Введение к работе
Актуальность работы. Требования обеспечения нормативных уровней факторов опасных и вредных условий труда являются одной из основных проблем при разработке угольных пластов, без решения которой невозможно обеспечение безопасности ведения горных работ и повышение технико-экономической эффективности эксплуатации угольных шахт. Система комплексного обеспыливания горных предприятий, несмотря на высокую эффективность на отдельных участках технологической цепи, зачастую не в состоянии обеспечить снижение запыленности воздуха на рабочих местах до уровней .близких к предельно допустимым концентрациям (ПДК). Тенденция перехода шахт на разработку глубоких горизонтов наряду с ухудшением микроклимата ведет к осложнению пылевой обстановки, что способствует росту уровня заболеваемости пневмокониозом. Применение существующих средств гидрообеспыливания малоэффективно и осуществляется при нерационально больших расходах распыленной воды, осложняющих состояние условий труда в горных выработках.
В этих обстоятельствах исследование и разработка высокоэффективных и экономичных средств гидрообеспыливания, улучшающих условия труда на рабочих местах, являются весьма актуальными.
Цель диссертационной работы состоит в улучшении условий труда на базе теоретического и экспериментального'обоснования и установления параметров рационального применения высоконапорного гидрообеспыливания в водовоздушных эжекторах-пылеулавителях.
Идея работы заключается в совмещении высоконапорного гидрообеспыливания и эжекции запыленного воздуха с удалением жидкости и шлама из очищаемого газа в едином аспирирующем и пылеулавливающем эжекторе-пылеуловителе.
Методы исследования - включают комплексный, анализ и обобщение фактического материала литературных источников, анализ взаимосвязей параметров гидрообеспыливания и эжекции, методы подобия явлений и математическое моделирование и стендовые испытания устройств, методы статистической обработки результатов экспериментов, проверку работоспособности образцов устройств в шахтных условиях.
Научные положения, разработанные соискателем:
-
Динамика движения капель жидкости в воздушной среде при больших числах Рейнольдса (Re» > 1) определяется изменением времени релаксации в зависимости от диаметра капли, числа Рейнольдса и параметров воздушной среды.
-
Условие прекращения захвата частиц пыли каплями воды определяется критическим уровнем энергетического барьера, соответствующего значению авто-
модельного вырождения критерия Стокса (Stk^), который при высоконапорном гидрообеспыливании существенно понижается по сравнению с низконапорным.
-
Размеры капель воды при высоконапорном распылении жидкости определяются критическим значением критерия Вебера (We^), зависящего от коэффициента сопротивления воздушной среды.
-
Остаточная запыленность воздуха на выходе из высоконапорных водовоз-душных эжекторов-пылеуловителей определяется фракционным составом пыли, соотношением скоростей жидкой и твердой фаз в факеле распыления жидкости и длиной инерционного пробега капель.
-
Рациональное значение избыточного давления жидкости при высоконапорном гидрообеспыливании в водовоздушных эжекторах-пылеуловителях находится в пределах 4ч-6 МПа и определяется автомодельностью процесса гидрообеспыливания.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждаются:
достаточным для статистической обработки массивом информации, полученной в результате теоретических, стендовых и натурных исследований, выполненных по апробированным методикам и в соответствии с обоснованными критериями подобия;
удовлетворительной сходимостью результатов теоретических, лабораторных и натурных исследований концентраций пыли в атмосфере горных выработок (погрешность не превышает 15 %);
положительными результатами промышленных испытаний устройств и внедрением разработанных способов и средств борьбы с пылью в шахтах.
Научная новизна работы состоит в следующем:
в установлении общих зависимостей взаимосвязи физических параметров в ходе инерционного движения капель жидкости относительно вмещающей газовой среды при больших числах Рейнольдса (Re >1), свойственных высоконапорному распылению жидкости;
в определении условий прекращения захвата частиц пыли каплями воды при гидрообеспыливании вследствие наступления автомодельного вырождения критерия Стокса в процессе коагуляции;
в установлении параметров воздушного потока эжекгаруемого факелом высоконапорнораспыляемой жидкости в рабочем пространстве водовоздушного эжектора;
в создании математической модели процесса высоконапорного гидрообеспыливания и эжекции воздуха в аотирирующих водовоздушных эжекторах-
пылеуловителях и разработке соответствующей методики прогнозного расчета достигаемой устройством эффективности очистки воздуха от пыли;
- в установлении пределов области рационального применения параметрического ряда аспирирующих высоконапорных водовоздушных эжекторов-пылеуловителей с учетом их санитарно-гигиенической оценки, обеспечивающей достижение уровней ПДК пыли в очищенном воздухе.
Научное значение работы заключается в обосновании рациональных параметров процесса высоконапорного гидрообеспыливания в выеоконапорных эжекторах-пылеуловителях, обеспечивающих улучшение условий труда по пылевому фактору.
Практическая значимость научных исследований состоит в разработке методики расчета параметров и режимов работы размерного ряда аспирирующих высоконапорных водовоздушных эжекторов пылеуловителей, обеспечивающих эффективную аспирацию и очистку загрязненного воздуха.
Реализация работы. Основные результаты исследований реализованы при составлении технических условий и требований на разработку паспортов противо-пылевых мероприятий и технической документации для изготовления опытной партии устройств. Опытная партия аспирирующих высоконапорных водовоздушных эжекторов-пылеуловителей прошла испытательную эксплуатацию на обеспыливающих комплексах шахт производственных объединений ОАО «Ростовуголь» и ОАО «Гуковуголь», что подтверждается актами внедрения.
Результаты исследований используются в учебном процессе ЮРГТУ (НПИ) при подготовке специалистов горного профиля по дисциплинам «Безопасность ведения горных работ» и «Аэрология горных предприятий».
Апробация работы. Содержание и отдельные результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на ежегодных научных конференциях ЮРГТУ(НПИ) (^Новочеркасск, 1990-2006 гг.), научно-технических конференциях ЮРГТУ «Оценка, прогноз и повышение экологической и производственной безопасности» (г. Новочеркасск, 1996-2000 гг.), Межреспубликанской научно-практической конференции «Проблемы совершенствования безопасности горных работ на угольных шахтах» (г.Донецк, 1991 г.), Всероссийской научно-технической конференции «Охрана труда в промышленности» (г.Пенза, 1991 г.), «Техносферная безопасность, надежность, качество, энергосбережение» (г.Ростов-н/Д, 2003 г.), «Техносферная безопасность, надежность, качество, ресурсосбережение» (г.Ростов-н/Д, 2005 г.), Всесоюзных научно-технических конференциях «Проблемы аэрологии современных горнодобывающих предприятий» (г.Москва, 1980 г.), «Аэродисперсные системы и коагуляция аэрозолей» (г.Караганда, 1982 г.), Ме-
ждународной конференции «Проблемы геологии, полезных ископаемых и экологии Юга России и Кавказа» (гЛовочеркасск, 2002 г.), IV и V Международных научно-практических конференциях «Моделирование, теория, методы и средства» (г. Новочеркасск, 2004 и 2005 гг.), XI Ежегодных чтениях МАНЭБ и Международной научно-практической конференции по безопасности жизнедеятельности, посвященной 100-летию НПИ (Новочеркасск, 2007 г.), научном симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, 2007, 2008 гг.).
Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 19 печатных работ, в том числе 3 авторских свидетельства и один патент на изобретения и 2 статьи в журналах, определенных списком ВАК Минобразования России.
Структура в объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 279 наименований и приложений, содержит 45 рисунков и 33 таблицы.
