Управление поверхностно-адгезионным барьером при пылеподавлении на горных предприятиях

Обеспечение санитарно-гигиенических условий и безопасности на горных предприятиях отличается повышенной энергоемкостью, что отрицательно сказывается на их конкурентоспособности. Одно из перспективных направлений обеспечения энергоэффективности улавливания угольной пыли заключается в использовании эффекта депрессии закрученной капли жидкости. Вихревая коагуляция снижает энергию отталкивания капель вращающейся жидкости и частиц пыли в поле инерционных сил за счет разрежения в зоне их контакта, обусловленного переходом потенциальной энергии статического давления в кинетическую энергию циркуляционного движения. Уменьшение критерия Стокса при неизменном расходе жидкости приводит к достижению эффекта поглощения более мелких частиц пыли вращающимися каплями жидкости. Результаты математического моделирования управлением энергией коагуляции за счет изменения угловой скорости вращения капель жидкости верифицированы на специально спроектированном стенде с учетом критериев геометрического, кинематического и динамического подобия. Снижение порогового значения критерия Рейнольдса позволяет на 25% уменьшить потребность воды. При этом наиболее значимый результат заключается в повышении эффективности поглощения частиц пыли в диапазоне от 2·10–6 м до 5·10–7 м, с 85% до 98%, поскольку именно частицы пыли с размерами менее 2·10–6 м наиболее вредны для здоровья и взрывоопасны. Использование теоретических и экспериментальных исследований позволяют усовершенствовать методику проектирования гидровихревых форсунок, являющихся основным элементом пылеулавливающего оборудования, применяемого в ТЭК и при производстве строительных материалов.

Макаров В. Н., Угольников А. В., Макаров Н. В., Филатов А. М. Управление поверхностно-адгезионным барьером при пылеподавлении на горных предприятиях // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2022. – № 11-2. – С. 114–125. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_112_0_114.

Макаров Владимир Николаевич¹ — д-р техн. наук, профессор, e-mail: uk.intelnedra@gmail.com, ORCID ID: 0000-0002-3785-5569,
Угольников Александр Владимирович¹ — канд. техн. наук, доцент, зав. кафедрой, e-mail: ugolnikov@yandex.ru, ORCID ID: 0000-0002-8442-4841,
Макаров Николай Владимирович¹ — канд. техн. наук, доцент, зав. кафедрой, e-mail: mnikolay84@mail.ru, ORCID ID: 0000-0001-7039-6272,
Филатов Александр Михайлович — начальник горного цеха, АО «Северский гранитный карьер».
¹ Уральский государственный горный университет.

Угольников А.В., e-mail: ugolnikov@yandex.ru.

1. Скопинцева О. В. Научное обоснование комплексного метода снижения пылевой и газовой опасностей выемочных участков угольных шахт // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2011. — № S7. — С. 315—325.

2. Мохначук И. И. Проблемы безопасности на угледобывающих предприятиях // Уголь. — 2008. — № 2. — С. 21—26.

3. Валиев Н. Г., Страданченко С. Г., Голодов М. А., Армейсков В. Н., Масленников С. А. К концепции охраны окружающей среды угледобывающего региона // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. — 2021. — № 7. — С. 80—91.

4. Коршунов Г. И., Корнев А. В., Ерзин А. Х., Сафина А. М. Исследование особенностей взаимодействия растворов поверхностно-активных веществ с угольной пылью // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2015. — № 3. — С. 75—80.

5. Фролов А. В., Телегин В. А., Сечкерев Ю. А. Основы гидрообеспыливания // Безопасность жизнедеятельности. — 2007. — № 10. — С. 1—24.

6. Лебецки К. А., Романченко С. Б. Пылевая взрывоопасность горного производства. — М.: Горное дело, 2012. — 463 с.

7. Макаров В. Н., Макаров Н. В., Угольников А. В., Свердлов И. В. Энергоэффективная технология локализации техногенных аварий в шахтах на базе математической модели гидровихревой коагуляции // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. — 2019. — № 2. — С. 118—127. DOI: 10.21440/0536-1028-2019-2-118-127.

