Борьба с пылью при бурении скважин шарошечными станками

Борьба с пылью при бурении скважин шарошечными станками

Введение

Образующая и витающая в атмосфере карьеров и разрезов пыль различается по минералогическому, химическому и дисперсному составам.

Минералогический состав образующейся в карьере или разрезе пыли обычно близок к минералогическому составу разрабатываемых пород, особенно непосредственно около источников пылеобразования. Состав пыли может отличаться от разрабатываемых пород в зависимости от прочности отдельных минералов и крупности частиц пыли, образующихся из различных минералов, а также от скорости выпадения отдельных частиц из воздушного потока. Результирующий минералогический состав пыли в выработанном пространстве карьера или разреза определяется интенсивностью пылевыделения отдельных источников. Химический состав пыли в карьерах и разрезах в основном определяется химическим составом разрабатываемых пород. Кроме того, на его состав оказывают влияние производственные процессы, связанные с выделением вредных газов: работа двигателей внутреннего сгорания (автотранспорт, бульдозеры, тепловозы), взрывные работы, работа станков термического бурения и др. При этом наблюдается адсорбция вредных газов и паров на поверхности пыли. В зависимости от минералогического и химического составов пыль может быть ядовитой и неядовитой. К ядовитым относятся пыли, содержащие свинец, ртуть, хром, марганец', сурьму и другие ядовитые элементы. Вдыхание этой пыли приводит к специфическим профессиональным заболеваниям. К неядовитым относится кварцевая, силикатная и другие пыли. длительное вдыхание пыли может привести к заболеваниям горнорабочих пневмокониозами(силикозом и др.). Ha большинстве карьеров опасность представляет заболевание горнорабочих силикозом, которое связано с вдыханием пыли, содержащей свободный диоксид кремния (SiO2). На отдельных карьерах содержание свободного диоксида кремния в витающей пыли следующее: на рудных уступах железорудных карьеров Кривбасса 20-50 %, Курской магнитной аномалии 1-10 %. Дисперсный состав пыли предопределяет интенсивность ее взметывания воздушными потоками, время оседания, а также выбор эффективного способа пылеподавления или пылеулавливания. Как известно, наибольшая крупность пылинок, которые попадают в легкие человека, обычно не превышают 10 мкм. Подавляющее большинство пылинок имеет размер 5 мкм в менее. Особенно опасными считаются частицы размером менее 2 мкм. Дисперсный состав пыли зависит от ряда природных и технологических факторов.

1.Борьба с пылью при бурении скважин шарошечными станками

При шарошечном бурении скважин дисперсный состав пыли, выбрасываемой в атмосферу, зависит от физико-механических свойств буримой породы, типа шарошечного долота, скорости его вращения, усилия подачи, количества подаваемого в скважину сжатого воздуха, глубины скважин, способа борьбы с пылью, принятой пылеулавливающей установки и ее технического состояния.

Таблица 1

Абразивность (истирающая способность)- свойство частиц пыли истирать соприкасающиеся с ними поверхности во время движения. Она зависит от твердости, формы, размеров и плотности частиц пыли и других факторов. Это свойство необходимо учитывать при создании пылеулавливающих установок. Воздух в карьерах и разрезах можно рассматривать как обычный атмосферный, в котором кроме азота (78,08 %), кислорода (20,95 %), аргона (0,93 %), углекислого газа (0,03 %), водяных паров и тонкодисперсной пыли содержатся такие ядовитые газы и пары, как оксиды азота, оксид' углерода, сероводород, сернистый газ и альдегиды. Сокращение пылевыделения при буровых работах. В зависимости от способа разрушения пород при бурении взрывных скважин на карьерах и разрезах можно выделить две основные группы станков: с механическим и термическим бурением. К первой группе относятся станки шарошечного и ударного бурения.

.1 Сокращение пылевыделения при буровых работах

В зависимости от способа разрушения пород при бурении взрывных скважин на карьерах и разрезах можно выделить две основные группы станков: с механическим и термическим бурением. К первой группе относятся станки шарошечного и ударного бурения. При работе буровых станков с механическим разрушением пород пылевыделение в атмосферу карьеров может быть снижено путем применения специальных мер (бурение на оптимальных режимах и специальными долотами), эффективных пылеулавливающих установок (включающих гравитационные, инерционные, жидкостные и пористые пылеуловители) и использования мокрых способов пылеподавления (водой, воздушно-водяной смесью, пеной и др.). Основным направлением снижения пылевыделения при работе станков шарошечного бурения в настоящее время является применение мокрых способов пыле подавления и пылеулавливающих установок. Воздушно-водяная смесь на ставках образуется при подаче воды в поток сжатого воздуха и распылении ее на мелкие капли. В призабойном пространстве смесь создает факел из капель, которые сталкиваются с пылевыми частицами. Вихреобразование повышает вероятность сталкивания пылевых частиц с каплями воды. Смачивание и коагуляция пыли продолжаются при движении продуктов бурения по затрубному пространству. Шлам от устья удаляется воздушным потоком, создаваемым вентилятором, который устанавливается на станке на расстоянии 1,1-1,5 м от скважины. Частицы, смоченные водой, выпадают из потока в оседают на поверхности уступа на некотором расстоянии от устья скважины. Для повышения смачивающих свойств воды можно использовать добавки поверхностно-активных веществ (ПАВ), которые снижают поверхностное натяжение воды, улучшают ее смачивающую способность и диспергирование.

