CC BY
20
СЕМИНАР 8
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 98" МОСКВА, МГГУ, 2.02.98 - 6.02.98
В.В. Кудряшов, ИПКОН РАН
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОБЕСПЫЛИВАЮЩЕЙ ПРОПИТКИ УГОЛЬНОГО МАССИВА
Введение
Пропитка водой горного трещиноватого массива или горной массы приводит к связыванию находящихся в них пылевых частиц, чем пользуются для снижения выделения пыли в окружающую среду при выемке полезного ископаемого. В ранее предлагавшихся зависимостях [1, 2 и др.] не обращалось внимание на то, что часть воды бесполезно тратится, вытекая из увлажняемого объема. Не учитывалось наличие участков, не смоченных водой, которые являются источником загрязнения атмосферы при разрушении горной породы и при погрузке горной массы. В других работах был учтен фактор неравномерности увлажнения при орошении и пропитке пылящей горной массы [3-5].
Ниже приводится новый, более корректный вывод уравнения, связывающего относительную остаточную запыленность воздуха при выемке, погрузке или перегрузке полезного ископаемого с удельным расходом воды, идущей на пропитку этого полезного ископаемого. Вывод уравнения и его анализ
Если через п обозначить текущую концентрацию пыли, через и
- остаточную текущую концентрацию пыли, изменяющуюся с расходом жидкости, то изменение концентрации пыли при увеличении удельного расхода жидкости будет
йп ,
— = -а • (п - и) йд V ’
(1)
здесь а - коэффициент, характеризующий эффективность встречи частицы пыли с элементарным объемом воды.
Очевидно, что остаточная текущая концентрация пыли и не постоянна и меняется по тому же закону (1). Тогда
йи
йд
= -а • (и - и0)
(2)
где и0 - остаточная концентрация пыли, получающаяся в результате увлажнения массива или горной массы.
Выразим и из (2) и, подставив в (1), будем иметь
ёп | 1 йи\ (3)
— = -а • I п - и0 +----I '
йд
а йд.
Выражение для du/dq найдем, продифференцировав по q (1)
й2 п йп йи
—- = -а--------------+ а----
йд йд йд
откуда
йи 1 й1 п йп йд а йд йд
(4)
(5)
После подстановки (5) в (3) и преобразований получим дифференциальное уравнение, описывающее запыленность воздуха при выемке, погрузке и т.д. увлажненной горной массы в зависимости от удельного расхода воды
+ 2а • — + а2 •(п- и0) = 0 (6) ёд ёд
Обозначив п - и0=7, уравнение (6) перепишем в виде
—Г + 2а • — + а2 • 2 = 0 (7)
ёд ёд
Решение этого уравнения будет 2 = ехр{-а- д}^(С1 • д + С 2) (8)
Определим постоянные интегрирования С1 и С2. При q=0, 7=70 и C2=z0. Теперь
2 = ехр{-а- д} • (С1 • д + 20) (9)
Проанализируем (9), помня, что а < 1, 2 < 20[0; д].
Продифференцируем (9) и после преобразований получим
= (С1 -а ^ )
ёд- = ехр{-а • д}- (С1 • (1 - а • д) - а • га)
(10)
Когда q=0, ё2 ёд
dz/dq не может быть больше 0, в противном случае с ростом д будет расти запыленность 2, а это невозможно. Таким образом, С -а20 < 0 или С < а^о.
Опыт показывает [4, стр. 170], что при д=0 dz/dq=0. Поэтому можно положить
Сі — а^о
(11)
что не противоречит логике.
Таким образом, после подстановки в (9) выражения (11) будем иметь
— = ехр{-а- д}(1 + а- д) (12)
2о
Так как 7—и - и0 , а z0—n0 - и0 , то ——— = ехр{-а- д}(1 + а^ д) (13)
#*о мо
или
— = (1 - р) • ехр{-а • д}(1 + а • д) + в
(14)
Здесь р=и0 /по — относительная остаточная запыленность воздуха.
Проанализируем эту зависимость. При идеально равномерном увлажнении горной массы (Р=0)
= ехр{-а • д}(1 + а- д) (15)
В этом случае снижение запыленности воздуха происходит менее интенсивно, чем по закону ехр{- ад}. При малых удельных расходах, когда ад<< 1
= 1 -а2 •<
(16)
На начальном участке снижение запыленности происходит по квадратичной, а не по линейной зависимости от д (как это считает ряд авторов [1,2]). Поэтому не
4 і 1999
229
п
п
о
Рис. 1. Зависимость снижения запыленности воздуха от удельного расхода жидкости при выемке угля на разрезе «Нерюнгринский».
1--групповые замеры, ^-экспериментальная кривая, 5-теоретическая кривая, 4-единичные замеры.
приходится рассчитывать, что при малых удельных расходах будет резко снижаться концентрация пыли. Нелинейный характер изменения концентрации пыли от увеличения удельного расхода жидкости при орошении был установлен нами ранее в производственном эксперименте [4], и при анализе результатов других авторов.
