Система пылеподавления пенным аэрозолем на конвейерном транспорте и ее эффективность

  • Статьи
  • 11.04.2014
  • 6920 просмотров

Г.А. Поздняков, д.т.н., зав. лабораторией ОАО «ННЦ ГП-ИГД им. А.А. Скочинского»;

Одним из решающих факторов, определяющих эффективность проводимой в горнодобывающих отраслях промышленности концентрации горных работ, является широкое применение конвейеров. Перспективы применения конвейеров огромны практически во всех отраслях, связанных с транспортировкой насыпных грузов.

Для решения этих задач созданы ленточные конвейеры с приводами мощностью 500–1500 кВт и разрабатываются более мощные конвейеры (вплоть до уникальных машин с приводом мощностью 10 тыс. кВт) [1].

На ряде шахт грузопоток от забоя по магистральным пылевым штрекам превышает 10 тыс. т в сутки, а по конвейеризированным наклонным стволам – 20 тыс. т в сутки [2].

На шахтах, разрабатывающих газоопасные пласты с выходом летучих более 15%, выработки, оборудованные конвейерным транспортом, относятся по взрывоопасности к так называемым выработкам второй группы – т. е. к выработкам с высокой интенсивностью пылеотложения и высоким колебаниям ее по величине [2, 3]. В выработках с исходящей струей при интенсивном грузопотоке интенсивность может достигать 8000 г/м3 в сутки [3].

Отложения угольной пыли по длине конвейерной линии наблюдаются по всей поверхности выработки за счет ее осаждения из проходящего воздуха и просыпания на почву, под роликами холостой ветки, на роликоопорах и на предохранительных полках.

При транспортировке воздушного сухого угля пылеотложение на каждые 1000 т угля составляет более 30 г/м2. Степень запыленности воздуха при этом может превышать 10 тыс. мг/м3.

Исследования и практический опыт показали, что эффективность традиционных средств снижения пылевыделения и накопления пыли при погрузочно-транспортных работах (укрытия, аспирация, орошение) крайне низка, что приводит к высоким трудозатратам и не исключает накопления взрывоопасных масс пыли [4, 5].

Ранее выполненными экспериментальными исследованиями было показано, что в условиях угольных шахт кардинальное решение задачи по пылеподавлению и связыванию пыли обеспечивает использование пенных аэрозолей на всем протяжении конвейерного става, вместо орошения у мест пересыпа угля [4, 6].

Эффективность пенного аэрозоля заключается не только в локализации источника пылепоступления, но и в его дальнейшем синерезисе (изменении дисперсного состава и толщины образующейся плёнки).

Пенный аэрозоль представляет собой дисперсную систему, состоящую из ячеек – пузырьков, разделенных пленками, и характеризуется следующими основными свойствами:

  • пенообразующей способностью раствора (вспениваемостью), выражаемой объемом пены, который образуется из постоянного количества раствора при соблюдении определенных условий в течение данного времени;
  • кратностью пены, представляющей собой отношение объема пены к объему раствора, пошедшего на ее образование;
  • стабильностью (стойкостью) пены – временем существования элемента пены (отдельного пузырька, пленки) или определенного ее объема;
  • дисперсностью пены, которая характеризуется средним размером пузырька, распределением пузырьков по размерам или поверхностью раздела «раствор – газ» в единице объема пены.

При всех экспериментальных исследованиях отмечалось удовлетворительное укрытие слоем пены основных очагов пылевыделения [6, 7]. Было установлено, что пена, обладая достаточной стойкостью, может сравнительно хорошо транспортироваться и перемешиваться с отбиваемым углем. Имея большую, чем вода, вязкость, пена хорошо удерживалась на отбитом угле, что почти исключало случаи увлажнения почвы пласта и тем самым способствовало улучшению условий труда рабочих. Применение пены вместо орошения водой позволило в два раза снизить запыленность воздуха при почти равных расходах орошающей жидкости [6, 7].

В шахтах Польши пенный способ борьбы с пылью применялся на пунктах погрузки угля на ленточные конвейеры. Выпускалось оборудование WP-400 и SPP-1 для обеспечения способа [8]. Применение этого оборудования в транспортных выработках шахты «Гливице» позволило снизить запыленность воздуха на 82–84%. Однако пылеподавление пеной в пунктах «погрузки/перегрузки» не решало основной задачи по снижению выноса и накоплению пыли на протяжении всего конвейерного става. Для выполнения этого требования пену необходимо подавать таким образом, чтобы отбитый уголь покрывался слоем пузырьков пены на всем протяжении его перемещения (рис. 1).

