Розвиток теорії методів і створення засобів контролю умов праці за пиловим фактором

Градуювальна залежність показань вимірника запиленості повітря від фактичного вмісту загальної маси пилу, тобто функція перетворення, будувалася за даними випробувань різних зразків приладів, виготовлених на основі АЛ, і в різних умовах. Отримані залежності представлялися у вигляді точкових графіків і їх трендів. Узагальнена функція, зокрема для вугільного пилу густиною 1300 кг/м³, виявилася близькою до лінійної (відхилення не перевищували 12%, до того ж, їх запропоновано компенсувати мікропроцесорними засобами). Встановлено типовий коефіцієнт перетворення концентрації пилу у вихідну напругу вимірника, що склав 0,1 мв/(мг/м³). Це значення використано при проектуванні вимірника запиленості.

Залежність, що отримана на вугільному пилу, зіставлялася з функціями, що одержані на інших видах пилу. При цьому оцінювався вплив кольору і густини речовини. Виявлено, що графіки для багатьох видів пилу укладаються у вилку між чорним вугільним і білим пилом карбаміду чи тальку. Це дозволяє градуювати вимірники на середньому, найбільш характерному пилу, наприклад гранітному, і підтверджує універсальність розроблених засобів контролю вмісту пилу.

У п'ятому розділі вирішувалась задача створення засобів контролю пилових промислових викидів, які передбачають одночасне визначення вмісту пилу і швидкості газового потоку для наступної оцінки викидів [13, 25, 26, 27]. При цьому досліджувалися переважно методи і засоби контролю швидкості, зважаючи на те, що питання контролю запиленості принципово вирішені у попередніх розділах.

Досліджено три напрямки контролю швидкості. Перший - зв'язаний з доробкою вертушок тахометричних датчиків з метою підвищення їхньої працездатності на високих швидкостях потоку. При цьому досліджувалися два зразки, виконані на основі гвинтової вертушки діаметром 50 мм, що використовувалася на швидкостях до 8 м/с. Причому другий зразок був отриманий укороченням лопаток вертушки до діаметру 25 мм у розрахунку на збільшення міцності. Випробуваннями на аеродинамічному стенді установлено, що міцність вертушки підвищується, але зростає поріг початку руху вертушки через погіршення співвідношення обертаючої сили потоку і сил тертя в підп'ятниках та прискорюється стирання торців вісі підп'ятників при високих швидкостях потоку (30 м/с і вище) за рахунок високої частоти обертання. Це дозволило рекомендувати тахометричні датчики переважно для періодичного контролю пилових викидів.

Другий напрямок передбачав розвиток коливального методу контролю швидкості. Дослідження орієнтувалися на розширення діапазону за рахунок зниження мінімально необхідної енергії потоку для збудження коливань. В результаті запропоновано автоколивальний метод, заснований на реєстрації частоти коливань поміщеного в потік газу тіла у виді тригранної призми, на ребрі якої жорстко закріплена хвостова лопата [22, 27].

Отримана математична модель автоколивань тіла.

Досліджено фазові траєкторії цього рівняння. Показано, що у випадку замкнутих фазових траєкторій тіло коливається з частотою, яка лінійно залежить від швидкості потоку, згідно з формулою

, (17)

-

кутова частота, рад/с; - густина матеріалу призми, кг/м³;

- безрозмірний коефіцієнт, що залежить від параметрів датчика;

.

Коефіцієнт дозволяє оцінити ефективність перетворення енергії потоку, що діє на тіло, в енергію коливань. Так, для досліджених зразків його значення наближалося до 0,34. Подібна оцінка для відомих прототипів автоколивальних датчиків склала лише 0,1…0,15.

Третій напрямок передбачав контроль швидкості потоку за швидкістю часток пилу, що підхоплюються цим потоком. Зазначено, що час аеродинамічної релаксації найбільших пилових часток у потоці швидкістю від 2 до 40 м/с складає дуже малу величину 10^-16-10^-14 с. Тому середня швидкість частки пилу на прямолінійній ділянці практично визначає швидкість потоку. Реалізація методу базувалася на використанні можливостей універсальної схеми, створеної на базі АЛ, імпульсний сигнал якого відсікався вище рівня шумів. При цьому виділялися імпульси, що виникають від часток грубого пилу, а швидкість визначалася як [15]

, (18)

де - діаметр світлового пучка АЛ , м; - час прольоту частки через цей пучок, с, який, як установлено, однозначно визначається відношенням площі частини імпульсу вище рівня відсікання до амплітуди цієї частини.

