Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ.Научно-технический прогресс в геологоразведочном производстве и повышение эффективности буровых работ приближают труд буровиков к труду рабочих высокомеханизированных промышленных предприятий. В зависимости от используемого оборудования и инструмента уровень механизации в отрасли колеблется от 75 до 80 -?- 85% от общего числа выполняемых операций. В начале 90-х годов на геологоразведочном бурении было занято более 40 тысяч работающих, обслуживающих около 2900 самоходных и 3300 передвижных и стационарных буровых установок. Постоянное развитие техники и технологии бурения геологоразведочных скважин требует систематического совершенствования организации работ по охране труда, в том числе производственной санитарии. Вместе с тем, в геологоразведочном бурении есть свои специфические особенности организационного и технологического плана, которые требуют нетрадиционного подхода к решению санитарно-гигиенических проблем, а именно:
приуроченность к малонаселенным, необжитым, таежным и труднодоступным районам;
рассредоточенность объектов при относительно малых объемах работ;
производство работ в сложных природно-климатических условиях;
- сезонность и мобильность работ.
Анализ ежегодных технико-экономических показателей геологоразведочного бурения на протяжении последних 20-25 лет свидетельствует о том, что экономические потери от травматизма и заболеваемости в отрасли вызваны преимущественно природно-климатическими условиями регионов, где производятся работы и значительно превосходят профилактические расходы, имея устойчивую тенденцию роста, особенно, после 90-х годов.
Актуальность проблемы нормализации условий труда по тепловому фактору в геологоразведочном производстве связана с тем, что помимо повышения уровня травматизма, роста общих и
появления случаев профессиональных заболеваний на буровых работах, происходит значительное снижение производительности труда обслуживающего персонала. Производительность труда буровой бригады при температуре 45-50 С составляет 10-т- 30% от производительности в нормальных условиях, при этом превышение температуры воздуха относительно допустимых значений (26-г 27С) всего на несколько градусов вызывает увеличение частоты травмирования на 40%.
Успешность решения проблемы будет в значительной степени также определять уровень энергопотребления буровых установок. Результаты обследований показывают, что для буровых установок IY-YII классов, эксплуатируемых в северных районах страны, мощность систем отопления превышает десятки киловатт, что выше технологического энергопотребления.
В нашей стране работы по обеспечению нормальных условий
труда в геологоразведочном производстве проводились во ВНИИ
методики и техники разведки (г.Санкт-Петербург), Гипрогеол-
строе, МГРИ, ЦНИГРИ, СКБ Роскомгеология (г.Москва), а также
Днепропетровском горном институте, Криворожском горноруд
ном институте, СКБ "Союзгеотехника"(г.Луганск). Совершенство
ванию способов и средств нормализации микроклимата на уста
новках геологоразведочного бурения посвящены работы
П.Я.Богинского, В.И.Деньгуба, Ю.Ю.Кочинева, Д.М.Кураса,
А.М.Лимитовского, В.И.Лузганова, В.И.Муравейника,
А.А.Немченко, А.В.Пономарева, В.П.Соколовского,
В.М.Степаньяна, Ю.В.Тихонова и др. Большой вклад в изучение гигиенических и санитарно-технических аспектов теплового режима мобильных зданий и сооружений внесли Л.Г.Бошнякович, О.Е.Гаврилова, И.А.Казанцев, А.А.Немченко и др. Анализ публикаций показал, что в настоящее время закономерности формирования теплового режима рабочих пространств буровых установок изучены недостаточно, а рациональные пути и способы его нормализации не разработаны.
В этой связи возникает настоятельная необходимость совершенствования существующих и разработки принципиально новых методов и технических решений, позволяющих улучшить произ-
водственный микроклимат для буровых бригад, работающих, прежде всего, в регионах с экстремальными климатическими условиями, при минимальных энергозатратах и с учетом особенностей, обусловленных многообразием применяемых строительных и объемно-планировочных решений, спецификой геологоразведочного производства и технологических операций, природно-климатических факторов.
Основные положения диссертации базируются на результатах исследований, проведенных автором в 1982-95 гг. по заданию и в соответствии с Координационным планом НИР и ОКР бывшего Министерства геологии, а затем Комитета РФ по геологии и использованию недр (NN гос. регистрации НИР: 81050940, 0186 0071278, 0187 0061935, 0187 0061941, 01.9.20014936).
ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ является нормализация параметров воздушной среды по тепловому фактору и предупреждение ее негативного влияния на обслуживающий персонал мобильных буровых геологоразведочных установок, эксплуатируемых в регионах с экстремальными климатическими условиями, на основе использования прогрессивных научно обоснованных методов и технических решений.
