CC BY
29УДК 681.3.01
В. А. Аксенов, О. С. Сачкова, Е. А. Сорокина, В. Б. Шевченко
Совершенствование перевозок сыпучих грузов для обеспечения
экологической безопасности
Поступила 24.01.2020
Рецензирование 04.02.2020 Принята к печати 11.02.2020
Механизация угледобычи и рост объемов добычи угля приводят к росту объема перевозок. Для обеспечения сохранности таких грузов используют различные методы. Последние в зависимости от сферы применения можно разделить: на универсальные, с помощью которых попутно с сокращением потерь решаются другие задачи, связанные с совершенствованием технологии перевозок, и специфические, более узкого назначения, предназначенные только для обеспечения сохранности перевозимых грузов. К универсальным относят такие методы, как пакетизация и контейнеризация перевозок, обеспечение исправности и чистоты вагонов перед подачей под погрузку, точное соблюдение правил и условий перевозок, охрана и контроль продвижения грузов в пути следования, конструирование и применение специализированных вагонов (хопперов-минераловозов, зерновозов, цементовозов, специальных цистерн и др.). Специфическими методами являются: применение защитных пленок и паст для покрытия поверхности груза и обработки внутренних стенок кузова полувагона, уплотнение груза специальными катками и вибраторами, формирование «шапки» груза, придание ей обтекаемой формы. Защитные пленки и уплотнительные материалы должны обладать достаточной адгезией, прочностью и демпфирующей способностью, чтобы противостоять длительным динамическим нагрузкам и вибрациям, а при открывании люков полувагона разрушаться и не препятствовать высыпанию груза. Простейшей пленкой является водная, но она недолговечна, вода испаряется и происходит выдувание груза. Известны пленки из битумно-глинистой пасты, силикатов, однако они имеют недостаточную прочность.
Ключевые слова: пылеподавитель ЕА 1™, железнодорожный транспорт, угольная пыль, нетоксичность, санитарно-гигиеническое исследование.
Перевозки угля в дисперсном виде часто сопровождаются процессами пылеобразования и пылевыделения. Значительный объем грузовых работ на железнодорожном транспорте связан с перевозкой сыпучих грузов. Однако вопрос экологической безопасности является на настоящий момент проблемным [1].
Сегодня проблема пылеобразования при перевозке угля на железнодорожном транспорте - одна из основных, влияющих как на экологическую безопасность, так и на совокупность вредных и опасных факторов на рабочих местах работников структурных подразделений железнодорожного транспорта не только в России, но и за рубежом [1].
Пыль и мелкие частицы могут образовываться различными способами, особенно в городе, где осуществляется широкий спектр бытовых, коммерческих, промышленных и транспортных мероприятий [2].
Угольная пыль, как правило, содержит небольшой компонент общей пыли, присутствующей в воздухе вблизи угольных шахт, железных дорог и терминалов экспорта угля [3].
Выбросы угольной пыли могут включать крупные частицы (осадки) размером от 50 до 200 мк в диаметре [4]. Воздействие на здоро-
вье работников, связанное с повышенным уровнем концентрации мелких частиц, выражается кашлем, чиханием, одышкой и повышенной одышкой. Смертность от рака легких возрастает на 7-10 % [5].
Таким образом, становится очевидной необходимость повышения защиты работников на экологически неблагополучных предприятиях и территориях [6].
Кроме очевидного вреда здоровью работников и граждан, проживающих вблизи железнодорожных путей, воздействие пыли также увеличивает интенсивность протекания процесса коррозии и износа подвижного состава, тем самым негативно влияя на процессы обслуживания и ремонта техники [2].
В связи с этим целью данного исследования является разработка новых способов и средств обеспыливания, повышения их эффективности и надежности на основе дальнейших теоретических и экспериментальных исследований [6].
Перевозка угля на открытом подвижном составе сопровождается ветровой эрозией груза на открытой поверхности засыпки полувагона: во время движения воздушный поток действует на мелкие частицы, лежащие на по-
верхности груза [3]. Более 50 % выбросов угольной пыли происходит при перевозке вследствие выдувания угольной мелочи воздушным потоком [5]. Результатом данного процесса является загрязнение пути и атмосферного воздуха угольной пылью. Пылевые загрязнения атмосферного воздуха становятся одними из наиболее нежелательных и опасных последствий производственной и хозяйственной деятельности человека [7].