Досліджено різні варіанти реалізації цієї залежності, включаючи аналогову і цифрову обробку сигналу. На їхній основі виконане компонування суміщених засобів контролю вмісту пилу, швидкості потоку і викидів пилу у вигляді виносного вимірювального зонду довжиною 0,5…1,8 м і перетворювального блоку [15]. Розроблено структурну схема та виготовлено експериментальний зразок приладу для контролю пилових викидів з умовною назвою ПКПВ, випробування якого проведені на проточному пиловому стенді. Установлено, що функції перетворення його вимірювальних каналів - “концентрація”, “швидкість” і “винос пилу” - близькі до лінійних. При цьому коефіцієнт парної лінійної кореляції показань приладу і фактичної швидкості склав величину близько 0,95, яке можна розцінювати як високе значення, хоча це гірше, ніж в автоколивального датчика.

У цілому, випробування ПКПВ підтвердили можливість контролю датчиком, виконаним на основі АЛ, як концентрації пилу в діапазоні приблизно від 25 до 400мг/м³, так і швидкості потоку від 0,5 до 25 м/с, а також величини пилового викиду через 1 м² перетину газоходу від 40 до 600 мг/с.

У шостому розділі удосконалювалися методи контролю пиловідкладення і пилового навантаження за вмістом пилу в повітрі, призначені для застосування переважно в гірничих виробках вугільних шахт, зважаючи на особливу актуальність контролю пиловибухобезпечності гірничих виробок, що нині виконується за масою пилового осаду недостатньо ефективними методами. Причому дослідження були спрямовані на подальший розвиток розрахункових методів контролю пиловідкладення за вмістом вугільного пилу в повітрі з урахуванням удосконалених моделей його поширення й осідання, та на використання зазначених моделей для контролю пилового навантаження гірників [16, 17, 23, 31]. Реалізація методів передбачена переважно на основі розроблених датчиків вмісту пилу, що можуть розміщуватися стаціонарно в одній, двох чи трьох точках гірничої виробки, рознесених за її довжиною, але для періодичного контролю та ідентифікації моделей можливе застосування портативних вимірників запиленості типу “ВЗША”.

З метою удосконалювання моделей досліджувався зв'язок пиловідкладення із закономірністю зміни вмісту пилу за довжиною виробки

Головну увагу було приділено побудові адекватної моделі зміни вмісту пилу за довжиною виробки та ідентифікації її параметрів в умовах вугільних шахт [23]. При цьому здійснено аналіз відомих моделей в основному для пояснення і урахування причин не нульових значень запиленості повітря в гірничих виробках, які спостерігаються на значній відстані від джерела пилу. Установлено, що застосування більшості з них не доцільне або утруднене через наявність констант, визначити які можна тільки в результаті трудомістких експериментів. Аналіз відомих моделей указав також на необхідність урахування режимів роботи джерел пилу в часі, що раніше не розглядалися, але є важливими для одержання адекватної моделі в умовах дискретно-безперервної роботи вугільних вибоїв та іншого гірничого устаткування.

Для побудови адекватної моделі аналізувалося загальне нестаціонарне диференціальне рівняння переносу і дифузії аерозольної субстанції в умовах відкритої атмосфери

Шукана модель була отримана шляхом розв'язання рівняння (22) для обмеженого потоку, причому процес осідання часток у виробках розглядався спрощено, як взаємодія їх з поверхнею виробки, зважаючи на розв'язання завдань прикладного характеру [18]. У такій постановці процес осідання пилу враховується однією величиною, що пропорційна вмісту пилу, а одномірне рівняння масопереносу представлялось як

, (23)

де - потужність джерела пилу, мг/м³с.

Загальне рішення цього стаціонарного рівняння має вигляд

, (24)

Отримана залежність зниження вмісту пилу в повітрі за довжиною виробки, як і відомі, має характер експоненти, але містить асимптоту. Якщо складає менше 3...5% від , то модель спрощується.

На основі залежності (24) отримано вираз для обчислення пиловідкладення в одиниці об'єму виробки у функції відстані до джерела пилу

З урахуванням показань вимірника запиленості інтенсивність пиловідкладення в області його розміщення у виробці представлялася як

, г/м³добу, (28)

умовний коефіцієнт осідання пилу на одиниці довжини виробки, м^-1, введення якого дозволяє оперувати одним параметром замість двох з урахуванням фактичної значимості відношення .

