25330 (586592), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Шахтная пыль образуется в основном при добыче и транспортировании полезного ископаемого, отбойке горных пород, погрузке и транспортировании горной массы, бурения шпуров и скважин и др.
В настоящее время все мероприятия по борьбе с пылью можно подразделить на следующие основные группы:
а) предупреждение или снижение пылеобразования (разработка и внедрение машин и комбайнов, работающих на принципе крупного скола, и использование струй воды высокого давления, предварительное увлажнение массива);
б) осаждение пыли, взвешенной в воздухе (орошение, применение пены);
в) разжижение взвешенной в воздухе пыли (вентиляция);
г) пылеотсос и осаждение пыли;
д) предупреждение или снижение пылеобразования осуществляется за счет гидравлического или гидромеханического разрушения массива. [6, 7]
4.2 Предварительное увлажнение угольного массива
Одним из эффективных методов предотвращения пылеобразования является предварительное увлажнение угольного массива. Сущность предварительного увлажнения заключается в том, что нагнетаемая в пласт под давлением жидкость приводит к увеличению влажности угля, вызывающему образование из пылинок, находящихся в трещинах, агрегатов, которые при поступлении в воздух быстро осаждаются.
Кроме того, при предварительном увлажнении уменьшается механическая прочность угля и увеличивается смачиваемость тонких фракций пыли. Наибольшее снижение пылеобразования достигается при заполнении жидкостью всего фильтрующего объема трещин и пор угля.
Эффективность предварительного увлажнения пластов зависит от повышения влажности в пласте. Так, при приросте влажности угля на 1-3 % эффективность предварительного увлажнения достигает 75-80 %. Прирост влаги зависит от фильтрационно-коллекторских свойств пласта, давления, темпа и времени нагнетания. Водопроницаемость пласта зависит от выхода летучих.
В общем случае эффективность предварительного увлажнения может быть определена по формуле:
, %, (116)
где 
— коэффициент пропорциональности;
gж — удельный расход жидкости, л/т;
nэ— эффективная пористость.
В зависимости от фильтрационных свойств угольных пластов предварительное увлажнение подразделяется на высоко- и низконапорное.
Сущность высоконапорного увлажнения заключается в том, что вода под давлением в десятки МПа нагнетается в скважину. Основным недостатком этого способа является неравномерность и низкая эффективность увлажнения высокопроницаемых трещиноватых пластов. Поэтому для повышения эффективности увлажнения угольного пласта следует сочетать нагнетание воды под высоким давлением с капиллярным насыщением массива в периоды между циклами нагнетания. Продолжительность перерывов между циклами нагнетания изменяется от 6 до 72 ч в зависимости от свойств увлажняемого пласта.
Высоконапорное нагнетание жидкости в угольный пласт осуществляется через скважины (шпуры), пробуренные из подготовительной выработки или очистного забоя.
Предварительное увлажнение горных пород осуществляется с помощью высоконапорных установок или Энергии взрыва ВВ.
При предварительном увлажнении через скважины, пробуренные из подготовительной выработки диаметром 45—60 мм, жидкость подается под давлением: Р < 0,025Н, МПа, где Н - глубина залегания пласта, м.
Количество жидкости, подаваемое в скважину, рассчитываем по формуле:
, м3, (117)
где lл - высота этажа (лавы), м;
Lс - расстояние между скважинами, м;
Mп - мощность пласта, м;
qж - удельный расход жидкости, равный 10—30 л/т.
При нагнетании жидкости в пласт через скважины, пробуренные из очистного забоя, длина скважины определяется по формуле:
, м, (118)
где 
- глубина герметизации скважин, м;
- подвигание лавы за неделю.
Количество жидкости, подаваемое в скважину, рассчитывается по формуле:
, м3. (119)
Расстояние между скважинами принимается равным 20-25 м.
Низконапорное увлажнение заключается в том, что угольный массив увлажняется водой под давлением, создаваемым в шахтной магистрали за счет разницы геодезических отметок поверхности шахты и места нагнетания воды. Низконапорное увлажнение эффективно при высокой проницаемости пластов за счет капиллярного насыщения массива и заполнения жидкостью мелких трещин.
Для повышения эффективности предварительного увлажнения применяются поверхностно-активные вещества (ПАВ) и электролиты, которые снижают поверхностное натяжение воды и ускоряют процесс проникновения жидкости в трещины и поры угля. Наибольшее применение получили неионогенные ПАВ—ДБ, ОП, интанол и неонол. Рекомендуются следующие рабочие концентрации ПАВ: ДБ—0,1—0,2%; с интанол - 0,05 %; неонол - 0,05%.
