Розробка способів зниження рівня екологічної небезпеки від пилових викидів вугільних шахт
В результаті функціонування вентиляційної системи вугільної шахти в атмосферу через вентилятор головного провітрювання викидаються значні обсяги вуглепородного
 пилу. Викинутий в атмосферу грубодисперсний пил інтенсивно осідає в межах санітарнозахисної зони шахти. Тонкодисперсний пил виносит...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Геотехнічна механіка |
|---|---|
| Datum: | 2016 |
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2016
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/137765 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Розробка способів зниження рівня екологічної небезпеки від пилових викидів вугільних шахт / В.Є. Колесник, А.В. Павличенко // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2016. — Вип. 128. — С. 167-178. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860208195816914944 |
|---|---|
| author | Колесник, В.Є. Павличенко, А.В. |
| author_facet | Колесник, В.Є. Павличенко, А.В. |
| citation_txt | Розробка способів зниження рівня екологічної небезпеки від пилових викидів вугільних шахт / В.Є. Колесник, А.В. Павличенко // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2016. — Вип. 128. — С. 167-178. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геотехнічна механіка |
| description | В результаті функціонування вентиляційної системи вугільної шахти в атмосферу через вентилятор головного провітрювання викидаються значні обсяги вуглепородного
пилу. Викинутий в атмосферу грубодисперсний пил інтенсивно осідає в межах санітарнозахисної зони шахти. Тонкодисперсний пил виноситься за межі санітарно-захисної зони, забруднюючи навколишнє середовище на відстані до 3500 м від вугільної шахти. Екологічна
небезпека пилових викидів обумовлює необхідність проведення заходів щодо знепилювання
шахтних вентиляційних потоків, зниження викидів пилу в атмосферу або їхньої локалізації в
межах санітарно-захисної зони шахти.
Облаштування в усті вентилятора головного провітрювання шахти водяних форсунок дозволить знизити висоту викиду та локалізувати пиловий викид у межах промислової площадки шахти. Запропоновано використовувати систему автоматичного зниження виносу пилу з
гірничих виробок у вентиляційний ствол шахти на основі гідрофорсунок. Доочищення вихідного шахтного повітряного струменя від пилу в каналі вентилятору головного провітрювання рекомендується шляхом застосування ефективного проточного електрофільтра з низьким аеродинамічним опором.
В результате функционирования вентиляционной системы угольной шахты
в атмосферу через вентилятор главного проветривания выбрасываются значительные объемы
углепородной пыли. Выброшенная в атмосферу грубодисперсная пыль интенсивно оседает в
пределах санитарно-защитной зоны шахты. Тонкодисперсная пыль выносится за пределы
санитарно-защитной зоны, загрязняя окружающую среду на расстоянии до 3500 м от угольной шахты. Экологическая опасность пылевых выбросов обуславливает необходимость проведения мероприятий по обеспыливанию шахтных вентиляционных потоков, снижению выбросов пыли в атмосферу или их локализации в пределах санитарно-защитной зоны шахты.
Обустройство в устье вентилятора главного проветривания шахты водных форсунок позволит снизить высоту ее выброса, локализовать пылевой выброс в пределах промышленной
площадки шахты. Предложено использовать систему автоматического снижения выноса пыли из горных выработок в вентиляционный ствол шахты на основе гидрофорсунок. Доочистка выходной шахтной воздушной струи от пыли в канале вентилятора главного проветривания рекомендуется путем применения эффективного проточного электрофильтра с низким
аэродинамическим сопротивлением.
As a result of operation of coal mine ventilation system, huge volumes of carbon and
stone dust are emitted from а main fan into the atmosphere. The coarse dust emitted adheres in the
sanitary protection zone of a mine. Fine dust is spread outside the zone and contaminates the environment
at the distance of 3500 m from a coal mine. The ecological danger of dust emissions substantiates
the necessity of measures for dust elimination of mine ventilation airflows, reduction of
dust emissions into the atmosphere or their allocation inside the sanitary protection zone.
Installation of watering nozzles in the air end of mine main fan enables cooling of air flow from
the air end and reduction of release height, as well as allocation of dust emission inside the industrial
site of a mine. It is proposed to use the system of automatic decrease of dust discharge from mine
workings into up-cast as based on hydraulic nozzles. It is recommended to provide post treatment of
return ventilation current from dust in duct of main fan by means of use of the proper electrostatic
streamline filter of low air-flow resistance.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:13:11Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. № 128
167
УДК 504.05:622.333
Колесник В.Є., д-р техн. наук, професор,
Павличенко А.В., канд. біол. наук, доцент
(Державний ВНЗ «НГУ»)
РОЗРОБКА СПОСОБІВ ЗНИЖЕННЯ РІВНЯ ЕКОЛОГІЧНОЇ НЕБЕЗПЕ-
КИ ВІД ПИЛОВИХ ВИКИДІВ ВУГІЛЬНИХ ШАХТ
Колесник В.Є., д-р техн. наук, професор,
Павличенко А.В., канд. биол. наук, доцент
(Государственное ВУЗ «НГУ»)
РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ СНИЖЕНИЯ УРОВНЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ
ОПАСНОСТИ ОТ ПЫЛЕВЫХ ВЫБРОСОВ УГОЛЬНЫХ ШАХТ
Kolesnyk V.Ye., D.Sc. (Tech.), Professor,
Pavlychenko A.V., Ph.D. (Biol.), Associate Professor
(State HEI «NMU»)
DEVELOPMENT OF THE WAYS OF REDUCTION OF ECOLOGICAL
DANGER CAUSED BY DUST EMISSIONS OF COAL MINES
Анотація. В результаті функціонування вентиляційної системи вугільної шахти в атмос-
феру через вентилятор головного провітрювання викидаються значні обсяги вуглепородного
пилу. Викинутий в атмосферу грубодисперсний пил інтенсивно осідає в межах санітарно-
захисної зони шахти. Тонкодисперсний пил виноситься за межі санітарно-захисної зони, за-
бруднюючи навколишнє середовище на відстані до 3500 м від вугільної шахти. Екологічна
небезпека пилових викидів обумовлює необхідність проведення заходів щодо знепилювання
шахтних вентиляційних потоків, зниження викидів пилу в атмосферу або їхньої локалізації в
межах санітарно-захисної зони шахти.