Основные причины и факторы, определяющие потери грузов при перевозке, следующие:
- физико-химические свойства грузов: гранулометрический состав, плотность, влажность, сыпучесть, испаряемость, прочность и др.;
- условия погрузки, выгрузки и хранения средств механизации погрузочно-разгрузоч-ных работ, тип склада;
- условия перевозки: тип подвижного состава, способы крепления, скорости движения поездов;
- состояние пути и подвижного состава [8].
Одно из эффективных решений проблемы -
применение препарата «Пылеподавитель ЕА 1ТМ», который может быть использован для предотвращения распространения угольной пыли в процессе транспортировки в полувагонах.
Препарат прошел апробацию на объектах хранения отходов обогащения полезных ископаемых, рудниках, полотнах грузовых и обслуживающих дорог и нашел применение в горной и других видах промышленности по всему миру. Важнейшими характеристиками пылеподавителя ЕА 1 ТМ являются его нетоксичность, полная биоразлагаемость, взрыво- и пожаробезопасность.
Целью испытаний стало изучение возможности и целесообразности применения пыле-подавителя ЕА 1ТМ для снижения загрязнения атмосферного воздуха угольной пылью при транспортировке угля.
В качестве задачи исследования проводилась санитарно-гигиеническая оценка снижения эмиссии угольной пыли за счет применения пылеподавителя ЕА 1ТМ в условиях, приближенных к реальным при использовании на объектах железнодорожного транспорта, в частности при транспортировке угля в грузовых вагонах открытого типа [9].
Пылеподавитель ЕА 1ТМ представляет собой жидкий продукт, который содержит живые непатогенные микроорганизмы, полученные из природных источников. Действие препарата направлено на снижение пылеобразо-вания антропогенного происхождения.
После распыления на поверхность, выделяющую пыль, микроорганизмы, входящие в его состав, связывают мелкие частицы, создавая корку, которая не дает ветру образовывать пыль. Продукт содержит добавленные молекулы из нескольких гидрофильных групп со значительным сродством к водородному связыванию с водой, что помогает абсорбировать и удерживать влагу с целью непрерывного уменьшения пыления. Комплекс органических полимеров в составе препарата создает водостойкую поверхность, которая защищает продукт от вымывания.
Согласно данным паспорта безопасности, в состав препарата входят консорциум непатогенных микроорганизмов, выделенных из объектов окружающей среды (почва и растительные объекты), полимеры из крахмала с натуральными увлажнителями, глицерин, вода и поверхностно-активные вещества, полученные из деревьев и растений (табл. 1). Препарат биоразлагаем, не оказывает неблагоприятного влияния на окружающую среду, стабилен, взрыво- и пожаробезопасен.
Препарат нетоксичен (предельно допустимая концентрация глицерина в воздухе рабочей зоны 10 мг/м3, 4-й класс опасности), может оказывать легкое раздражающее воздействие на слизистые глаз и кожи. Согласно отчету научно-исследовательской работы ФБУН «Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии» (ГНЦ ПМБ), кон-цорции бактерий, входящих в состав препарата, являются невирулентными, нетоксичными, не-токсигенными, не способны к диссеминации в крови и внутренних органах.
По данным ИЦ АО «СЖС Восток Лими-тед», разница результатов исследования образцов угля до и после обработки пылепода-вителем ЕА 1ТМ по всем параметрам полного технического и петрографического анализа, анализа содержания хлора и мышьяка отсутствует или находится в пределах воспроизводимости методов, что свидетельствует об от-
Таблица 1
Состав препарата «Пылеподавитель ЕА 1ТМ»
Ингредиенты № CAS Содержание, %
Сырой глицерин 56.81.5 < 50
Полимер 124578-09-2 < 1
Вода 7732-18-5 < 47
Микроорганизмы: Bacillus subtilis subsp. subtilis
Bacillus subtilis subsp. inaquosorum Bacillus megaterium Bacillus licheniformis Запатентованы в American Type Culture Collection (ATCC) < 2
Bacillus amyloliquefaciens
сутствии влияния обработки угля препаратом на технические характеристики [8].
