Підвищення ефективності знепилювання автомобільних доріг у кар’єрах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Криворізький технічний університет

Нестеренко Оксана Володимирівна

УДК 622.807.622.684

Підвищення ефективності знепилювання автомобільних доріг у кар'єрах

05.26.01 - охорона праці

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Кривий Ріг - 2008р.

Дисертацією є рукопис

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

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Лапшин Олександр Єгорович, Криворізький технічний університет, професор кафедри рудникової аерології та охорони праці.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Бересневич Петро Васильович, Криворізький технічний університет, професор кафедри теплогазоводопостачання, водовідведення і вентиляції;

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Тищук Володимир Юрійович, ДП “Науково-дослідний інститут безпеки праці та екології в гірничорудній і металургійній промисловості” (м. Кривий Ріг), завідувач лабораторії промислової екології.

Захист дисертації відбудеться “15” лютого 2008 р. об 11.00 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 “14” січня 2008 р.

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

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Інтенсивний розвиток металургійної промисловості України стимулює зростання видобутку залізної руди відкритим способом, що вимагає для її перевезення велику кількість автомобілів. При цьому в кар'єрах понад 90 % гірської маси перевозиться автотранспортом по дорогах, матеріалом для яких є щебінь, що містить пиловидні частинки в кількості 7-10 %.

Рух автомобілів по дорогах у кар'єрах супроводжується виділенням пилу в результаті перетирання просипів і наносів, здрібнювання щебеню у верхньому шарі полотна дороги. Тому перевезення вантажів автодорогами в кар'єрах є постійним джерелом забруднення атмосфери пилом з інтенсивністю понад 600 мг/м3. При цьому концентрація пилу в повітрі автодоріг у середньому становить понад 5 мг/м3.

Аналіз пиловиділень свідчить, що в повітрі перебуває до 35-80 % частинок розміром менше 10 мкм, і тому серед працівників кар'єрів, які мають захворювання на пиловий бронхіт, значну частину складають водії транспортних машин.

Висока концентрація пилу в повітрі кар'єрів при неефективному знепилюванні та великій інтенсивності руху автомобілів зменшує пропускну здатність кар'єрних автодоріг і продуктивність автотранспорту, шкідливо впливає не тільки на здоров'я працівників, але й на навколишнє середовище.

Зростання видобутку залізної руди пов'язане з поглибленням гірничих робіт, супроводжуваним зниженням інтенсивності повітрообмінних процесів у кар'єрах, що підвищує вимоги до джерел пиловиділення.

Висока вартість ефективних засобів боротьби з пилом, у яких використовуються відходи нафтохімії, виробництва целюлози, солі хлоридів та ін., або їх відсутність призвели до того, що для знепилювання доріг у кар'єрах широко застосовують технічну воду. Однак використання води як основного засобу не дозволяє отримати тривале й стійке зниження концентрації пилу в повітрі до санітарних норм, особливо в сухий і теплий період року, а збільшення частоти змочування призводить до руйнування полотна дороги та погіршення безпеки руху автотранспорту.

Виходячи з цього, розв'язання питання підвищення ефективності знепилювання на автомобільних дорогах у кар'єрах як складової частини національної програми поліпшення стану повітряного середовища на виробництві є актуальним науково-технічним завданням, що вимагає розширення наукових досліджень.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Напрямок досліджень відповідає постанові Кабінету Міністрів України від 10.10.2001 № 1320 “Про затвердження Національної програми поліпшення стану безпеки, гігієни праці та виробничого середовища на 2001-2005 роки” і напрямкам роботи кафедри рудникової аерології й охорони праці Криворізького технічного університету “Розробка й впровадження у виробництво технології знепилювання автодоріг з використанням бішофіту в умовах кар'єру ІнГЗК”, № 5-428-02; “Розробка й дослідження технології боротьби з пилом при пересуванні транспорту в кар'єрі ВАТ “АрселорМіттал Кривий Ріг”, № 5-441-03, у яких автор брала участь як виконавець.

Мета й завдання досліджень. Метою досліджень є зниження виділення пилу в атмосферу при перевезенні гірської маси по автодорогах у кар'єрах до нормативних величин з використанням розчину природного бішофіту.

Для досягнення поставленої мети необхідно розв'язати такі завдання:

1. Дослідити ефективність існуючих засобів знепилювання автомобільних доріг та обґрунтувати вибір оптимальної пилозв'язуючої речовини з числа розчинів солей хлоридів.

2. Визначити оптимальні величини параметрів розчину бішофіту, які забезпечують стійке зв'язування пилу й дослідити оптимальні умови знепилювання автомобільних доріг у кар'єрах.

3. Розробити структуру щебеневого полотна автодороги, що забезпечує достатнє зволоження його розчином природного бішофіту.

4. Розробити технологію знепилювання автодоріг у кар'єрах шляхом використання розчину природного бішофіту й визначити її ефективність.

Об'єкт дослідження: процеси виділення і розповсюдження пилу при транспортуванні гірської маси по автодорогах у кар'єрах.

Предмет дослідження: взаємодія пилу, що перебуває в щебеневому шарі автодоріг у кар'єрах, з водним розчином природного бішофіту.

