CC BY
104
© С.Б. Романченко, К.А. Лебецки, И.Г. Ищук, 2007
УДК 622.807
С.Б. Романченко, К.А. Лебецки, И.Г. Ищук
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ПЫЛЕВЫХ НАГРУЗОК С ПРИМЕНЕНИЕМ ГРАВИМЕТРИЧЕСКОГО ПРИБОРА ^-10
я ж о статистическим данным МакНИИ, ВостНИИ и ИГД
И. им. А.А.Скочинского от 70 до 81 % профессиональных заболеваний горнорабочих составляют пылевые бронхиты и пнев-мокониозы - заболевания вызываемые длительным контактом работника с пылью. Данная проблема в совокупности с проблемой взрывов угольной пыли актуальна и для стран Евросоюза, из которых только Польша сохранила сопоставимый с РФ объем добычи угля.
Уровень и динамика роста профессиональных заболеваний шахтеров указывает на крайнее несовершенство существующей системы контроля пылевых нагрузок, основанной на эпизодических измерениях среднесменных концентраций пыли (замеры проводятся по общей массе пыли) и на используемой в России приборной базе. Исходя из приведенной выше статистики заболеваний шахтеров система пылевого контроля требует оперативного совершенствования в нормативной, методической и аппаратных составляющих.
Российскими гигиеническими нормативами (СанПиН 2.2.3.570-96, ГН 2.2.5.686-98, Р 2.2.755-99) предусмотрен переход на измерение среднесменной запыленности воздуха, учет пылевых нагрузок и возможность их регулирования временем в зависимости от среднесменной запыленности производственной среды, тяжести и напряженности трудового процесса. Установлены среднесменные предельно допустимые концентрации витающей в воздухе рабочей зоны пыли на угольных предприятиях. Данный подход не учитывает дисперсный состав пылевого аэрозоля - количественное соотношение в пыли частиц различных размеров (фракций). Поэтому измерение общей массы пыли на рабочем месте машиниста комбайна позволит отобрать пробы
с дисперсным составом 1^200 мкм, а на удалении 350-400 м от комбайна в пробах пыли будут преобладать частицы 1^10 мкм. Причем на современных высокопроизводительных вые-мочных участках длина лав составляет 300-350 м и указан-ное удаление от комбайна будет соответствовать месту со-пряжения вентиляционного штрека с лавой при нахождении комбайна в нижней части лавы (около откаточного штрека). Как известно, крупные частицы не являются опасными, наи-более долго задерживаются в легких частицы до 5-7 мкм аэ-родинамического диаметра (а.д.). При этом в Германии, верхняя граница учитываемой дисперсности респирабельной фракции равна 7 мкм, в США - 5 мкм (цм). В горнорудной отрасли России контролируемым и измеряемым показателем для промышленных пылей и аэрозолей является их общая массовая концентрация (частицы до 100 цм), при этом раздел 4.2 ОСТ 153-12.0-004-01 [1] рекомендует для оценки пневмокониозоопасности работ проведение измерений как вдыхаемой, так и тонкой (респерабельной) фракции пыли. Основанный на текущих показаниях контроль пыли регулируется конвенциями, нормами МАК (нормы максимальных концентраций на рабочем месте), ^О 7708 и EN 481. Из всей вдыхаемой пыли в альвеолы могут попасть только частицы в диапазоне крупности менее 7,1 цм а.д. Согласно Йоганенсбургской конвенции (рис. 1) - это пыль, проходящая через систему пылеулавливания, которая по своему действию соответствует теоретической разделительной функции осадительного сепаратора, пропускающего до 50 % частиц пыли плотностью 1,0 г/см3 и диаметром (а.д.) 5,0 цм и задерживающего частицы более 7,1 цм. Эта фракция пыли с а.д. до 7,1 цм, может вызывать заболевание пневмокониозом. Необходима оценка трахео-бронхиальной фракции с а.д. до 25 цм (опасна по пылевым бронхитам) и более крупных фракций, оседающих в носу, горле и гортани для выработки эффективных методов борьбы с ними. Исходя из требований перечисленных нормативов в странах Евросоюза, основные усилия направлены на разработку гравиметрических и оптических приборов, позволяющих проводить измерения массовой концентрации и респерабельной (тонкой) фракции пыли.
0 2 4 б 3 10
Аэродинамический диаметр, мхм
Рис. 1. Йоганесбургская кривая в соотношении с оценочными кривыми приборов пылевого контроля (А - доля фракций пыли в весовых процентах, В - интенсивность рассеянного света для оптических приборов)
Длительный период (до конца 90-х годов) в России приоритет отдавался гравиметрическим приборам, определяющим массу всей вдыхаемой пыли без измерения тонких фракций.