Метод испытаний пылеподавителя ЕА 1™ предназначен для оценки эффективности снижения пыления при его применении в процессе транспортировки угля на железнодорожном транспорте. Сущность метода заключается в определении концентраций угольной пыли, создаваемых в замкнутом пространстве под влиянием воздушного потока на открытую поверхность угля, засыпанного в емкость, без и после нанесения пылеподавителя ЕА 1ТМ. Условия проведения эксперимента моделируют реальные условия процесса транспортировки угля железнодорожным транспортом.
Оценка препарата производилась специалистами кафедры «Техносферная безопасность» ФГАОУ ВО РУТ (МИИТ) и лаборатории Коммунальной гигиены и эпидемиологии ФГУП ВНИИЖГ Роспотребнадзора в специально оборудованных помещениях в соответствии с Программой и методикой санитарно-гигиенических испытаний пылеподавителя ЕА 1ТМ.
Определение эффективности пылеподав-ления производилось для угля мелкой фракции (до 25 мм). Общая проба угля была три-
жды перемешана и далее разделена на равные части с помощью ротационного делителя.
Испытания проводились при нормальных климатических условиях:
- температура воздуха (25 ± 10) °С;
- относительная влажность воздуха 4-80 %;
- атмосферное давление 84,0-106,7 кПа (630-800 мм рт. ст.).
Схема испытательной установки представлена на рисунке.
Модель нагруженного полувагона представляет собой металлическую емкость, заполненную углем. Размеры емкости: высота -0,22 м; длина - 1,30 м; глубина - 0,30 м.
При проведении испытаний применялись следующие основные средства измерения и испытательное оборудование [10]:
- газоанализатор универсальный ГАНК-4 (диапазон от 0,001 до 1 000 мг/м3 и от 0 до 100 % объемных. Погрешность измерений ±20,0 %) [11];
- пробоотборное устройство ПУ-4Э;
- анемометр (диапазон измерения скорости движения воздуха до 30 м/с);
- вентилятор осевой (средняя скорость потока воздуха в выходном сечении вентилятора до 30 м/с);
Схема установки для испытания защитного покрытия пылеподавителя ЕА 1ТМ: 1 - модель нагруженного полувагона в масштабе 1 : 10; 2 - вентилятор осевой; 3 - анемометр; 4 - средства контроля основных показателей (ГАНК-4 и ПУ-4Э)
- устройство орошения для нанесения действующего раствора под давлением;
- электронные весы Kern 442 (цена деления 0,1 г; диапазон взвешивания 300 г; диапазон тарирования 300 г; воспроизводимость 0,1 г, линейность ±0,2 г);
- электронные весы АВТ-150-12Ж (диапазон взвешивания 150 кг, линейность ±0,1 кг).
К средствам измерений, не входящим в состав испытательного оборудования, относятся:
- термогигрометр ТКА-ПКМ для контроля температуры и влажности при проведении экспериментов (диапазон измерения температуры от -20 до +50 °С, погрешность измерения ±0,2 °С);
- рулетка измерительная Р5 УЗД (диапазон измерений от 0 до 3 000 мм, цена деления 1 мм, 3-й класс точности);
- часы по ГОСТ 27752-88 [12].
Перед исследованием проведена проверка герметичности помещения, исправности оборудования и средств измерений, эффективности вентиляции.
Вода и исследуемый препарат наносились на сформированную поверхность с помощью специализированного орошающего оборудования. Расход воды и готового препарата составил 1 л/м2 [15].
Операции засыпки угля и его обработки производились вне помещения, в котором проводились измерения. После этого модель нагруженного полувагона взвешивали и устанавливали в помещении для проведения испытаний согласно схеме, представленной на рисунке, герметизировали помещение. Взвешивание модели нагруженного полувагона осуществляли до и после каждого цикла испытаний [16].
Измерения массовых концентраций угольной пыли проводили в четыре этапа: при выключенном вентиляторе (скорость генерируемого воздушного потока 0 м/с - фоновая концентрация пыли Сф); при включенном вентиляторе (скорость генерируемого воздушного потока 20 м/с (72 км/ч), 25 м/с (90 км/ч) и 30 м/с (108 км/ч - перспективная скорость).
