Введение к работе
Актуальность работы. Промышленная пыль является основным загрязняющим веществом в атмосфере карьеров строительных материалов. В результате негативного воздействия пыли на организм человека поражаются органы дыхания, что приводит к росту профессиональных заболеваний у горнорабочих.
Различным аспектам борьбы с пылевыделением при добыче и переработке минерального сырья посвящены исследования многих ученых СНГ и зарубежных стран: П.В. Бересневича, Н.З. Битколова, А. Видерлунга, В.И. Дремова, И.Г. Ищука, В.В. Кудряшова, А.И. Лободы, В.А. Михайлова, В.С. Никитина, М.Т. Осоедова, М. Подхайски, В.А. Рогалева, М.М. Сметанина, К.З. Ушакова, С.С. Филатова, Ю.В. Шувалова.
В современной научной литературе и нормативной документации роли внешних отвалов пород в формировании пылевой нагрузки на рабочую зону карьеров уделяется недостаточное внимание. Имеющиеся способы и средства снижения пылевыделения от отвалов пород или недостаточно эффективны, или сами являются источниками загрязнения рабочего пространства. В этой связи обоснование параметров биогенного способа снижения аэротехногенного воздействия внешних отвалов на рабочее пространство – актуальная задача, особенно для карьеров строительных материалов.
Цель работы. Улучшение условий труда рабочих на основе снижения содержания пыли в рабочей зоне карьеров при применении биогенного способа пылеподавления.
Идея работы. Снижение пылевой нагрузки на рабочую зону карьеров строительных материалов от аэротехногенного воздействия внешних отвалов пород следует осуществлять уменьшением пылевыделения на основе нанесения на их поверхность защитного биогенного слоя, состоящего из смеси биогумуса и натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы.
Основные задачи исследований:
1. Определение параметров аэротехногенного влияния внешних отвалов пород на рабочие зоны в карьерах.
2. Разработка нового биогенного способа снижения пылевыделения с поверхности внешних отвалов.
3. Исследование связующих и биопродуктивных свойств биогенного защитного слоя на основе смеси биогумуса и натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы.
4. Выделение рациональных технологий и области применения разработанного биогенного способа защиты рабочих пространств от пыли.
Методы исследований. Работа выполнена с использованием комплекса методов исследований, включающего системный анализ проблемы на основе исследований российских и зарубежных ученых; патентно-информационный анализ; лабораторные и натурные методы изучения процессов пылевыделения и пылеподавления; микроскопический, седиментационный, ситовой анализ дисперсности материала, физико-механическую оценку свойств получаемого защитного слоя. Исследования проводились с использованием оборудования Центра коллективного пользования Санкт-Петербургского государственного горного института (технического университета). Для математической обработки данных использовались современные стандартные компьютерные программы пакета MS-Office.
Научная новизна:
1. Установлены закономерности изменения запыленности рабочего пространства карьеров строительных материалов, определяемые аэротехногенным влиянием внешних отвалов пород в зависимости от их параметров, свойств и гранулометрического состава слагающих пород, а также климатических параметров района расположения карьера.
2. Установлено, что при нанесении биогенного защитного слоя на основе смеси биогумуса и натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы обеспечивается снижение пылевыделения в 10-11 раз с повышением биопродуктивности укрепленной поверхности внешних отвалов на 90 %, что определяется соотношением компонентов смеси 125:1 и толщиной слоя 3 см.
Основные защищаемые положения:
1. Значительное влияние в формировании пылевой нагрузки на органы дыхания рабочих карьеров строительных материалов (до 35-50 %) оказывают внешние отвалы пород.
2. С целью снижения пылевыделения от внешних отвалов на карьерах строительных материалов следует наносить на пылящие поверхности биогенный защитный слой, состоящий из смеси биогумуса и натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы в соотношении 125:1.
3. Эффективность способа пылеподавления определяется толщиной наносимого биогенного защитного слоя и зависит от скорости ветра, при величине которой, не превышающей 10 м/с, нанесение биогенного защитного слоя толщиной 3 см приводит к снижению количества пыли, выделяемой с поверхности отвалов, в 9-11 раз.
Практическая значимость работы:
- установлены количественные зависимости для оценки аэротехногенного воздействия внешних отвалов пород на рабочее пространство карьеров строительных материалов.
