Экспериментальные исследования эффективности гидровихревого пылеподавления

Ведение горных работ открытым и подземным способом с использованием современного высокопроизводительного добычного технологического оборудования не только увеличивает выработку, но и приводит к резкому повышению концентрации угольной пыли в забоях. При этом существенно возрастает доля наиболее опасной с точки зрения санитарно-гигиенических требований и взрывобезопасности мелкодисперсной угольной пыли. Проведённые исследования показали, что с ростом нагрузки на очистной забой возрастает степень слоистости пылегазовой смеси, что опасно с позиции возникновения больших локальных концентраций угольной пыли. Основным способом для снижения пылеобразования в подземных выработках и на карьерах является водоаэрозольное пылеподавление. Данная система пылеулавливания в условиях локальной концентрации угольной пыли не в состоянии оперативно снижать уровень запыленности до разрешенных значений. Результаты экспериментальных исследований на предложенной установке выполнены с учетом критериев гидродинамического подобия и использования актуализированных методов оценки их достоверности, научно-обоснованной возможности их масштабирования на горных предприятиях. Полученные результаты многократно сравнивались с расчетами по разработанной математической модели, подтвердив тем самым высокую эффективность гидровихревого пылеподавления частиц пыли с медианным диаметром менее 2·10−6 м, обеспечивая улавливание не менее 75% при равном давлении жидкости и уменьшенном на 10% ее расходе. При этом, с надежностью 0,95, погрешность математической модели не превышала 8%.

Угольников А. В., Макаров В. Н., Макаров Н. В., Дылдин Г. П. Экспериментальные исследования эффективности гидровихревого пылеподавления // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 12−1. — С. 134—148. DOI: 10.2501 8/0236_1493_2023_121_0_134.

Угольников Александр Владимирович¹ — канд. техн. наук, доцент, зав. кафедрой электротехники, e-mail: ugolnikov@yandex.ru, ORCID ID: 0000-0002-8442-4841;
Макаров Владимир Николаевич¹ — д-р техн. наук, профессор кафедрой горной механики, e-mail: uk.intelnedra@gmail.com, ORCID ID: 0000-0002-3785-5569;
Макаров Николай Владимирович¹ — канд. техн. наук, доцент, зав. кафедры горной механики, e-mail: mnikolay84@mail.ru, ORCID ID: 0000-0001-7039-6272;
Дылдин Герман Петрович¹ — канд. техн. наук, доцент кафедры горной механики, e-mail: German.Dyldin@m.ursmu.ru;
¹ Уральский государственный горный университет, г. Екатеринбург, Россия.

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

1. Кабанов Е. И., Коршунов Г. И., Корнев А. В., Мяков В. В. Анализ причин взрывов, вспышек и воспламенений метана в угольных шахтах России в 2005–2019 гг. // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2021. — № 2−1. — С. 18−29. DOI: 10.25018/0236-1493-2021-21−0−18−29.

2. Апарина Н. Ф. К вопросу о традиционных профессиональных рисках угледобычи на угольных предприятиях Кемеровской области — Кузбасса // Уголь. — 2023. — № 2. — С. 45–51. DOI: 10.18796/0041-5790-2023-2-45−51.

3. Новиков А. В., Паневников К. В., Писарев И. В. О слагаемых повышения уровня промышленной безопасности в угольной шахте // Горная промышленность. — 2022. — № 2. — С. 46–48. DOI: 10.30686/1609-9192-2022-2-46−48.

4. Сидоренко А. А., Черданцев А. М., Сидоренко С. А. Oбоснование параметров управления метановыделением в выработки выемочных участков при интенсивной разработке свит газоносных угольных пластов // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № S6. — С. 224–234. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-46−224−234.

5. Hu C., Wu D. A novel gas drainage technology for lower protected coal seams: Application and verification in Xinzhuangzi coal mine, Huainan coalfield. IPPTA // Quarterly Journal of Indian Pulp and Paper Technical Association. 2018, no. 30(7), pp. 801–808.

6. Zhang L., Zhang H., Guo H. A case study of gas drainage to low permeability coal seam // International Journal of Mining Science and Technology. 2017, no. 27(4), pp. 687– 692. DOI: 10.1016/j.ijmst.2017.05.014.