За результат измерений концентрации угольной пыли, мг/м3, принимают сумму средней концентрации (по каждому химическому веществу) и предела случайной погрешности измерений s при уровне доверительной вероятности 0,95 [14].
Расчет осуществляется по формуле 1 "
С =1 £ С, +в,
(1)
где С, - измеренная концентрация пыли, мг/м3.
Уровень загрязнения воздушной среды угольной пылью рассчитывают по формуле
Ср Си СФ
(2)
где Ср - расчетная концентрация пыли, мг/м3; Си - концентрация пыли в помещении при включенном вентиляторе, мг/м3; Сф - фоновая концентрация пыли, мг/м3.
Эффективность пылеподавляющего действия препарата, %, определяется по формуле
E =
1 —
C
л
Р2
C
p1
•100%,
(3)
где Ср1, Ср2 - расчетная концентрация пыли до и после нанесения пылеподавляющего агента соответственно, мг/м3.
Интенсивность сдувания, г/м2, определяется по разности массы модели нагруженного полувагона до и после воздействия воздушного потока:
м - м„
0,39
(4)
где М\, М2 - масса модели нагруженного полувагона до и после воздействия воздушного потока соответственно, г; 0,39 - площадь поверхности обдува, м2.
Усредненные результаты опытов представлены в табл. 2, 3.
Эффективность пылеподавляющего действия препарата в исследуемых условиях составила 83 % и более. Снижения эффективности пылеподавляющего действия препарата на \0-е сутки проведения испытаний не отмечено.
Интенсивность сдувания угольной пыли растет во времени для поверхностей угля, обработанных водой, и снижается для поверхностей, обработанных исследуемым препаратом (табл. 4). Общая потеря угля за счет применения пылеподавителя ЕА 1™ снизилась в 11,5 раза в сравнении с необработанной поверхностью и в 10,3 раза в сравнении с поверхностью, обработанной водой [16].
По результатам испытаний установлено, что пылеподавитель ЕА 1ТМ предназначен для снижения пыления при транспортировке угля на железнодорожном транспорте и способствует эффективному снижению загрязнения атмосферного воздуха угольной пылью.
¡=1
Таблица 2
Результаты определения массовых концентраций угольной пыли в воздухе
Поверхность угля Время опыта, ч Скорость воздуха, м/с Концентрация пыли в помещении при включенном вентиляторе, мг/м3 Фоновая концентрация пыли, мг/м3 Расчетная концентрация пыли, мг/м3
Открытая 20 10,539 10,529
1 25 12,654 0,010 12,644
30 13,597 13,587
20 8,852 8,84
24 25 9,112 0,012 9,10
30 9,847 9,835
20 8,756 8,745
72 25 9,143 0,011 9,132
30 9,254 9,243
20 8,126 8,116
240 25 8,141 0,010 8,131
30 9,190 9,18
Вода 20 3,563 3,554
1 25 3,893 0,009 3,884
30 3,957 3,948
20 6,724 6,715
24 25 7,154 0,009 7,145
30 7,238 7,229
20 8,679 8,669
72 25 8,758 0,010 8,748
30 9,101 9,091
20 8,012 8,002
240 25 8,134 0,010 8,124
30 9,101 9,091
Пылеподавитель 20 1,559 1,548
ЕА 1ТМ 1 25 2,142 0,011 2,131
30 2,306 2,295
20 1,167 1,156
24 25 1,254 0,011 1,243
30 1,387 1,376
20 1,22 1,208
72 25 1,309 0,012 1,297
30 1,302 1,29
20 1,132 1,123
240 25 1,213 0,009 1,204
30 1,309 1,30
Таблица 3
Эффективность пылеподавляющего действия препарата в исследуемых условиях
Поверхность угля Время Скорость Расчетная концентрация пыли до нанесения покрытия, мг/м3 Расчетная концентрация пыли после нанесения покрытия, мг/м3 Эффективность пылеподавляю-
опыта, ч воздуха, м/с щего действия, %
