Разработка способа улавливания пыли и шлама при пневмоударном бурении глубоких скважин

" Говоря о программе социального развития на предстоящие годы, указывается в материалах ХХУ1 съезда КПСС, необходимо подчеркнуть, что особое значение в ней придается улучшению условий трудовой деятельности, всемерному сокращению ручного, малоквалифицированного и тяжелого физического труда, облегчению его условий." Высокопроизводительный труд человека возможен лишь при обеспечении норшльных санитарно-гигиенических условий. В свете этих требований одной из важнейших проблем является защита рудничной атмосферы от загрязнений при использовании бурового оборудования в горнодобывающей промышленности. Станки пневюударного бурения находят широкое применение на различных предприятиях многих министерств и ведо №тв Советского Союза. В горнорудной отрасли промышленности пневмоударное бурение используется на добыче руды, проходке и разведке. Объемы бурения скважин растут из года в год. Однако, до настоящего времени оставалась нерешенной задача нормализации условий труда бурильщиков, управляющих этими станками. При пневмоударном бурении скважин концентрации пыли достигают величин, значительно превышающих предельно допустимую (ПДК) 2 мг/м, принятую на большинстве железорудных шахт. Особенно неблагоприятные условия, связанные с выделением больших количеств пыли, создаются в процессе забуривания скважин. Пневмоударное бурение скважин, наряду с выделением в призабойную атмосферу больших количеств пыли, сопровождается образованием шлама, который истекает из скважины с большой скоростью и создает неблагоприятные условия на рабочих местах, В СССР и других промышленно развитых странах на протяжении последних 20 лет выполнено значительное число исследовательских и поисковых работ, предпринято множество попыток создания устройств, предназначенных для защиты горняков от вредного воздействия пыли и шлама. БОЛЬШОЙ вклад в решение проблемы улучшения условий труда при буровых работах внесли советские ученые Барон Л. И., Богачевский В С Вьюгов Г. И, Гагауз Ф. Г, Гребенщиков Л. С., Дьяков В. В, Кекин А. А., Попович С П Сачков А"Ф., Смошш А. И., Сезонов А. Ф*, Русинов А. Г, PяcнoйBi4, Чижов Е. Н, Чилашвили Ш"Е, Шиленков В"И, Янов А"П" и другие. Разработан ряд средств борьбы с пылью при пневмоударном бурении, которые дали полоштельные результаты, Однако из-за некоторых конструктивных недостатков, сложности в обслуживании и эксплуатации, ограниченной области использования известные способы и средства борьбы с пылью для станков пневмоударного бурения не поточили промышленного применения. Цель работы. Разработка способа и средств улавливания пыли и шлама при пневмоударном бурении глубоких сквашн, позволяющих защитить бурильщиков от вредного воздействия шлама и снизить уровни запыленности на рабочих местах до ПЖ. Идея работы" Использование механизма инерционного захвата пыли капельно-шламовой смесью для разработки устройства, обеспечивающего эффективное осаждение пыли. Методы исследования. Работа выполнена с использованием комплексного метода исследований, включающего: критический анализ и обобщение ранее выполненных работаналитические исследования закономерностей" отражающих физическую сущность изучаемого процессалабораторные и промышленные экспериментыметоды математической статистики. Научные положенияустановлена закономерность инерционного захвата пыли в шламоуловителе, заключающаяся в осаждении пыли неравномерно движущимися каплями воды и частицами шламадоказано, что в процессе осаждения пыли капельно-шламовой смесью, на 80−85 состоящей из воды, частицы шлама повышают эффективность улавливания пыли на 3−4- б установлено, что пыль в шламоу ловителе осаадается ТОЙ частью шлама, которая находится в диспергированном состоянии. Достоверность научных положений" Степень достоверности научных положений! выводов и рекомендаций" изложенных в работе, подтверада** ется использованием классических закономерностей инерционного захвата пыли неравномерно двилущимися каплями воды для теоретического обоснования процесса осаждения пыли капельно-шламовой смесью, применением апробированных методов теоретического анализа с использованием общепринятых допущений, результатами лабораторных исследований с использованием современных методик и контрольно-измерительной аппаратуры, широкой проверкой подученных результатов в производственных услэвиях, а также сопоставлением их с данными другах авторов, Научная новизнаразработан способ осавдения пыли, получены теоретаческие и эмпирические зависимоста, описывающие процесс осаждения пыли капельно-шламовой смесью в шламоуловителеразработана методика расчета эффективности осаждения пыли в шламоу ловителе капе ль но-шламовой смесью, на 80−85 состоящей из воды, позволяющая учитывать роль частиц шлама в ходе этого процессаустановлена закономерность зависимости количества диспергированной воды и капельно-шламовой смеси от общей массы воды и шлама, а также от длины отводящего рукава, Практическая ценность по лученных результатов заключается: в разработке инженерной методаки расчета оптимальных конструктивных параметров шламоуловливающего устройствав разработке конструкции шламоу ловите ля с активным захватом продуктов бурения для пневмоударных станков, пригодного к использованию в широкой области горно-геологических условий на всех стадиях процесса буренияв доведении до громышленного использования ш лам оу лов и теля, позволяющего достигнуть уровней запыленности на рабочем месте бурильщика в пределах ИШ, защитить его от вредного воздействия шлама и тем самым существенно yjynmnTb санитарно-гигиенические условия труда. Реализация работы в промышленности. Результаты выполненной ра боты использованы при разработке модернизированного бурового станка ШР ЮША. Буровой станок, оборудованный шламоуловителем, прошел мезшедометвеиные испытания и с января 19Шг* поставшн на серийное производство на Криворожком заводе горного оборудования KOMNQTHHCT". Апробация работы. Диссертационная работа и отдельные ее разделы доложены, обсуждены и одобрены на Всесоюзной научно-технической конференции «Основные задачи борьбы с пылью и профилактики пневмокониозов нагорных предприятиях цветной металлургии» (г.