Середня ж інтенсивність пиловідкладення на ділянці вентиляційного штреку довжиною представлена виразом, який рекомендовано застосовувати для визначення періодичності заходів щодо знепилювання на ділянці штреку довжиною =50 м, передбаченого інструкцією з контролю пиловибухобезпечності гірничих виробок. Для наступних 150 м штреку інтенсивність пиловідкладення можна зменшити в 3,5 рази, як вимагає інструкція, або теж оцінювати його з використанням (29). При цьому параметр чи запропоновано ідентифікувати на основі вимірів вмісту пилу одночасно в двох - трьох точках, що відстоять одна від одної за довжиною каналу на відстані 5...40 м.

Виконані експериментальні оцінки пиловідкладення розрахунковим методом за вмістом пилу в повітрі дали задовільну збіжність з базовим методом контролю інтенсивності пиловідкладення за осадом пилу на полиці. Так, при середніх за добу значеннях =179 мг/м³, =0,018 м^-1 і =1,3 м/с (шахта “Великомостівська № 8” м. Сокаль) розрахункова інтенсивність пиловідкладення склала =362 г/м³добу. У той час як значення, що отримане базовим методом, склало 298 г/м³добу. При трохи інших умовах, а саме: =182 мг/м³, =0,028 м^-1 і =3,6 м/с, (шахта “Алмазна” м. Добропілля) розрахована інтенсивність склала =1385 г/м³добу, а при оцінці базовим методом =1585 г/м³добу. Таким чином, відхилення від базового методу склали відповідно +21,5% і -14,4% що менше припустимої величини 25%. Подібні результати отримані і на шахтах Західного Донбасу.

На основі запропонованої методики визначення пиловідкладення розроблені принципи побудови системи контролю пиловибухобезпечності гірничих виробок вугільних шахт [17, 24, 31]. По своїй суті - це система контролю пилового навантаження гірничих виробок, яка передбачає визначення кількості пилу, що надійшов протягом зміни в гірничу виробку, а далі - інтенсивності пиловідкладення з урахуванням ступеня осідання пилу в умовах конкретної виробки. У загальній системі керування безпекою шахти вона представлена як локальна автоматизована підсистема, що працює в інформаційному режимі “порадника оператора” на ділянці ВТБ, враховуючи те, що прийняття управлінських рішень з охорони праці в умовах шахти залишається за відповідальним персоналом.

Запропоновано функціональну структуру згаданої системи, яка повинна забезпечувати виконання таких основних функцій:

- автоматичне опитування датчиків запиленості атмосфери гірничих виробок у циклічному режимі чи по команді з ЕОМ, розташованої на поверхні шахти;

- введення з клавіатури ЕОМ апріорних даних про швидкість повітря в гірничих виробках, їх геометричних параметрів й іншої нормативно-довідкової інформації щодо пилового режиму у виробках;

- оперативне обчислення інтенсивності пиловідкладення у виробках, що контролюються, і визначення стану їх пиловибухобезпечності;

- періодичну видачу рекомендацій щодо термінів проведення заходів підтримки необхідного пилового режиму у вигляді поради диспетчеру.

Запропоновано на перспективу передбачити в системі режим оперативної чи періодичної ідентифікації моделі за даними, накопиченими за період нормальної експлуатації системи без спеціальних збурень виробки за фактором запиленості.

У комплексі технічних засобів системи у кожній виробці, що контролюється, можливе використання одного, двох чи трьох датчиків запиленості повітря.

При такому компонуванні буде потрібна значна кількість датчиків, тому доцільно контролювати тільки основні гірничі виробки, тобто вентиляційні штреки добувних лав чи вугільних вибоїв. Функції людини в цій системі зводяться до контролю її роботи, технічного обслуговування і періодичної перевірки (разом з гірничорятувальною службою) правильності розрахунків інтенсивності пиловідкладення. Обслуговування системи не вимагає спеціального персоналу і може виконуватися змінними інженерно-технічними працівниками і слюсарями ділянки ВТБ шахти.

На основі викладених принципів за участю автора виконана розробка діючого макету системи контролю пиловибухобезпечності гірничих виробок СКПГВ, яка рекомендована для подальшої конструкторської розробки.

