Зниження шкідливого впливу відпрацьованих газів автотранспортних потоків на склад атмосфери кар’єрів

Размещено на http://www.allbest.ru/

КРИВОРІЗЬКИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 622.458(035):629.114

Зниження шкідливого впливу відпрацьованих газів автотранспортних потоків на склад атмосфери кар'єрів

05.26.01 - охорона праці

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Веснін Артем Вячеславович

Кривий Ріг 2008

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Криворізькому технічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Захист дисертації відбудеться “10” квітня 2008 р. об 11 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 09.052.02 в Криворізькому технічному університеті за адресою: 50002, м. Кривий Ріг, вул. Пушкіна, 37, ауд. 300.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Криворізького технічного університету за адресою: 50002, м. Кривий Ріг, вул. Пушкіна, 37.

Автореферат розісланий “7” березня 2008 р.

Вчений секретар О.М. Голишев спеціалізованої вченої ради, доктор технічних наук, професор

АНОТАЦІЯ

Веснин А.В. Зниження шкідливого впливу відпрацьованих газів автотранспортних потоків на склад атмосфери кар'єрів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.26.01 - охорона праці. - Криворізький технічний університет. - Кривий Ріг, 2008.

Метою роботи є зменшення впливу викидів автотранспортного комплексу кар'єру на склад атмосфери за рахунок оптимізації режимів його експлуатації при використанні засобів зниження концентрацій шкідливих компонентів у відпрацьованих газах.

На підставі теоретичних досліджень і експериментальних вимірів визначені коефіцієнти нестаціонарності роботи автотранспортного обладнання кар'єрів та вдосконалено метод розрахунку витрат палива автотранспортним потоком. Встановлено закономірності розподілу й зміни концентрацій шкідливих домішок відпрацьованих газів у газовому шлейфі транспортних засобів, залежно від типу автомобіля, складу атмосфери й зміни інтенсивності потоку в умовах кар'єрів. На підставі лабораторних досліджень створена й випробувана установка для очищення відпрацьованих газів під час перевезення сипких матеріалів допоміжним автотранспортом, а також розроблені практичні рекомендації зі скорочення шкідливих газовиділень автотранспортним комплексом кар'єру, який знаходиться у безпосередній експлуатації, шляхом оптимізації параметрів і режимів руху потоку із застосуванням пристроїв, зниження концентрацій відпрацьованих газів. Розрахунковий річний економічний ефект, за рахунок збільшення продуктивності праці водіїв і обслуговуючого персоналу, у результаті поліпшення санітарно-гігієнічних умов для умов Першотравневого кар'єру ПівнГЗК складе 411,08 тис. грн.

Ключові слова: кар'єр, умови праці, автотранспортний комплекс, відпрацьовані гази, коефіцієнт нестаціонарності роботи, безпечні відстані, установки для зниження концентрацій газових компонентів.

АННОТАЦИЯ

Веснин А.В. Снижение вредного влияния отработавших газов автотранспортных потоков на состав атмосферы карьеров. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.26.01 - охрана труда. - Криворожский технический университет. - Кривой Рог, 2008.

Диссертация просвещена вопросам сокращения пылегазовыделений при эксплуатации автотранспортного комплекса карьера с учетом нестационарности его работы.

Целью работы является уменьшение влияния выбросов автотранспортного комплекса карьера на состав атмосферы, за счет оптимизации режимов его эксплуатации при использовании средств снижения концентраций вредных компонентов в отработавших газах.

Проведенный анализ способов и средств снижения концентраций вредных примесей в отработавших газах карьерной автотехники и нормализации состава атмосферы карьеров, указывают на то, что в настоящее время рассмотренные способы не нашли повсеместного применения на оборудовании находящимся в непосредственной эксплуатации в силу ряда технико-экономических причин. На основании проведенных исследований, по нахождению эффективных способов и средств способствующих снижению влияния выбросов автотранспортного комплекса карьера на состав атмосферы, установлено что определенного результата можно достичь благодаря использованию комплекса мероприятий направленных на оптимизацию движения автомобилей в автотранспортном потоке карьера, с повсеместным использованием средств снижения вредных компонентов в отработавших газах.

Определено количество и стабильность работы автотранспорта в заданных временных промежутках для условий Первомайского карьера СевГОКа, и установлен коэффициент нестационарности работы транспортного оборудования, что позволило определять пылегазовые выбросы с большей точностью по отношению к используемому методу.

На основании теоретических исследований усовершенствован метод определения значений расхода топлива как единичным автомобилем, так и транспортным потоком с учетом специфики работы карьера. Также, теоретически обоснованы безопасные расстояния между автомобилями в автотранспортном потоке с учетом особенностей рельефа обочин карьерных автодорог, из условия минимизации воздействия отработавших газов на водителей и исключения накопления облаков с высокими газовыми концентрациями при выполнении транспортных работ.

Разработана и испытана конструкция лабораторного стенда, позволяющая определить способности сыпучего материала адсорбировать отработавшие газы дизельного двигателя. Раскрыта природа механизма поглощения вредных компонентов отработавших газов при их пропускании через перевозимые сыпучие грузы карьеров

Создано и испытано устройство для очистки отработавших газах при перевозке сыпучих грузов вспомогательным автотранспортом. Приведены результаты промышленных исследований эффективности разработанных мероприятий по сокращению влияния выбросов автотранспортного комплекса карьеров на водителей и обслуживающий персонал.

Разработаны рекомендации по оптимизации режимов движения и формированию автотранспортных потоков с учетом отсутствия наложения газовых облаков и скопления отработавших газов в прибортовой зоне карьера

С учетом нестационарности работы автотранспортного парка, в соответствии с долевым участием каждого режима работы машин, расчетный годовой экономический эффект, за счет увеличения производительности труда водителей и обслуживающего персонала, в результате улучшения санитарно-гигиенических условий для условий Первомайского карьера СевГОКа составит 411,08 тыс. грн.

Ключевые слова: карьер, условия труда, автотранспортный комплекс, отработавшие газы, коэффициент нестационарности работы, безопасные расстояния, установки для снижения концентраций газовых компонентов.