Свердловск, 1981 г.), на Всесоюзном семинаре Минчермета СССР по борьбе с пылью на горнорудных гредприятиях г Др ив ОЙ Рог, 1983 г.), на межинститутских конференциях Молодые ученые научно-техническому прогрессу" (г.Кривой Рог, 1981,1983гг.), на конференции Совершенствование техники и технологии шахтного строительства Мин черметаСССР" г Р у д н ы й Л г на научно-техническом совете ВНИИБТГ (г.1фивой Рог, 1983 г.), на заседании кафедры рудничной аэрологии и охраны труда КГРИ (г.Кривой Рог, 1984 г.), на технических совещаниях при главных инженерах РУ им. Ленина и им. Дзержинского П «Кривбассруда» О (г.Кривой Рог, 1978,1980гг.), Работа выполнена в соответствии с координационным планом научноисследовательских и опытно-конструкторских работ организаций Минтяжмаша СССР, Минчермета СССР и Минцвеимета СССР на 1979 и 1980 гг. по созданию новых средств обеспыливания при эксплуатации горных машин и изложена в одном отчете, опубликована в 5 печатных работах, в том числе в 2 авторских свидетельствах на изобретение, Диссертационная работа выполнена в лаборатории по борьбе с пылью и вредными газами при подземной разработке руд Всесоюзного нчноисследовате лье кого института безопасности труда в горнорудной промышленнос-ш (ВНИИБТГ). Промышленные исследования, испытания и проверка разработанного шламоу ювителя к станкам пневмоудфного бурения проведены на шахтах им, Орджоникидзе и им. Ленина РУ им. Ленина и шахте «Гигант-Глубокая» РУ им. Дзершнского. За помощь, оказанную при выполнении работы, автор выражает благодарность коллективу лаборатории по борьбе с пылью и вредными газами при подземной разрабо1ке руд ВНИИБТГ, а также дцценту кафедры физики КГРЙ, кандидату технических наук Жовтухе Г. А. Автор выражает также большую благоДфность научному руководителю, стшему научному сотруднику, кандадату технических наук П. Поповичу за консультации и помощь при работе над диссертацией.10 о и аа о о с ж о о о, о, и Мощность двигателя, кВт Диаметр штанг, мм Рабочая длина штанги, мм Масса станка, кг Габфиты выработки, м 3 63,5 1200 ЭбО 2,8×2,8×2,8 Пневмоудное бурение сквашн сопровоадается интенсивным пылеобразеванием, В настоящее время главным средством в борьбе с пылью является промывка воздушно-водяной смесью. Мокрое бурение один из наиболее простых и легко осущеставмых способов борьбы с пылью. Лреи существами этого способа являются неслошость устройств, минимальные затраты времени на вспомогательные операции, простота в обслуживании, Вместе с тем необходимо отметить, что промывка воздушно-водянной смесью не обеспечивает необходимой эффективности осавдения пыж, особенно тонких её фракций" вследствие чего запыленность воздуха достигает значительных величие 5 С целью улучшения санитарно-гигиенических условий ЧРУДа бурильщиков в СССР и за рубежом было предложено множество различных спосо бов и средств борьбы с пылью при бурении, В результате за последние два десятилетия достигнуты 1фупные успехи в снижении запыленности воздуха, что способствовало резкому снижению заболеваемости пневмокониозами 6 7 Однако среди бурильщиков и проходчиков заболеваемость пневмокониозами все еще остается значительно выше, чем среди других рабочих подземной группы, что обусловлено опасными концентрациями пыли 8 1фоме того, адсорбция на пылевых частицах окиси углерода и окислов азота повышает фиброгенность пыж и способствует более быстрому развитию пневмокониотического процесса/9−12/. Проблема заключается в том, что имеющиеся успехи в области борьбы с пылью являются недостаточными в условиях применения современной высокопроизводительной техники и более жестких требований к нормализации санитарно-гигиенических условий. свободной двуокиси кремния 2 1 то нормализация условий труда бурильщиков, управляющих станками пневмоударного бу** рения, гриобретает большую актуальность. пыж на расстоянии до I м от пульта. Этот факт говорит о том, что вредное воздействие пыж на рабочего значительно может снизиться, если его рабочее место удалить на расстояние 5 и более метров от бурового станка. Лисперсный состав пыж при бурении скваяин, приведенный в табли"" це 1 2 указывает, что, как и при мелкошпуровом буренииг, в ней преобладают тонкие акции, свидетельствующие о ее силикозоопасности. 16 *Таблица 1.2 Дисперсный состав пыли прк бурении сквашн Угол нак-jPacxlГлубина [Содержание Классификация способов и средста борьбы с пылью и шла пневмоудерном бурении скважин Цэомывка ВОДОЙ сквашн воздушно! водянной смесью Сухое пылеулавливание Пылеш ламоулав л! с пассивным 1с захватом! з I I С подачей через коронку пневмоударник сепаратор С осаждением пылн втканевых фильтрах циклонах Ц К ло нах-промыв ате лдх И ультразвуковых коагуляторах трубах Вентури Пыле шламоприемники с уплотнением устья скважины непосредственно входящие в скважину с использованием эффекта напр ав ж иных воздушных завес сепаторного типа.

