Методы пылеподавления в карьерах

Производственный процесс добычи угля открытым способом сопряжен с высоким уровнем профессионального риска, который формируется преимущественно в связи с интенсивным ингаляционным воздействием угольной пыли на фоне неблагоприятного микроклимата [44].

Борьба с пылью на горных предприятиях включает предупреждение пылеобразования, пылеподавление и пылеулавливание. При невозможности полного исключения пылеобразования наряду с пылеулавливанием на горных предприятиях при различных технологических процессах широко используется пылеподавление пыли в атмосфере (коагуляция) и ее осаждение непосредственно в местах пылеобразования, а также обеспыливающая (искусственная) вентиляция – разжижение и удаление пылевого облака [45].

На открытых горных работах все источники пылевыделения можно разделить на локальные (точечные) и площадные, которые представлены в табл. 4.

Таблица 4. Источники пылевыделения на разрезе

По сравнению с локальными источниками, площадные обладают значительными пылящими поверхностями, и, как следствие, большими объемами загрязненного воздуха. Поэтому, и способы борьбы с пылью должны быть более масштабного характера [19].

Борьба с пылью на предприятиях минерально-сырьевого комплекса может производиться на разных стадиях ее формирования: при образовании твердых частиц пылевой фракции в результате технологического процесса, при сдувании (взметывании) пылевых частиц, непосредственно в запыленном воздухе [46, 47].

При этом уменьшение концентрации пыли в воздухе может достигаться различными путями: путем предотвращения образования пыли, путем осаждения пыли за счет процессов коагуляции, путем фильтрования запыленного воздуха, путем вентиляции – разжижение и удаление пылевого облака из атмосферы [47].

Выделено четыре направления борьбы с пылью на горных предприятиях: организационное, технологическое, техническое и биологическое. Каждое из них может быть реализовано в комплексе с другими, а системность решения конкретных задач обосновывается экономическими, энергетическими, санитарно-гигиеническими или экологическими критериями [48, 49].

Организационные способы направлены на оптимизацию производственных процессов, связанных с режимом ведения горных работ, и имеющие в своем составе технологическую и природную составляющие [47].

Технологические способы пылеподавления представляют собой мероприятия по рационализации технологии и процессов, модернизации средств труда и применению новой техники [47].

Технические способы пылеподавления, прежде всего, связаны с применением технических средств, снижающих пылеобразование и пылевыделение, и подавляющих пылевыделение. Все они могут быть разделены на два вида: мокрые и сухие [47].

Биологические способы пылеподавления связаны с применением материалов, имеющих органическую основу (биогенные способы), а также использование живой природы (биоценотические способы) [47].

Несмотря на значительные масштабы проведенных исследований в области снижения пылевыделения и пылепереноса и предложенных конструктивных решений, практические результаты достаточно скромны в связи с тем, что недостаточно внимания уделено аспектам повышения эффективности и работоспособности предложенных устройств, а также, рационализации их работы [47].

В этой связи поиск рациональных средств и способов снижения пылегазовых выбросов в атмосферу, как и прежде, актуальная задача. Наиболее перспективными и технологичными [50, 51, 52] являются мокрые способы, реализуемые в процессе увлажнения пылеобразующего сырья и пылящего материала, орошения витающей пыли растворами и связывания жидкими (гелеобразными) веществами.

Особый интерес представляют мокрые способы управления пылевыми выбросами на всех стадиях процесса с использованием эффектов фазовых переходов «пар – жидкость – лед» [47].

Анализ научных исследований и технических решений, направленных на снижение пылевыделения в условиях открытых горных работ показал, что основным способом борьбы с пылью на точечных и протяженных источниках пылеподавления является гидрообеспыливание (орошение), то есть улавливание, и осаждение твердых частиц пыли каплями жидкости [53, 54, 55, 56].

Пылеподавление водой является одним из наиболее распространенных мероприятий по снижению пылевой нагрузки на разрезах [57]. Эффективность пылеподавления водой оросителями в зависимости от ветроустойчивости покрытия достигает до 95%. В условиях отрицательных температур на выходящем сопле форсунки образуется наледь, которая препятствует выходу жидкости, влияет на качество получаемого аэрозоля, значит, для круглогодичного пылеподавления орошение водой не является эффективным методом, т.к. при процессе коагуляции частичек пыли с водой в зимний период, вода замерзает и не может полностью вступать в контакт с пылью, т.е. эффективность снижается примерно до 40% и не может удовлетворять потребностям предприятия в безопасной, бесперебойной работе системы в целом [47].