При низконапорном предварительном увлажнении жидкость в пласт подается только через скважины, пробуренные из подготовительной выработки. Время нагнетания жидкости в скважину определяем по формуле:
, ч, (120)
где Qн - скорость нагнетания воды, принимаем в соответствии с производительностью насосной установки, м3/ч.
Нагнетание жидкости из очистного забоя производится через скважины (шпуры) диаметром 45 мм.
Давление жидкости у устья скважины должно быть не менее 1-1,2 МПа.
Предварительное увлажнение угольного массива подготовительного забоя осуществляется через скважины длиной, равной недельному подвиганию забоя. Скорость нагнетания жидкости в скважину составляет 20—30 л/мин.
Количество жидкости, подаваемое в скважину, определяем по формуле:
, м3, (121)
где SВ - площадь поперечного сечения выработки вчерне, м2.
Число скважин (шпуров) для эффективного увлажнения пород:
, шт, (122)
где SВС - площадь поперечного сечения выработки в свету, м2;
S у - площадь увлажнения массива через один шпур, м2. ,
Нагнетание жидкости в скважину осуществляется с помощью насосных установок типа УНВ-2, НВУ-30М, УН-35, 2УГНМ, УМР, обеспечивающих давление от 20-30 МПа. Герметизация скважины выполняется специальными гидрозатворами.
Расход жидкости в скважине контролируется счетчиком – расходомером, позволяющим проверять давление и скорость нагнетания жидкости.
При применении ПАВ дозировка их осуществляется дозаторами с пропускной способностью от 0,5 до 6 м3/ч при давлении 1,6 МПа. [8, 9]
4.3 Орошение
Наиболее распространенным способом осаждения пыли из воздуха является орошение. Суть его заключается в том, что при встрече движущейся в воздухе капли жидкости с пылинкой происходит их соударение, захват каплей пылинки и ее смачивание. Образовавшийся при этом агрегат капля-пылинка выпадает из воздуха на почву или осаждается на стенки выработки.
Капля захватывает пылинку, когда она внедряется в каплю. Для этого капля должна обладать соответствующей кинетической энергией, чтобы при встрече с пылинкой последняя могла преодолеть энергию поверхностного натяжения капли. Существует критическая скорость полета капель, при которой происходит внедрение пылинки в каплю:
, м/с, (123)
где 
- энергия поверхностного натяжения капли;
- плотность пылинки мг/см2;
rп - радиус пылинки, мм;
Rк - радиус капли.
Чем ниже величина поверхностного натяжения, больше плотность пылинки и ее радиус, тем ниже критическая скорость. Для того чтобы обеспечить Vкр в активной зоне факела, в оросителе следует создавать давление от 1,5 до 4 МПа.
Определяющую роль в эффективности орошения играют гидрофильность (способность смачиваться), размер частиц пыли и капель, их число в факеле орошения и скорость встречи с частицами пыли.
Оптимальные размеры капель диспергированной жидкости зависят от скорости движения воздуха и высоты выработки. Эффективность улавливания пыли диспергированной жидкостью определяем по формуле:
, (124)
где kп - коэффициент коагуляции;
nк - число капель жидкости в 1 м3 воздуха;
HВ - высота выработки, м;
- скорость оседания капель жидкости, м/с;
- скорость движения воздуха, м/с;
x - расстояние от места начала коагуляции водного и пылевого аэрозоля, м.
Повышение эффективности орошения достигается путем правильного применения ПАВ с учетом физико-химических свойств ПАВ и орошаемой пыли. В основном в настоящее время при орошении используется неионогенное ПАВ типа ДБ с концентрацией 0,1 - 0,2 %.
Орошение подразделяется на низконапорное, высоконапорное, пневмогидроорошение, гидроакустическое, туманообразование и водовоздушное эжектирование.
При низконапорном орошении при давлении до 2 МПа и пневмоорошении в местах образования пыли происходит связывание ее и осаждение пыли, перешедшей во взвешенное состояние.
Высоконапорное орошение при давлении до 15 МПа, применение водовоздушных эжекторов и туманообразователей обеспечивают осаждение пыли, витающей в воздухе.
