Пермские ученые предложили метод снижения пыли в воздухе калийных рудников
Комбинированную схему проветривания тупиковых выработок калийных рудников для улучшения условий труда работников разработали ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) и Горного института УрО РАН, 24 сентября сообщает пресс-служба ПНИПУ.
При добыче калийной руды комбайнами в шахтах образуется большое количество пыли. Существующие способы снижения запыленности не снимают полностью проблему обеспечения безопасных и комфортных условий для горнорабочих. Особенно это касается тупиковых выработок, где значения концентраций пыли в тысячи раз превышают безопасный для шахтера предел.
Разработчики новой схемы проветривания считают, что внедрение предложенных ими мероприятий значительно улучшит условия работы горнорабочих на калийных рудниках.
Результаты исследования нового метода пермские ученые представили в статье «Оптимизация комбинированной системы вентиляции для снижения запыленности тупиковых выработок калийных рудников», опубликованной в журнале Mathematical Modelling of Engineering Problems, 2024 год.
Большая часть калийной руды в России добывается в подземных шахтах с помощью высокопроизводительного механического проходческо-очистного оборудования. Однако при такой технологии добычи создается высокий уровень запыленности в забое (в тупиковых комбайновых выработках). Большая часть пыли образуется в процессе разрушения породы и ее перегрузки.
В настоящее время для обеспыливания тупиковых выработок в шахтах обычно используют водяные частицы, но такой метод для калийных рудников не применим, так как калийная порода растворяется в воде. Кроме того, высокая влажность и частицы соли приводят к коррозии металлических частей проходческого оборудования, что может вывести его из строя.
Эта проблема актуализирует задачу разработки способов пылеподавления без использования воды. Для ее решения пермские ученые предложили перераспределить воздушные потоки и изменить систему вентиляции тупиковых выработок.
По существующим правилам разрешено проветривание забоев комбинированным способом, но с преобладанием работы нагнетательного вентилятора. При этом такой способ проветривания имеет определенные недостатки.
Ученые Пермского Политеха и Горного института УрО РАН провели исследование и по его результатам разработали новую комбинированную схему проветривания с преобладанием работы всасывающего вентилятора.
Новый подход обеспечивает эффективное удаление пыли из тупиковых выработок калийных рудников. Однако для его внедрения на действующие рудники необходимо провести для такой схемы обоснование безопасности производственного объекта с разработкой необходимых технических и организационных мероприятий.
Сотрудник Горного института УрО РАН, ассистент кафедры «Разработка месторождений полезных ископаемых» ПНИПУ Андрей Суханов рассказал о преимуществах предложенного решения:
«Предлагаемая схема позволяет изолировать исходящую воздушную струю от свежей и направлять загрязненный воздух через всасывающий трубопровод. Сначала мы сравнили работоспособность разных методов проветривания на трехмерной математической модели. А после провели опытно-промышленные испытания комбинированного подхода в условиях действующего калийного рудника».
Результаты моделирования выбранного метода проветривания показали высокую сходимость, а испытания на объекте подтвердили значительное снижение концентрации пыли в выработке. Результаты испытаний будут учтены при разработке мероприятий по безопасному внедрению предлагаемого метода.
Моделирование показало распределение пылевых частиц в воздухе тупиковых выработок калийных рудников при разных способах проветривания. При нагнетательном способе из-за образования воздушных вихрей высокий уровень запыленности создается возле кабины машиниста комбайна. Также происходит смешение загрязненных воздушных потоков и циркуляция пылевых частиц в зоне расположения проходческо-очистного комплекса.
«В комбинированном же способе (с преобладанием всасывающего вентилятора) проветривание происходит через два вентиляционных рукава, расположенных в выработке, один из которых нагнетает чистый воздух, а другой, наоборот, засасывает пыльный», — пояснил Андрей Суханов.
В этом случае чистый воздух по горной выработке поступает по направлению от устья камеры к призабойному пространству, а запыленный удаляется по вентиляционному трубопроводу всасывающего вентилятора. В результате происходит вытеснение мелкодисперсной пыли из тупиковой горной выработки.
Расчеты, выполненные для различной производительности всасывающего вентилятора, показали, что увеличению скорости всасывания соответствует уменьшение размеров пылевого облака над кузовом самоходного вагона. Также при достаточно высокой скорости можно предотвратить возникновение застойной области с высокой концентрацией пыли.
Мероприятия, предлагаемые учеными Пермского Политеха и Горного института УрО РАН, могут значительно улучшить условия труда горнорабочих. Внедрение комбинированного способа проветривания тупиковых выработок с усилением работы всасывающего вентилятора будет способствовать снижению запыленности в калийных рудниках.