SUMMARY

Vesnin A.V. The reduction of the harmful influence of the fulfilled gases of the motor transportation streams on the structure of an atmosphere of the quarries. - The manuscript.

The dissertation on the competition of the scientific degree of the Cand. of Tech. Sci. on a speciality 05.26.01 - a labour safety. - Krivoy Rog technical university. - Krivoy Rog, 2008.

The purpose of work is reduction of influence of emissions of a motor transportation complex career on the structure over an atmosphere, due to optimization of the modes of its operation by the making use of the means of reduction of the concentration of the harmful components in the fulfilled gases.

The coefficients of unpermanent work of the motor transportation equipment of the quarries are determined on the basis of theoretical researches and experimental measurements and the method of calculation of consumption of fuel is advanced by a motor transportation stream. Laws of the distribution and the change of the concentration of the harmful impurities of fulfilled gases in a gas loop of vehicles are established, depending on type of the automobile, structure of an atmosphere and the change of intensity of a stream in the conditions of the quarries. The installation for clearing fulfilled gases by transportation of the loose materials is created on the basis of laboratory researches and tested by the auxiliary motor transport, and also practical recommendations for the reduction of the harmful gas evolutions by a motor transportation complex quarry taking place in direct operation are developed, by optimization of parameters and the modes of movement of a stream with the application of the devices, reductions of concentration of the fulfilled gases. The settlement annual economic benefit will make 411,08 thousand grn., due to increase of labour productivity of drivers and the attendants, as a result of improvement of sanitary-and-hygienic conditions for conditions of the PivnGZK's May Day quarry.

Key words: the quarry, working conditions, the motor transportation complex, fulfilled gases, a factor of unpermanent work, safe distances, the installations for the reduction of the concentration of the gas components.

виділення газ вантаж експлуатація

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Інтенсивний розвиток промисловості й транспорту привів до збільшення забруднення атмосфери, води й ґрунту на території держави, і зокрема, Криворізького регіону. Істотну негативну роль при цьому відіграє автомобільний транспорт. Механізм його впливу на навколишнє середовище має ряд специфічних особливостей у порівнянні з іншими сферами промисловості. Концентрація великої кількості транспортних засобів на порівняно обмеженій території міст і підприємств істотно впливає на екологічну безпеку, викликає труднощі локалізації несприятливих наслідків тощо. У певних умовах це приводить до домінуючого впливу автомобільного транспорту на навколишнє середовище регіону.

Кривий Ріг, як індустріальне місто, має розвинену систему вантажоперевезень як по території житлових районів, так і на територіях заводів, підприємств, кар'єрів. Тільки в межах міста протягом робочого дня постійно пересуваються від 50 до 80 автосамоскидів, а в кар'єрах регіону - до 200 великовантажних машин. Частка перевезень сипких вантажів становить 43...47% внутрішньоміських вантажних перевезень і до 75...90% спеціальними дорогами для вантажного транспорту підприємств гірничо-металургійного комплексу. Тому пилогазові викиди, що виділяються при роботі вантажного автотранспорту, впливають на стан здоров'я людей і навколишнє середовище.

Ґрунтуючись на вищевикладеному, введення в технологічний процес транспортування вантажів автосамоскидами методів і засобів, що сприяють зниженню концентрацій відпрацьованих газів, з метою зменшення рівня забруднення атмосфери, профзахворюваності водіїв та обслуговуючого персоналу, є досить актуальним науковим завданням для гірничодобувної галузі.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами й темами. Дисертаційну роботу виконано відповідно до Постанови Кабінету Міністрів України №391 від 30.12.1998 “Положення про державну систему моніторингу навколишнього середовища”, завдань Національної програми поліпшення стану безпеки, гігієни праці й виробничого середовища на 2001-2005 роки, Указу Кабінету Міністрів України від 10 жовтня 2001 року, № 1320.

Мета й завдання досліджень.

Метою роботи є зменшення впливу викидів автотранспортного комплексу кар'єру на склад атмосфери за рахунок оптимізації режимів його експлуатації при використанні засобів зниження концентрацій шкідливих компонентів у відпрацьованих газах.

Для досягнення цієї мети поставлено й вирішено такі науково-практичні завдання:

1. Визначено вплив діючої системи експлуатації автотранспортних засобів на стан атмосфери робочих зон сучасних глибоких кар'єрів.

2. Установлено закономірності впливу стабільності роботи автотранспортного комплексу на викид шкідливих газів і пилу в атмосферу кар'єру.

3. Визначено закономірності розподілу й зміни концентрацій шкідливих домішок відпрацьованих газів у газовому шлейфі транспортних засобів залежно від типу автомобіля, складу атмосфери й зміни інтенсивності потоку в умовах кар'єрів.

4. Розроблено засоби зниження виділень шкідливих складових відпрацьованих газів в атмосферу під час перевезення сипких вантажів автосамоскидами.

5. Установлено оптимальні параметри й режими руху автотранспортних засобів за фактором мінімального впливу відпрацьованих газів на водіїв, обслуговуючий персонал і атмосферу кар'єру.

Ідея роботи полягає у використанні комплексу заходів для скорочення шкідливих газовиділень автотранспортом кар'єру шляхом оптимізації параметрів і режимів руху автотранспортного потоку із застосуванням пристроїв, які дозволяють використовувати адсорбційні здатності сипких вантажів, що транспортуються.

Об'єкт дослідження - умови праці водіїв і персоналу кар'єру при експлуатації автотранспортного комплексу.

Предметом досліджень є методи й засоби зниження впливу шкідливих компонентів відпрацьованих газів дизельних автосамоскидів, що перебувають в безпосередній експлуатації, на стан водіїв та обслуговуючого персоналу.

Методи досліджень. У дисертаційній роботі використано комплексний метод досліджень, що включає наукове узагальнення й аналіз літературних джерел; кореляційно-регресійний аналіз для визначення значущості шкідливих складових відпрацьованих газів на склад атмосфери кар'єрів та для обробки результатів досліджень; метод морфологічного аналізу, що дозволяє провести синтез і аналіз як існуючих, так і перспективних заходів підвищення екологічної безпеки транспортних засобів.