Методи дослідження. При розв'язанні поставлених завдань використовувався комплексний метод, який містить аналіз літературних джерел, методи теоретичних узагальнень з адгезії й аутогезії дисперсних систем, аерогазодинаміки, фізичного моделювання, а також лабораторні й промислові дослідження з використанням загальноприйнятих методик.

Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій підтверджуються використанням теоретичного аналізу при постановці й розв'язанні завдань; коректністю гіпотез; достатнім обсягом проведених експериментів, які відповідають критеріям математичної статистики з використанням атестованого устаткування й приладів; збіжністю результатів теоретичних й експериментальних досліджень з похибкою в межах 15-20 %.

Ідея роботи полягає у використанні сил аутогезії, утворених розчином природного бішофіту на поверхні пиловидних частинок для їх зв'язування в щебеневому покритті автодоріг.

Наукові положення, які виносяться на захист.

1. Зміна міцності зв'язків між частинками пилу, змоченими розчином природного бішофіту, підлягає лінійному закону; стійке злипання за рахунок капілярних сил забезпечується при вмісті розчину в пилові від 14 до 16 %.

2. Зменшення до санітарних норм концентрації пилу в повітрі на автодорогах у рудних кар'єрах, зволожених розчином бішофіту, описується експонентною залежністю й обмежене в часі 10-15 добами.

Наукова новизна отриманих результатів досліджень.

1. Теоретично встановлено, що виділення пилу під час руху автомобілів знижується при збільшенні сил аутогезії в сипкому матеріалі шару полотна автодороги.

2. Уперше визначено, що зв'язування мінерального пилу в щебеневому шарі тільки технічною водою з рН > 7,5-8,5 знижується за рахунок її лужності.

3. Установлено, що зволоження щебеневої поверхні автодороги розчином природного бішофіту питомою щільністю понад 1170 кг/м3 і його об'ємним вмістом 14-16 % підвищує капілярні сили аутогезії.

4. Установлено, що інтенсивність випаровування розчину природного бішофіту з поверхневого шару автодороги як мінімум у 10 разів нижча, ніж води, що забезпечує тривале перебування полотна автодороги у вологому стані (до 10-15 діб).

Наукове значення отриманих результатів полягає в установленні закономірностей взаємодії рудникового пилу з водним розчином природного бішофіту й тривалості його зв'язуючої дії при зволоженні ним полотна автодороги в кар'єрах.

Практичне значення отриманих результатів:

- розроблено рекомендації з використання коливань добової температури навколишнього атмосферного середовища для підвищення ефективності зв'язування частинок пилу в шарі зносу полотна автодороги розчином природного бішофіту;

- розроблено й упроваджено технологію знепилювання автодоріг у кар'єрах розчином природного бішофіту, що дозволяє знизити до ГДК вміст пилу в повітрі під час руху автомобілів;

- розроблено “Керівництво зі зниження пиловиділень при пересуванні транспортних машин на кар'єрних дорогах шляхом обробки їх водним розчином бішофіту”, затверджене ДАК “Укррудпром” (2001 р.).

Реалізація роботи. Спосіб попередження виділення пилу й технологія обробки розчином природного бішофіту прикар'єрних і внутрішньокар'єрних автодоріг при перевезеннях гірської маси впроваджено в підрозділах ДАК “Укррудпром” і ВАТ “Інгулецький гірничо-збагачувальний комбінат”. Цей спосіб та технологія випробувані в промислових умовах з позитивним результатом і рекомендовані для використання в кар'єрі ГЗК компанії “АрселорМіттал Кривий Ріг”.

Особистий внесок здобувача. Автор самостійно сформулювала ідею й мету роботи, визначила шляхи й методи їхнього розв'язання, сформулювала наукові положення й висновки за отриманими результатами досліджень. У наукових працях, опублікованих у співавторстві, особистий внесок автора полягає у тому, що: за результатами теоретичного аналізу зроблено висновок про можливість вдосконалення гідрознепилювання автодоріг зі щебеневим покриттям шляхом використання фізичних і хімічних властивостей розчину природного бішофіту для зв'язування пилоподібних частинок у складі щебеневої суміші [2, 4]; запропоновано використовувати кар'єрну воду для модифікації поверхні мінерального пилу і щебеню [4]; розроблено метод розрахунку мінімальної початкової швидкості вітру при відриві пилу в умовах її адгезії й аутогезії [5]; обґрунтовано параметри шару зносу полотна дороги, які забезпечують капілярне підняття вологи з нижніх шарів дорожнього одягу [7]; сформульовано й описано спосіб обробки розчином бішофіту щебеневої суміші на автодорогах [6, 8].

Апробація результатів досліджень. Основні положення та окремі результати роботи доповідалися й отримали схвалення на VI Міжнародній науково-практичній конференції “Наука і освіта 2003” (Дніпропетровськ - Донецьк, січень 2003 р.); Міжнародній науково-практичній конференції “Україна наукова 2003” (Дніпропетровськ - Запоріжжя, червень 2003 р.); науково-технічній конференції “Проблеми розвитку Криворізького залізорудного басейну” (Кривий Ріг, 2002 р.); Міжнародній науково-технічній конференції “Сталий розвиток гірничо-металургійної промисловості” (Кривий Ріг, 2004-2006 рр.); IV Міжнародному симпозіумі “Якість металургійної сировини” (Крим, Партеніт, 2005 р.).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 8 наукових статей, з яких 7 - у фахових виданнях, 1 - за результатами наукової конференції, а також отримано деклараційний патент України на винахід.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел зі 117 найменувань, містить 41 рисунок, 24 таблиці, 8 додатків і викладена на 166 сторінках, основний зміст викладено на 129 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету, ідею та завдання дослідження, визначено наукову новизну та практичну цінність одержаних результатів, наведено наукові положення, що виносяться на захист, а також дані щодо апробації та публікації результатів досліджень.