7. Евтушенко А. И., Евтушенко И. И., Нор-Аревян С. Л., Бельская Я. В. К вопросу исследования путей повышения эффективности пылеподавления орошением // Инженерный вестник Дона. — 2016. — Т. 42. — № 3 (42). — С. 46–55.

8. Макаров В. Н., Угольников А. В., Макаров Н. В., Боярских Г. А. Математическое моделирование гидровихревой классификации тонкодисперсных отходов горно-металлургического производства. // Горный журнал. — 2019. — № 12. — С. 56–60. DOI: 10.17580/gzh.2019.12.12.

9. Zhang H., Xu Y., Han W., Wang Z. Analysis on the Development Status of Coal Mine Dust Disaster Prevention Technology in China // Journal of Healthcare Engineering. 2021, vol. 2021, 5574579. DOI: 10.1155/2021/5574579.

10. Li S., Xie B., Hu S., Jin H. Removal of dust produced in the roadway of coal mine using a mining dust filtration system // Advanced Powder Technology. 2019, vol. 30, no. 5, pp. 911–919. DOI: 10.1016/j.apt.2019.02.005.

11. Патент № 2737161 C1, 31.03.2020. Макаров В. Н., Макаров Н. В., Угольников А. В., Дылдин Г. П, Чураков Е. О. Способ гидровихревого кинематического пылеподавления и устройство для его реализации. 2020. Бюл. № 33.

12. Макаров В. Н., Угольников А. В., Макаров Н. В., Бельских А. М. Критериальные уравнения эффективности гидровихревого пылеулавливания // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. — 2022. — № 1. — С. 200–209. DOI: 10.46689/2218-5194-2022-1-1−200−209.

13. Tripathy D. P., Ala C. K. Risk Assessment in Underground Coalmines Using Fuzzy Logic in the Presence of Uncertainty // Journal of The Institution of Engineers (India): Series D. 2018, vol. 99, pp. 157–163. DOI: 10.1007/s40033-018-0154-7.

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

15. Niu Y., Zhang L., Shi B. Experimental study on the explosion-propagation law of coal dust with different moisture contents induced by methane explosion // Powder Technology. 2020, vol. 361, pp. 507–511.

16. Yang S., Nie W., Lv S., Liu Z., Peng H., Ma X., Cai P., Xu C. Effects of spraying pressure and installation angle of nozzles on atomization characteristics of external spraying system at a fully-mechanized mining face // Powder Technology. 2019, vol. 343, pp. 754– 764. DOI: 10.1016/j.powtec.2018.11.042.

17. Han H., Wang P., Liu R. Experimental study on atomization characteristics and dust reduction performance of four common types of pressure nozzles in underground coal mines // Int J Coal Sci Technol. 2020, no. 7(3), pp. 581–596. DOI: 10.1007/s40789−020−00329-w.

18. 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, no. 24, pp. 707–714. DOI: 10.24200/sci.2017.4055.

19. Филина В. А., Филин А. Э. Пути повышения эффективности пылеподавления орошением. // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2020. — № S14. — С. 3–10. — DOI: 10.25018/0236-1493-2020-5-14−3−10.

20. Hu S., Huang Y., Feng G., Shao H, Liao Q., Gao Y., Hua F. Investigation on the design of atomization device for coal dust suppression in underground roadways // Process Safety and Environmental Protection. 2019, vol. 129, pp. 230–237. DOI: 10.1016/j. psep.2019.07.010.

21. Bosikov I. I., Klyuev R. V., Revazov V. Ch., Pilieva D. E. Structural and geological features of ore zones in the southeast of the Siberian Platform // Mining Informational and Analytical Bulletin. 2023, no. 1, pp. 84–94. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_1_0_84.

22. Скопинцева О. В., Ганова С. Д., Бузин А. А., Федотова В. П. Мероприятия по борьбе с пылью при погрузке и транспортировании твердых полезных ископаемых // Горный журнал. — 2019. — № 12. — С. 76–79. DOI: 10.17580/gzh.2019.12.16.