Наукові положення.

1. Обсяг пилогазових викидів при експлуатації автотранспортного обладнання кар'єру необхідно визначати з урахуванням коефіцієнта нестаціонарності його роботи, величина якого перебуває в межах 0,75…0,85.

2.Для кількісної оцінки шкідливих газових компонентів, яки виділяються при роботі автотранспорту в кар'єрі, необхідно враховувати специфіку динаміки витрати палива як окремого автомобіля, так і транспортного потоку, що змінюється в межах 15...20% залежно від умов експлуатації які сформувалися, специфіки виконуваних транспортних робіт та інтенсивності руху в кар'єрі.

3. Скорочення виділення шкідливих газових компонентів при транспортуванні сипких вантажів автосамоскидоми досягається пропущенням відпрацьованих газів через перевізну сипку масу за рахунок адсорбції, величина якої досягає 7 г/кг і більше.

Новизна отриманих результатів:

- уперше науково обґрунтовано необхідність розрахунку пилогазових викидів автотранспортного комплексу кар'єру з урахуванням нестаціонарності процесів його експлуатації;

- встановлено вплив інтенсивності експлуатації й параметрів автотранспортного потоку на об'єми викидів шкідливих речовин у робочій зоні кар'єру;

- уперше розкрито природу механізму поглинання шкідливих компонентів відпрацьованих газів при їхньому пропущенні через перевізні сипкі вантажі кар'єрів;

- встановлено характер розподілу концентрацій відпрацьованих газів у шлейфі автомобіля, що рухається, і відносно узбіччя кар'єрної автодороги.

Вірогідність наукових положень, висновків і рекомендацій підтверджується:

- комплексністю виконаних досліджень, використанням значних об'ємів лабораторних і дослідно - промислових експериментів, що забезпечують достатню вірогідність отриманих результатів;

- порівнянністю лабораторних результатів, промислових експериментів та аналітичних рішень, що допускають похибку до 10...15% при рівні вірогідності 0,9...0,95;

- позитивними результатами промислових експериментів і впровадженням розроблених методів, пристроїв і рекомендацій зі скорочення виділень в атмосферу кар'єрів шкідливих складових відпрацьованих газів.

Наукове значення роботи полягає у подальшому розвитку теорії механізму утворення й розсіювання газових викидів автотранспортного комплексу кар'єру з урахуванням нестаціонарності його роботи.

Практичне значення одержаних результатів:

- визначено реальні об'єми пилогазових викидів при експлуатації технологічного й допоміжного автотранспорту кар'єрів на основі встановлених коефіцієнтів нестаціонарності роботи транспортного обладнання;

- розроблено пристрій, який дозволяє знизити кількість шкідливих складових відпрацьованих газів дизельних автосамоскидів, що безпосередньо перебувають в експлуатації, шляхом пропущення продуктів горіння палива через перевізну сипку масу;

- розроблено рекомендації з оптимізації режимів руху й формування автотранспортних потоків з урахуванням відсутності накладення газових хмар і скупчення відпрацьованих газів у прибортовій зоні кар'єру;

- розроблено технологічні карти на виготовлення, встановлення, експлуатацію й обслуговування пристрою для зниження концентрацій шкідливих компонентів у відпрацьованих газах автотранспортних засобів.

Реалізація роботи: результати роботи, а також запропонована конструкція установки для зниження шкідливих концентрацій відпрацьованих газів розглянуті й рекомендовані до застосування спільним українсько-російським підприємством “Росдизельсервіс” 07.10.2005р. і ЗАТ “Кривбасвибухпром”, а також частково впроваджені на Першотравневому кар'єрі ПівнГЗК, у період 2005…2006 років, Стосовно зазначеного кар'єру планується одержання економічного ефекту за рахунок збільшення продуктивності праці водіїв та обслуговуючого персоналу, у результаті поліпшення санітарно-гігієнічних умов у межах 411,08 тис. грн за рік.

Особистий внесок здобувача. Автором самостійно визначено ідею роботи, мету й завдання досліджень, основні наукові положення, висновки й рекомендації. Дано характеристику існуючим методам і засобам зниження впливу шкідливих компонентів відпрацьованих газів на склад атмосфери робочих зон [3, 5]; удосконалено методику визначення коефіцієнтів нестаціонарності роботи транспортного устаткування [4]; обґрунтовано реальні об'єми пилогазових викидів і вдосконалено метод розрахунку витрати палива при експлуатації технологічного й допоміжного автотранспорту кар'єрів [4, 6]; створено лабораторну установку й розкрито природу поглинання шкідливих компонентів відпрацьованих газів при їх пропущенні через сипкі матеріали [1, 2]; розроблено й випробувано промислову установку, систематизовано рекомендації з оптимізації режимів руху й формування автотранспортних потоків з урахуванням відсутності накладення газових хмар і скупчення відпрацьованих газів у прибортовій зоні кар'єру [6].

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації та її результати одержали позитивну оцінку на міжнародних науково-практичних і науково-технічних конференціях “Проблеми геоінформатики при комплексному освоєнні надр” (Дніпропетровськ, 2001р); “Чистый воздух” (Санкт-Петербург 2003р., 2006р.); “Наукове забезпечення розвитку гірничорудних підприємств на сучасному етапі” (Кривий Ріг, 2005-2006рр.); “Сталий розвиток гірничо-металургійної промисловості України” (Кривий Ріг, 2004-2007рр.).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 6 наукових статей у наукових виданнях, затверджених ВАК України.

Структура дисертації. Дисертація складається із вступу, п'яти розділів, висновків і додатків, у тому числі 73 малюнка, 23 таблиці, 6 додатків і списку використаних джерел з 127 найменувань. Загальній обсяг роботи 160 сторінок машинописного тексту, основній текст викладено на 147 сторінках.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ.

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, розкрито її значущість, сформульовано мету й завдання досліджень, визначено наукову новизну й практичну цінність отриманих результатів.