У першому розділі зроблено аналітичний огляд досліджень ефективності способів і засобів знепилювання на автомобільних дорогах в кар'єрах.

Питанню зниження викидів пилу з поверхні автомобільних доріг присвячено праці вчених В. П. Бересневича, А. О. Гуріна, К. М. Жасімова, І. І. Іванова, О. Н. Купіна, О. Є. Лапшина, В. А. Михайлова, Ю. Н. Назарової, В. С. Нікітіна, В. Ю. Тищука, Н. З. Ушакова, П. Ч. Чулакова та ін.

Висока вартість основних засобів знепилювання при перевезенні гірської маси по автодорогах у кар'єрах, у яких використовуються відходи нафтохімії, виробництва целюлози та інше, призвела до ускладнення заходів з поліпшення умов праці на відкритих роботах.

Економічно доцільними засобами знепилювання автодоріг є водні розчини солей хлоридів, а також бітуми, але недостатня дослідженість взаємодії таких розчинів з пиловидними частками стає перешкодою для їх застосування.

Указані обставини призвели до того, що на автодорогах у якості основної пилозв'язуючої речовини використовується вода, ефективність дії якої обмежується 0,5-1,5 год. в умовах теплого періоду року.

Таким чином, складова частина національної програми поліпшення стану повітряного середовища, пов'язана з проблемами розв'язання питання підвищення ефективності знепилювання автомобільних доріг у кар'єрах, є актуальним науково-технічним завданням, що вимагає розширення наукових досліджень.

Отже, на підставі проведеного аналізу було сформульовано тему дисертаційної роботи й визначено завдання досліджень.

У другому розділі наведено результати досліджень ефективності знепилювання автомобільних доріг, стану забруднення повітря на автодорогах у кар'єрах та щодо вибору речовин і складу розчинів хлоридів для зв'язування пилу безпосередньо в щебеневому шарі полотна дороги.

Результати вимірювання концентрації пилу в повітрі навколо доріг кар'єрів свідчать про те, що при застосуванні води для зв'язування пилу при температурі повітря 20-35 °С і більше вона через 1,5-3 год. досягає 5-8 мг/м3, що як мінімум у 2,5-4 рази перевищує ГДК. Аналіз вимірювань показує: у складі пилу міститься до 30-80 % частинок розміром менше 10 мкм, що призводить до захворювання пиловим бронхітом водіїв автомобілів у кар'єрах.

До перспективних пилозв'язувуючих речовин належать водні розчини солей хлоридів, які за рахунок великої поверхневої енергії натягу рідини здатні створювати умови для зв'язування пилу безпосередньо в щебеневій суміші полотна автомобільної дороги.

На підставі аналізу фізичних та експлуатаційних властивостей водних розчинів солей хлоридів і умов безпеки їх застосування сформульовано вимоги для їх ефективного використання, серед яких основні такі: радіус катіона солі має бути мінімальним; температура втрати кристалічної води повинна перевищувати екстремальне значення температури навколишнього середовища або наближатися до неї; солі повинні мати мінімальну розчинність у воді, а сам розчин повинен бути неагресивним до живої та неживої природи, пожежобезпечним та економічно обґрунтованим.

До солей, придатних для приготування водних розчинів, які можуть застосуватись як пилозв'язувачі, належать CaCl2 та MgCl2. У табл. 1 наведено порівняння їхніх основних фізичних властивостей та експлуатаційних показників.

Таблиця 1. Основні фізичні властивості солей та експлуатаційні показники їх розчинів

ПоказникиСолі	Радіус катіона, 1·10-7, м	Температура кристалізації, ?С	Розчини солей
			Розчинність у воді при t=20 ?С, кг/кг	Максимальна густина розчину, кг/м3	Агресія розчину	Пожежонебезпечність
MgCl2	0,78	111,7	0,536	1560	ні	ні
CaCl2,	1,06	45,3	0,545	1680	так	ні

Основною особливістю кристалів магнію є їхнє існування в аморфному стані, що поряд з іншим створює умови для підтримання щебеневої суміші у зволоженому стані при екстремальних температурних режимах навколишнього середовища і цим гарантує тривале зберігання пилу, з'єднаного в агрегати.

Розчин природного бішофіту (MgCl2·6Н2О) існує як багатокомпонентний продукт промислового видобування шляхом розчинення підземних покладів солей Полтавського родовища. У своєму складі, поряд з іншими солями, він має 24 % MgCl2, не більше 5 % NaCl і відповідає всім перерахованим вимогам та санітарним нормам.

Однак умови взаємодії мінерального пилу з розчином природного бішофіту промислового видобування та його фізичні властивості, які впливають на ефективність зв'язування пилу в агрегати, вивчені недостатньо.