Облаштування в усті вентилятора головного провітрювання шахти водяних форсунок до-
зволить знизити висоту викиду та локалізувати пиловий викид у межах промислової площа-
дки шахти. Запропоновано використовувати систему автоматичного зниження виносу пилу з
гірничих виробок у вентиляційний ствол шахти на основі гідрофорсунок. Доочищення вихі-
дного шахтного повітряного струменя від пилу в каналі вентилятору головного провітрю-
вання рекомендується шляхом застосування ефективного проточного електрофільтра з низь-
ким аеродинамічним опором.
Ключові слова: вугільна шахта, вентилятор головного провітрювання, пиловий викид,
екологічна небезпека, пилоподавлення, електрофільтр.
Вступ. Одним з основних джерел забруднення атмосферного повітря при
функціонуванні вугільних шахт є їх вентиляційна система. З цієї системи в ат-
мосферу через вентилятор головного провітрювання (ВГП) шахти викидається
значна кількість забруднюючих речовин [1, 2].
Загальна потужність пилового викиду ВГП розподіляється між двома шахт-
ними джерелами за респірабельним (тонкодисперсним) пилом в пропорції 4:6,
де 4 частини – це частка скіпового підйому шахти, а 6 частин – частка гірничих
виробок.
____________________________________________________________________
© В.Е. Колесник, А.В. Павличенко, 2016
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. № 128
168
Загальна маса пилу, що викидається, визначається переважно роботою скі
пового підйому та об’ємами гірської маси (вугілля й породи), що видаються на
поверхню. Це обумовлено тим, що при роботі скіпового підйому з шахтного
ствола в атмосферу в основному викидається грубодисперсний пил, у той час,
як з гірничих виробок – переважно тонкодисперсний. Грубодисперсний пил
встигає осісти в міру руху запиленого потоку повітря по вентиляційних вироб-
ках. Разом з тим, викинутий в атмосферу грубий пил інтенсивно осідає в межах
санітарно-захисної зони (СЗЗ) шахти, яка для вугільних шахт становить 500 м.
Тонкий пил виноситься за межі СЗЗ, забруднюючи навколишнє середовище та
знижуючи екологічну безпеку в регіоні за пиловим фактором [1, 3]. Так при се-
редній інтенсивності пилового викиду 60 г/с за добу викидається понад 5 т пилу
(відповідно за рік близько 2 тис. т). Крім втрати вугілля (груба оцінка – 0,1 %
видобутку шахти) за межами СЗЗ щорічно тільки від ВГП розсіюється близько
1 тис. т гірської породи, до складу якої входить значна кількість сульфідів, важ-
ких металів, що сприяють забрудненню довкілля [2].
При певних значеннях параметра атмосферної дифузії в напрямку вітру від
ВГП формується зона від 500 до 3500 м (тобто за межами СЗЗ шахти) із приб-
лизно однаковою запиленістю повітря, що біля земної поверхні може переви-
щувати ГДК пилу. Причому, навіть при малих концентраціях пил, поступово
осідаючи, накопичується в ґрунті, водоймах і рослинах, тому з погляду екологі-
чної безпеки його варто локалізувати в межах СЗЗ. Саме тому виникає потреба
в розробці заходів щодо знепилення шахтних вентиляційних потоків, зниження
викидів пилу в атмосферу або їх локалізації в межах СЗЗ підприємства (шахти).
Метою роботи є розробка технічних рішень, спрямованих на зниження ін-
тенсивності та дальності поширення пилових викидів вугільних шахт в атмос-
феру.
Основна частина. Для підвищення екологічної безпеки видобутку вугілля
підземним способом рекомендується застосовувати комплекс протипилових за-
ходів, що зокрема передбачає зрошення й пиловловлення. Очевидно, що засто-
сування зазначених заходів забезпечить або буде сприяти одночасно мінімізації
шахтних пилових викидів у навколишнє середовище й підтримці припустимих
рівнів запиленості повітря як у межах СЗЗ підприємства, так і за її межами [3-
5].
Аналіз конструкцій пристроїв для пилоподавлення при вивантаженні й на-
вантаженні гірської маси, виконаний на основі патентної документації, дозво-
ляє відзначити, що необхідним є впровадження нових конструкцій пристроїв
подавлення пилу, що виключають або зменшують його винос з повітряними
потоками, дозволяючи зменшити витрати на очищення повітря.
Значна увага приділяється подальшому вдосконаленню конструкцій при-
строїв, призначених для знепилювання в бункерах, з урахуванням кількості гір-
ничої маси, що завантажується. Для зниження інтенсивності виділення пилу
при контакті падаючої гірської маси з повітряним потоком рекомендується за-
стосовувати автоматичні зрошувальні пристрої, що дозволяють регулювати ви-
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. № 128
169
трату води залежно від кількості матеріалу, що перевантажується, і ступеня за-
пиленості повітря.