Контроль пилового навантаження гірників запропоновано здійснити з використанням моделей, що отримані при створенні методів і засобів контролю пиловідкладення з урахуванням того, що в рамках охорони праці пилове навантаження визначають щокварталу шляхом множення числа відпрацьованих змін на середньозмінну концентрацію пилу на конкретному робочому місці [23]. При цьому детально досліджувалася можливість реалізації контролю пилового навантаження на основі портативного вимірника запиленості типу “ВЗША”, який потребує доробки [19]. Суть її полягає в забезпеченні накопичення середнього значення вмісту пилу в повітрі робочої зони за одну робочу зміну. Для цього запропоновано комбінований алгоритм, що реалізується вбудованим у прилад мікропроцесором. Згідно з алгоритмом на інтервалі до 100 с обчислюється стандартне середнє, а далі для економії електронної пам'яті накопичується поточна середня величина вмісту пилу за рекурентною формулою.

При цьому передбачено поетапне виведення середніх за 5 і 30 хвилин, а далі за 1 годину і зміну.

Практичне використання доробленого “ВЗША” передбачає розміщення його у визначеній точці виробки, на тій ділянці, де працюють і пересуваються люди. При цьому досліджено два підходи. Перший - передбачав розміщення вимірника в зручній для експлуатації точці. Другий - базувався на контролі в області середнього вмісту пилу для ділянки виробки, що є робочим місцем конкретної групи гірників. У випадку, якщо робоча ділянка розосереджена по виробці, середню величину запропоновано шукати на основі функції у вигляді

, (31)

де - довжина відрізку виробки, де обчислюється середня концентрація.

Причому положення цієї точки мало чутливо до змін параметру. Так, для ділянки вентиляційного штреку довжиною =50 м зміна , що характерна для граничних положень комбайна в лаві, перемістить з 23,6 до 22,4 м, тобто приблизно на 4%. Наявність у моделі асимптоти приводить до незначного переміщення у напрямку середини ділянки. Тому при контролі пилового навантаження людей, що там працюють, запропоновано розміщувати вимірник запиленості повітря в 20...25 м від сполучення штреку з лавою. Вимірник, розміщений на відстані 10 м від сполучення з лавою, дасть середнє значення вмісту пилу для ділянки довжиною 21 м.

По цій середній можна оцінювати пилове навантаження машиніста комбайна і гірників, що працюють у лаві, хоча розміщення вимірника запиленості повітря перед комбайном на практиці важко реалізувати. Тому запропоновано розміщувати вимірник на вентиляційному штреку у 10 м від сполучення з лавою.

Для типових вихідних даних: отримано співвідношення , яке дозволяє оцінити внесок і .

Приведені моделі дозволяють проводити контроль пилового навантаження для всіх працюючих у лаві і на вентиляційному штреку за показаннями одного вимірника запиленості, встановленого у вимірному пункті штреку на відстані 10 м від лави.

Апробація запропонованої методики проводилася на добувній ділянці шахти “Павлоградська” (Західний Донбас) одночасно з випробуваннями індивідуальних протипилових респіраторів. Це дозволило визначити фактичне пилове навантаження гірників протягом однієї робочої зміни за масою пилового осаду на фільтрувальному матеріалі респіратора. Респіратори видавалися машиністу вугільного комбайна, помічнику машиніста і трьом робочим очисного вибою. Усього було оброблено близько 80 змінних фільтрів.

Оцінка середньозмінного пилового навантаження для зазначеної групи гірників за пиловим осадом на респіраторі склала 141 мг/м³ при стандартному відхиленні за категоріями робітників 126 мг (16,5%) і 226 мг (29,6%) - у серіях дослідів. Оцінка ж середньозмінної концентрації пилу в лаві за середніми за час експерименту показанням вимірника запиленості повітря, установленого на штреку, склала 150 мг/м³. (Отримана обробкою показань “ВЗША”, зареєстрованих на стрічці самописа). Мала різниця отриманих оцінок указує на досить високу достовірність запропонованої методики оцінки пилового навантаження.

У додатках приведені матеріали щодо впровадження результатів дисертації: при серійному виробництві ВЗША; протоколи випробувань зразка приладу для двоступінчатого контролю запиленості повітря і макету СКПГВ, а також документи, що визначають перспективу їх подальшого впровадження; проект методики визначення пилового навантаження гірників та розрахунок економічної ефективності її застосування на вугільній шахті.