Таблица 2

специальном конструкторско-технологическом бюро института геотехнической механики (СКТБ ИГТМ) АН УССР разработана система конденсационного пылеподавления для станков шарошечного бурения. Эта система предусматривает насыщение выходящего из скважины пылевоздушного потока паром и последующую обработку диспергированной водой, капля которой становятся центрами конденсации пара и коагуляции пыли. Для усиления эффекта конденсации и коагуляции пар и диспергированную воду заряжают электростатически разноименно; кроме того, воду предварительно омагничивают. Система включает автономную парогенераторную установку, магнитную станцию, коллектор с форсунками, расположенными у устья скважины, и пульт управления. Испытания системы конденсационного пылеподавления на ставке 2СБШ-200 в условиях Рыбальского карьера показали, что эффективность пылеподавления составляет 92-97% при расходе воды до 0,083 л/с п пара до 0015 кг/с. Применение этого способа позволило также увеличить производительность станка в 1,4 раза и стойкость долота в 1,8 раза. Применение воздушно-водяной смеси имеет следующие недостатки: возможность снижения стойкости долот, ограничения по применению воды в зимнее время и возможность разрушения устья, а в некоторых случаях и всей скважины. За время эксплуатации станков шарошечного и ударно-вращательного бурения было разработано несколько десятков одно-, двух-, трех- и четырехступенчатых пылеулавливающих установок, состоящих из узла отсоса запыленного воздуха от устья скважины (укрытия), пылеулавливающих аппаратов, вентилятора и системы воздуховодов. По принципу улавливания пыли на последней ступени очистки они подразделяются на установки с гравитационным, инерционными, поглощающими и пористыми пылеуловителями. Пылеулавливающие установки могут включать как сухие, так и мокрые пылеуловители.

.2 Пылеулавливающие установки для станков шарошечного бурения

Несколько пылеулавливающих установок для станков шарошечного бурения было разработано во ВНИИБТГ. Одна из них включает две ступени два параллельно установленные циклона. НИИОгаз типа ЦН-15 и рукавный фильтр из многослойной ткани с пульсирующей продувкой. При применении этой установки весь пылевоздушный поток из скважины через пылеприемник и пылепровод поступает в циклоны, в которых осуществляется улавливание буровой мелочи и крупной пыли. Затем запыленный воздух поступает в камеру рукавного фильтра. После очистки воздух вентилятором выбрасывается в атмосферу. Для предупреждения вторичного пылеобразования пыль, выпущенная из пылеуловителей на поверхность уступа, может смачиваться водой или раствором сульфитно-спиртовой барды, которые находятся в специальном резервуаре, установленном на станке. Трехступенчатая пылеулавливающая установка применялась, на станке шарошечного бурения 2СБLLI-200Н. При бурении скважины буровая мелочь через пылеприемник в этой установке поступает в осадительную камеру размером 1,0×1,5×2,8 м. Воздух, очищенный от крупных частиц, проходит через парный циклон диаметром 0,45 м и рукавный тканевый фильтр площадью фильтрации 50 м². Установка оборудована вентилятором ВВД-8. При применении установки интенсивность пылевыделения снижается в 10 раз, а запыленность воздуха на рабочих местах - до 0,6-6,9 мг/м³. Гипроникелем для станков шарошечного бурении была предложена установка.

шарошечный бурение пылевыделение

Рисунок 1

Она состоит из пылеприемника - сепаратора для осаждения крупных частиц буровой мелочи, батареи из восьми циклонов ЦН-15 для улавливания крупных частиц пыли и рукавного тканевого фильтра для тонкой очистки воздуха от пыли. Рукавный фильтр площадью фильтрации 18 м² состоит из восьми рукавов длиной 2 м п диаметром 0,35 м. Регенерация ткани осуществляется автоматически обратной струйной продувкой сжатым воздухом. При испытаниях было установлено, что эффективность очистки воздуха при ее применении составляет 99,5 %;