Збільшення фізичної висоти джерела над земною поверхнею призводить до
інтенсивного розсіювання пилу на більшій території [3-5], проте знижує рівні
запиленості повітря в приземному шарі. Зниження висоти, навпаки зменшує да-
льність переносу пилу в напрямку вітру, локалізує область розсіювання пилу.
Ці положення наочно підтверджені нами в обчислювальних експериментах що-
до розсіювання пилу на розробленій за участю авторів математичної моделі ре-
алізованої в програмному пакеті Sсilab, причому приймалася до уваги не тільки
фізична висота, але й віртуальна, котра не має постійного значення, а визнача-
ється станом атмосфери й співвідношенням температури навколишнього повіт-
ря.
Локалізувати пил пропонується двома способами. Перший спосіб можна ре-
алізувати шляхом укрупнення пилових частинок, що викидаються вище рівня
дифузора ВГП, тобто шляхом створення умов для коагуляції дрібних частинок.
Це призведе до більш інтенсивного осідання укрупнених пилових агломератів в
межах СЗЗ підприємства. Другий спосіб заснований на зниженні віртуальної
висоти ВГП і базується на забезпеченні негативного значення різниці між тем-
пературою повітряного струменя, що викидається, і температурою навколиш-
нього атмосферного повітря, або за рахунок підтримки зазначеної різниці на
мінімальному рівні при будь-яких станах атмосфери.
Відомо, що температура вентиляційного струменя з ВГП мало змінюється в
добовому й річному ході, у порівнянні з температурою навколишнього атмос-
ферного повітря, тому протягом доби або року завжди знайдуться проміжки ча-
су, коли згадані умови щодо різниці температур будуть виконуватися самі со-
бою. Однак, у холодний час доби або року реалізація способу потребує штучно-
го охолодження повітря, що викидається з шахти, з метою зниження висоти пі-
дйому відносно теплого повітряного струменя. При цьому кількість тепла, що
викидається разом з повітряним струменем ВГП, за даними теплових зйомок
для різних шахт, може змінюватися в межах приблизно від 10 до 30 МВт при
відносній вологості 93-100%. З огляду на питому теплоту переходу «вода-пар»,
обумовлену залежністю L=(2501-2,72to) кДж/кг, нескладно підрахувати, що при
to=26
o
С згаданої теплової енергії вистачить для випару від 4,1 до 12,3 кг води за
секунду (246-738 л/хв).
Облаштування в усті вентилятора водяних форсунок відповідної продуктив-
ності дозволить певною мірою остудити повітряний струмінь ВГП і знизити ві-
ртуальну висоту викиду, тобто можлива практична реалізація згаданого вище
другого способу. Зазвичай подача великої кількості води ставить під сумнів
ефективність заходу. Однак на практиці об'єм води можна зменшити, а крім то-
го регламентувати час її подачі, пристосувавши до часу найбільших викидів
пилу із ВГП протягом доби; до того ж треба враховувати кліматичні умови.
Слід зазначити, що подача надлишкової води у вихідний струмінь вентиля-
тора, що і так насичений вологою на 93-100 %, буде сприяти конденсації водя-
ної пари й одночасній коагуляції дрібних частинок пилу з утворенням більших
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. № 128
170
агломератів (кластерів), швидкість осідання яких в атмосферному повітрі зрос-
те, сприяючи більш швидкому осіданню пилу.
Ефективність цього способу оцінимо на прикладі вентилятора головного
провітрювання шахти Тернівська (ПАТ «ДТЕК Павлоградвугілля»), на якій ви-
користовується здвоєний осьовий вентилятор типу ВОД 30М. Вентилятор ви-
кидає від 120 до 160 м
3
/с повітря через устя шириною b0=1,2 м при середній
швидкості струменя W=24,7 м/с й інтенсивності пилового викиду q=157 г/с.
Дисперсний склад пилу, що викидається із ВГП, представлений наступним ма-
совим розподілом: 0-10 мкм – 33,6%; 10-30 мкм – 59,5%; більше 30 мкм – 6,9%.
Як бачимо, у викиді переважають частки пилу розміром менше 30 мкм.
Оскільки вентиляційний струмінь на виході з ВГП шахти спрямований не
вертикально, а під кутом до горизонту (близько 25-30
о
), то фактично вісь вен-
тиляційного струменя теж буде повернена щодо горизонту на зазначений кут.
Далекобійність такого струменя можна попередньо оцінити з урахуванням
тільки його кінетичної енергії. У результаті для розглянутого шахтного венти-
лятора (W=24,7 м/с; b0=1,2 м) і швидкості вітру u=3 м/с середня дальність вики-
ду складе 29,6 м.
Для струменя, нахиленого до горизонту під кутом приблизно 30
о
, отримаємо
висоту підйому над рівнем устя ВГП – Δh≈15 м. З урахуванням стану атмосфе-
ри – «байдужа» і температури навколишнього повітря близько +10С ефективна
висота підйому струменя над земною поверхнею складе H≈100 м.
Для забезпечення коагуляції нами пропонується ввести в потік, що викида-
ється вентилятором, краплинну вологу об'ємом до 100 л за хвилину з викорис-
танням типових гідрофорсунок. При цьому концентрація надлишкової вологи в
повітряному струмені складе 5-6 г/м
3
. Надлишок вологи ініціює процес конден-
сації водяної пари в струмені й сприяє інтенсивній коагуляції дрібних часток
пилу зі збільшенням середнього розміру утворених пилових агрегатів у викиді,
що призводить до більш швидкого їх осідання через зростання їх розмірів і від-
повідно швидкості осідання утворених частинок.
Для забезпечення зазначеної продуктивності по воді були використані
типові конусні форсунки типу КФ-3.3-40, які рекомендується розташувати по
периметру устя дифузорів у кількості 16 штук при тиску у водогінній мережі
0,4 МПа.