ОСНОВНАЯ ИДЕЯ РАБОТЫ заключается в максимальном использовании естественных факторов и физических эффектов ресурсосбережения при создании способов, систем и технических средств кондиционирования производственной воздушной среды объектов геологоразведочных работ, проводимых в экстремальных климатических условиях северных и южных регионов страны. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ включают математический анализ, стендовые и натурные эксперименты, опытно-конструкторские разработки, базирующиеся на результатах обобщения патентной информации, а также собственных исследований.
Теоретическая часть исследований основана на математическом моделировании тепловых и аэродинамических процессов с экспериментальной проверкой расчетных данных методом физического моделирования на макетах буровых зданий, имитирующих, при соблюдении соответствующих критериев подобия,
стадии технологического процесса бурения скважин, а также действие климатических факторов с учетом специфики принятых инженерно-строительных решений.
Опытно-конструкторские работы направлены на разработку и изготовление с последующей промышленной проверкой опытных образцов противоветрового дефлектора, аэродинамического от-секателя, малогабаритных воздухоохладителей и других технических средств для улучшения по тепловому фактору условий труда буровых бригад, работающих в регионах с экстремальными климатическими условиями.
Производственные испытания разработанных технических средств проводились в ряде геологоразведочных экспедиций Полярного и Северного Урала, Казахстана, Украины, на объектах буровых работ Узбекистана и Туркмении.
1. Управление тепловым режимом рабочих пространств установок геологоразведочного бурения достигается путем применения единого комплекса мероприятий, обоснованного в результате изучения влияния метеорологических, инженерно-строительных и технологических факторов на состояние микроклимата, и выбора рациональных систем, способов и технических средств кондиционирования воздуха .
-
Снижение интенсивности ветровой аэрации и уровня конвективных теплопотерь через верхний технологический проем зданий буровых установок достигается компенсацией разрежения воздуха в плоскости проема с максимальной реализацией энергии ветрового потока, которая обеспечивается оптимизацией конструктивных и аэродинамических параметров безэнергоемких устройств нового типа.
-
Тепловые и аэродинамические процессы во внутреннем пространстве укрытий буровых установок в холодный период года зависят от выбора схемных решений и параметров систем воздушно-струйной защиты горизонтального технологического проема, определяющих угол наклона плоских струй, скорость истечения воздуха и ширину щели воздухо-раздающих устройств.
4. Установленные закономерности тепломассообменных про-
цессов внутри укрытий буровых установок, разработка принципиальных схем утилизации вторичной теплоты дизельного привода и созданный на этой основе комплекс аэродинамических устройств (ВЗ и ПВД) и теплообменных аппаратов - теплоутилизато-ров, обеспечивают повышение эффективности и снижение энергозатрат систем нормализации теплового режима рабочих пространств в холодный период года не менее, чем на 30 - 40%.
5.Полученные зависимости холодопроизводительности пенно-испарительного блока от его конструктивных параметров, расхода воздуха и уровня воды в поддоне аппарата обеспечивают создание нового автономного фреонового кондиционера и малогабаритного воздухоохладительного агрегата с адиабатическим охлаждением воздуха / холодопроизводительность 12,0 и 8,0 кВт/ , внедрение которых повышает эффективность систем регулирования теплового режима в производственных помещениях на объектах буровых работ, проводимых в регионах с жарким сухим климатом и ограниченными водными ресурсами.
ДОСТОВЕРНОСТЬ НАУЧНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ, выводов И РЕКОМЕНДАЦИЙ обеспечивается: удовлетворительной сходимостью результатов моделирования, стендовых и аналитических исследований тепломассообменных процессов с данными опытно-промышленных испытаний технических средств нормализации теплового режима рабочих пространств буровых установок в различных климатических зонах; результатами внедрения предложенных методических и научно-технических разработок на объектах геологоразведочного производства и смежных отраслей на территории России и СНГ.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА ИССЛЕДОВАНИЙ : - установлена на основе экспериментальных и аналитических исследований количественная зависимость интенсивности процесса воздухообмена через горизонтальный технологический проем зданий буровых установок от основных конструктивных, геометрических и аэродинамических параметров устройств нового класса: противовет-рового дефлектора, аэродинамического отсекателя и тепловоз-душной завесы для условий естественной аэрации;
- установлена качественная и количественная зависимость хо-
лодопроизводительности нового автономного фреонового кондиционера от конструктивных характеристик и параметров режима работы пенно-испарительного конденсатора в результате стендовых исследований экспериментального образца холодильного агрегата.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ результатов исследований заключается в следующем:
- разработан комплекс способов и малоэнергоемких технических средств нормализации теплового режима рабочих пространств установок геологоразведочного бурения, позволяющий значительно улучшить санитарно-гигиенические условия труда буровых бригад, работающих в различных климатических зонах;
- разработаны методические основы теплотехнического расчета
укрытий буровых установок, включающие комплекс методов
определения оптимальных параметров предлагаемых средств
тепловой защиты буровых зданий в холодный период года;
- разработаны схемные и конструктивные решения системы комплексной утилизации вторичного тепла дизельного привода буровых установок, обеспечивающие наряду со значительным социальным эффектом экономию топливных энергоресурсов;
- обоснована возможность создания параметрического ряда ав
тономных фреоновых кондиционеров общепромышленного наз
начения на базе конденсатора пенно-испарительного типа.
РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения и рекомендации, разработанные по результатам проведенных исследований, использовались проектными подразделениями отраслевых институтов ВИТР (Санкт-Петербург), Гипрогеолстрой (Москва). Методические указания по теплотехническому расчету зданий буровых установок внедрены в геологической отрасли и используются в большинстве геологоразведочных организаций, осуществляющих проектирование буровых зданий.
Основные результаты исследований по нормализации условий труда по тепловому фактору реализованы в опытно-конструкторских разработках. По заданию Управления охраны труда Мингео комплекты конструкторской документации (КД) на аэродинамические средства тепловой защиты буровых зданий
были направлены для внедрения в 100 геологических подразделений отрасли. Комплект КД на газоводяной теплообменник -утилизатор тепла дизельного привода буровых установок передан на завод-изготовитель АО "Сантех" (Санкт-Петербург) для освоения серийного производства.
Внедрение разработанных технических средств на уровне промышленных образцов осуществлено при непосредственном участии автора по прямым хоздоговорам на ряде производственных предприятий РФ, Украины, Казахстана, Узбекистана и Туркменистана в 1988-95 гг. По внедренным разработкам получен социально-экономический эффект.
Под непосредственным руководством и при участии автора проведено внедрение разработанных научно-методических материалов по нормализации теплового режима укрытий буровых установок в учебный процесс обучения слушателей Отраслевого центра повышения квалификации руководителей и инженерно-технических работников геологических организаций на базе ВИТР, а также студентов технических специальностей Туркменского политехнического института. ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА:
основная идея работы, постановка задач исследований и разработка методологии их решения;
разработка теоретических положений исследования факторов, определяющих параметры теплового режима рабочих пространств производственных помещений, имеющих открытый горизонтальный технологический проем;
- разработка методик исследований, физических моделей и
участие в проведении экспериментальных работ по выявлению
закономерностей формирования теплового режима рабочих про
странств буровых установок;
- обоснование и расчет основных аэродинамических и конструк
тивных параметров горизонтальной тепловоздушной завесы, про-
тивоветрового дефлектора и аэродинамического отсекателя;
- обоснование, разработка и внедрение новых прогрессивных
решений, способов и средств нормализации теплового режима с
использованием естественных факторов (энергии ветрового по-
тока), а также схем комплексной утилизации вторичного тепла ДВС;
- обоснование и разработка новых автономных воздухоохлади-тельных аппаратов общепромышленного назначения для регионов с сухим жарким климатом и ограниченными водными ресурсами.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Отдельные положения диссертации докладывались автором на совещаниях, семинарах и научно-технических конференциях, в том числе:
межотраслевом научном семинаре "Повышение энергетической эффективности систем вентиляции и кондиционирования воздуха", Ленинград, 1983;
II региональной научно-технической конференции Северо-Запада "Пути повышения эффективности бурения геологоразведочных скважин", Ленинград, 1985;
Ill региональной научно-технической конференции Северо-Запада, Ленинград, 1987;
XXIII, XXIY и XXY республиканских научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава МинВУЗа ТССР, Ашхабад, 1987-89 гг;
региональном научно-практическом семинаре "Охрана труда на геологоразведочных работах", Петрозаводск, 1989;
технических совещаниях и советах ряда промышленных предприятий и объединений РФ и стран СНГ (1983-94 гг.);
международной конференции "Научно-практические аспекты управления качеством воздуха", Санкт-Петербург, 1995;
международной конференции "Healthy buildings*95", Италия, Милан, 1995.
международной конференции "Энергосбережение в промышленности" ,С-Петербург, 1996;
Технические средства теплозащиты буровых зданий демонстрировались на ВДНХ СССР (1985) и удостоены бронзовой медали.
В полном объеме диссертация докладывалась и обсуждалась на расширенных заседаниях УС ВИТР и кафедры рудничной вентиляции и охраны труда СПГГИ в 1996 году.
ПУБЛИКАЦИИ. Основное содержание проблемы, которой посвящена диссертация, опубликовано автором в 44 работах, в том числе трех брошюрах, одной монографии, шести авторских свидетельствах, подтверждающих новизну решений (35 из них приведены в списке в конце автореферата).
ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и выводов; изложена на 258 страницах машинописного текста, содержит 55 рисунков, 32 таблицы, список литературы из 258 наименований и 10 приложений.
Похожие диссертации на Нормализация теплового режима рабочих пространств установок геологоразведочного бурения