У третьому розділі наведено результати досліджень параметрів дорожнього покриття та ефективності його зволожування розчином природного бішофіту.

Зв'язування пилу на автодорозі з нежорстким покриттям за допомогою рідини можливе за двох обставин: за рахунок капілярної адгезії пилу на полотні дороги або аутогезії безпосередньо в щебеневій суміші шару зносу доріг, - та оцінюється швидкістю повітря, при якій частинки пилу відриваються від поверхні або масиву.

При капілярній адгезії критична швидкість, при якій відбувається відрив пилинки від поверхні дороги, визначається за формулою

, (1)

де - сила адгезії частин пилу, Н;

- коефіцієнт впливу pH рідини на адгезію;

- коефіцієнт поверхового натягу рідини, Н/м;

- коефіцієнти, які визначають вплив рідини на рух частинок пилу;

R - радіус частинок пилу, м;

- густина повітря й рідини відповідно, кг/м3;

g - прискорення вільного падіння, м/с2;

- коефіцієнти лобового опору пилинки.

При капілярній аутогезії критична швидкість повітря відриву частинок пилу від маси в суміші визначається за формулою

, (2)

де та - коефіцієнти, які характеризують шари пилу неправильної форми, встановлені А. Д. Зимоном;

- густина частинок пилу, кг/м3;

W - об'ємна насиченість рідини в суміші, %;

- коефіцієнт, що залежить від форми частинок пилу, який визначався методом рознімних циліндрів і дорівнює: для пилу з граніту, кварцитів , для кристалічних сланців - .

Оптимальним є закріплення пилу в шарі зносу полотна дороги за рахунок сил аутогезії, яка здійснюється в умовах, коли в складі щебеневої суміші утворюються капіляри з накопиченою в них вологою (рис. 1).

Рис. 1. Залежність початкової швидкості відриву частинок від її розмірів: І - при аутогезії пилу; ІІ - при адгезії пилу

Виходячи з гексагонального укладання частинок середовища, сформовано модель шару полотна дороги до складу якої послідовно входять скелетні зерна щебеню з міцних скельних порід розміром від 3 до 10 мм, які заклинюються кам'яним дріб'язком 0,5-2 мм. Для утворення монолітного капіляропористого середовища пустий простір між зернами заповнюється пилоподібними частинками розміром до 0,25 мм. Залишки пустотного проміжку між цими частинками служать капілярами, через які здійснюється міграція бішофіту з нижніх шарів дорожнього покриття у верхні.

Випаровування вологи з розчину природного бішофіту, який заповнює щебеневу суміш, здійснюється через капіляри з інтенсивністю

, (3)

де - тиск пари над розчином бішофіту, який визначається з першого закону Рауля, Па;

W - вміст бішофіту в частинках об'єму суміші, %;

dc - середній діаметр пиловидних частинок, м;

- відносна вологість повітря над розчином;

- швидкість повітря над дорогою, м/с;

- коефіцієнт, який характеризує динаміку швидкості повітря, для помірного вітру с/м.

Вивчення інтенсивності випаровування вологи із суміші пиловидних частинок розміром до 0,25 мм, насиченої розчином природного бішофіту об'ємом до 14 %, проводилось у лабораторних умовах. Вимірювання зміни маси бішофіту здійснювалось ваговим методом з точністю до 0,1 мг протягом 27 діб. При цьому стан атмосфери характеризувався: t = 20 ?C, ?0 = 0,7, Pa = 950-1000 Па. Розбіжність з теоретичними результатами становить 23 % і пояснюється багатокомпонентним складом солей у розчині.

Установлено, що ступінь насиченості сипкої суміші пилоподібних частинок розчином бішофіту мало впливає на інтенсивність випаровування вологи і при однакових умовах на порядок менший від води, а час випаровування збільшується в 6-10 разів (рис. 2).

а) б)

Рис. 2. Залежність інтенсивності (а) та часу (б) випаровування вологи зі щебеневої суміші від вмісту рідини та швидкості повітря: 1 - розчин природного бішофіту; 2 - вода

У четвертому розділі розв'язано питання параметрів змочування часток пилу та зерен щебеню в суміші полотна автодороги розчином природного бішофіту, пов'язані з температурою середовища і такими його фізичними характеристиками, як крайовий кут змочування та коефіцієнт поверхневого натягу.

Крайовий кут змочування природного бішофіту вивчався проекційним методом на оптичній лавці. Установлено, що при t = 20 ?C та густині розчину в межах до 1260 кг/м3 крайовий кут змінюється в бік збільшення і для густини 1260 кг/м3 становить 88?, що наближає його до рідини, яка не здатна швидко змочувати мінеральний пил на полотні дороги.

Визначення коефіцієнта поверхневого натягу розчину природного бішофіту здійснювалося сталагмометричним методом при t = 20 ?C. Виявлено, що зі збільшенням густини розчину до 1260 кг/м3 величина коефіцієнта збільшується до 0,085 Н/м, що вказує на велику, порівняно з водою, поверхневу енергію, яка здатна забезпечити капілярну аутогезію пилу. Однак велика енергія поверхневого натягу розчину є перешкодою для швидкого змочування щебеню в шарі полотна дороги, разом з тим використання для модифікації поверхні частинок пилу технічної води дозволяє у 8-10 разів збільшити швидкість фільтрації бішофіту в щебеневу суміш.