У результаті взаємодії краплинної вологи й запиленого потоку з ВГП на
відстані 70-150 м від його устя починається процес коагуляції часток. При
зниженні швидкості струменя до 3 м/с руйнування коагулянтів практично
припиняється. Дисперсний склад частинок пилу, що утворилися, представлений
наступним розподілом: 0-10 мкм – 7,8%; 10-30 мкм – 59%; понад 30 мкм – 34%.
Як бачимо, основну масу пилу становлять частки розміром більше 10 мкм,
тобто грубий пил, причому істотно зросла (приблизно на 28%, у порівнянні з
вихідною) частка частинок розміром понад 30 мкм при приблизно такому ж
відносному зниженні вмісту тонкого (респірабельного) пилу.
Результати розрахунків полів осідання пилового викиду на території, що
оточує шахту в напрямку вітру, до й після зрошення струменя ВГП
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. № 128
171
представлені на рис. 1. Графіки отримані шляхом обчислювального
експерименту на математичній моделі, розробленій авторами з використанням
програмного пакета Scilab з урахуванням дисперсного складу пилу, при
інтенсивності пилового викиду q =157 г/с швидкості вітру 3 м/с і коефіцієнті
дифузії 3,0 м
2
/с.
Зіставлення діаграм інтенсивності осідання пилового викиду на території,
що оточує шахту, показує, що без зрошення найбільша інтенсивність осідання
пилу (близько 2,3 мг за добу) приходиться на ділянку довжиною в напрямку
вітру від 1600 до 3300 м і шириною близько 70 м. (рис. 1а). Максимум
концентрації пилу (0,95 мг/м
3
) на рівні подиху людини зосереджений на
віддаленні приблизно 2200 м від ВГП. За межами СЗЗ, що становить для шахти
500 м, під впливом пилового викиду перебуває значна територія.
а)
б)
а, б – відповідно до і після зрошення; + – точка розташування ВГП із координатами x=0 м,
y=10 м; * – точка максимальної інтенсивності осідання пилу
Рисунок 1 – Поля інтенсивності осідання пилу на координатній площині X;Y від точки
розташування ВГП у напрямку вітру, що збігається з віссю X
Облаштування водяної завіси забезпечує переміщення точки максимальної
інтенсивності осідання пилу убік ВГП приблизно з 2350 до 1650 м (рис. 1б).
При цьому область інтенсивного осідання пилу локалізувалася на меншій
ділянці довжиною від 1400 до 2400 м при ширині близько 50 м.
Після проведення заходу максимум концентрації пилу на висоті подиху
людини перемістився до ВГП. Область інтенсивного осідання пилу звузилася й
істотно наблизилася до території шахти. Оскільки промисловий майданчик
шахти покритий асфальтом, на ньому зручно проводити регулярне збирання
пилу, що осів. Крім того, на території передбачені зливові канавки, у які буде
надходити пил, змитий опадами. Утворений шлам доцільно направляти в
ставок відстійник.
Аналіз способів розпилювання рідини (води) показує перевагу пневматичного
способу перед механічним, котрий полягає в можливості одержання більш
тонкодисперсної суміші, що дозволить вловлювати частинки менше 10 мкм. У
форсунках пневматичного розпилення ступінь дроблення рідини залежить, в
основному, від швидкості або витрати повітря, що подається у форсунку. Аналіз
конструкції й роботи пневматичних форсунок показав, що необхідне
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. № 128
172
диспергування забезпечується, якщо на 1 кг рідині витрачається 1 кг повітря.
Більше застосування знаходять форсунки високого напору з тиском 300-
700 кПа й швидкістю повітря на виході із сопла сотні метрів у секунду.
Пневматичні форсунки високого напору бувають прямоструменеві й відцентрові.
Серед прямоструменевих виділяється група так званих ежекційних форсунок, що
знайшли широке застосування в енергетиці. Ежекція забезпечується або соплом
Лаваля (у круглих форсунках), або особливим розташуванням щілин (у форсунках
плоского типу).
Нами були проведені випробування експериментальних зразків
малогабаритних гідророзпилювачів (ЕГ), у яких діаметр сопла d не
перевищував 1 мм при діаметрі кільцевого отвору D близько 2 мм. Визначення
середнього розміру часток безпосередньо у факелі розпилювання такої
форсунки виконувалося за дифракцією Фраунгофера на хаотичній структурі.
Суть її полягає в пропусканні когерентного пучка світла через контрольоване
дисперсне середовище. При цьому про розмір часток (крапель) судять за
розміром центральної світлої плями дифракційної картини на екрані,
поміщеному на достатньому віддаленні від джерела (рис. 2).
1 – лазерний випромінювач; 2 – ежекційний розпилювач; 3 – екран
Рисунок 2 – Схема визначення середнього розміру краплі диспергованої рідини
В якості джерела когерентного випромінювання використовували
напівпровідниковий лазер потужністю близько 3 мВт з довжиною хвилі
випромінювання λ=0,75 мкм. Тиск стисненого повітря в ЕГ змінювався
східчасто. При цьому вимірявся розмір X, видимий на екрані в затемненому
приміщенні, а оцінка середнього розміру частинок проводилася за формулою:
L
X
,d
221 , мкм.
Відносна похибка визначення розміру краплі дифракційним методом
оцінена величиною близько 6%, а основні результати випробувань ЕГ наведені
на відповідному усередненому графіку (рис. 3).
За допомогою малогабаритних ЕГ вдається суттєво знизити розміри
одержуваних крапель, у порівнянні із пневмогідравлічними форсунками (ПГФ).