В последнее время в России допущены к применению приборы нового технического уровня - оптические пылемеры «ТМ-data» фирмы «Хельмут Хунд ГмбХ» (Германия). В Кузбассе используется около 80 приборов «ТМ-data». Приборы работают на принципе рассеянного света - тиндалометрический принцип в терминологии разработчиков. Пылемер ТМ^аШ имеет следующую техническую характеристику: принцип действия - измерение интенсивности рассеянного света; длина волны излучателя - 940 нм (880 нм - для приборов для измерения тонкой пыли низких концентраций); угол измерений - 70°, регистрируемый диапазон размеров частиц - менее 8 мкм; диапазон измерений от 0,01 до 99,99 единиц интенсивности (относительной концентрации); виды измерений: измере-
ние мгновенных значений концентрации или среднего значения в режиме реального времени. Оптические и электронные фильтры исключают влияние видимого света и обеспечивают работу прибора с открытой замерной камерой.
Несмотря на очевидные преимущества, «ТМ-data» требует калибровки на все источники пылевыделения и постоянного обслуживания в течение рабочей смены. Оценочная кривая для оптической схемы типа TM-digital (рис. 1), полученая с помощью моно-дисперсных аэрозолей [2] находится значительно ниже Йоганес-бургской кривой. Цифровые показания прибора указывают некоторые условные уровни запыленности: даже по тонкой фракции пыли они в 1,73 раза (в среднем) ниже сравнительных измерений гравиметрических приборов (табл. 1). Необходимо отметить, что введением поправочных коэффициентов для оптических приборов проблема достоверности показаний не решается [4]. Настройка приборов пылевого контроля на всех принципах измерений крайне затруднена отсутствием «эталонного пылевого аэрозоля», аналогом которого в области газового контроля служат поверочные газовые смеси.
Поэтому одновременно с оптическими приборами в европейской горнодобывающей промышленности широко используются гравиметрические приборы MGP II и TBF 50 (Германия) [2], С1Р-10 (Франция) [3,5] и некоторые другие. К наиболее распространенным в угольной промышленности приборов относится С1Р-10. Пылемер С1Р-10 разработан во французском исследовательском центре угольной промышленности (Сершар). Прибор адаптирован к выполнению как европейских, так и российских норм в области гигиенического пылевого контроля. Измерительная головка вместе с селекторами частиц спроектированы и испытаны в Государственном институте безопасности и гигиены труда (INRS, Франция). Прибор используется во Франции, Германии, Польше и других странах Евросоюза. На 25 действующих угольных шахтах Польши в постоянной эксплуатации находится более 360 приборов С1Р-10.
Пылемер С1Р-10 является индивидуальным пылемером компактного строения (рис. 2), предназначенным для установления индивидуальной экспозиции пыли в условиях работы под землей и на поверхности. Он измеряет массу пыли, содержа-Таблица 1
Результаты сравнительных измерений оптических
пылемеров с гравиметрическим прибором CIP-10
Тип измерителя Показатели измерения концентрации, мг/м3 Коэффициенты пересчета показаний *
общая масса пыли тонкая фракция (0,5 — 5 мкм) по общей массе пыли по тонкой фракции (0,5 — 5 мкм)
CIP-10 150,5 22,6 - -
Dust Trak - 15,4 9,8 1,46
TM data - 13,0 11,6 1,73
PL-1 - 9,3 16,3 2,43
CIP-10 948,5 116,8 - -
Dust Trak - 106,8 8,9 1,09
TM data - 67,6 14,0 1,72
PL-1 - 86,4 11,0 1,35
*) Отношение показаний соответствующего прибора к значениям замеров CIP-10.
щейся в воздухе. Может носиться как индивидуальный пылемер на груди работника (в кармане куртки) или как стационарный пылемер в установленном пункте.
Предлагаются три селектора пыли на одном корпусе: респира-бельной фракции; торакальной фракции; вдыхаемой фракции или общей массы пыли. Это позволяет выполненять требований норм СЕN 481 и КО TR 7708, а также российских нормативных документов (СанПиН 2.2.3.570-96, ГН 2.2.5.686-98, Р 2.2.755-99), касающихся отбора проб определенных фракций аэрозолей, вредных для здоровья.
Плоский корпус С1Р-10 из антистатического материала надежно защищен от несанкционированного включения или выключения в процессе отбора пробы пыли. Запуск осуществляется перед началом смены специальным магнитным пускателем, горнорабочий в период замеров не имеет возможности остановить прибор. Этим обеспечивается объективность показаний величины индивидуальной пылевой нагрузки (рис. 3), точность в определении времени отбора пробы (Д^).
Пылемер С1Р 10 имеет следующие характеристики: масса около 300 г; питание от аккумулятора с временем работы без подзарядки - 36 часов, объемный расход просасываемого воздуха 10 л/мин; стабильность расхода с точностью 0,5 %,
Рис. 2. Общий вид гравиметрического прибора СІР-10
исполнение - взрывобезопасное; прибор нечувствителен к вибрациям и неблагоприятным рабочим положениям.
