочной машине. Вследствие этого, эффективность пылеподавления
при выемке угля определяется степенью его увлажнения в зоне работы выемочной машины и составляет, в среднем, не более 50-60 %. По этим же причинам, учитывая неравномерность распределения влаги в пласте при увлажнении угля в массиве, эффективность этого метода пылепо-давления также, как правило, ниже, чем на пологих пластах. Повышение же эффективности пылеподавления путем установки дополнительных средств гидрообеспыливания по пути движения потока отбитого угля практически трудноосуществимо по техническим и технологическим причинам: невозможность надежной защиты устройств от повреждений падающим углем, контроля за их работой и ремонта в процессе выемке угля; дополнительное обводнение выработки и возможность зависания угля из-за его переувлажнения.
Таким образом, приведенные факторы обусловливают формирование неблагоприятной пылевой обстановки не только непосредственно в очистных выработках крутых пластов, но и в примыкающих к ним подготовительных выработках с исходящей струёй. Причем, интенсивный вынос пыли приводит не только к ухудшению условий труда в этих выработках, но и к повышению степени их пылевзрывоопасности в связи с ростом пылеотложений. Поэтому для повышения эффективности обеспыливания существующий комплекс требует применения дополнительных противо-
пылевых мероприятий, причем, не связанных с существенным повышением расходов воды на пылеподавление.
Таким наиболее эффективным из известных способов обеспыливания является пылеотсос с очисткой воздуха от пыли в пылеуловителях. Однако в условиях крутых пластов этот способ до настоящего времени не нашел применения при выемке угля, так как размещение средств пылеот-соса непосредственно на выемочной машине, с одной стороны, технически трудно осуществимо из-за крайней стесненности пространства, а с другой
- практически неоправданно из-за низкой эффективности обеспыливания, обусловленной невозможностью воздействия на основной источник пылевыделения - поток отбитого угля. Других же схемных и технических решений эффективного применения пылеотсоса при выемке угля в условиях крутых пластов до настоящего времени не разработано.
В этих условиях для радикального улучшения пылевой обстановки на выемочных участках крутых пластов наиболее целесообразным является применение такой организации движения воздушно-пылевых потоков и технологий выемки угля, при которой зоны перемещения поступающего и исходящего потоков разделены в пространстве с размещением основных рабочих мест на свежей струе, а пребывание работающих в зонах с высоким уровнем запыленности воздуха сводится к минимуму или исключается. В наибольшей степени этим требованиям отвечают технологические схемы выемки с нисходящим проветриванием очистных выработок или -не требующие постоянного присутствия людей в лаве. Однако при этом вынос пыли из очистных выработок не уменьшается, а при нисходящем проветривании (по сравнению с восходящим) даже заметно увеличивается. Поэтому для полной реализации преимуществ упомянутых
схем выемки, наряду с применением обеспыливающих мероприятий непосредственно при выемке угля, должна производиться очистка от пыли исходящих из лав вентиляционных потоков. Это будет способствовать также значительному повышению степени пылевзрывобезо-пасности примыкающих к лаве выработок за счет снижения в них интенсивности пылеотложения.
На основании проведенных Мак-НИИ исследований определены рациональный способ, эффективные схемы и параметры обеспыливания исходящих из лав воздушных потоков. Установлено, что наиболее рациональным способом обеспыливания исходящих потоков является отсос с последующей очисткой воздуха в пылеуловителях. Причем в условиях крутых пластов при размещении пылеулавливающих установок в штреке, вблизи зоны его сопряжения с лавой, по соображениям компактности устройства при его высокой эффективности был принят мокрый инерционный способ пылеулавливания в ротационных (вентилятор-ных) пылеуловителях с последующим центробежным отделением шлама в прямоточных циклонах.
Эффективность обеспыливания исходящего воздуха определяется размещением зон всасывания запыленного и выброса очищенного в пылеуловителе воздуха, кратностью отсоса и степенью очистки воздуха в пылеуловителе. Главными условиями обеспечения максимальной эффективности обеспыливания являются расположение всасывающего патрубка в зоне выхода из лавы наибольшего количества воздуха с максимальной концентрацией пыли и отсос всего объема запыленного воздуха, исходящего из лавы в период выемки угля.