Перший розділ дисертації присвячено аналітичному огляду ведення автотранспортних робіт у кар'єрі, розгляду особливостей умов роботи водіїв транспортного обладнання й обслуговуючого персоналу, в яких провідне місце належить захворюванням органів дихання, і розвитку неврозів, обумовлених наявністю акролеїну в повітрі робочої зони. Обґрунтовано необхідність розробки заходів, спрямованих на зниження рівня забруднення атмосфери кар'єрів і прилеглих територій відпрацьованими газами автотранспортного комплексу.

Основний внесок у розв'язання проблеми нормалізації атмосфери кар'єрів внесли такі вчені, як: О.В. Афанасьєв, П.В. Бересневич, Н.З. Битколов, Ю.Г. Вілкул, М.М. Конорев, В.О. Михайлов, В.С. Нікітін, В.М. Ситенков, П.Ч. Чулаков, А.Г. Шапар, М.І. Швидкий, С.С. Філатов, та ін. Вони детально вивчили процеси забруднення кар'єрів відпрацьованими газами технологічного автотранспорту й запропонували ряд засобів і заходів зменшення впливу газових викидів дизельних двигунів на склад атмосфери як у кар'єрі, так і на робочих місцях водіїв автотранспортного обладнання.

Однак запропоновані заходи нейтралізації відпрацьованих газів, на жаль, не знайшли широке застосування на кар'єрній автотехніці, що перебуває в безпосередній експлуатації, через ряд техніко-економічних причин. До того ж відсутні дані про режими виділення шкідливих речовин автотранспортним потоком кар'єру, їхнє розсіювання й кількісну оцінку надходження в атмосферу кар'єру при зміні умов експлуатації. Знаходження комплексу ефективних та економічно доцільних заходів і засобів, що сприяють зниженню впливу викидів автотранспортного комплексу кар'єру на склад атмосфери й визначило основні напрямки наукових досліджень.

У другому розділі розглянуто й визначено вплив кількості й стабільності роботи автотранспорту на процеси пилогазовиделення при виконанні транспортних операцій.

На об'єм викидів шкідливих речовин, що виділяються в кар'єрі при роботі як технологічного, так і допоміжного транспорту, впливає його кількість у певний часовий проміжок. Вивчення цього явища для умов Першотравневого кар'єру ПівнГЗК показало, що кар'єр працює у двох різних режимах: звичайна робоча доба й доба, що передує вибуху. Обробка й аналіз результатів досліджень показали, що кількість великовантажних автосамоскидів, які працюють у кар'єрі, стабільна й перебуває в межах 25...27 машин, але перед проведенням підривних робіт фіксується різке зниження їхньої кількості. Це пов'язано з тим, що великовантажні автосамоскиди й допоміжний транспорт виводяться з кар'єру, також здійснюється вивезення робітників та обслуговуючого персоналу спецавтотранспортом, а ведення виймально-навантажувальних робіт припиняється. Вихід автосамоскидів на лінію й відповідно початок робіт усередині кар'єру відновлюються лише після проходження трьох або більше годин з моменту закінчення проведення підривних робіт. У цей період відбувається провітрювання кар'єру.

Характер зміни кількості допоміжного автотранспорту в кар'єрі протягом двох діб із днем проведення підривних робіт показано на рис. 1. У нічну зміну працює близько 3…5 машин, у денну - 10…15, піки близько 800 і 2000 годин пояснюються перевезенням робітників, які відпрацювали та які заступають у зміну, спеціальними вахтовими машинами. Невеликі збільшення кількості допоміжних автомобілів протягом денних і нічних змін пов'язані з технічним обслуговуванням, а також усуненням несправностей і ліквідацією наслідків аварійної роботи тих або інших систем (зв'язку, енергопостачання, безпеки руху й ін.).

З допоміжних машин варто виділити машини, які використовуються для перевезення щебенів різних фракцій, що застосовується при будівництві й ремонті кар'єрних автодоріг тощо, а також зарядні й забійні машини, які беруть участь у підготовці й проведенні підривних робіт. У такий спосіб допоміжний транспорт вносить істотний вклад у пилогазове навантаження кар'єру, яке необхідно враховувати.

Однак кількість машин, що вийшли на лінію, не дає повного уявлення про інтенсивність роботи транспорту в кар'єрі, оскільки деякі з них протягом зміни сходять з лінії через випадкові відмови. Крім того, не всі машини, через ті чи інші організаційні та технічні причини, виконують планове завдання. Для врахування цих явищ нами було вдосконалено методику ВНДІБПГ з визначення коефіцієнта нестаціонарності роботи транспортного обладнання (Кн), що дало змогу більш точно спрогнозувати викид шкідливих домішок і врахувати його при організації всіх технологічних процесів, зокрема, роботи автотранспорту. Значення Кн запропоновано визначати з відношення:

, (1)

де N - виконана транспортна робота автосамоскидом протягом зміни, т·км; n - транспортна робота згідно з планом за годину, (т·км)/год.; Тk - час зміни, год.

Динаміку зміни Кн при роботі автотранспорту на прикладі Першотравневого кар'єру ПівнГЗК наведено на рис. 2. Було встановлено, що значення коефіцієнтів за весь досліджуваний період стабільно коливаються в межах 0,74...0,86 (мінімальні значення відповідають допоміжному транспорту, максимальні - технологічному).

Встановлено, що коефіцієнт технічної готовності й коефіцієнт випуску автомобілів на лінію, не можуть бути використані для надійної характеристики стабільності роботи автомобілів протягом години, зміни, доби через відсутність можливості обліку сходження машин з лінії й неповного виконання транспортної роботи.

Кількісна оцінка впливу нестаціонарності технологічних процесів на об'єм викидів шкідливих речовин, що виділяються при експлуатації автотранспортного комплексу кар'єру, протягом установленого проміжку часу показала, що в денні зміни частка викидів пилу допоміжним автотранспортом становить близько 30%, у нічні - близько 10%, при цьому в проміжок між змінами (700…900 і 1900…2100) відбувається явний стрибок до 40 % незалежно від того, вранці чи ввечері відбувається перезміна.