Прибор СІР-10 осуществляет селективный отбор проб пыли в две ступени. Первая ступень представлена селектором, задерживающим крупные частицы пыли размером более 5 мкм. Вторая ступень улавливает тонкодисперсные частицы размером от 0,5 до 5 мкм, прошедшие через первую ступень. Для этого имеется вращающаяся 7000 об/мин чаша, в которой помещено кольцо из полиуретанового пенопласта. Всасывание происходит вследствие эжектирующего действия чаши (рис. 5).
Для весового метода замера уровней запыленности [5] абсолютная АС и относительная погрешности измерений ДС/С определяются по формулам:
АС = ± [Ат2 + Дт20 + (т - т0)2 (ДУ2/У2 + ДЭД]1/2/У t (1)
АС/С = [Ат2 + Дт20+(т - т0)2 (АУ2/У2+АЭД] 1/2/(т - т0), (2)
где Ат0, Ат, АУ, Дt - абсолютные погрешности определения массы чистого фильтра, фильтра с пробой пыли, объемной скорости и времени отбора пробы пыли соответственно.
Из уравнений (1),(2) следует, что увеличение точности определения среднесменной концентрации пыли обеспечивается повышением точности измерения исходных величин (т, то, У, і)
Рис. 3. Запуск С1Р-10 магнитным пус- Рис. 4. Контроль стабильности рас-кателем хода воздуха в С1Р-10
и привесом фильтра - массой отобранной пыли (т-то). Для современных аналитических весов с компьютерной обработкой данных величины Дт0, Дт составляют 10-1^10-2 мг. Величина ДУ для С1Р-10 минимизируется аппаратно и составляет менее 0,05 л/мин (рис.4), С1Р-10 имеет в 20 раз более стабильную прокачку воздуха чем используемые в РФ аналоги. Привес фильтра(т-т0), достаточный для получения достоверных результатов обеспечивается большим диапазоном времени автономной работы - до 36 часов.
Кроме этого одной из главных характеристик гравиметрического прибора является представительность пробы [5], определяемая отношением
Г = Уп/Уг, (3)
где Уп и Уг соответственно объемы газа отбираемого при пробо-отборе и объем газа, прошедшего через сечение замера за время пробоотбора.
Поскольку в выражении (3) Уг определяется режимом вентиляции выработки, технической характеристикой прибора для определения
представительности его пробоотбора можно считать величину объемного расхода просасываемого воздуха (С), л/мин)
Рис. 5. Работа селектора вдыхаемой и респирабельной (справа) фракции пыли в гравиметрическом приборе С1Р-10
или Готн - величина Q отнесенная к единице массы М (кг):
ГоТн = Q / М (4)
Величина относительного показателя Готн представительности пробоотбора для С1Р-10 составляет соответственно 33,33 л/(мин кг), что является одним из лучших показателей для переносных пылеизмерительных приборов.
Обработка результатов осуществляется путем взвешивания различных ступеней до и после отбора пылевых проб. Затем подсчитывается содержание крупных и респирабельных частиц пыли с учетом объема фильтруемого воздуха.
Таким образом, применение современных средств пыле-вого контроля позволяет повысить оперативность измере-ний, исследовать пылевую динамику выемочных участков (оптические пылемеры). Совместное использование пылемеров на различных физических принципах повышает точность измерений и достоверность данных об индивидуальных пылевых нагрузках горнорабочих. Прибор С1Р-10 позволяет определять общую массу пы-
ли, а также проводит оценку (по ОСТ 153-12.0-004-01) пневмо-кониозоопасности работ методом измерений тонкой (респера-бельной) фракции пыли. Это позволяет совершенствовать систему пылевого контроля и оперативно управлять процессами создания безопасных и здоровых условий труда.
----------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Стандарт отрасли. ОСТ 153-12.0-004-01 «Рудничная атмосфера. Методы контроля запыленности». - Люберцы: ННЦ ГП - ИГД им. А.А. Скочинского, 2001.-35 с.
2. Manfred Thiemann. Messtechnische Ermittlung von Staubquellen und Beurteilung der Wirkung technischer Staubbekampfungsmassnahmen im Steinkohlenbergbau. - 1991. - 109 s.
3. Lebecki K. Zagrozenia pyiowe w görnictwie / Glowny Instytut Gurnictwa, Katowice, 2004, -399 с.
4. Романченко С.Б., Поздняков Г.А. Лебецки К., Мруз И. Стендовые и шахтные испытания системы автоматизированного контроля пылевзрывобезопасности горных выработок//Научн.сообщ. /ННЦ ГП - ИГД им. А.А. Скочинского. -М., 2004. - Вып.327. -С.21-32.
5. Клименко А.П. Методы и приборы для измерения концентрации пыли. -М.: Химия, 1978. - 208 с.
6. Индивидуальный пылемер CIP-10. Инструкция по применению. Arelco,Франция, 2000, - 18 с.
— Коротко об авторах -------------------------------------------------
Романченко С.Б. - доцент кафедры аэрологии МГГУ,
Лебецки К.А. - профессор Главного института горного дела (Катовице, Польша),
Ищук И.Г. - профессор, главный научный сотрудник ИГД им. А.А. Скочинского.