ВИСНОВКИ

У дисертації, що є завершеною науково-дослідною роботою, визначена і вирішена актуальна науково-прикладна проблема підвищення ефективності контролю умов праці за пиловим фактором. Її вирішення базується на запропонованих методах і засобах контролю вмісту пилу в повітрі, пилових викидів, пиловідкладення та пилового навантаження працюючих, створених на основі виявлених закономірностей поширення і відкладення пилу за довжиною вентиляційних каналів та гірничих виробок, запропонованих принципів отримання та обробки сигналів від первинних перетворювачів вмісту пилу і швидкості запиленого потоку, обґрунтованих параметрів розміщення засобів у потоках, що контролюються, та виведення і усереднення даних контролю.

Основні наукові і практичні результати, висновки і рекомендації роботи полягають у наступному:

1. Виконано аналіз стану контролю умов праці у промисловості за пиловим фактором, зокрема розглянуто методи і засоби визначення вмісту пилу, його виносу і пиловідкладення у їх взаємній залежності. Відзначено складність контролю абсолютного значення масової концентрації пилових часток у повітрі і недоліки існуючого базового гравіметричного методу її визначення з добором проб на аерозольні фільтри. Виявлено границі параметрів засобів і об'єктів пилового контролю. Обґрунтовано і покладено в основу концепції їх розвитку оптичний метод, який передбачає виявлення окремих часток пилу, що витають, з наступним формуванням інтегральних характеристик запилених потоків. Встановлено необхідність створення засобів виносу чи викидів пилу, працездатних в умовах підвищеної швидкості потоків і високих рівнів їх запиленості. Указано на необхідність удосконалення методів контролю пиловідкладення та пилового навантаження за вмістом пилу в повітрі, що потребує не тільки розробки надійних засобів безперервного контролю вмісту пилу, але і удосконалення методів використання інформації, що від них поступає.

2. Досліджено характеристики пилу, його часток і запилених потоків, що впливають на результати контролю умов праці за пиловим фактором.

2.1. Показано, що урахування густини речовини пилу за апріорними даними або часткова компенсація її мінливості знижують погрішність контролю запиленості повітря непрямими методами суттєво нижче нормативної, що складає для шкідливих речовин повітря робочої зони 25%.

2.2. Перевірена можливість визначення реального розподілу дисперсного складу пилу шляхом експериментальної ідентифікації відомої моделі Розіна - Рамлера. Відзначена її корисність, але і достатня складність застосування на практиці. Рекомендовано при контролі фракційного складу пилу використовувати або найбільш характерні розподіли складу при тому чи іншому технологічному процесі, або забезпечити контроль тонкого пилу разом із загальним його вмістом.

2.3. Показано, що оптичні властивості відносно крупних пилових часток промислового пилу, що витають в повітрі, навіть при розмаїтості їхніх форм і розмірів, у більшості випадків мало відрізняються від властивостей строго сферичних часток з аналогічними перетинами за рахунок їх хаотичного руху в повітрі. Тому при теоретичному аналізі абсорбційного методу виявлення промислового пилу припустиме використання граничного випадку класичної теорії світлорозсіювання на оптично великих сферичних частках. Зазначено те, що абсолютні величини світлових потоків, які одержують при оптичній реєстрації часток, повинні коректуватися відповідно до фактичного вмісту пилу, що вимірюється базовим гравіметричним методом, достовірність якого запропоновано підвищити добором проб одночасно на два звичайні аерозольні фільтри, один із яких спрямований назустріч потоку, а інший - упоперек перпендикулярно першому.

2.4. Отримано аналітичну залежність для обчислення інерційного пробігу пилової частки в газі від її числа Рейнольдса, яка, на відміну від відомих, не містить невизначених констант, а тому зручна для практичних розрахунків, зокрема при створенні засобів, що використовують принцип інерційної сепарації часток.

2.5. Шляхом аналізу динаміки запиленого потоку у вентиляційних каналах установлено, що дискретних значень його масового вмісту в повітрі та їх виведення на цифрові табло приладів з інтервалом 4...8 с з наступним усередненням поточних значень за період до доби, забезпечує відстеження процесу зміни вмісту пилу в потоці з достатньою в охороні праці достовірністю. При цьому показано, що розміщення контрольних точок у горизонтальному вентиляційному каналі нижче його середини (у другій знизу чверті висоти каналу) на відстані від стінки не ближче 0,12 частини його поперечного розміру забезпечує достовірність оцінок необхідних факторів переважно без трудомісткого визначення коефіцієнту поля концентрації пилу.