Виходячи з гексагональної моделі укладання щебеню, теоретично встановлено, що між частинками діаметром 0,25 мм утворюється пустий простір, який становить 15-22 % від усього об'єму щебеневої суміші й частково заповнюється рідиною.

Ступінь насиченості щебеневої суміші розчином бішофіту вивчався шляхом вимірювання сил аутогезії пилу методом рознімних циліндрів. Визначено, що при t = 20 ?С та густині природного бішофіту 1170-1260 кг/м3 оптимальна насиченість складає 14-16 % (рис. 3).

санітарний волога щебеневий запиленість



Рис. 3. Зміна сил аутогезії пилу від питомої густини бішофіту при t = 20 °С

Однак при підвищенні температури до 30-40 ?С капілярна складова сили аутогезії зменшується на 10-15 % за функціональною залежністю

, (4)

де - поточне значення сили аутогезії в шарі зносу дороги, Н;

Fау - максимальна стійка сила аутогезії, Н;

- безрозмірний коефіцієнт; - відповідно поточна та кінцева густина розчину природного бішофіту, кг/м3.

Коефіцієнт кореляції становить 0,7-0,9.

Установлено, що мінімальна величина сил аутогезії суміші пиловидних частинок, змоченої розчином бішофіту, є величиною сталою й у 30-50 разів перевищує сили аутогезії сухого пилу, і в межах насиченості пиловидної суміші фракції, меншої від 0,25 мм, розчином природного бішофіту W = 14-16 % виділення пилу визначаються їх інтенсивністю

, (5)

де А = 33 - 64 - інтенсивність виділення пилу з дороги під час її змочування, мг/с;

V - швидкість повітря, м/с.

Кореляційне відношення становить 0,6-0,8.

Лабораторні дослідження свідчать, що початкова швидкість підйому й критична швидкість масового виділення пилу при змочуванні суміші фракції до 0,25 мм розчином бішофіту у 2-5 разів вищі, ніж водою (рис. 4), і збільшуються з підвищенням швидкості повітря.

Рис. 4. Залежність інтенсивності здування пилу в моделі від швидкості повітря: 1 - сухий пил; 2 - пил, змочений питною водою (W = 14 %); 3, 4, 5 - пил, оброблений бішофітом (W = 12 %, W = 16 %, W = 20 %)

Теоретичними та лабораторними дослідженнями встановлено, що загальні добові питомі витрати розчину природного бішофіту при одноразовому змочуванні полотна дороги в умовах перепаду температури повітря від 12 ?С до 31 ?С становлять 1,7-2,5 л/м2.

При цьому для зниження виділення пилу зі щебеневої суміші до мінімальних величин її змочування раціонально здійснювати в два етапи: на першому етапі витрати розчину бішофіту повинні становити 70 % від загальної добової потреби й здійснюватись при високій денній температурі, що сприяє поліпшенню насиченості капілярної води солями з розчину, а на другому етапі - 30 % від добових витрат при низький температурі, яка поліпшує адсорбцію солей на поверхню пилинок. Усе це сприяє максимальному насиченню пустого простору між пилинками солями розчину природного бішофіту.

У п'ятому розділі проведено перевірку отриманих результатів досліджень і зроблених на їх підставі методичних рекомендацій у вигляді технології знепилювання автомобільних доріг з нежорстким покриттям.

Дослідно-промислові випробування проводили в умовах кар'єрів ВАТ “ІнГЗК” та “АрселорМіттал Кривий Ріг”.

Як матеріал для побудови поверхневого шару використовувалися відходи магнітної сепарації або виробництва щебеню, які за міцністю відповідають вимогам ДСТУ та мають у своєму складі всі фракції подрібнення до -10 мм, а серед них - до 7-10 % пиловидних частинок розміром до 0,25 мм, що створює умови для утворення капіляропористого середовища після змочування полотна дороги.

Попереднє зволоження полотна автодороги здійснювалось водою з підземних джерел кар'єру.

Для зв'язування пилу в щебеневій суміші полотна автодороги використовували розчин природного бішофіту промислового видобування густиною 1240-1250 кг/м3.

Спочатку визначалася ефективність знепилювання на непідготовленій ділянці дороги, довжина якої складала 400 м. Після попереднього зволоження дороги водою та 20-25-хвилинної перерви було зроблено одноразове змочування розчином природного бішофіту з питомою витратою 0,8-1,5 л/м2. Максимальна денна температура становила 30-31 ?С, вологість - 63 %, а швидкість повітря - 1,2-1,4 м/с. Інтенсивність руху складала 20-40 автомобілів на годину.

Ефективність знепилювання становила лише 2,5 доби, що підтвердило думку про неефективність знепилювання доріг з непідготовленим щебеневим покриттям за допомогою розчину природного бішофіту.

Для випробовування технології знепилювання підготовленої дороги в умовах високої температури було вибрано ділянку завдовжки 700м, яку було очищено від просипів та грязі, а ямки засипалися щебенем.

Для відновлення поверхневого шару використовувалися відходи сухої магнітної сепарації (мігматити). Попереднє змочування шару зносу здійснювалося технічною водою (2,0-2,5 л/м2), а після перерви (15-20 хв.) - розчином природного бішофіту густиною 1240-1250 кг/м3 і витратою 1,5-1,7 л/м2.

