Снижение пыления при транспортировке угля в зимний период. Этап лабораторных изысканий

Россия — одна из ведущих стран по угледобыче. Добытое топливо необходимо доставить до потребителя. Транспортируют уголь различными видами транспорта. Актуальной является проблема снижения выделения угольной пыли при транспортировке угля.

С проблемой пыления угля сталкиваются все добывающие компании. Однако в период 2018-начало 2019 в Кузбассе данная проблема из экологической переросла в социально-политическую. Собственники предприятий приняли ряд мер по снижению пыльности работ.

В то же время, аспект транспортировки колёсным транспортом угля с шахт на склады и т. п. остался слабо охвачен. Казалось бы, причём здесь транспортировка и в особенности в зимнее время, но, как показывает практика, этот источник угольной пыли весьма существенный и ему мы обязаны «чёрным снегом» вдоль дорог.

Чем так опасна угольная пыль?

Ряд исследований показывает, что при поступлении пыли более 58 кг/га в месяц наблюдается эффект подавления жизнедеятельности большинства растений и животных в месте оседания пылевых отложений.

Если дышать воздухом с таким содержанием пыли, то пыль вызывает острые заболевания верхних дыхательных путей. Особенно опасны частицы диаметром меньше 10 микрон (мкм), (по принятому в США обозначению — РМ10), а также менее 2,5 мкм (РМ2.5).

На каждые 10 микрограмм (1х10-5 г) на 1 м3 увеличения концентрации в воздухе подобных частичек пыли количество пациентов медицинских учреждений с хроническими заболеваниями верхних дыхательных путей возрастает на 7-8 %, из них 2-3,5 % приходится на респираторные заболевания в острой форме и 3-5 % — на сердечно-сосудистые заболевания.

Смертность от рака легких возрастает на 7-10 %[1].

Отдельно отметим такую особенность угольной пыли, как горючесть и взрывоопасность, при накоплении и отложении такой пыли могут происходить взрывы или возгорания. Большое количество пыли отрицательно сказывается на состоянии техники.

Помимо чисто механического износа (попадание абразивных частиц в трущиеся детали) возможны проблемы с системами управления машиной, так как повышенное количество пыли попадает в электронные блоки управления. Ресурс двигателей, работающих в условиях запыления, сокращается в 2–3 раза.

Воздействие пыли увеличивает интенсивность протекания процесса коррозии и износа, обслуживание и ремонт техники становятся сложнее, дороже и продолжительнее по времени[1].

Множество экспертов сходятся в вопросе, что не существует единственного решения всех сложных проблем борьбы с пылью и универсального, целиком неопасного и продуктивного метода борьбы с пылью.

В каждом рассматриваемом случае эти вопросы решают путём комплексного подхода. С учётом того, что каждый собственник желает «подешевле» рассмотрим применение такого варианта, как водное орошение.

Общеустановленный способ борьбы с источниками пыли — разбрызгивание воды стационарными и мобильными дождевальными (поливальными) установками и гидромониторами.

Обладающие большим радиусом действия дождевальные установки применяют для борьбы с пылью в случаях штабелированных материалов.

Много пыли повышенной летучести образуется при разгрузочных работах самосвалов, для борьбы с ней советуют использовать систему разбрызгивания, которая устанавливается «на упоре задних колёс» разгружающейся большегрузной машины и во время выгрузки интенсивно увлажняет разгружаемый пылящий материал.

В состав таких систем входят подающий водяной насос, насос для дозировки реагента (подающий в воду присадку), насосы для подачи воды или раствора под давлением в форсунки, специализированные форсунки и система управления (датчики и пульт управления). Системы разбрызгивания жидкости управляются вручную или автоматически.

Есть ряд недостатков снижения содержания пыли в воздухе выше приведённым способом. Обслуживание разбрызгивающего оборудования, затраты на топливо, обслуживающий персонал, накладные расходы.