За викидами шкідливих газів характер у відмінностях між кар'єрними самоскидами й допоміжним транспортом менш різкий. У денні зміни доби без проведення підривних робіт 85% викидів газів припадає на кар'єрні самоскиди, у нічні зміни ця частка зростає до 95%, у періоди, коли в кар'єрі відбувається перезміна, допоміжний автотранспорт виділяє до 20% газів. Безпосередньо перед вибухом частка кар'єрних самоскидів у забрудненні атмосфери кар'єру газами знижується до 70%. Встановлені абсолютні значення добових викидів наведені в табл. 1.

Таблиця 1 Абсолютні значення добових викидів від роботи автотранспорту в Першотравневому кар'єрі

Вид автотранспорту	Шкідливі викиди
	пил, кг	шкідливі гази, кг
Технологічний (кар'єрні самоскиди)	3543,84	44656,8
Допоміжний	1247,52	5751,84
Сумарні	4791,36	50408,64

У третьому розділі вдосконалено метод визначення значень газових викидів у встановлений проміжок часу з урахуванням специфіки режимів експлуатації, інтенсивності й характеру руху в кар'єрі, установлено закономірності зміни витрати палива як окремим автомобілем, так і транспортним потоком. Теоретично обґрунтовано безпечні відстані між автомобілями в автотранспортному потоці кар'єру з умови мінімізації впливу відпрацьованих газів на водіїв при виконанні транспортних операцій.

Об'єм відпрацьованих газів двигунів внутрішнього згоряння за інших рівних умов, пропорційний кількості витраченого палива. Витрата палива автотранспортним парком кар'єру обчислювалася нами відповідно до методу, запропонованого О.Б. Дьяковим, який був скоригований виходячи зі специфічних умов руху в кар'єрі й частки автомобілів певного типу в транспортному потоці (допоміжні й технологічні автомобілі).

Отже, витрата палива Q окремим автомобілем певної моделі на маршруті з ланок I завдовжки Li і J вершин (проблемні ділянки, перехрестя) складається з питомої витрати палива на цій ділянці й додаткової витрати палива, викликаної зупинками, різними затримками й подоланням проблемних зон.

Загальна витрата палива автотранспортним потоком на ділянці F автодороги кар'єру, складається з витрати палива технологічним QFT і допоміжним транспортом QFД

, л/год. (2)

Витрати палива за видами автотранспорту з урахуванням інтенсивності руху

, л/год; (3)

, л/год, (4)

де qLДi, qLTi - питомі витрати палива при вільному русі для технологічних - Т і допоміжних - Д автомобілів, л/год;

Li - довжина i-ої ділянки, км;

NДi, NТi - кількість автомобілів певного типу на i-ій ланці, шт.;

qххД, qххТ - питомі витрати палива автомобілями певного типу на холостому ходу, л/год;

txxДj, txxТj - час роботи двигуна автомобілів на холостому ходу на j-му перехресті год;

qоД, qоТ - додаткові витрати палива автомобілями при вимушеній зупинці, л/год;

NoДj, NoТj і N3Дj, N3Тj - відповідно число зупинених і затриманих автомобілів певного типу на j-му перехресті, шт.; qЗДj, qЗТj -додаткові витрати палива, викликані затримками автомобілів певного типу на j-му перехресті л/год.

При визначенні динаміки та встановленні залежностей зміни витрати палива автотранспортом кар'єру, що рухається в спільному потоці, доцільно користуватися коефіцієнтом збільшення витрати палива в пікові періоди - КТ, який характеризує підвищення витрати палива при максимальній інтенсивності або утруднених умовах руху на розглянутій ділянці,

, (5)

де Qп - витрати палива автомобілем у пікові періоди, л/год.; Qву - витрата у вільних умовах, л/год.

Через специфіку ведення гірничих робіт, а також неоднозначності виконання транспортних завдань, крім коефіцієнта збільшення витрати палива в пікові періоди, варто враховувати знайдений раніше коефіцієнт нестаціонарності роботи автотранспорту - КН (1). При використанні згаданих коефіцієнтів формула (2) для визначення витрати палива транспортним потоком кар'єру на встановленій ділянці автодороги матиме вигляд

, л/год. (6)

На підставі проведених обчислень із використанням формули (6) визначено абсолютні значення витрат палива автотранспортним парком Першотравневого кар'єру ПівнГЗК (рис. 3). Було встановлено, що загальна витрата палива як окремим автомобілем, так і транспортним потоком змінюється в межах 15...20% залежно від умов експлуатації, специфіки виконуваних транспортних робіт та інтенсивності руху в кар'єрі.

Ґрунтуючись на отриманих значеннях витрати палива автотранспортним потоком кар'єру, визначаємо валовий викид шкідливих газів, зведених до питомого СО г/(м·с) за одиницю часу на встановленій ділянці автодороги. При цьому, коригуючи метод О.Б. Дьякова відносно умов кар'єру, враховуємо кількість речовини, що викидається кожним автомобілем на одиницю шляху і кількість допоміжних і технологічних автомобілів, які проходять цю ділянку у встановлений часовий інтервал.

Рис. 3. Динаміка змін абсолютної витрати палива (л/год.) автотранспортним комплексом кар'єру

Токсична характеристика транспортного потоку залежить від його складу, тобто кількості певного виду автотранспорту, що перебуває на даній ділянці автодороги у встановлений часовий інтервал. Тоді стосовно розглянутих умов валовий викид шкідливих речовин транспортним потоком кар'єру, що складається з допоміжних і технологічних автомобілів, буде дорівнювати

, г/(м·с), (7)

де m - поправковий коефіцієнт, який враховує перерозподіл процентного вмісту СО у відпрацьованих газах (m = 0,1…0,72); QД - середня кількість палива, споживана допоміжним автомобілем на 1км пробігу, л; QТ - середня кількість палива, споживана технологічним автомобілем на 1км пробігу, л; NрД - інтенсивність руху допоміжних автомобілів на встановленій ділянці, од/год.; NРТ - інтенсивність руху технологічних автомобілів на встановленій ділянці, од/год.

