День шахтёра 2020
отмечаем здесь

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.

Механизм взаимодействия капель водяного тумана и частиц пыли в воздухе

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].

Таблица 1. Результаты наблюдений

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»

Понравился материал? Подпишитесь
на отраслевой дайджест и получайте подборку статей каждый месяц
.

Статья опубликована в журнале Добывающая промышленность №3, 2019

Подпишитесь
на ежемесячный дайджест актуальных тем
для специалистов отрасли.

Исключительно отраслевая тематика. Никакого спама 100%.