Низконапорное орошение применяют в очистных и подготовительных забоях, при погрузке и перегрузке горной массы. Давление жидкости у оросителя должно быть в пределах 1,2 - 2 МПа, а расстояние от оросителя до источника пылеобразования 0,1 - 0,3 м, что позволяет обеспечить сохранение критической скорости полета капель, при которой происходит эффективный захват частиц пыли. Параметры орошения зависят от условий взаимодействия частиц пыли с каплями жидкости. Для эффективного пылеосаждения рекомендуется применять следующие параметры:
а) При орошении зоны разрушения массива удельный расход воды 10-25л/т, рабочее давление 1,2-2 МПа, расстояние от оросителя до источника пылеобразования 0,3 м.
б) При внешнем орошении зон погрузки и перегрузки горной массы удельный расход жидкости 6-15 л/т, рабочее давление 1,2-2 МПа, расстояние от оросителя до источника пылеобразования 0,5-1 м.
в) При осаждении витающей пыли из воздуха удельный расход жидкости 6-15 л/мин на 1 м3 воздуха, рабочее давление 2 МПа.
Для каждого забоя должна быть своя насосная установка, обеспечивающая суммарные расходы жидкости и требуемое давление. Необходимо, чтобы рабочая зона факела орошения перекрывала источник пылеобразования.
При передвижке механизированных крепей образуется большое количество пыли. Для предотвращения поступления этой пыли в очистной забойной при передвижке крепей поддерживающего типа применяют схему орошения. С помощью оросительных устройств воду подают вдоль межсекционных зазоров в сторону выработанного пространства. Расход воды составляет 10 л/мин при давлении 1-1,5 МПа. На крепях оградительно-поддерживающего типа устанавливают оросительные устройства для подачи воды в межсекционное и выработанное пространство. Расход воды составляет 35 л/мин при давлении 1-1,5МПа.
При наличии энергии сжатого воздуха применяют пневмогидроорошение (ПГО), сущность которого заключается в том, что при одновременной подаче в форсунку жидкости и сжатого воздуха происходит тонкое диспергирование жидкости. При этом необходимо, чтобы образовался факел тонкодиспергированной (размер капель 40—60 мкм) и грубодиспергированной (размер капель 100—200 мкм) жидкости. Чем более однороден по размерам капель каждый из этих факелов, тем выше эффективность пылеосаждения.
Объемное отношение расхода жидкости и воздуха находится в пределах от 80 до 30. Давление жидкости и воздуха в оросителе равно 0,4-0,5 МПа. Расход жидкости составляет 4-8 л/мин.
При высоконапорном орошении происходит тонкое диспергирование жидкости, за счет чего увеличивается число капель в единице объема воздуха, факел орошения становится более насыщенным каплями жидкости, увеличивается скорость полета капель, что способствует эффективному использованию инерционного и седиментационного пылеосаждения. Кроме того, в результате инжекции запыленного воздуха факелом диспергированной воды увеличиваются размеры очищаемой пыли и степень турбулизации потока воздуха у мест образования пыли.
Расход жидкости при высоконапорном орошении составляет 0,07-0,25 л/м3 запыленного воздуха.
Эффективность очистки воздуха от пыли при высоконапорном орошении составляет 90-97 %. Весьма важно, что при этом повышается степень улавливания тонкодиспергированных частиц пыли размером менее 5 мкм.
В настоящее время ведутся большие работы по использованию электрических зарядов частиц пыли и наведенного заряда на каплю жидкости для повышения эффективности пылеулавливания. Как показали исследования, частицы пыли несут на себе заряды различных знаков. При этом напряженность электрического поля пылевого аэрозоля достигает 3 В/м. Зная знак заряда на пылинках, капли жидкости заряжают противоположным знаком, чтобы увеличить эффективность пылеулавливания.
Предварительная электризация частиц пыли зарядом знака, обратного заряду капель, позволяет повысить эффективность пылеосаждения всех фракций на 12- 15 %.
Гидроакустическое орошение заключается в том, что на пылевой аэрозоль одновременно оказывают воздействие капли жидкости и акустические колебания, создаваемые струёй жидкости при выходе из оросителя до ее
распада. При этом можно подобрать такую частоту колебаний, что пыль в акустическом поле будет агрегироваться, а диспергированная жидкость смачивать ее и осаждать. Гидроакустический способ рекомендуется для улавливания витающей пыли. Для эффективного пылеподавления необходимо выдерживать следующие параметры: давление воды у оросителя 0,35 - 0,8 МПа, расход жидкости 0,2 л/м3 орошаемого воздуха, частота колебаний 3 - 4 кГц, акустическая мощность 20-25Вт/м2.
Для гидроакустического осаждения пыли применяется форсунка типа ФА, обеспечивающая эффективность пылеосаждения до 90 %.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