4.5. Выводы.

4.5Л. Промышленные испытания шламоуловителя с активным захватом продуктов бурения для пневмоудфкыю станков показал*, что он отличается надежностью в работе, простотой в управлении и пригоден к использованию в широком диапазоне горно-геологических условий на всех стадиях бурового процесса, вклочая забуривание.

4.5.2. Результаты исследований и методика расчета использованы при разработке шламоуловителя для модернизированного полуавтоматического бурового станка НКР I0CMA, который гроше л межведомственные испытания и поставлен на серийное производство.

4.5.3. Серийный выпуск бурового станка НКР I0CMA освоен Криво-рояюким заводом горного оборудования «Коммунист». Производство этих станков за 1983 г. составило 1200 штук.

4.5.4. Применение шламоуловителя позволяет обеспечить социальный эффект, выражающийся в улучшении санитарно-гигиенических условии труда бурильщиков, за счет снижения уровней запыленности на рабочем месте бурильщика до ПЖ и исключения попадания шлама на горнорабочего и буровой станок.

заключение

.

Основные научные и практические результаты выполненной работы сводятся к следующему:

1. Теоретически и экспериментально исследован способ осавдения пыли в шламоу ловителе, основанный на инерционном захвате ее каплями врды и частицами шлама, неравномерно движущимися в потоке запыленного воздуха. Доказано, что эффективность осавдения пыли капельно-шшмовой смесью, на 80−85 $ состоящей из воды, выше, чем диспергированной водой на 3−4 $.

2. Исследованы факторы, влияющие на эффективность осавдения пыли в шламоу ловите ж. Установлено, что осаждение пыж происходит той частью воды и шлама, которая находится в диспергированном состоянии. Получены аналитические зависимости для определения количества диспергированной воды и капельно-шламовой смеси как функции от общего расхода воды и шлама, а также от длины отводящего рукава,.

3. На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработана методика, позволяющая рассчитать эффективность осавдения пыли капе льно-шламовой смесью.

4. Экспериментально установлены зависимости коэффициента улавливания шлама от угла наклона скважины и расхода шлама при различных количествах отработанного пневмоударником воздуха. Полное улавливание шлама достигается при бурении скважин под углом 60−90° относительно горизонта, а также нисходящих скважин. По мере уменьшения угла наклона до 0° эффективность улавливания шлама несколько снижается.

5. Экспериментальные исследования осавдения пыли в разработанном шламоу ловителе показали, что эффективность очистки воздуха от пыли составляет 98−99 $. Это обеспечивает снижение уровней запыленности, наблюдающихся при пневмоударном бурении, до ПЖ.

6. На основании выполненных исследований разработана инженерная методика, позволяющая расчетным путем выбрать оптимальные конструктивные параметры шламоулавливающего устройства в зависимости от конкретных условии его применения.

7. Результаты исследований, методика расчета использованы при разработке шламоуловите ля с активным захватом продуктов бурения для модернизированного полуавтоматического бурового станка НКР ЮСМА, серийный выпуск которого освоен Криворожзким заводом горного оборудования «Коммунист». Производство буровых станков НКР I0CMA за 1985 г. составило 1200 штук.

8. Применение шламоуловите ля позволяет обеспечить социальный эффект, выражающийся в улучшении санитарно-гигиенических условий тру#а бурильщиков, за счет снижения уровней запыленности на рабочем месте бурильщика до ПЖ и исключения попадания шлама на горнорабочего и буровой станок.