Подвоз воды для установок может быть тяжкой проблемой в местности, где преобладает засушливая погода. Легкодоступная и дешёвая вода отчасти решает вопрос, но она испаряется (а с ней и деньги, затраченные на борьбу с пылью) и позволяет снизить запыленность лишь на очень короткое время, которое зависит от вида грунта и климата, поэтому процесс орошения пыльной поверхности постоянен, как и затраты на него.

Одна из важных проблематик борьбы с пылью: дождевание пыли неэффективно в борьбе с вдыхаемой пыли, т. е. не снижает концентрацию опасной для здоровья пыли в атмосфере, так как величина водных капель составляет от 250 до 650 мкм, что значительно больше, чем размер частичек вдыхаемой пыли (2–10 мкм).

Процесс осаждения пылевидных частиц из атмосферы заключается в том, что водяные капли и брызги, соединяясь с частичками пыли, увеличивают их массу, в результате пыль достаточно быстро теряет летучесть и оседает на землю.

Тем не менее, исследования показали, что в случае, если величины капель воды существенно превышают размеры частичек пыли, частицы пыли будут двигаться вокруг капель воды вместе с потоками воздуха, обтекающими каплю, и не взаимодействовать с водой.

Для того чтобы повысить интенсивность взаимодействия капель воды с частицами пыли, нужно увеличить количество капель воды в воздухе и максимально приблизить их размер к величине частиц пыли. Это улучшит интенсивность столкновения капель воды с пылью, тем самым способствуя смачиваемости и оседанию пыли из воздуха.

Кроме того, на интенсивность соединения капель воды и частиц пыли влияют следующие факторы: способность частиц пыли к растворению в воде, гидрофобность или гидрофильность (способность к смачиванию), наличие гигроскопичных солей, электрический потенциал частичек пыли и капель воды, температура среды, влажность воздуха, атмосферное давление, наличие и влияние электрических полей [1-3].

Вышеперечисленные проблемы можно попробовать решить использованием комбинации специальных химических средств.

Для основы наших исследований были взяты выпускаемые средства:

1. средство №1 по СТО 05761637-003-2012;
2. средство №2 по ТУ 20.13.62-001-74290427-2017.

Данные средства активно применяют для снижения примерзания угля в зимнее время. В тоже время для повышения смачиваемости поверхности было предложено введения до 10 % ПАВ (сульфанол). Для образования защитной пленки в составы были введены два вида полимерных композиций:

1. водная дисперсия акрилового сополимера (ВДАС);
2. водная дисперсия винилового сополимера (ВДВС).

Данные дисперсии вводили в количестве до 20%.

Опыт строился следующим образом: на противень был нанесён слой угля в вперемешку с угольной пылью общий слой 5 см, масса порядка 3 кг. Марки угля Д и КЖ. Данный противень охлаждали до температуры -15 °С.

Путём разбрызгивания наносили раствор, имитируя распыление. Количество раствора в пересчёте на 1 м2 составляло порядка 0,5 л. Велась экспозиция в течении 5 минут.

После экспозиции путём обдува с помощью вентилятора мощностью 40 Вт, в течении 1 минуты. Пылевыделение контролировалось визуально. Результаты опытов приведены в таблице 1.

Получение результаты в условиях лабораторного опыта позволяют сделать вывод о возможности применения подобных систем для пылеподавления в зимнее время при транспортировке угля. Отстаивание и вымораживание данных составов показало отсутствие кристаллизации и выпадение осадка.

Однако требуется проведение дополнительных испытаний для определения коррозионной активности данных составов по отношению к разбрызгивающим системам.

Используемые материалы:

1. Шляховой В.В. Современные технологии и оборудование для подавления пыли // Основные средства. – 2015. — №1 – С.48-51
2. Гущин А.А. Аналитический обзор реагентов для предотвращения смерзания угля // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2016. — №6 – С.256-267
3. Герасимов П.Е. Отдельные аспекты пылеподавления на открытых угольных складах // Добывающая промышленность. – 2017. — №4 – С.60-65.

Текст: Е.Г. Гумбрис, магистр гр. ХОм-181, П.Е. Герасимов, коммерческий директор ООО «ВК-Торг»