Слід зазначити, що частота розташування проблемних ділянок і транспортних вузлів істотно позначається на об'ємі виділень та складі відпрацьованих газів і, як наслідок, на рівні забруднення повітря розглянутих ділянок. Тому викиди умовного СО від автомобіля, який рухається в транспортному потоці одного напрямку за одиницю часу, на ділянці автодороги одиничної довжини, що включає зону регулювання руху і проблемну ділянку, складуть

, г/(м·с), (8)

де qjCO - середнє значення пробігового викиду умовного СО від одного розрахункового автомобіля j - го типу на ділянці, що включає перегін і проблемну зону, г/км; NРj - наведена інтенсивність руху транспортних засобів, од/год.

Для врахування додаткових викидів відпрацьованих газів допоміжним автотранспортом, обумовлених особливостями роботи механічної трансмісії, при переході з вищих ступенів коробки перемикання передач на нижчі, тобто виконання водієм прийому узгодження обертів колінчастого вала двигуна й первинного вала коробки передач, скористаємося методом, запропонованим Л.С. Шафіром. Тоді формула (8). матиме вигляд

, г/(м·с), (9)

де n| - загальна кількість застосування прийому узгодження обертів за час перебування автомобіля на визначеному відрізку, од; нг - коефіцієнт режиму роботи двигуна при різкому натисканні на педаль акселератора; нг - коефіцієнт надлишку повітря при виконанні прийому; знг - миттєва витрата палива двигуна при різкому натисканні на педаль акселератора, л/год.

Отже, метод розрахунку викидів доповнений урахуванням особливостей режимів роботи автотранспортного комплексу кар'єру, а також урахуванням збільшення об'ємів газових викидів допоміжним автотранспортом у моменти переходу з вищих передач на нижчі з використанням водієм прийому вирівнювання обертів колінчастого вала двигуна й первинного вала коробки передач.

При визначенні рівня забруднення повітря автодоріг газовими компонентами й побудові полів концентрацій використовувалася емпірична залежність, запропонована Агентством захисту навколишнього середовища США, до якої внесено зміни, що дозволяють враховувати особливості рельєфу, характер узбічча кар'єрних автодоріг і кількість проблемних ділянок.

Розрахункові концентрації токсичних компонентів у прибортовій зоні кар'єру на краю проїжджої частини за найбільш складних метеоумов наведено в табл. 2 (швидкість вітрового потоку - 0…1 м/с, напрямок вітру - упоперек автодороги).

Таблиця 2 Концентрації токсичних компонентів на краю проїжджої частини

Перевага типу автомобілів у транспортному потоці	Розрахункові концентрації токсичних компонентів ВГ у повітрі на краю автодороги, мг/м3
	Оксид вуглецю	Вуглеводні	Оксиди азоту
Допоміжний транспорт	26, 9-33,5	3, 2-4,0	5, 3-6,3
Змішаний потік	37, 3-42,8	4, 9-5,2	6, 7-8,4
Технологічний транспорт	65, 0-85,8	5, 4-6,9	9, 9-12,0

З таблиці видно, що для всіх видів транспортних засобів концентрації шкідливих речовин перевищують гранично припустимі значення, що вказує на необхідність розробки заходів щодо зниження концентрацій шкідливих газових компонентів при виконанні транспортних робіт автотранспортом, який перебуває в експлуатації. Для цього було проведено комплекс лабораторних досліджень.

У четвертому розділі подано конструкцію лабораторного стенда, описано розроблену методику й систематизовано результати лабораторних досліджень процесу очищення відпрацьованих газів при пропущенні їх через перевізну сипку масу.

Для вивчення питання про доцільність застосування методу зниження концентрацій шкідливих компонентів у відпрацьованих газах шляхом пропущення їх через перевізні сипкі матеріали, застосованого на шведському гірничодобувному підприємстві “Кіруна” і рекомендованого для технологічного транспорту д.т.н. С.С. Філатовим і М.М. Коноревим, було створено лабораторну установку (рис. 4). Необхідність проведення лабораторних досліджень була обумовлена відсутністю вагомих даних про вплив хімії процесу, що проходить усередині сипких матеріалів, відносно їхнього типу й вологості на якість очищення, а також можливості застосування описаного методу на допоміжних автомобілях. Розміри місткості лабораторної установки отримано виходячи з висоти кузова допоміжного автотранспорту кар'єру, а діаметр - з розрахункового об'єму сипкого матеріалу в кузові, що припадає на один циліндр двигуна автомобіля з урахуванням критерію Жаворонкова О.О., який забезпечує неможливість пропуску газів уздовж труби.

Дослідження проводилися для встановлення залежностей зміни якості очищення відпрацьованих газів, відносно висоти шару матеріалу й часу проходження процесу, що стосується сухого й зволоженого щебеню до вагової вологості 5…7%, типових класів крупності, використовуваних у кар'єрах (5…10 мм - 35…55 мм).

Додатково для порівняння й можливого використання пропонованого методу очищення на автосамоскидах, при роботі на дорогах загального користування було також проведено експерименти з деревною стружкою, вугіллям пічним класу крупності 10…50 мм і дрібним ломом чорних металів (стружка).

Обробка результатів здійснювалася за основними показниками токсичності для дизельних двигунів - СО, NО2, СН, 3,4-бенз(а)піреном і сажовими частинками. У результаті досліджень було встановлено залежність зміни коефіцієнта очищення відпрацьованих газів від сажових частинок і шкідливих газових компонентів відносно висоти шару матеріалу й часу проходження процесу при різних режимах роботи двигуна. Максимальний ефект очищення від сажі досягається при висоті шару 1200…1500мм як для зволоженого, так і сухого матеріалу, і становить відповідно 77…83% і 62…65%, а також 32…34% і 16…18% по оксидах азоту (рис. 5). Невеликий вплив на якість проходження процесу роблять збільшення швидкості й температури відпрацьованих газів при варіюванні режимів роботи силової установки й зміна процентного вмісту компонентів у загальному об'ємі виділень.