В каждом конкретном случае зона рационального забора исходящего воздуха обуславливается технологической схемой выемки, схемой проветривания лавы и характером сопряжения лавы со штреком. Однако при всех вариантах схем выемки и проветривания, применяемых на крутых пластах, во избежание ухудшения условий проветривания и загромож-денности выходов из лавы, отсос исходящего воздуха должен быть локализованным и проводиться из одной «точки» сопряжения, расположенной в
соответствии с приведенными выше рекомендациями. Все остальное пространство сопряжения не должно герметизироваться или перекрываться элементами системы отсоса, а также щитами, люками и т.п.
Отвод очищенного воздуха из пылеуловителя, с целью предотвращения образования застойных зон, ухудшения газовой обстановки и увеличения пылевыделения в зоне погрузки угля, должен осуществляться: при отсутствии подсвежения исходящей струи в тупиковую часть штрека, а при наличии подсвежения
- за зону размещения погрузочных люков по направлению движения исходящей струи.
Как показали исследования, кратность отсоса с учетом эжекти-рующего действия падающего в лаве отбитого угля, неравномерности подачи воздуха в лаву и предотвращения утечек запыленного воздуха из лавы на штрек, должна составлять при нисходящем проветривании - не менее 1,5 по отношению к номинальному расходу воздуха по лаве, а при восходящем
- не менее 0,8.
Промышленная проверка эффективности рекомендованных схем и параметров отсоса и очистки воздуха произведена на основе шахтных испытаний эскперимен-тальных пылеулавливающих установок ППУ-6 (ЦНИИПодземмаша) и Рото-Вент (фирмы «Хельтер», ФРГ), а также опытного образца автономного пылеулавливающего агрегата АПУ-К (Донгипроуглемаша). Испытания проводились на выемочных участках при нисходящем проветривании лав с подсвежением исходящей струи. Результаты испытаний показали, что общая эффективность обеспыливания на исходящей из участка струе составила 91 % (ППУ-6) и 95 % («Рото-Вент»), а остаточная запыленность воздуха - соответственно 36 и 20 мг/м3.
Вместе с тем, результаты испытаний не позволили рекомендовать для серийного производства и внедрения ни одну из испытанных установок.
Основными недостатками размещаемых на почве штрека вблизи лавы установок типа ППУ-6 и «Рото-Вент» являются значительные габаритные размеры, требующие больших поперечных сечений и создающие загро-
можденность штреков вблизи лав, а также большая трудоемкость передвижки по мере подвигания линии очистных работ.
Попытка устранения этих недостатков при создании опытного образца агрегата АПУ-К оказалась неудачной из-за вынужденного (по условиям размещения в зоне сопряжения лавы со штреком) занижения поперчных габаритов установки. Это привело к резкому (в 3,5 раза) снижению производительности установки, вследствие чего, кратность отсоса при испытаниях составила 0,2-0,5, что не позволило обеспечить забор необходимых объемов воздуха в пылеуловитель и, следовательно, высокую эффективность обеспыливания. Вместе с тем общая эффективность соответствовала величине кратности отсоса и достигала 50 % и более, что подтверждает возможность высокоэффективной очистки от пыли исходящего воздуха при обеспечении требуемых параметров отсоса. В связи с этим, а также учитывая, что применение средств обеспыливания исходящих потоков предусмотрены правилами ПБ и «Нормативами по безопасности забойных машин ...», работы по их созданию необходимо продолжить в направлении устранения технологических и конструктивных недостатков (в т.ч. достижение требуемой производительности и степени очистки, снижения трудоемкости передвижки и обслуживания и др.) Это может быть достигнуто путем создания системы обеспыливания на базе пылеотсасывающих и пылеулавливающих устройств, размещаемых за пределами выемочного участка в выработке с общей исходящей струей. При этом комплект оборудования (вентилятор-пылеуло-витель) должен устанавливаться стационарно непосредственно в выработке или в специально устроенной нише и соединяться трубопроводом со всасывающим коллектором в лаве.
Такая схема обеспыливания позволит применять высокопроизводительные пылеулавливающие установки с необходимыми параметрами отсоса и высокой эффективностью очистки воздуха от пыли (в т.ч. - на базе сухих фильтров).
Для условий щитовой выемки оценка перспектив применения очистки воздуха, поступающего на рабочие места в лаве, была произведена
на основании исследований пылеа-эродинамики и возможных схем пы-леотсоса.