Рис. 1 Схема пылеподавления пенным аэрозолем на конвейерном транспорте:
1 – транспортируемая горная масса; 2 – генератор пенного аэрозоля; 3 – слой пены; 4, 5 – направление движения вентиляционной струи и горной массы соответственно; 6 – зона эффективного действия пенного аэрозоля La

Очевидно, что пылеподавление будет наиболее эффективным, когда поверхность транспортируемой горной массы на всем протяжении будет покрыта слоем пены, равным толщине изолирующего слоя (см. рис. 1). Высота hп, или объем изолирующего слоя Vкр, зависят от соотношения скоростей двух процессов: подачи и разрушения пены. Ранее выполненными исследованиями [6,9] было определено время достижения такого критического объема пены (τ):

τ=-S∙1n(1-Vкр/S∙K∙Qр), с            (1)

где: S – коэффициент, характеризующий скорость процесса разрушения пены, – аналог стойкости, с; Vкр – объем пены, находящийся у источника пылеобразования, м3; К – кратность пены; Qр – расход раствора пенообразователя, м3/с.

Для обеспечения эффективного пылеподавления необходимо подавать пену с интенсивностью, при которой время τ будет минимальным, т. е. τ→0. Из уравнения (1) следует, что это условие выполнимо при бесконечно малом значении выражения под знаком логарифма:

VKP ≥S∙K∙QP , м3/c            (2)

Для условий ленточных конвейеров:

VKP ≥H∙Vл∙hп , м3/c            (3)

где H, Vл – ширина (м) и скорость движения ленты (м/с) конвейера соответственно. Из (2) и (3) следует:

QP=(H∙Vл∙hп )/(S∙K),м3/c            (4)

Величины H и Vл являются техническими характеристиками ленточного конвейера, а S и К – характеристиками пенного аэрозоля.

Теоретическими и экспериментальными исследованиями было установлено, что для большинства горно-геологических условий слой пены hп, исключающий переход пыли во взвешенное состояние, зависит от свойств пены (S, К) и находится в пределах (40–65)·10–3 м [6, 9].


Рис. 2 Функциональная схема системы пылеподавления пенным аэрозолем на конвейерном транспорте:

1 – бак дозатор пенообразователя; 2 – управляемый вентиль; 3 – релейный блок; 4 – датчик контроля угля на ленте конвейера; 5 – генератор пенного аэрозоля

Для выполнения условия (4) и нормализации расхода пенообразующей жидкости системы пылеподавления пенным аэрозолем (СППА) на конвейерном транспорте (рис. 2) должны отвечать следующим основным требованиям:

  • обеспечивать подачу пенного аэрозоля на конвейер только при наличии на нем транспортируемой массы;
  • пенный аэрозоль должен изолировать транспортируемую массу на всем протяжении ее перемещения.


Рис. 3 Комплекс оборудования для пылеподавления пенным аэрозолем на конвейерном транспорте:

1 – щит управления; 2 – дозатор рабочего раствора; 3 – насос повышающий; 4 – подающий рукав Dу25; 5 – пожарный напорный рукав Dу50

Для опытно-промышленной проверки эффективности способа был разработан и изготовлен комплекс оборудования (рис. 3) со следующими характеристиками пенообразующей жидкости:

  • рабочая концентрация пенообразователя ПО-1НСВ – 1%;
  • давление рабочего раствора у пеногенератора – 0,5–0,6 МПа;
  • расход рабочего раствора – 1 л/с.

Испытания СППА проводились на сортировочном отделении предприятия ООО «ШУ «Садкинское» (Ростовская область), оборудованном конвейером 2Л1400МТ-1 и предназначенном для транспортировки переизмельченного угля (штыба).

Технические характеристики конвейера 2Л1400МТ-1
Транспортируемый груз уголь
Крупность куска не более 200 мм
Условия эксплуатации от минус 10 °С до +35 °С
Скорость ленты 1,6 м/с
Производительность 1000 т/ч
Ширина ленты 1400 мм

Для генерации пенного аэрозоля был использован синтетический пенообразователь ПО-1НСВ, представляющий собой водный раствор углеводородных поверхностно-активных веществ со стабилизирующими и функциональными добавками.