Також було встановлено, що процес очищення проходить інтенсивно в перші 3…5 хвилин, у наступних 10…20 хвилин процес стабілізується й перебуває на досягнутому рівні, а потім, у період 22…35 хвилин, відносно плавно припиняється. Цього часу достатньо для транспортування вантажу в умовах кар'єру.

Визначено, що, проходячи через завантажуваний матеріал, відпрацьовані гази в основному звільняються від сажі за рахунок інерційного осадження її на стінках фільтраційних каналів, при цьому також відбувається уловлювання газоподібних токсичних компонентів та їхнє адсорбційне зв'язування разом з металевим окисленням горючих компонентів.

Ефективність хімічних реакцій залежить від адсорбційних процесів, мінерального й гранулометричного складу, а головним чином, від вологості завантажуваної маси.

У п'ятому розділі подано результати випробувань розробленої установки для очищення відпрацьованих газів під час перевезення сипких вантажів допоміжним автотранспортом, а також результати промислових досліджень ефективності розроблених заходів щодо зниження впливу викидів автотранспортного комплексу кар'єрів на водіїв та обслуговуючий персонал.

На підставі результатів лабораторних досліджень розглянутого способу скорочення газовиділень було розроблено установку для очищення відпрацьованих газів (рис. 6), що складається з “П”- подібного патрубка, встановленого на передньому й двох бічних бортах кузова. Певна кількість випускних отворів передбачає рівномірний випуск відпрацьованих газів по всьому об'єму перевізного матеріалу, що знаходиться вище від площини установки. Для забезпечення задовільної роботи двигуна у випадку перевищення припустимого протитиску випускною системою, що може бути викликаний дрібним фракційним складом, надлишковою вологістю матеріалу, усадкою сипкої маси при русі та, як наслідок, закупорюванням ведучих каналів, розроблено клапан граничного тиску, що дозволяє за необхідності скидати відпрацьовані гази в атмосферу, минаючи установку.

Промислові випробування установки було проведено на Першотравневому кар'єрі ПівнГЗК, ефективність роботи установки склала: до 25...28% очищення від шкідливих газових компонентів і до 80% від сажових частинок залежно від типу й стану перевізного сипкого матеріалу. Натурно перевірено теоретичні закономірності (розділ 3) поширення газової хмари від автомобіля, що рухається, для визначення безпечних відстаней між транспортними засобами з урахуванням встановленого устаткування, які виключають рух у зонах високих концентрацій.

Визначено, що при русі технологічного автомобіля концентрації шкідливих газів у його газовому шлейфі мають значення, вищі від ГДК до відстані 52…55 м від транспортного засобу по осі руху. Відрізок від 55 до 80 м характеризується падінням концентрацій шкідливих газів до значень фону кар'єру. При русі допоміжного автомобіля можна стверджувати, що процес розсіювання відпрацьованих газів відбувається аналогічно схемі, розглянутій раніше. Однак зменшення об'ємів викиду й відповідно початкових концентрацій істотно відбивається на відстані від джерела, при якій досягається рівень ГДК. Так, безпечна зона (відстань), з погляду зниження негативного впливу шкідливих компонентів відпрацьованих газів на водіїв транспортних засобів, що рухаються за допоміжним автомобілем, починається з 27…28 м, а для подібного автомобіля, обладнаного установкою зниження концентрацій шкідливих компонентів у відпрацьованих газах, безпечна відстань починається з 19…20 м (рис. 7).

Схема розсіювання газової хмари від технологічного автомобіля, що рухається у бік робочої зони та у бік борту кар'єру відносно осьової лінії проїжджої частини автодороги, залежить від характеру рельєфу узбіч. Концентрації шкідливих газів на відстані від осі автодороги до 20 м у бік борту кар'єру перебувають вище від значень ГДК, це обумовлено утворенням застійних зон у районі прилягання автодороги до борту кар'єру, що у свою чергу приводить до неможливості виконання будь яких робіт обслуговуючим або ремонтним персоналом на даній ділянці при русі технологічного транспорту.

Рух допоміжного автомобіля на досліджуваній ділянці автодороги характеризується більш низькими початковими концентраціями шкідливих компонентів у газовій хмарі при більш динамічному процесі розсіювання (рис. 8).

Це обумовлено більш високою швидкістю руху допоміжного автотранспорту й меншим об'ємом газовиділень. Падіння значень концентрацій до рівня ГДК фіксується на відстані 5…6 м як у бік борту кар'єру, так і у бік робочої зони. На відстані близько 15 м у бік борту кар'єру фіксується невелике підвищення рівня концентрацій, і на 19…20 м вони досягають значень ГДК. При проведенні вимірювань у бік робочої зони кар'єру значних підвищень концентрацій на ділянці від 6 до 8 м не було зафіксовано. Проведені дослідження розподілу газової хмари при виконанні транспортних завдань автомобілем, обладнаним пристроєм для зниження концентрацій шкідливих компонентів у відпрацьованих газах дозволяють стверджувати, що більш низький рівень початкових концентрацій при збереженні встановленої швидкості руху сприяє одержанню значень уже на відстані 4…5м. від осі проїжджої частини. Подальше розсіювання газової хмари відбувається досить динамічно, й уже на відстані 10 м від осі проїжджої частини концентрації газів практично досягають значень фону кар'єру. З цього випливає, що використання автомобіля, обладнаного пристроєм зниження концентрацій шкідливих складових у відпрацьованих газах допускає виконання будь-яких робіт на узбіччях автодороги як з боку робочої зони, так і з боку борту кар'єру.

З урахуванням нестаціонарності роботи автотранспортного парку розрахунковий річний економічний ефект за рахунок збільшення продуктивності праці водіїв та обслуговуючого персоналу, у результаті поліпшення санітарно-гігієнічних умов для умов Першотравневого кар'єру ПівнГЗК складе 411,08 тис. грн.

ВИСНОВКИ

Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, в якій вирішено актуальне науково-практичні задачі комплексного зниження шкідливого впливу відпрацьованих газів автотранспорту на склад атмосфери кар'єрів за рахунок встановлення закономірностей для формування оптимальних транспортних потоків та очищення відпрацьованих газів при пропусканні їх через перевізну гірську масу, що сприяє поліпшенню умов праці водіїв і працівників кар'єру.