Атмосферні умови у процесі експерименту були такими: температура повітря - 31-34°С, його відносна вологість - 65 %, швидкість - 1,4-1,6 м/с.

Повторне змочування бішофітом полотна дороги здійснювалося в нічні години при температурі повітря 14-15°С з витратою 0,4-0,6 л/м2.

Вимірювання концентрації пилу в повітрі при інтенсивності руху 40-60 автомобілів на годину засвідчили, що його ефективне зв'язування тривало протягом 7 діб і було перерване дощем. Але незважаючи на ці обставини, знепилювання дороги тривало після закінчення дощу ще дві доби і полотно не було розмите дощовою водою, у той час, як це відбувалося на необроблених бішофітом ділянках дороги.

Випробовування технології знепилювання дороги в умовах помірної температури із застосуванням відходів сухого магнітного збагачення, поданих кристалічними сланцями, відбувалося на дорозі кар'єру НКГЗК “АрселорМіттал Кривий Ріг” на ділянці завдовжки 650-700 м.

Ремонтно-поновлювальні роботи та змочування полотна дороги були аналогічними, як у попередньому експерименті, але характеристики стану атмосфери були інші: температура повітря - 18-25 °С, відносна вологість - 70-79 %, а швидкість повітря - 1,35-1,82 м/с.

Експлуатація дороги здійснювалася з інтенсивністю руху 30-40 автомобілів на годину і після 3-ї години наступної доби полотно дороги було повторно змочене розчином природного бішофіту з витратою 0,8-1,0 л/м2.

Математична обробка результатів випробувань у промислових умовах дозволила отримати функціональну залежність у вигляді

, (6)

де = 0,14 - виділення пилу з полотна дороги під час її обробки розчином бішофіту, мг/м3;

- величина, яка враховує температурний фактор залежно від часу дії, год.-1;

- час передбачуваної знепилюючої дії розчину природного бішофіту, год. Кореляційне відношення залежності перебуває в межах 0,8-0,9.

У цілому промислові дослідження знепилювання автомобільних доріг з нежорстким покриттям розчином природного бішофіту за розробленою технологією, захищеною патентом України, засвідчили високу ефективність зв'язування пилу безпосередньо в полотні дороги протягом 10-15 діб (табл. 2).

Таблиця 2. Результати промислових досліджень ефективності знепилювання щебеневих технологічних доріг у кар'єрах розчином природного бішофіту

Місце розташування автодороги, горизонт	Інтенсивність руху, автомобіль/год.	Температура, 0С	Відносна вологість повітря, %	Швидкість повітря, м\с	Середньозважена концентрація пилу в повітрі до обробки, мг/м3	Одноразові добові витрати бішофіту, кг/м2	Кінцева середньозважена концентрація пилу в повітрі, мг/м3	Час дії знепилювання, діб	Ефективність, %
-225 м	20	12	68	2,1	3,8	Денні витрати - 1,5-1,7; нічні витрати - 0,5-0,7	1,75	15	92,6
-270 м	48	22	69	1,2-1,4	4,80		1,93	11	93,5
-210 м	25	24	70	2,2-2,3	3,20		1,60	12	93,1
-105 м	30	9	75	1,9-2,1	4,05		1,50	10	94,6
-180 м	45	8	73	1,7-2,0	2,45		1,82	13	93,9
-135 м	35	8	74	1,6-1,8	3,10		1,71	15	95,8
-165 м	40	10	76	1,3-1,6	4,40		1,73	13	95,7
-270 м	50	10	77	1,2-1,5	3,70		1,84	12	95,9
-60 м	60	25	63	1,2-1,5	3,85		1,61	10	95,8
-150 м	40	25	63	1,1-1,3	3,95		1,72	12	95,4

ВИСНОВКИ

Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою, в якій подано нове розв'язання наукового завдання, яке полягає у підвищенні ефективності знепилювання автомобільних доріг у кар'єрах та базується на встановлених закономірностях взаємодії пилу з розчином природного бішофіту, що стало основою для розробки ефективної технології знепилювання автодоріг та дозволило знизити концентрацію пилу в атмосфері до нормативних величин протягом тривалого часу.

Основні наукові й практичні результати і рекомендації полягають у тому, що:

1. Установлено, що концентрація пилу в атмосфері при перевезенні гірської маси автомобільними дорогами в кар'єрах у більшості випадків перевищує ГДК у зв'язку з невисокою ефективністю існуючих засобів знепилювання та через нетривалість їхньої дії, що призводить до професійних захворювань водіїв на пиловий бронхіт.

2. Розроблено фізичну модель зв'язування пилу розчином природного бішофіту з урахуванням властивостей твердих частинок і рідини, реалізація якої дозволяє в 4-5 разів підвищити аутогезійні сили зчеплення частинок та опору руйнування фізичними навантаженнями.

3. Рекомендовано фракційний склад щебеневої суміші полотна автодороги, який при змочуванні його розчином бішофіту утворює зцементований і зволожений шар, що зменшує пиловиділення до 15 діб при інтенсивності руху до 50 автомобілів на годину.