- предложены состав и комплексная схема получения смеси биогумуса и натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы (Na-КМЦ) для создания биогенного защитного пылеподавляющего слоя.
- предложена технологическая схема нанесения защитного биопродуктивного слоя на пылящие поверхности внешних отвалов пород в зависимости от угла откоса.
- разработаны рекомендации по снижению аэротехногенного воздействия внешних отвалов пород на рабочее пространство в условиях Алексеевского и Афанасьевского карьеров строительных материалов.
Достоверность и обоснованность научных положений и рекомендаций подтверждается большим объемом аналитических, лабораторных и экспериментальных исследований параметров биогенного способа пылеподавления, высокой сходимостью численных расчетов с данными инструментальных и опытно-промышленных исследований, результатами внедрения на Алексеевском и Афанасьевском карьерах цементного сырья рекомендаций по закреплению пылящих поверхностей внешних отвалов пород.
Апробация работы. Основные положения и практические результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 14 международных, российских научно-технических конференциях, совещаниях, симпозиумах, выставках, в том числе: научных симпозиумах «Неделя горняка» (МГГУ, г. Москва, 2009, 2010 гг.); научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Проблемы недропользования» (СПГГИ (ТУ), г. Санкт-Петербург, 2008, 2009 гг.); XLIX научно-практической конференции в Краковской горно-металлургической академии (Краков, Польша, 2008 г.), XIV научно-практической конференции в университете Природопользования (Вроцлав, Польша, 2009 г.), международной выставке-конгрессе «Высокие технологии. Инновации. Инвестиции» (г. Санкт-Петербург, 2009 г.), где научные разработки были отмечены сертификатами, дипломами, медалями.
Реализация результатов работы. На технической базе ООО «БиоВерм-КРВ» прошли апробацию методические и технологические рекомендации по созданию состава для биогенного экранирующего слоя (акт внедрения в ООО «БиоВерм-КРВ», г. Саранск, Россия); научные и практические результаты использованы в ОАО «Мордовцемент» в процессе выполнения работ по снижению пылевыделения от стационарных источников на Алексеевском карьере цементного сырья (акт о промышленном внедрении научных и практических результатов диссертационного исследования ОАО «Мордовцемент», пос. Комсомолький, Россия).
Личный вклад автора:
- сформулированы цель, идея и задачи исследований;
- выполнен анализ отечественной и зарубежной горнотехнической литературы по проблеме диссертации;
- разработана методика и проведены исследования параметров аэротехногенного воздействия внешних отвалов на рабочее пространство карьеров строительных материалов;
- предложен новый биогенный способ снижения пылевыделения с поверхностей внешних отвалов и разработана методика определения параметров эффективности его применения;
- в лабораторных и полевых условиях испытаны более 20 образцов биогенного защитного слоя;
- выполнены обработка и интерпретация полученных результатов измерений;
- сформулированы основные защищаемые положения и выводы;
- разработаны практические рекомендации по применению защитного биогенного слоя, учитывающие природно-климатическую специфику расположения карьеров строительных материалов.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 33 научные работы, из них 1 в издании, рекомендованном ВАК Минобрнауки России, 6 зарубежных публикаций, 1 монография – в соавторстве, 17 статьи и 7 тезисов докладов по итогам международных, всероссийских и региональных конференций. Поданы 4 заявки на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 172 страницах машинописного текста, состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 105 наименований, включает 81 рисунок, 57 таблиц, 2 приложения.
Автор выражает глубокую благодарность и признательность научным руководителям – заслуженному деятелю науки РФ, д.т.н., проф. Ю.В. Шувалову и д.т.н., проф. С.Г. Гендлеру за идеи, которые послужили основой проведения исследований, внимание, помощь и поддержку, оказанные в процессе выполнения работы; техническим работникам ОАО «Мордовцемент» и филиала ОАО «Лафарж цемент» за помощь в сборе информации и проведении полевых исследований; сотрудникам Центра коллективного пользования Санкт-Петербургского государственного горного института (технического университета) за помощь в проведении химического анализа компонентов защитного биогенного слоя, сотрудникам кафедры безопасности производств и разрушения горных пород за полезные замечания и ценные советы.