Вода 20 10,529 3,554 66,25
1 25 12,644 3,884 69,28
30 13,587 3,948 70,94
20 8,84 6,715 24,04
24 25 9,10 7,145 21,48
30 9,835 7,229 26,50
20 8,745 8,669 0,87
72 25 9,132 8,748 4,20
30 9,243 9,091 1,64
Таблица 4
Результаты определения интенсивности сдувания угольной пыли
Окончание табл. 3
Поверхность угля Время опыта, ч Скорость воздуха, м/с Расчетная концентрация пыли до нанесения покрытия, мг/м3 Расчетная концентрация пыли после нанесения покрытия, мг/м3 Эффективность пылеподавляю- щего действия, %
Вода 240 20 8,116 8,002 1,40
25 8,131 8,124 0,09
30 9,180 9,091 0,97
Пылеподавитель ЕА 1ТМ 1 20 10,529 1,548 85,30
25 12,644 2,131 83,15
30 13,587 2,295 83,11
24 20 8,84 1,156 86,92
25 9,10 1,243 86,34
30 9,835 1,376 86,01
72 20 8,745 1,208 86,19
25 9,132 1,297 85,80
30 9,243 1,29 86,04
240 20 8,116 1,123 86,16
25 8,131 1,204 85,19
30 9,180 1,30 85,84
Поверхность угля Время опыта, ч Максимальная скорость воздуха, м/с Масса угля в засыпке, кг Интенсивность сдувания, г/м2 Потери угля от начальной массы
До опыта После опыта кг %
Открытая 1 30 22,5 21,45 2 692 1,05 4,67
24 30 21,45 20,73 1 846 1,77 7,87
72 30 20,73 20,11 1 590 2,39 10,62
240 30 20,11 19,67 1 128 2,83 14,07
Вода 1 30 23,02 22,61 1 051 0,41 1,78
24 30 22,61 21,89 1 846 1,13 4,91
72 30 21,89 21,02 2 231 2,0 8,69
240 30 21,02 20,13 2 282 2,89 12,55
Пылеподавитель ЕА 1ТМ 1 30 22,9 22,73 436 0,17 0,74
24 30 22,73 22,65 205 0,25 1,09
72 30 22,65 22,63 51 0,27 1,18
240 30 22,63 22,62 26 0,28 1,22
Таким образом, использование результатов проведенных исследований позволяет существенным образом снизить влияние выбросов угольной пыли и обеспечить экологиче-
скую безопасность, а также уменьшить влияние вредных и опасных факторов на безопасность работников инфраструктуры комплекса железных дорог.
Библиографический список
1. Методический подход к снижению последствий техногенного загрязнения воздуха для работников транспорта / В. А. Аксенов, В. И. Апатцев, А. В. Матешева, Е. А. Сорокина // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. 2019. № 3 (50). С. 47-50.
2. Шляховой В. В. Современные технологии и оборудование для подавления пыли // Основные средства. 2015. № 1. С. 48-51.
2. Гущин А. А. Аналитический обзор реагентов для предотвращения смерзания угля // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2016. № 6. С. 256-267.
4. Герасимов П. Е. Отдельные аспекты пылеподавления на открытых угольных складах // Добывающая промышленность. 2017. № 4. С. 60-65.
5. ИщукИ. Г., СтарокожеваЕ. А. Охрана окружающей среды при перевозке угля железнодорожным транспортом // Неделя горняка - 2000 : сб. докл. симпозиума (Москва, 31 янв. - 4 февр. 2000 г.). М. : МГУ, 2000.
6. Coal dust emissions // Queensland Government : сайт. URL: https://www.qld.gov.au/environment/pollu-tion/monitoring/management/emissions (дата обращения: 20.09.2019).
7. Нормы допускаемых скоростей движения подвижного состава по железнодорожным путям колеи 1520 (1524) мм федерального железнодорожного транспорта. М. : Транспорт, 2001. 127 с.
8. Перечень грузов, которые могут перевозиться железнодорожным транспортом насыпью и навалом : утв. приказом Министерства транспорта Российской Федерации от 19.09.2013 № 294.