4. Установлено оптимальні величини параметрів бішофіту, що забезпечують стійке зчеплення пилу в щебеневому шарі полотна автодороги. Так, концентрація розчину бішофіту становить 1170-1260 кг/м3; об'ємний вміст у щебеневій суміші - 14-16 %; питома витрата - 2,2-2,5 л/м2.

5. Визначено інтервали між періодами змочування полотна автодороги бішофітом з урахуванням температури повітря, погодних умов, інтенсивності руху транспорту. Так, для екстремальних погодних і технічних умов (температура повітря - 30-35?С, інтенсивність руху - 40-50 автомобілів на годину), інтервал між періодами змочування становить 10-15 діб.

6. Розроблено технологію знепилювання автодоріг із застосуванням розчину бішофіту, яка передбачає відновлення зруйнованого шару зносу полотна, попереднє зволоження його водою та наступну дворазову обробку бішофітом протягом доби: 70 % його загальних витрат при максимальній та 30 % при мінімальній температурі повітря.

7. Застосування технології знепилювання автомобільних доріг у рудних кар'єрах з використанням розчину природного бішофіту дозволяє знизити концентрацію пилу в повітрі на робочих місцях водіїв автомобілів до ГДК (2 мг/м3) протягом 10-15 діб та одержати економічний ефект за рахунок скорочення транспортних витрат 230 тис. грн. на рік.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Нестеренко О. В. Образование и распределение пыли на автодорогах в карьерах // Горный информационно-аналитический бюллетень “Аэрология и охрана труда”. - М.: МГУ, 2000. - № 7. - С. 93-94.

2. Лапшин А. Е., Назаренко В. Н., Гацкий А. И., Нестеренко О. В. Эффективность обеспыливания автомобильных дорог в рудных карьерах // Разработка рудных месторождений: Республиканский межведомственный научно-технический сборник. - Вып. 74. - Кривой Рог: КТУ, 2001. - С. 154-159.

3. Нестеренко О. В. Смачиваемость пыли водными растворами на основе некоторых хлоридов // Разработка рудных месторождений. - Вып. 77. - Кривой Рог: КТУ, 2001. - С. 140-142.

4. Лапшин А. Е., Нестеренко О. В., Назаренко В. Н. Подавление пыли на внутрикарьерных автодорогах щебеночного типа // Материалы VI Международной научно-практической конференции “Наука i освiта 2003”. Серия “Транспорт”. - Т. 12. - Днепропетровск-Донецк, 2003. - С. 10-11.

5. Нестеренко О. В., Гурин А. А., Назаренко В. Н. О закреплении слоя износа на автодорогах щебеночного типа при их гидрообеспыливании // Качество минерального сырья: Сборник научных трудов. - Кривой Рог, 2005. - С. 342-347.

6. Лапшин А. Е., Нестеренко О. В., Назаренко В. Н. Связывание пыли на внутрикарьерных автодорогах нежесткого типа // Вісник Національного технічного університету України “КПI”: Серія “Гірництво - 2003”. - Вип. 9. - С. 134-137.

7. Лапшин А. Е., Нестеренко О. В., Ермак Л. Д., Назаренко В. Н. Характеристики процессов в технологии противопылевой обработки щебеночной дороги растворами солей // Разработка рудных месторождений. - Вып. 86. - Кривой Рог: КТУ, 2004. - С. 73-75.

8. Патент деклараційний 59943 А. Спосіб попередження пилення прикар'єрних та внутрішньокар'єрних доріг з нежорстким покриттям // Брехунов О. В., Шпiрок Д. М., Мельник Ю. I., Некрасов В. Г., Кiковка О. В., Немiровський Г. I., Нестеренко О. В., Гурiн Ю. А., Ратушний В. М., Лапшин О. Е., Назаренко В. Н. / Опубліковано в бюлетені: № 9. - 2003.

9. Нестеренко О. В. Механизм смачивания и оптимальный расход бишофита при обеспыливании щебеночных автодорог в условиях изменения суточных параметров воздуха // Вiсник КТУ. - 2006. - № 15. - С. 194-197.

Анотація

Нестеренко О.В. Підвищення ефективності знепилювання автомобільних доріг у кар'єрах. - Рукопис.

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

Дисертацію присвячено підвищенню ефективності знепилювання технологічних автомобільних доріг кар'єрів.

Метою роботи є зменшення виділення пилу в атмосферу з поверхні автомобільних доріг з нежорстким покриттям до нормативних величин шляхом зв'язування пилу, який знаходиться в щебеневому покритті автодороги, розчином природного бішофіту.

Ідея роботи полягає у використанні сил аутогезії, утворених розчином природного бішофіту на поверхні пиловидних частинок для їх зв'язування в щебеневому покритті автодороги.

При внесенні в щебеневу суміш розчину природного бішофіту густиною понад 1170 кг/м3 та об'ємним вмістом 14-16 % припиняється виділення пилу з поверхні дороги на тривалий час.

Запропоновано метод розрахунку виділення вологи зі щебеневої суміші, змоченої розчином природного бішофіту, який дозволяє прогнозувати термін перебування суміші у вологому стані.

Обґрунтовано використання зміни температури протягом доби для підвищення ефективності зв'язування пилу розчином природного бішофіту.