3. Розроблено оптичний лічильно-інтегральний метод контролю вмісту пилових часток в повітрі з використанням абсорбційної схеми їх виявлення, сигнали якої запропоновано коректувати. На основі методу створено схему вимірника масового вмісту пилу і засоби його метрологічного забезпечення.

3.1. Установлено, що ослаблення світла окремими частками в абсорбційній схемі зменшується зі зростанням їх розмірів від величини, що пропорційна подвоєному перетину частки, до величини, що пропорційна її одному перетину. Це знижує чутливість схеми до великих часток і приводить до суттєвих помилок у визначенні масового вмісту пилу. Для підвищення його точності здійснено корекцію величини ослаблення, що видає схема, за рахунок відсікання нижньої частини імпульсного сигналу реального абсорбційного лічильника на рівні 0,7...0,95 середньоквадратичної величини шуму його електронної схеми. Таке рішення, поряд із придушенням шумів, змінює функцію перетворення схеми, дозволяючи, по-перше, наблизити ослаблення світла до величини, що пропорційна об'єму, а не перетину часток, як у відомих схемах, а по-друге, завдяки наявності в сигналі частини шуму, що далі компенсується, забезпечити необхідний інформаційний внесок у показання вимірника тих часток тонкого пилу, що опинилися нижче рівня відсікання. В остаточному підсумку, запропонований принцип відсікання сигналу лічильника дозволяє впливати на результати оптичного методу аналізу параметрів часток і реалізувати достовірний контроль як загального масового вмісту пилу, так і масового вмісту його тонкої фракції без механічного поділу аерозолів.

3.2. Запропоновано перспективний метод динамічної компенсації мінливості густини речовини пилу за рахунок розміщення в каналі абсорбційного лічильника обтічника, що сприяє підтисканню потоку і забезпечує інерційну сепарацію часток у робочому світловому пучку пропорційно їхній масі.

3.3. Розроблено абсорбційний лічильник часток пилу, що відрізняється застосуванням електронної стабілізації інтенсивності спрямованого світлового потоку в оптичному каналі за збуренням. При певному виборі постійної часу елементів схеми це забезпечує одночасне формування інформаційних імпульсів від часток пилу, що пролітають, і більш ефективну, на відміну від відомих методів, компенсацію забруднення оптичних елементів пилом, що осідає. Отримано математичну модель лічильника у вигляді диференціального рівняння, яка дозволяє оптимізувати параметри і характеристики схеми при її проектуванні.

3.4. На основі запропонованого лічильника розроблена функціональна схема вимірника вмісту пилу, що забезпечує: реєстрацію часток з формуванням електричних імпульсів; відсікання їхньої нижньої частини на потрібному рівні; накопичення електричного сигналу, пропорційного площі імпульсів, за обраний проміжок часу; компенсацію присутньої в сигналі частини шуму; урахування густини речовини за апріорними даними і формування вихідних показань, які відповідають вмісту загальної маси пилу, що витає, а також оперативну перевірку вимірника за допомогою електричних і оптичних імітаторів часток.

4. Доведено, що використання принципу відсікання сигналу лічильника дозволяє виконати сепарацію тонкого і грубого пилу відповідно до рекомендацій міжнародних організацій охорони здоров'я. При цьому розроблені методи і засоби забезпечують контроль вмісту загальної маси пилу, починаючи з мінімальних розмірів часток 1...2 мкм, а також - грубого чи тонкого пилу, шляхом обробки вихідного сигналу у двох ідентичних каналах, що відрізняються рівнями відсікання. Причому вміст тонкого пилу одержують відніманням вмісту грубого пилу із загальної його маси.

5. Експериментально встановлено, що функція перетворення (градуювальна характеристика) розроблених засобів контролю загального масового вмісту пилу - лінійна з достатньою для практики точністю. Причому нелінійність, що має місце, запропоновано компенсувати мікропроцесорною обробкою сигналу лічильника з використанням отриманої математичної моделі реальної функції перетворення приладу.