Тому можна очікувати, що ЕГ буде досить ефективно придушувати пил з
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. № 128
173
розмірами часток в області 5-20 мкм при істотно меншій витраті води. Це
дозволить використати ЕГ для формування завіс на вихідних потоках, зокрема в
гірничих виробках, що примикають до вентиляційного ствола шахти.
Р
о
зм
ір
к
р
ап
ел
ь
,
d
м
к
м
Тиск Р, МПа
Рисунок 3 – Залежність розмірів одержуваних крапель від тиску стисненого повітря (точки) і
відповідна лінія регресії (суцільна лінія)
Аналіз роботи розглянутих засобів показав, що найбільш небезпечний для
людини пил (менше 5 мкм) при зрошенні запиленого повітря диспергованою
водою придушується слабо, особливо в зоні загасання факела форсунки. Проте
відомо, що коагуляційна здатність крапель значно підвищується, якщо вони
несуть на собі електричний заряд. Для підвищення ступеня придушення
респірабельного пилу з розмірами часток менше 5 мкм диспергированою водою
її краплям треба надати електричний заряд. Найбільш простим є спосіб
електризації водного аерозолю за допомогою коронного розряду. Тому
перспективним є використання водоповітряного ежектора (ВПЕ) для зарядки
пилового аерозолю у вентиляційному струмені ВГП (рис. 4).
Рисунок 4 – Схема розміщення 2-х або 4-х установок ВПЕ в усті ВГП із вертикальним викидом
Щоб не перекривати перетин ВГП, можна розмістити ВПЕ відразу за
периметром устя, оскільки краплі рідини будуть втягнені у вентиляційний
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. № 128
174
струмінь. При цьому дальність поширення повітряно-крапельної суміші, створеної
ВПЕ, з урахуванням швидкості вентиляційного струменя 10-12 м/с, досягне 40-
50 м. Реалізація такої системи можлива на шахтах, небезпечних по газу, оскільки
вміст метану у струмені, що викидається з ВГП, не перевищує 0,5%, до того ж
вода є інгібітором, що робить установку безпечною в експлуатації.
Для придушення пилу авторами пропонується також система автоматичного
душування пилу водяними форсунками по ходу вентиляційного струменя, а також
у місцях навантаження й розвантаження гірської маси, де пил, що утворюється, є в
основному грубодисперсним. У шахтних умовах синхронізація роботи водяних
форсунок з досить інтенсивним надходженням пилу підвищить ефективність
зрошення й одночасно виключить невиправдану витрату води. Забезпечити
зазначену синхронізацію може система автоматичного зрошення, що заснована на
використанні датчика запиленості повітря, який реагує на вміст у повітрі певної
кількості грубого пилу, та є індикатором інтенсивного пилоутворення.
Функціональна схема системи приведена на рис. 5.
1 – датчик грубого пилу; 2 – електрогідравлічний вентиль (клапан); 3 – гідрофорсунка
Рисунок 5 – Функціональна схема системи автоматичного душування пилу
диспергованою водою
Система забезпечує виконання наступних основних функцій:
- автоматичне формування на виході датчика сигналу про надходження
грубодисперсних часток пилу певної концентрації;
- формування команди (0; 1) на включення електрогідравлічного вентиля
(клапана) для подачі води в гідрофорсунку;
- сигналізацію працездатності датчика грубого пилу.
Функції людини в системі зводяться до технічного обслуговування (чищення
датчика від пилу) і періодичної перевірки або регулювання порога
спрацьовування електрогідравлічного вентиля (клапана).
Також розглянемо можливість використання електродинамічного фільтра
(електрофільтру) для вловлювання шахтного пилу в каналі ВГП. Особливістю
таких каналів є висока швидкість повітряного потоку й недопустимість
розміщення пиловловлюючого устаткування зі скільки-небудь істотним
аеродинамічним опором, здатним відчутно знизити продуктивність ВГП. Крім
того, в умовах вибухонебезпечних газових шахт істотне значення має
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. № 128
175
вибухонебезпечність електрофільтрів. При цьому необхідно мати на увазі, що
вміст метану у вентиляційних каналах ВГП газових шахт й у повітрі, що
викидається в атмосферу, зазвичай становить близько 0,3 об. %, а за правилами
безпеки не повинний перевищувати 0,5 об. % у той час, як метан починає
вибухати приблизно з 6 об. %. Поява такої концентрації на виході ВГП
малоймовірна, але однаково наявність метану зажадає, по-перше, спеціального
дозволу на використання електрофільтра, а по-друге – створення засобів його
вибухозахисту або захисного відключення. Необхідно пам'ятати й про вибуховість
вугільного пилу, хоча утворення її вибухових концентрацій у викиді практично
неможливо.
Для доочищення вихідного повітряного струменя від пилу можна використати
ефективний проточний електрофільтр з низьким аеродинамічним опором
вентиляційному потоку (рис. 6).
Електрофільтр працює в такий спосіб: забруднений потік проходить через
поле коронного розряду електродів 1, де часточки забруднювачів заряджаються
й рухаються з потоком повітря в напрямку обертового осадного електрода 2.
Осадження заряджених часточок відбувається на його поверхні як під дією
електростатичної сили, так і під дією сили інерції, в результаті дії якої при
обтіканні сферичної поверхні цього електрода часточки забруднювача виходять
з ліній струму повітря й взаємодіють із попередньо змоченою зовнішньою
поверхнею електрода.