Характеристики пенообразователя ПО-1НСВ
Внешний вид однородная жидкость без осадка и расслоения
Плотность при 20 °С 1000–1200 кг/м3
Кинематическая вязкость при 20 °С не более 100 мм2
Водородный показатель (рН) 6,5–9,5
Концентрация пенообразователя в рабочем растворе, % не более 1,5%
Кратность пены средней кратности из 1%-го рабочего раствора не менее 40
Устойчивость пены средней кратности
(время истечения 50% объема жидкости из пены)
не менее 180 с
Температура застывания, °С не выше минус 3
Гарантийный срок хранения не менее 12 месяцев
Класс опасности 4 (малоопасное вещество)
Класс биоразлагаемости не выше 1 (быстроразлагаемый)

Подача пенного аэрозоля осуществлялась на расстоянии 5 м от перегрузочного бункера ленточного конвейера 2Л1400МТ-1 через генератор пены средней кратности с высоты 0,8 м от поверхности ленты на ось конвейера (фото 1).


Фото 1 Подача пенного аэрозоля на транспортируемый конвейером угольный штыб

Концентрация пенообразователя ПО-1НСВ в растворе составляла 1% (об.) – 1 л пенообразователя на 99 л воды. Давление рабочего раствора у пеногенератора составляло 0,6 МПа с расходом 1 л/с.

Во время работы ленточного конвейера пенный аэрозоль с кратностью ~80–100 и объемной стойкостью около 20 мин. распределялся равномерно по всей поверхности конвейерной ленты и полностью покрывал транспортируемый штыб на всем пути его перемещения от места подачи на ленту до места погрузки в вагон (~300 м) (фото 2). Одновременно при движении конвейера происходил синерезис пены (изменение дисперсного состава и толщины пленки).


Фото 2 Структура пенного аэрозоля на поверхности штыба при погрузке его в вагон (продолжительность взаимодействия пенного аэрозоля составляла ~3 мин)

Интегральный показатель аэрозоля пены Y (Y=K·t, где: К – кратность пены, t – стойкость пены), обеспечивающий эффективность ее пылеподавления на протяжении транспортирования груза, практически не изменился. Прирост влаги в штыбе составлял 0,1–0,3% в точке его погрузки в вагон.

Проведенные исследования позволили установить:

  • защитный слой пенного аэрозоля исключает вынос пыли из горной массы при всех операциях ее транспортировки ленточным конвейером;
  • пенообразователь ПО-1НСВ при 1%-й концентрации рабочего раствора обеспечивает стабильную генерацию пенного аэрозоля средней кратности и эффективность пылеподавления 90–95% при степени запыленности свыше 10 тыс. мг/м3 и продолжительности процессов транспортирования до 600 с.

Эффективность пенного аэрозоля обусловлена тем, что он выполняет две функции:

  • укрытие очага пылевыделения;
  • смачивание и связывание пылевидных частиц любой гидрофобности.

Информационные источники:

1. Проектирование наклонного ствола на шахте «Садовая». Мартин Юнкер, Изабель Гольник, Клаус Тирок и др. – Уголь.– 2012.– №10 – С.8–13.

2. Инструкция по борьбе с пылью и пылевзрывозащите. – Липецк: Липецкое издательство, 1999. 109 с.

3. Борьба со взрывами угольной пыли в шахтах. М.И. Нецепляев, А.И. Любимова, Н.М. Петрухин и др. – М.: Недра, 1992. – 298 с. 4. Борьба с угольной и породной пылью в шахтах. /Н.М. Петрухин, Г.С. Гродель, Н.И. Жиляев и др. – М.: Недра, 1981. – 271 с.

5. Пылевая динамика в угольных шахтах. /С.Б. Романченко, Ю.Ф. Руденко, В.Н. Костеренко. М.: Изд-во «Горное дело» ООО «Киммерийский центр», 2011. - 256 с.

6. Г.А. Поздняков, Б.М. Кривохижа, Л.Г. Лихачева. Борьба с пылью пеной на угольных шахтах. – М: ЦПНТГО, 1987. – 79 с.

7. Г.А. Поздняков, Н.И. Жилеев. Способы пылеподавления пеной в механизированных забоях крутых пластов. – Уголь. – 1972. №6.– С.53–54.

8. И.Г. Ищук, М.В. Сафонов, М.Д. Брагинский. Борьба с пылью на угольных шахтах ПНР. – В сер.: Техника безопасности, охрана труда и горноспасательное дело. – М.: ЦНИЭИуголь, 1987. – 28 с.

9. Б.М.Кривохижа. Исследование и выбор оптимальных параметров пенного способа пылеподавления при выемке тонких пологих пластов. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. – Макеевка-Донбасс, 1980. – 267 с.

Добавить комментарий

Поля отмеченные звездочкой* обязательны для заполнения