1. Уперше для визначення пилогазових виділень при експлуатації автотранспорту в кар'єрі пропонується використовувати коефіцієнт нестаціонарності його роботи. Експериментально встановлено, що значення коефіцієнта нестаціонарності роботи автотранспортного обладнання Кн перебувають у межах 0,75…0,85.

2. Встановлено, що інтенсивність пилогазовиділення автомобілів у кар'єрі залежить від дня місяця й часу доби. Максимальні значення зафіксовано в період з 830 до 1200,а саме в період 4…6 год., що передують вибуху, мінімальні - у нічні зміни. Структура викидів у звичайні дні відрізняється від структури викидів у дні проведення підривних робіт у бік збільшення частки викидів від допоміжного автотранспорту з 26% до 32% з пилу та з 11% до 16% зі шкідливих газів від загальної кількості викидів автотранспортом.

3. Визначено абсолютні значення добових викидів, які складають:

- кар'єрними самоскидами по пилу 3543,8 кг, по шкідливих газах - 44656,8 кг;

- допоміжним транспортом по пилу 1247,5 кг, по шкідливих газах - 5751,8 кг.

4. Уперше встановлено закономірності зміни витрати палива окремим автомобілем і транспортним потоком залежно від інтенсивності, характеру й специфіки руху в кар'єрі. Питома витрата палива залежить від ступеня нерівномірності руху й з підвищенням транспортного завантаження збільшується на 15...20% у порівнянні з вільними умовами руху.

5. Удосконалено методику визначення безпечної відстані між транспортними засобами за фактором мінімізації впливу відпрацьованих газів на водіїв та встановлено мінімальні дистанції руху за допоміжним транспортом від 28 м і за кар'єрними автосамоскидами - від 55 м.

6. Уперше в лабораторних умовах установлено закономірності зміни значень ступеня очищення відпрацьованих газів від шкідливих компонентів при пропусканні їх через перевізні сипучі матеріали, залежно від висоти шару й часу проходження процесу. Ефективність очищення відпрацьованих газів при використанні щебенів фракції + 20-35 мм і роботі двигуна з номінальним навантаженням перебуває в межах від 8 до 32% при зволоженому матеріалі, та від 6 до 21% при сухому. При цьому ступінь очищення від сажі може досягати від 62…63% при використанні сухого матеріалу і 77...81% - зволоженого.

7. Визначено фізико-хімічну природу процесу очищення відпрацьованих газів і встановлено, що, проходячи через завантажуваний матеріал, вони в основному звільняються від сажі за рахунок інерційного осадження її на стінках фільтраційних каналів. Крім того, відбувається уловлювання газоподібних токсичних компонентів та їхнє адсорбційне зв'язування, а також металеве окислення горючих компонентів.

8. Розроблено й випробувано конструкцію пристрою для зниження концентрацій відпрацьованих газів автомобілів, обладнаних атмосферним дизельним двигуном, яка використовує принцип їхнього пропускання через перевізну сипку масу з ефективністю, що досягається в промислових умовах, очищення від шкідливих газових компонентів 25...28% та від сажових часток до 80% залежно від типу перевізного сипкого матеріалу.

9. Обґрунтовано для умов кар'єрів безпечні відстані за газовим фактором між технологічним і допоміжним автотранспортом, що забезпечують рух потоку з мінімальним скупченням хмар відпрацьованих газів з підвищеним вмістом шкідливих компонентів, які становлять:

- при русі за технологічним автотранспортом вантажопідйомністю 120…130 т на горизонтальній ділянці автодороги не менш 52…55 м;

- при русі за допоміжним автомобілем, не обладнаним пристроєм зниження концентрацій шкідливих газів, на горизонтальній ділянці автодороги не менш 27…28 м;

- при русі за допоміжним автомобілем, обладнаним пристроєм зниження концентрацій шкідливих газів, на горизонтальній ділянці автодороги не менш 19…20 м.

10. Використання розроблених заходів дозволяє одержати, крім соціального, передбачуваний економічний ефект у розмірі 411,08 тис. грн на рік за рахунок поліпшення умов праці водіїв автотранспортного комплексу в умовах Першотравневого кар'єру ПівнГЗК.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Бересневич П.В., Веснин А.В. Очистка отработавших газов дизельного двигателя автосамосвала при транспортировке сыпучих материалов: Сб. научн. трудов НГА Украины. - 2001. - № 12, Том 2.- С. 227 - 230.

2. Бересневич П.В., Мовчан В.В., Веснин А.В. Исследование процесса поглощения выхлопных газов сыпучим материалом // Вісник Криворізького технічного університету: Зб. науков. пр. - Кривий Ріг:- КТУ, 2005. - Вип. №7.- С. 205-208.

3. Гирин В.С., Жуков С.А., Разкевич Ф.С., Веснин А.В. Экологическая оценка автомобилизации в социально-экономической системе страны // Разработка рудных месторождений - Кривой Рог: КТУ, 2005. - Вып. № 88. - С. 257 - 259.

4. Бересневич П.В., Монастырский Ю.А., Веснин А.В. Определение стабильности работы автотранспорта для прогнозирования пылегазовыделения в карьере // Научное обеспечение развития горнорудных предприятий на современном этапе: Сб. научн. тр. - Кривой Рог: ГП “НИГРИ”, 2006. - С. 67-74.

5. Веснін А.В., Зирянова О.А. До питання нейтралізації шкідливих речовин у випускній системі автомобілів // Сталий розвиток гірничо-металургійної промисловості -2006: Міжнародна науково-технічна конференція. - Кривий Ріг: КТУ.- С.125 - 132.

6. Бересневич П.В., Монастырский Ю.А., Веснин А.В. Определение объемов пылегазовыделения автотранспортного комплекса карьера с учетом нестационарности его эксплуатации // Разработка рудных месторождений. - 2007. Вып. № 91. - С.228 - 232.

Размещено на Allbest.ru

...