Розроблено технологію знепилювання технологічних автодоріг у кар'єрах, застосування якої дозволяє знижувати запиленість повітря до санітарних норм протягом 10-15 діб.

Ключові слова: пиловиділення, автомобільна дорога, щебінь, здування пилу, технічна вода, розчин природного бішофіту, кар'єр.

АННОТАЦИЯ

Нестеренко О. В. Повышение эффективности обеспыливания автомобильных дорог в карьерах. - Рукопись.

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

Диссертация посвящена вопросам сокращения пылевыделений с поверхности технологических автомобильных дорог с неусовершенствованным покрытием в рудных карьерах.

Целью работы является снижение пылевыделений с поверхности автодорог до нормативных величин путем связывания пыли, которая находится в ее щебеночном покрытии раствором природного бишофита.

Проведенный анализ средств и способов обеспыливания технологических автомобильных дорог, покрытие которых состоит из щебеночной смеси, свидетельствует о том, что в настоящее время для связывания пыли используется преимущественно вода, которая имеется в карьерах в достаточном количестве, так как применение более эффективных средств сдерживается экономическими факторами. Однако смачивание дорожного полотна водой обеспечивает только кратковременный эффект связывания пыли, что усложняет использование этого способа в условиях сухого и жаркого периода года.

Проведенный анализ физико-химических и эксплуатационных свойств растворов солей позволил выделить в качестве эффективного пылесвязывающего вещества водный раствор природного бишофита (MgCl2·6Н2О), который имеется в достаточном количестве на территории Украины и является безопасным для живой и неживой природы.

На основании теоретических и лабораторных исследований установлено, что оптимальное связывание пыли может быть осуществлено при ее аутогезии непосредственно в щебеночной смеси за счет использования физико-химических свойств раствора природного бишофита при смачивании дорожного полотна.

Экспериментально установленные коэффициент поверхностного натяжения и краевой угол смачивания раствора природного бишофита свидетельствуют о его эффективности в качестве смачивателя при условии предварительной модификации поверхности минеральных частиц технической водой, имеющей незначительную щелочность.

Рекомендован фракционный состав щебеночной смеси полотна автодороги, который при смачивании его раствором природного бишофита, образует влажный и сцементированный слой в полотне автодороги, связывающий скелетные зерна щебня, что уменьшает расстройство их связей и пылевыделения при интенсивности движения до 50 автомобилей в час.

В результате выполненных экспериментальных исследований установлены оптимальные параметры раствора природного бишофита (концентрация солей, объемное содержание раствора в смеси и удельный расход), которые обеспечивают устойчивую аутогезию пыли непосредственно в щебеночном слое полотна автодороги.

Предложен метод расчета интенсивности испарения влаги из сыпучей среды щебеночного слоя автодороги, позволяющий прогнозировать время нахождения в ней пыли во влажном и связанном состоянии.

Обоснован метод использования колебаний погодных условий, изменения суточной температуры воздуха для оптимизации интервалов между периодами смачивания полотна автодороги раствором природного бишофита, составляющих 10-15 суток при интенсивности движения 40-50 автомобилей в час.

На основании проведенных исследований, разработана технология обеспыливания автомобильный дорог со щебеночным покрытием, которая предусматривает восстановление разрушенного слоя износа полотна автодороги, предварительное смачивание его водой с наступающим двукратным смачиванием раствором бишофита на протяжении суток: 70 % расхода при максимальной и оставшиеся 30 % - при минимальной температуре воздуха.

Применение технологии обеспыливания автомобильных дорог в рудных карьерах с использованием раствора природного бишофита позволяет снизить концентрацию пыли на рабочих местах до ПДК на протяжении 10-15 суток и получить экономический эффект за счет сокращения транспортных расходов до 230 тыс. грн. в год.

Ключевые слова: пылевыделение, автомобильная дорога, щебень, сдувание пыли, техническая вода, раствор природного бишофита, карьер.

ABSTRACT

Nesterenko O. V. The increase of automobile road dust control efficiency in open-pits. - Manuscript.

Thesis for a Candidate of Technical Sciences degree in speciality 05.26.01 - Labour protection. - Kryvyi Rih Technical University, - Kryvyi Rih, 2008.

The thesis is dedicated to the increase of technological automobile road dust control efficiency in the open-pits.

The objective of the present work is the decrease of dust formation at the surface of automobile roads having non-rigid pavement to the point of standardized amount by binding the dust contained in the crushed stone pavement using the solution of natural bishofite.

The idea of the work consists in the use of autohesion forces made by the natural bishofite solution at the surface of dust-like particles to bind them in the automobile road crushed stone covering.

The input of natural bishofite solution having density more then 1170 kg/m3 and volume content 14-16 % into the crushed stone mixture reduces dust formation at the surface of automobile road for a long time.

The method of calculation moisture evaporation intensity from the crushed stone mixture filled with natural bishofite solution allowing to forecast the time of dust being in humid state was suggested.

The use of daily temperature changes to increase the effectiveness of dust binding by the natural bishofite solution was grounded.

The technology of technological automobile road dust control in open-pits was developed. Its applying allows to decrease air dusting to the point of sanitary regulations during 10-15 days.

Key words: dust formation, automobile road, crushed stone, dust blow off, service water, natural bishofite solution, open-pit.

Размещено на Allbest.ur

...