Зависимость (14) хорошо согласуется с экспериментальными данными по связыванию пыли на разрезе “Нерюнгринский” при а=0.25 и р=0.03 [5] (см. рис. 1).
При выводе формулы (14) было постулировано положение о неравномерности увлажнения горной массы. Затем получено хорошее согласие формулы с экспериментом. Это свидетельствует о справедливости допущения и отсюда вытекает необходимость максимальной равномерности пропитки горной массы. А это может быть осуществлено путем использования различных физико-химических, электрохимических и других воздействий на массив при его пропитке.
Полученное выражение позволяет решать ряд методических задач, наиболее важной из которых является приведение
тальных результатов, полученных авторами, к одинаковым условиям
230
для сравнительной оценки эффективности
рабатываемых методов и средств
вания. Для этого ходимо знать параметры установленной зависимости а и р.
К сожалению эти параметры не поддаются пока теоретическому определению и поэтому должны быть изучены экспериментально с учетом факторов на них влияющих. Это объясняется сложностью ханизма увлажнения горной породы (горной массы), сложностью механизма связывания пыли. На данном этапе значения аир могут определяться по
риментальной зависимости
п/^—Дс). При этом за параметр р принимается величина п/п0 при больших значения д , например, при с>50 л/т (для угольной сы). Параметр а можно опре-лить по точке перегиба кривой п/^—:^), в которой а— 1^ , или, подставив в экспериментально полученную зависимость п/п0 — ДО значения п/п0, q и р, подобрать чение а. Этот путь не является практичным, т.к. требует большого количества экспериментальных данных и сложен из-за
мости решать трансцендентное уравнение е-(Ж,(1+ас[)—С.
ляется целесообразным заменить это выражение решаемым тельно а.
Релаксационный характер снижения концентрации пыли от удельного расхода воды не позволяет установить достаточно обоснованное значение рационального удельного расхода. Можно принять за рациональный удельный расход величину кратную 1/а, или удельный расход, соответствующий, например 10-кратному снижению запыленности воздуха. Однако, эти предложения физически не обоснованы. Поэтому, исходя из требования исключить нерациональное использование воды,
за рациональный удельный расход следует принять то количество воды, которое удерживается в одной тонне угля капиллярными силами. Заключение
Получено аналитическое выражение, описывающее процесс
обеспыливающей пропитки горного массива (горной массы), параметры которого характеризуют эффективность пропитки и позволяют оценивать способы и средства повышения ее эффективности.
Показана необходимость изучения факторов, определяющих параметры аир, необходимых для развития теории обеспыливающей пропитки массива и для принятия научно обоснованных решений по повышению эффективности гидрообеспыливания.
Для практического использования полученного выражения (14), т. е. для упрощения определения параметров а и р следует заменить произведение e-а-(1+аq) на вид, обеспечивающий частные решения упомянутого выражения относительно а при q=0^50 л/т.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Никитин В.С., Тетрадзе К.Н., Левинский О.Б. Определение рациональной степени увлажнения горных пород для снижения запыленности воздуха на шахтах, карьерах, на обогатительных и дробильно-сортировочных фабриках. -В кн. Научные работы ин-тов охраны труда ВЦСПС. -М.: Профиздат, 1968, вып. 53.
2. Ибраев М.С.. Гидрообеспыливание воздуха на карьерах, рудоусред-нительных складах и приемных бункерах при перегрузке руд, склонных к самовозгоранию. Автореферат. канд. дисс., - Алма-Ата, 1988.
3. Воронина Л.Д., В.В. Кудря-
шов. Изучение процесса гидрообеспыливания при разработке полезных ископаемых. -М.: Сектор физико-
технических горных проблем ИФЗ им. О.Ю. Шмидта АН СССР, 1969.
4. Кудряшов В.В., Научные основы гидрообеспыливания шахт Севера. -М.: Наука, 1984.
5. Кудряшов В.В., Уманцев Р.Ф., Шуринова М.К.. Термовлажностная обеспыливающая обработка многолетнемерзлого разрушенного угольного массива. -М.: Ротапринт ИПКОН АН СССР, 1991 г.
ГИАБ
© В.В. Кудряшов
Файл: КУДРЯШОВ
Каталог: 0:\С диска по работе в универе\ОІЛВ_99\ОІЛВ4_99\Все
Шаблон:
С:\и8ег8\Таня\ЛррБа1а\Коатт§\М1сго8ой\Шаблоны\Когта1^о
1т
Заголовок: ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОБЕСПЫЛИВАЮЩЕЙ ПРОПИТКИ
УГОЛЬНОГО МАССИВА Содержание:
Автор: ГитисЛ.Х.
Ключевые слова:
Заметки:
Дата создания: 09.06.1999 13:54:00
Число сохранений: 3
Дата сохранения: 17.06.1999 14:08:00
Сохранил: Гитис Л.Х.
Полное время правки: 3 мин.
Дата печати: 14.12.2008 20:27:00
При последней печати страниц: 3
слов: 1 238 (прибл.)
знаков: 7 060 (прибл.)
