Механизированная добыча калийной руды сопровождается большими выбросами пыли. Несмотря на различные меры по снижению запыленности, проблема обеспечения безопасных и комфортных условий для горнорабочих все еще остается нерешенной. В тупиковых выработках фиксируются значения концентраций пыли, в тысячи раз превышающие безопасный предел для шахтера. Ученые Пермского Политеха и Горного института УрО РАН предложили комбинированную схему проветривания тупиковых выработок с преобладанием всасывающего вентилятора. Внедрение мероприятий значительно улучшает рабочие условия горнорабочих на калийных рудниках.
Статья с результатами опубликована в международном издании «Mathematical Modelling of Engineering Problems», 2024 год. Исследование выполнено при финансовой поддержке Минобрнауки РФ в рамках государственного задания (проекты № 122012000396-6 и 121111800053-1).
Основная часть калийной руды добывается горными предприятиями подземным способом с помощью высокопроизводительного проходческо-очистного оборудования. Такой вид разработки сопровождается высоким уровнем запыленности в тупиковых комбайновых выработках (в забое). Большая часть пыли образуется из-за исполнительных органов, разрушающих породу, а также перегрузочных узлов.
В горной отрасли обеспыливание тупиковых выработок производят в основном мокрыми способами с использованием водяных частиц. Но они не применимы для калийных рудников, где горная порода способна растворяться при контакте с водой. Помимо этого, высокая влажность негативно сказывается на работе оборудования, так как взаимодействие воды, частиц соли и металла на его поверхности вызывает появление коррозии.
В связи с этим актуален вопрос разработки способов пылеподавления без применения мокрых методов, суть которых заключается в перераспределении воздушных потоков и изменении системы вентиляции тупиковых выработок. Существующие правила разрешают проветривание забоев комбинированным способом, но только с преобладанием работы нагнетательного вентилятора. Однако у такого способа есть свои недостатки.
Ученые Пермского Политеха совместно с Горным институтом УрО РАН в своем исследовании предлагают использовать комбинированную схему проветривания, где преобладает всасывающий вентилятор. Такой подход позволит эффективнее обеспылить тупиковую выработку калийных рудников. Для внедрения подобного решения в действующие рудники необходимо обосновать безопасность производственного объекта с установлением технических и организационных мероприятий.
— 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. Сравнительный анализ результатов моделирования показал высокую сходимость, а концентрация пыли в выработке значительно снизилась при нашем способе проветривания. Полученные результаты будут использованы при разработке мероприятий, которые, в свою очередь, позволят безопасно внедрить предлагаемые решения, — рассказывает сотрудник Горного института УрО РАН, ассистент кафедры «Разработка месторождений полезных ископаемых» ПНИПУ Андрей Суханов.
Моделирование позволило оценить, как именно распределяются пылевые частицы в воздухе. Нагнетательный способ проветривания приводит к высокому уровню запыленности возле кабины машиниста комбайна из-за образования воздушных вихрей. Происходит смешение загрязненных воздушных потоков, что влечет за собой циркуляцию 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. Такой подход подразумевает собой то, что воздух по горной выработке будет поступать по направлению от устья камеры к призабойному пространству. А удаление запыленного потока при этом происходит по вентиляционному трубопроводу всасывающего вентилятора. В результате чего работает механизм вытеснения мелкодисперсной пыли в тупиковой горной выработке, — объясняет Андрей Суханов.
Ученые провели расчеты для разной степени производительности всасывающего вентилятора. Результаты показали, что увеличение скорости всасывания способствует уменьшению размеров пылевого облака над кузовом самоходного вагона, а также удается предотвратить возникновение застойной области с высокой концентрацией пыли.
Внедрение мероприятий, предлагаемых учеными Пермского Политеха и Горного института УрО РАН, позволит значительно повысить условия труда горнорабочих. Комбинированный способ проветривания тупиковых выработок с преобладанием всасывающего вентилятора перспективен для снижения запыленности в калийных рудниках.