Еще одним из основных направлений снижения пылевой нагрузки на рабочую зону карьеров строительных материалов от аэротехногенного воздействия внешних отвалов пород является уменьшение пылевыделения на основе нанесения на их поверхность защитного биогенного слоя, состоящего из смеси биогумуса и натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы. Установлено, что при нанесении биогенного защитного слоя на основе смеси биогумуса и натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы обеспечивается снижение пылевыделения в 10-11 раз с повышением биопродуктивности укрепленной поверхности внешних отвалов на 90%, что определяется соотношением компонентов смеси 125:1 и толщиной слоя 3 см [58].

Немаловажную роль в процессе пылеподавления на разрезе играет и пылеобразование на технологических автодорогах. Интенсивное пылеобразование приводит к снижению скорости движения и уменьшению производительности автомобильного транспорта, интенсивному износу деталей и узлов автомобильной техники, а также к формированию профессиональных заболеваний у работников разреза. Запыленность воздуха вблизи автодорог составляет 0,5-103 кг/м³, интенсивность выделения пыли на дорогах – 0,014 кг/с. Дисперсность витающей пыли чрезвычайно высокая: 90-98% пылинок имеют размер менее 10 мкм, что говорит о потенциальной пневмокониозоопасности из-за содержания свободного кремнезема в виде кварца, количество которого достигает до 40-42% [59]. Внедрение поверхностно-активных веществ в данной ситуации может оказаться наиболее оптимальным способом борьбы с пылью в течение всего года.

В настоящее время существует целый ряд поверхностно-активных веществ, которые образуют на поверхности автодороги гибкую пленку, способную связывать породно-угольную пыль и существенно снижать пылеобразование вследствие работы грузового транспорта на срок порядка 14 дней. Например, поверхностно-активное вещество РНХ-1020, производства Роснефтехим, сохраняет эффективность в условиях дождливой погоды и может использоваться на автодорогах разреза при температуре до -50°C [60].

При взрывных работах пылеподавление рационально осуществлять через продолжительную (до, во время и после взрыва) обработку пылегазового облака тонкораспыленной ионизированной жидкостью из оросительных установок, размещаемых в чередующемся (по заряду ионов) порядке вне зоны их возможного повреждения или разрушения под воздействием взрыва [61].

На рисунке 1 представлены уровни эффективности способов пылеподавления с точки зрения круглогодичности пылеподавления.

Рисунок 1. Зависимость эффективности различных способов пылеподавления от времени года

Помимо данных мер, существуют приборы для улавливания аэрозолей, которые помогают очистить загрязненный воздух и удалить особо мелкие фракции [62].

Для улавливания аэрозолей применяют сухие, мокрые и электрические способы очистки, осуществляемые в аппаратах и устройствах различной конструкции [63]. Выбор способа и аппарата для улавливания аэрозолей осуществляется в зависимости от дисперсного состава данного аэрозоля (табл.5).

В случаях, когда технические мероприятия не могут обеспечить снижения запыленности воздуха на рабочих местах до предельно-допустимых концентраций, обязательно применение индивидуальных средств защиты от пыли [64].

Таблица 5. Выбор аппаратов по дисперсности пыли

Таким образом, механизм повышения качества пылевой обстановки на горных предприятиях представляет собой предупреждение пылеобразования, пылеподавление и пылеулавливание. Для улавливания аэрозолей применяют сухие, мокрые и электрические способы очистки, осуществляемые в аппаратах и устройствах различной конструкции. Основными методами пылеподавления являются гидрообеспыливание, использование ПАВ, биогенный и конденсационный способы.

Не всегда технические мероприятия обеспечивают полноценную здоровую пылевую обстановку на рабочих местах (снижения запыленности воздуха до предельно-допустимых концентраций), в таких случаях обязательно применение индивидуальных средств защиты органов дыхания [65].

Рассмотрев методы пылеподавления, можно сделать вывод, что их достаточно много, но не все из них можно применять в условиях отрицательных температур. Поэтому необходимо проанализировать, какие методы пылеподавления можно использовать в условиях Крайнего Севера.