8. Пелевин А. Е., Сытых Н. А. Особенности процесса классификации в гидроциклонах при измельчении титаномагнетитовой руды // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. — 2021. — № 1. — С. 74—84. DOI: 10.21440/0536-1028-2021-1-74-84.

9. Torshizi S. A. M., Benisi A. H., Durali M. Numerical optimization and manufacturing of the impeller of a centrifugal compressor by variation of splitter blades / ASME Turbo Expo 2016: Turbomachinery Technical Conference and Exposition, Seoul, 2016, рр. 1—7. DOI: 10.1115/GT2016-57105.

10. Косарев Н. П., Макаров В. Н., Макаров Н. В., Угольников А. В., Лифанов А. В. Эффективная локализация взрывов угольной пыли с использованием гидровихревой коагуляции // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Геология. Нефтегазовое и горное дело. — 2018. — Т. 18. — № 2. — С. 178—189. DOI: 10.15593/2224-9923/2018.4.7.

11. Макаров В. Н., Угольников А. В., Матеров А. Ю., Макаров Н. В., Таугер В. М. Модификация критериального уравнения гидровихревого пылеподавления на угольных шахтах // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № 7. — С. 53—61. — DOI: 10.25018/0236-1493-2019-07-0-53-61.

12. Mao Y. F. Numerical study of correlation between the surge of centrifugal compressor and the piping system. Ph. D. Thesis. Xian Jiaotong University, Xian. 2016, 174 p.

13. Liu X., Qian J., Wang E., Zhang Z. Study of integrated vortex ventilation and dust removal system in mechanized excavation face // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part E: Journal of Process Mechanical Engineering. 2021, vol. 235, no. 1, pp. 42—51. DOI: 10.1177/0954408920936795.

14. Wu D., Yin K., Yin Q., Zhang X., Cheng J., Ge D., Zhang P. Reverse circulation drilling method based on a supersonic nozzle for dust control // Applied Sciences. 2017, vol. 7, no. 1, pp. 5—20. DOI: 10.3390/app7010005.

15. Torshizi S. A. M., Benisi A. H., Durali M. Multilevel optimization of the splitter blade profile in the impeller of a centrifugal compressor // Scientia Iranica. 2017, vol. 24, no. 2, pp. 707—714. DOI: 10.24200/sci.2017.4055.

16. Wang P. Multi-objective design of a transonic turbocharger compressor with reduced noise and increased efficiency. Ph. D. Thesis. UCL University, London, 2017. 213 р.

17. Косарев Н. П., Макаров В. Н., Угольников А. В., Макаров Н. В., Дылдин Г. П. Шахтная аэрология пылевых аэрозолей в условиях гидровихревой коагуляции // Известия Уральского государственного горного университета. — 2020. — № 4(60). — С. 155—165. DOI: 10.21440/2307-2091-2020-4-155-165.

18. Bautin S. P., Krutova I. Yu., Obukhov A. G. Twisting of a fire vortex subject to gravity and Coriolis forces // High Temperature. 2015, vol. 53, no. 6, pp. 928—930. DOI: 10.7868/ S0040364415050038.

19. Novakovskiy N. S., Bautin S. P. Numerical simulation of shock-free strong compression of 1D gas layer's // Journal of Physics: Conference Series. 2017, vol. 894, no. 1, article 012067. DOI: 10.1088/1742-6596/894/1/012067.

20. Davydov S. Y., Valiev N. G., Tauger V. M. Effect of the flow of transported bulk material on design features of a belt conveyor // Refractories and Industrial Ceramics. 2019, vol. 60, no. 1, pp. 10—13. DOI: 10.1007/s11148-019-00301-5.

21. Угольников А. В., Макаров Н. В. Применение систем автоматизации для контроля и учета показателей энергоэффективности эксплуатации компрессорного хозяйства горных предприятий // Записки Горного института. — 2019. — Т. 236. — С. 245—248. DOI: 10.31897/PMI.2019.2.245.

22. Tauger V., Valiev N., Volkov E., Simisinov D., Adas V. Remote-controlled robotic complex for underground mining // E3S Web of Conferences. 2020, vol. 177, article 03006. DOI: 10.1051/e3sconf/202017703006.