6. Розроблено методи і засоби контролю пилових промислових викидів для періодичного чи стаціонарного застосування з одночасним контролем запиленості і швидкості потоку газу на основі окремих і суміщених датчиків.

6.1. Показано, що контроль підвищеної швидкості може здійснюватися на основі запропонованого перспективного автоколивального датчика у вигляді призми з хвостовою лопаткою, шарнірно закріпленою в потоці. Датчик, у порівнянні з класичними пневмометричними трубками і тахометричними приладами, дозволяє контролювати швидкість потоку в більш широкому діапазоні, - від 1 до 60 м/с, зі збереженням тривалої працездатності в запиленому середовищі.

6.2. Запропоновано метод, створено і випробувано експериментальний зразок приладу для одночасного контролю вмісту пилу і швидкості потоку одним універсальним абсорбційним лічильником. Прилад містить окремі вторинні перетворювачі, що використовують запропонований принцип відсікання сигналу для виділення інформації про вміст пилу, швидкість потоку і пилові викиди. Причому про швидкість судять за шириною імпульсів, що виникають у лічильнику при прольоті досить великих часток пилу, а викид визначають як добуток вмісту пилу і швидкості потоку при менших трудовитратах у порівнянні з роздільним контролем указаних параметрів.

7. Виконано аналіз відомих моделей, що описують залежність зниження вмісту пилу за довжиною гірничої виробки. Установлено, що усі вони мають експоненціальний характер і прогнозують нульові значення на достатній відстані від джерела пилу, але їх практичне застосування не доцільне через те, що вони не враховують у явному вигляді режимів надходження пилу. Показано, що при наявності постійно діючого джерела пилу указана залежність моделюється у вигляді експоненти, яка має не нульову горизонтальну асимптоту. Запропоновано ідентифікувати цю модель на основі оперативних вимірів вмісту пилу у зоні його активного осідання одночасно в трьох точках, рівновіддалених одна від одної за довжиною гірничої виробки на відстані від 5…10 до 50…80 м.

8. Удосконалено розрахункові методи визначення інтенсивності пиловідкладення в гірничих виробках. Методи базуються на середньозмінних чи середньодобових показаннях вимірників запиленості повітря й отриманих математичних моделях осідання пилу за довжиною виробки.

8.1. Розроблено принципи побудови автоматизованої системи контролю пиловибухобезпечності гірничих виробок вугільних шахт за фактором відкладення пилу. На відміну від відомих систем, вона базується на використанні стаціонарно встановлених датчиків запиленості повітря і моделей розповсюдження пилу за довжиною виробок. За цими принципами створено діючий макет системи, що передає інформацію від підземних датчиків на поверхню шахти до ЕОМ, де за розробленими алгоритмами обчислюється пиловідкладення з наступною оцінкою рівня пиловибухобезпечності гірничих виробок і підготовкою пропозицій щодо зміні їх пилового режиму.

8.2. Удосконалено метод визначення пилового навантаження гірників за середньозмінними значеннями вмісту пилу в обраній точці виробки, які узгоджують із середнім вмістом пилу на робочих місцях за допомогою отриманих моделей, що враховують дискретно-безперервний режим надходження пилу. На відміну від відомого методу накопичення пилу пробовідбірником, метод базується на використанні показань портативного вимірника запиленості повітря, які усереднюються за робочу зміну мікропроцесорними засобами з використанням алгоритму, що підвищує оперативність контролю.

Випробування й апробація розроблених методів і засобів у лабораторних і промислових умовах підтвердили правильність і ефективність запропонованих наукових і технічних рішень, а також працездатність створених засобів у реальних умовах експлуатації. Реалізовані вони в рекомендаціях і пропозиціях, використані в макетах, експериментальних, дослідних і серійних зразках чи приладах, а також у методиках, що забезпечують роботу засобів і систем, призначених для контролю умов праці у промисловості за пиловим фактором.

Оцінка ефективності впровадження деяких запропонованих проектів показала не тільки їх соціальну значимість, а й економічну прибутковість. Так, чистий дисконтний дохід (ЧДД) від впровадження контролю пилового навантаження гірників за показаннями вимірника запиленості шахтної атмосфери типу “ВЗША” за чотири роки його життєвого циклу становитиме приблизно 60 тис. грн. Причому витрати на впровадження мають бути окуплені за 1,5 роки.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В НАСТУПНИХ РОБОТАХ