Полученные результаты позволили сделать вывод о том, что зоной наиболее целесообразного применения пылеулавливания в щитовом забое является сопряжение очистной выработки с углеспускной печью, так как при этом локализуются источники пылевыделения, от которых наблюдается наиболее интенсивное распространение пыли на рабочие места.
Установление рациональных схем расположения всасывающего и выхлопного патрубков и параметров отсоса производилось на модели щитовой лавы при действии источника примеси, рассредоточенного в углеспускной печи. При этом сравнивалось расположение всасывающих патрубков у сопряжения углеспускной печи с забоем как в грузовом или ходовом, так и одновременно в двух этих отделениях печи. Причем всасывающие патрубки направлялись вдоль печи, а выхлопные - вдоль и поперек забоя.
Учитывая, что в процессе выемки сечение лавы изменяется и после каждого цикла выемки происходит смещение линии очистного забоя и опускания секций крепи вниз вдоль направления углеспускной печи, для исследования были приняты варианты расположения патрубков без полного перекрытия живого сечения углеспускной печи и лавы (т.е. без герметизации патрубков в месте их установки).
Наиболее предпочтительным является расположение одного всасывающего патрубка в грузовом отделении или у первой секции крепи выше плоскости забоя. Такая схема обеспечивает максимальную эффективность
отсоса пыли, выделяющейся как по длине печи, так и из зоны выгрузки угля в печь, и наиболее просто осуществима в практических условиях. Анализ данных о влиянии положения зоны выброса очищенного воздуха при различной кратности отсоса показывает, что выброс очищенного воздуха наиболее целесообразно осуществлять за пределами первой секции крепи с направлением его вдоль очистной выработки по ходу вентиляционной струи.
При кратности отсоса 0,5-1,0 эффективность очистки воздуха от пыли, поступающей из нижней части печи, при применении пылеуловителей мокрого типа составит 4080 %, а эффективность обеспыливания с учетом фактического распределения концентрации пыли в щитовом забое, имеющих место в шахтных условиях, - в пределах от 50-70 % до 80-85 %. Это позволит повысить общую эффективность обеспыливания до 99 %, в случае применения пылеотсоса в комплексе с гидрообеспыливанием даже при удельном расходе воды до 2030 л/т, не создающем угрозы переувлажнения угля и зависания его в углеспускаемой печи.
Для практического осуществления пылеотсоса в забоях со щитовой выемкой необходимо произвести конструкторскую привязку малогабаритных пылесосов, например, типа ПШ-150, к секции щитовой крепи в зоне сопряжения углеспускной печи и лавы.
Выводы
1. Пылеотсос с последующим улавливанием пыли в пылеуловителях мокрого типа является перспективным направлением борьбы с пылью в условиях выемки крутых угольных пластов. В этих условиях может осуществляться как очистка исходящих
из лав вентиляционных потоков (преимущественно при технологии выемки без постоянного присутствия людей в лаве), так и отсос с очисткой воздуха, непосредственно в рабочей зоне очистной выработки.
2. Проверка рекомендованных для очистки исходящих потоков схем и параметров пылеотсоса в шахтных условиях с использованием экспериментальных и опытных образцов пылеулавливающих установок свидетельствует о возможности достижения высокой (от 50-70 % - в рабочей зоне лав до 90-95 % - при очистке исходящих потоков) эффективности обеспыливания в воздухе и обеспечения на рабочих местах при выемке крутых пластов нормальных условий труда по пылевому фактору.
3. Для практического осуществления пылеотсоса в условиях механизированной выемки угля на крутых пластах необходимо продолжить работы по совершенствованию пылеулавливающих установок и конструкторской привязке их к технологическим комплексам оборудования. При этом, наиболее перспективным направлением очистки исходящих потоков при комбайновой выемке угля является размещение пылеулавливающих установок, за пределами выемочного участка в выработке с исходящей вентиляционной струей, а при щитовой - непосредственно в очистной выработке, в зоне сопряжения ее с углеспускной печью.
4. Применение схем пылеотсоса для очистки исходящих потоков от пыли позволит не только значительно улучшить пылевую обстановку, но и повысить степень пылевзрывобезо-пасности подготовительных выработок на выемочных участках крутых пластов.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Коренев А.П., Кашуба О.И. — Государственный Макеевский НИИ по безопасности работ в горной промышленности, Макеевка, Украина.
«НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА-2002» СЕМИНАР № 6