1 – корпус; 2 – осадний електрод, що обертається; 3 – бункер; 4 –накопичувач шламу; 5 –
підпружинений шкребок; 6 – коронуючі електроди; 7 – джерело високої напруги
Рисунок 6 – Проточний електрофільтр з малим аеродинамічним опором
Змінюючи відстань між електродом і корпусом в області розширення,
можна управляти аеродинамічним опором проточного електрофільтра. Налиплі
частки пилу за допомогою підпружиненного шкребка 5 знімаються з поверхні
електрода 2 під час обертання останнього та падають у бункер 3 під дією ваги й
далі утилізуються.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. № 128
176
Таким чином, у запропонованому електрофільтрі, що відрізняється від відомих
пристроїв, ступінь очищення досягається незалежно від величини початкової
швидкості забрудненого повітряного потоку, причому підвищені швидкості
сприяють аеродинамічному вловлюванню пилу.
Екологічна ефективність запропонованих технічних рішень очевидно повинна
оцінюватися за кратністю зменшення індексів або ризиків забруднення атмосфери
пилом до і після застосування технічних засобів. Так, відповідно до методичних
вказівок МОЗ України [6], оцінку рівня екологічного ризику здійснюють
шляхом порівняння фактичних рівнів експозиції забруднювача з безпечними
(референтними) рівнями впливу й визначенням коефіцієнта небезпеки як
відношення:
HQ=AD/RfD,
де AD – середня концентрація, мг/м
3
; RfD – референтна (безпечна), або
гранично допустима концентрація, мг/м
3
.
По отриманій кратності відхилення вмісту пилу від референтної
концентрації визначають фактичний ступінь екологічної небезпеки джерела
пилу в обраних точках території. Наприклад, рівні екологічного ризику на
границі санітарно-захисної зони до й після впровадження заходу щодо
зменшення пиловиділення склали відповідно:
5,12
3,0
75,3
1 HQ ; 7,1
3,0
52,0
2 HQ .
Тобто рівень екологічного ризику при впровадженні запропонованого
методу від зниження пиловиділення зменшився з 12,5 до 1,7, що згідно табл. 1,
означає зміну ступеня екологічної небезпеки з «дуже небезпечний» на «слабко
небезпечний».
Таблиця 1 – Класифікація рівнів екологічної небезпеки по кратності перевищення ГДК
забруднювача в атмосфері
Кратність перевищення ГДК Рівень забруднення Ступінь небезпеки
<1 Припустимий Безпечна
>1-2 Неприпустимий Слабко небезпечна
>2-4,4 Неприпустимий Помірно небезпечна
>4,4-8 Неприпустимий Небезпечна
>8 Неприпустимий Дуже небезпечна
Запропонований спосіб оцінки ефективності заходів щодо зниження викидів
пилу й рівнів екологічної небезпеки цих викидів за пиловим фактором орієнто-
ваний на використання відносних змін приземної концентрації пилу.
Висновки.
1. Облаштування в усті вентилятора головного провітрювання шахти водя-
них форсунок, в тому числі і пневмогідравлічних, дозволить остудити повітря-
ний струмінь з устя, знизити віртуальну висоту викиду, підвищити ступінь коа-
гуляції дрібних частинок в агломерати з підвищеною швидкістю осідання та
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. № 128
177
локалізувати пиловий викид у межах промислової пощадки шахти на меншій
площі, наближеній до устя вентилятора.
2. Запропоновано систему автоматичного зниження виносу пилу з гірничих
виробок у вентиляційний ствол шахти на основі гідрофорсунок, в яких подача
води регулюється за допомогою датчика пилу, що реагує на вміст у повітрі пев-
ної кількості грубого пилу.
3. Запропоновано доочищувати вихідний шахтний повітряний струмінь від
пилу в каналі вентилятору головного провітрювання негазових шахт на основі
застосування ефективного проточного електрофільтра з низьким аеродинаміч-
ним опором вентиляційному потоку.
_________________________
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Kolesnik, V.Ye. Determination of dynamic parameters of dust emission from a coal mine fang / V.Ye.
Kolesnik, A.V. Pavlichenko, Yu.V. Buchavy // Naukovy Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu.
2016. – №2. – pp. 81–87.
2. Бунько, Т.В. Основные положения структурной идентификации вентиляционной сети и ее при-
менение при анализе вентиляции шахты им. А.Ф. Засядько / Т.В. Бунько // Геотехнічна механіка : мі-
жвід. зб. наук. праць / ІГТМ НАН України, 2002. – Вип. 35. – С. 122-128.
3. Павличенко, А.В. Ідентифікація екологічних ризиків, що виникають на різних етапах функціо-
нування вугледобувних підприємств / А.В. Павличенко // Геотехнічна механіка: міжвід. зб. наук.
праць / ІГТМ НАН України, 2015. – Вип. 124. – С. 280-288.
4. Shupranova, L.V. Air pollution assessment in the Dnepropetrovsk industrial megapolice of Ukraine /
L.V. Shupranova, V.M. Khlopova, M.M. Kharytonov // Air Pollution Modeling and its Application XXII.
NATO Science for Peace and Security Series – C: Environmental Security. Springer. – 2014. - pp. 101–104.
5. Cooper, C.D. Air Pollution Control: A Design Approach / C.D. Cooper, F.C. Alley // Long Grove (IL):
Waveland press. - 2011. – XVI. – 839 р.
6. Государственные санитарные правила охраны атмосферного воздуха населенных мест (от за-
грязнения химическими и биологическими веществами). Введены МОЗ Украины 09.07.97. Приказ №
201.
REFERENCES
1. Kolesnik, V.Ye, Pavlichenko, A.V. and Buchavy, Yu.V. (2016), «Determination of dynamic parame-
ters of dust emission from a coal mine fang», Naukovy Visnyk Natsionalnogo Girnychoho Universytetu,
no. 2, pp. 81–87.