9. Правила перевозок железнодорожным транспортом грузов в открытом подвижном составе : утв. приказом Министерства транспорта Российской Федерации от 19.08.2009 № 19 // ОАО «РЖД» : сайт. URL: http://www.rzd.ru/doc/public/ru/accessible?STRUCTURE_ID=704&layer_id=5104&id=2138 (дата обращения: 25.11.2019).
10. ГОСТ 28198-89. Основные методы испытаний на воздействие внешних факторов. Ч. 1. Общие положения и руководство : дата введ. 1990-03-01. М. : Стандартинформ, 2006. 20 с.
11. ГОСТ Р 51672-2000. Метрологическое обеспечение испытаний продукции для целей подтверждения соответствия. Основные положения : дата введ. 2001-30-06. М. : Госстандарт России, 2008. 18 с.
12. ГОСТ 16504-81. Система государственных испытаний продукции. Испытания и контроль качества продукции. Основные термины и определения : дата введ. 1982-01-01. М. : Стандартинформ, 2011. 23 с.
13. РД 52.04.186-89. Руководство по контролю загрязнения атмосферы. М. : Госкомгидромет, 1991. 694 с.
14. ГОСТ 12.3.002-2014. Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Процессы производственные. Общие требования безопасности : дата введ. 2016-01-07. М. : Стандартинформ, 2016. 11 с.
15. Правила перевозок грузов железнодорожным транспортом насыпью и навалом : утв. приказом Министерства транспорта Российской Федерации от 26.09.2016 № 281 // Гарант : справ.-информ. система : сайт. URL: https://www.garant.ru/products/ipo/prime/doc/71470290/ (дата обращения: 10.01.2020).
16. ГОСТ 27752-88. Часы электронно-механические кварцевые настольные, настенные и часы-будильники. Общие технические условия (с Изм. № 1) : дата введ. 23.06.88. М. : Изд-во стандартов, 1988. 14 с.
V. A. Aksenov, O. S. Sachkova, E. A. Sorokina, V. B. Shevchenko
Developing Bulky Goods Traffic to Ensure Environmental Safety
Abstract. The mechanization of coal mining and the growth of coal volumes lead to a continuous increase in the formation of small fractions, and therefore to an increase in the volume of traffic. Given that the scale of extraction and use of mineral solid fuels is increasing, it can be argued that the absolute quantities of small-scale coal to be transported by rail will also increase. Various methods are used to ensure the safety of goods. Depending on the scope of their application, they can be divided into: universal ones, which simultaneously solve other problems related to improving the transportation technology, and specific measures for a narrower purpose, designed only to ensure the safety of transported goods. Universal measures include such measures as bagging and containerization of transport, ensuring the serviceability and cleanliness of wagons before loading, accurate compliance with the rules and conditions of transport, protection and control of the progress of goods along the route, the design and use of specialized wagons (hoppers, mineral carriers, grain carriers, cement carriers, special tanks, etc.). Specific measures include: the use of protective films and pastes to cover the surface of the cargo and processing the internal walls of the car body, sealing the cargo with special rollers and vibrators, forming the "cap" of the cargo, giving it a streamlined shape. Protective films and sealing materials must have sufficient adhesion, strength and damping ability to withstand long-term dynamic loads and vibrations, and when opening the hatches of the gondola car to collapse and not interfere with the discharge of cargo. The simplest film is water, but it is short-lived, the water evaporates and then the cargo is blown out. Known films of bituminous-clay paste, silicates, but they have insufficient strength.
Key word: EA 1TM dust suppressor; railway transport; coal dust; non-toxicity; sanitary and hygienic research.
Аксенов Владимир Алексеевич - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Тех-носферная безопасность» РУТ (МИИТ). E-mail: vl.aksenov@yandex.ru
Сачкова Оксана Сергеевна - доктор технических наук, доцент, профессор кафедры «Техносферная безопасность» РУТ (МИИТ). E-mail: vniijg@yandex.ru
Сорокина Екатерина Александровна - кандидат технических наук, доцент кафедры «Техносферная безопасность» РУТ (МИИТ). E-mail: sorokina.caterina2018@yandex.ru
Шевченко Виктория Борисовна - старший преподаватель кафедры «Техносферная безопасность» РУТ (МИИТ). E-mail: vikieco@yandex.ru