2. Bunko, Т.V. (2002), «Main positions of structural authentication of ventilation network and its appli-
cation at the analysis of ventilation of A.F. Zasyadko mine», Geo-Technical Mechanics, , no. 35, pp. 122-
128.
3. Pavlychenko, A.V. (2015), «Identification of ecological risks emerging in different stages of coal
mining enterprises operation», Geo-Technical Mechanics, no. 124, pp. 280-288.
4. Shupranova, L.V., Khlopova, V.M. and Kharytonov, M.M. (2014), «Air pollution assessment in the
Dnepropetrovsk industrial megapolice of Ukraine», Air Pollution Modeling and its Application XXII. NATO
Science for Peace and Security Series, C: Environmental Security. Springer, pp. 101–104.
5. Cooper, C.D. and Alley, F.C. (2011), Air Pollution Control: A Design Approach, Long Grove (IL):
Waveland press, XVI, 839 р.
6. Gosudarstvennye sanitarnye pravila okhrany atmosfernogo vozdukha naselennykh mest (ot
zagryazneniya khimicheskimi i biologicheskimi veshchestvami) [State sanitary rules of air protection in
populated areas (from contamination by the chemical and biological matters)] (1997), Introduced by Minis-
try Protection of Health of Ukraine 09.09.97, Order no. 201.
_________________________
Про авторів
Колесник Валерій Євгенійович, доктор технічних наук, професор, професор кафедри екології,
Державний вищий навчальний заклад «Національний гірничий університет» (ДВНЗ «НГУ»), Дніпро-
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. № 128
178
петровськ, Україна, kolesnikve@yahoo.com
Павличенко Артем Володимирович, кандидат біологічних наук, доцент, доцент кафедри еколо-
гії, Державний вищий навчальний заклад «Національний гірничий університет» (ДВНЗ «НГУ»),
Дніпропетровськ, Україна, pavlychenkoa@nmu.org.ua.
About the authors
Kolesnyk Valerii Yevпenovych, Doctor of Technical Science (D.Sc.), Professor, Professor of ecology
department, State Higher Education Institution «National Mining University», SHEI «NMU», Dnipr-
?petrovs’k, Ukraine, kolesnikve@yahoo.com.
Pavlychenko Artem Volodymyrovych, Candidate of Biological Sciences, Associate Professor,
Associate Professor of ecology department, State Higher Educational Institution «National Mining
University» (SHEI «NMU»), Dnepropetrovsk, Ukraine, pavlychenkoa@nmu.org.ua.
_______________________
Аннотация. В результате функционирования вентиляционной системы угольной шахты
в атмосферу через вентилятор главного проветривания выбрасываются значительные объемы
углепородной пыли. Выброшенная в атмосферу грубодисперсная пыль интенсивно оседает в
пределах санитарно-защитной зоны шахты. Тонкодисперсная пыль выносится за пределы
санитарно-защитной зоны, загрязняя окружающую среду на расстоянии до 3500 м от уголь-
ной шахты. Экологическая опасность пылевых выбросов обуславливает необходимость про-
ведения мероприятий по обеспыливанию шахтных вентиляционных потоков, снижению вы-
бросов пыли в атмосферу или их локализации в пределах санитарно-защитной зоны шахты.
Обустройство в устье вентилятора главного проветривания шахты водных форсунок поз-
волит снизить высоту ее выброса, локализовать пылевой выброс в пределах промышленной
площадки шахты. Предложено использовать систему автоматического снижения выноса пы-
ли из горных выработок в вентиляционный ствол шахты на основе гидрофорсунок. Доочист-
ка выходной шахтной воздушной струи от пыли в канале вентилятора главного проветрива-
ния рекомендуется путем применения эффективного проточного электрофильтра с низким
аэродинамическим сопротивлением.
Ключевые слова: угольная шахта, вентилятор главного проветривания, пылевой выб-
рос, экологическая опасность, пылеподавление, электрофильтр.
Abstract. As a result of operation of coal mine ventilation system, huge volumes of carbon and
stone dust are emitted from а main fan into the atmosphere. The coarse dust emitted adheres in the
sanitary protection zone of a mine. Fine dust is spread outside the zone and contaminates the envi-
ronment at the distance of 3500 m from a coal mine. The ecological danger of dust emissions sub-
stantiates the necessity of measures for dust elimination of mine ventilation airflows, reduction of
dust emissions into the atmosphere or their allocation inside the sanitary protection zone.
Installation of watering nozzles in the air end of mine main fan enables cooling of air flow from
the air end and reduction of release height, as well as allocation of dust emission inside the industri-
al site of a mine. It is proposed to use the system of automatic decrease of dust discharge from mine
workings into up-cast as based on hydraulic nozzles. It is recommended to provide post treatment of
return ventilation current from dust in duct of main fan by means of use of the proper electrostatic
streamline filter of low air-flow resistance.
Keywords: coal mine, main fan, dust emission, ecological danger, dust control, electrostatic fil-
ter.
Статья поступила в редакцию 12.07.2016
Рекомендовано к публикации д-ром технических наук Софийским К.К.
mailto:kafedra_ecology@ukr.net
mailto:kafedra_ecology@ukr.net
http://www.multitran.ru/c/m.exe?t=5131025_1_2&s1=%E2%EE%E4%FF%ED%E0%FF%20%F4%EE%F0%F1%F3%ED%EA%E0
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-137765 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1607-4556 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:13:11Z |
| publishDate | 2016 |
| publisher | Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Колесник, В.Є. Павличенко, А.В. 2018-06-17T16:08:09Z 2018-06-17T16:08:09Z 2016 Розробка способів зниження рівня екологічної небезпеки від пилових викидів вугільних шахт / В.Є. Колесник, А.В. Павличенко // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2016. — Вип. 128. — С. 167-178. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/137765 504.05:622.333 В результаті функціонування вентиляційної системи вугільної шахти в атмосферу через вентилятор головного провітрювання викидаються значні обсяги вуглепородного
 пилу. Викинутий в атмосферу грубодисперсний пил інтенсивно осідає в межах санітарнозахисної зони шахти. Тонкодисперсний пил виноситься за межі санітарно-захисної зони, забруднюючи навколишнє середовище на відстані до 3500 м від вугільної шахти. Екологічна
 небезпека пилових викидів обумовлює необхідність проведення заходів щодо знепилювання
 шахтних вентиляційних потоків, зниження викидів пилу в атмосферу або їхньої локалізації в
 межах санітарно-захисної зони шахти.
 Облаштування в усті вентилятора головного провітрювання шахти водяних форсунок дозволить знизити висоту викиду та локалізувати пиловий викид у межах промислової площадки шахти. Запропоновано використовувати систему автоматичного зниження виносу пилу з
 гірничих виробок у вентиляційний ствол шахти на основі гідрофорсунок. Доочищення вихідного шахтного повітряного струменя від пилу в каналі вентилятору головного провітрювання рекомендується шляхом застосування ефективного проточного електрофільтра з низьким аеродинамічним опором. В результате функционирования вентиляционной системы угольной шахты
 в атмосферу через вентилятор главного проветривания выбрасываются значительные объемы
 углепородной пыли. Выброшенная в атмосферу грубодисперсная пыль интенсивно оседает в
 пределах санитарно-защитной зоны шахты. Тонкодисперсная пыль выносится за пределы
 санитарно-защитной зоны, загрязняя окружающую среду на расстоянии до 3500 м от угольной шахты. Экологическая опасность пылевых выбросов обуславливает необходимость проведения мероприятий по обеспыливанию шахтных вентиляционных потоков, снижению выбросов пыли в атмосферу или их локализации в пределах санитарно-защитной зоны шахты.
 Обустройство в устье вентилятора главного проветривания шахты водных форсунок позволит снизить высоту ее выброса, локализовать пылевой выброс в пределах промышленной
 площадки шахты. Предложено использовать систему автоматического снижения выноса пыли из горных выработок в вентиляционный ствол шахты на основе гидрофорсунок. Доочистка выходной шахтной воздушной струи от пыли в канале вентилятора главного проветривания рекомендуется путем применения эффективного проточного электрофильтра с низким
 аэродинамическим сопротивлением. As a result of operation of coal mine ventilation system, huge volumes of carbon and
 stone dust are emitted from а main fan into the atmosphere. The coarse dust emitted adheres in the
 sanitary protection zone of a mine. Fine dust is spread outside the zone and contaminates the environment
 at the distance of 3500 m from a coal mine. The ecological danger of dust emissions substantiates
 the necessity of measures for dust elimination of mine ventilation airflows, reduction of
 dust emissions into the atmosphere or their allocation inside the sanitary protection zone.
 Installation of watering nozzles in the air end of mine main fan enables cooling of air flow from
 the air end and reduction of release height, as well as allocation of dust emission inside the industrial
 site of a mine. It is proposed to use the system of automatic decrease of dust discharge from mine
 workings into up-cast as based on hydraulic nozzles. It is recommended to provide post treatment of
 return ventilation current from dust in duct of main fan by means of use of the proper electrostatic
 streamline filter of low air-flow resistance. uk Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехнічна механіка Розробка способів зниження рівня екологічної небезпеки від пилових викидів вугільних шахт Разработка способов снижения уровня экологической опасности от пылевых выбросов угольных шахт Development of the ways of reduction of ecological danger caused by dust emissions of coal mines Article published earlier |
| spellingShingle | Розробка способів зниження рівня екологічної небезпеки від пилових викидів вугільних шахт Колесник, В.Є. Павличенко, А.В. |
| title | Розробка способів зниження рівня екологічної небезпеки від пилових викидів вугільних шахт |
| title_alt | Разработка способов снижения уровня экологической опасности от пылевых выбросов угольных шахт Development of the ways of reduction of ecological danger caused by dust emissions of coal mines |
| title_full | Розробка способів зниження рівня екологічної небезпеки від пилових викидів вугільних шахт |
| title_fullStr | Розробка способів зниження рівня екологічної небезпеки від пилових викидів вугільних шахт |
| title_full_unstemmed | Розробка способів зниження рівня екологічної небезпеки від пилових викидів вугільних шахт |
| title_short | Розробка способів зниження рівня екологічної небезпеки від пилових викидів вугільних шахт |
| title_sort | розробка способів зниження рівня екологічної небезпеки від пилових викидів вугільних шахт |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/137765 |
| work_keys_str_mv | AT kolesnikvê rozrobkasposobívznižennârívnâekologíčnoínebezpekivídpilovihvikidívvugílʹnihšaht AT pavličenkoav rozrobkasposobívznižennârívnâekologíčnoínebezpekivídpilovihvikidívvugílʹnihšaht AT kolesnikvê razrabotkasposobovsniženiâurovnâékologičeskoiopasnostiotpylevyhvybrosovugolʹnyhšaht AT pavličenkoav razrabotkasposobovsniženiâurovnâékologičeskoiopasnostiotpylevyhvybrosovugolʹnyhšaht AT kolesnikvê developmentofthewaysofreductionofecologicaldangercausedbydustemissionsofcoalmines AT pavličenkoav developmentofthewaysofreductionofecologicaldangercausedbydustemissionsofcoalmines |