Институтом Гипроникель предложена пылеулавливающая установка (рис. 15), в которой применен рукавный фильтр с автоматической регенерацией с помощью струйной кольцевой обратной продувки. Рукавный фильтр состоит из 8 рукавов длиной 2 м. и диаметром о,З5 м. каждый, при общей фильтровальной поверхности 18 м². Скорость фильтрации 0,08 м/с. Регенерация фильтра производится автоматически с помощью реле времени через заданные промежутки времени (примерно 30 с) посредством колец, охватывающих рукава и перемещающихся вдоль них. Промышленные испытания установки на станке БАШ-320 показали, что эффективность очистки составляет 99,5%, а запыленность воздуха на рабочих местах и в зоне работы станка не превышает предельно допустимую. С целью повышения эффективности пылеулавливания рукавными фильтрами тонкодисперсной пыли, в МГИ разработана двухступенчатая пылеулавливающая установка, включающая циклон с карманными ловушками и акустико-фильтрационные камеры с тканевыми фильтрами. Установка акустических генераторов под тканевыми фильтрами позволяет за счет интенсивных акустических колебаний скоагулировать большую часть тонкодисперсной пыли и производить ее стряхивание с поверхности фильтрующего материала (нейтрон утяжеленный). Испытание этой установки на Гологорском карьере Саткинского горнорудного управления показали, что концентрация пыли на выбросе составляет 25-29 мг/мз, в кабине машиниста станка 2-6 мг/м3 и на расстоянии 5 м от станка 3-5 мг/м3. Шум акустических генераторов у наружной стенки камеры озвучивания не превышает 75 дБ, в то время, как шум от работающего станка составляет 85 дБ. Заслуживает внимания пылеулавливающая установка, разработанная в Иркутском политехническом институте, в которой для улавливания тонких фракций пыли используется центробежно-электромагнитный пылеосадитель. Установка имеет три ступени очистки: пылеприемный зонт, где осаждаются наиболее крупные фракции, циклон диаметром 800 мм для осаждения фракций пыли более 10 мкм и электромагнитный фильтр. Пылеуловитель работает следующим образом. Запыленный воздух, поступающий из воздухопровода в циклонообразную насадку, получает вращательное движение. При этом, за счет гравитационных сил из потока дополнительно выпадают крупные частицы пыли. Затем, попадая в верхнюю часть фильтра, пылевые частицы под действием электромагнитных, инерционных и других сил коагулируются в крупные агрегаты, которые вращающимся потоком воздуха отсекаются от слоя зерен ферромагнитного материала и осаждаются в пылесборнике. Промышленные испытания пылеулавливающей установки с центробежным электромагнитным фильтром показали, что общая эффективность пылеулавливания составляет 98,8-99,8 %, а запыленность воздуха не превышает 4,3 мг/мз в 2 м. от станка шарошечного бурения и 2,8 мг/м3 в кабине машиниста. Опыт показывает, что в зависимости от горно-геологических и климатических условий, физико-механических свойств буримых пород и других факторов на буровых станках с большой эффективностью могут применяться установки как с мокрыми, так и с сухими пылеуловителями.

ЗАДАЧА 1

Определить запыленность воздуха (с, мг/м³) на рабочем месте весовым методом. Для отбора проб воздуха используется прибор ПА-20М-1, фильтры типа АФА-ВП-20. Фильтры взвешиваются на аналитических весах второго класса с погрешностью измерения 0,02мг.

Исходные данные для расчета

1.      Отбор пробы производится вне помещения в отведенном месте на территории “Филиала”. Отбираемая проба воздуха запыляется искусственно, путем встряхивания мешочка с пылью перед фильтром.

2.      Снимаем показания барометра-анероида - P_И, кПа и термометра - Т₃,ºС

.        Чистый фильтр АФА-ПВ-20 с указанной массой - m₁ помещают в гнездо аллонжа и закрепляют, аллонж с фильтром подключают к всасывающему штуцеру прибора ПА-20М-1.

.        Уточняем расход воздуха по положению ротаметра (20л/мин), включают питание к. “ВКЛ” и, нажав к. “ПУСК”, включают режим пробоотбора на заданное предварительно время, или, примерно, на 10 минут, следя по часам. Действительное время отбора пробы - t_от покажет цифровой индикатор таймера после двух нажатий к. “СТОП”. Во время отбора пробы замерщик держит аллонж с фильтром в руке, направляя фильтр к источнику пыли.

.        Кнопкой “ВКЛ” отключаю питание прибора, вынимают фильтр из аллонжа, доставляют его в лабораторию и взвешивают на аналитических весах, получив массу запыленного фильтра - m₂.

.        Определяю объём воздуха по результатам замера

где:   Q_P - расход воздуха по ротаметру, л/мин (20 л/мин);

t_от - зафиксированное время пробоотбора, мин.

7.      Определяю запыленность воздуха по формуле:

Сп=0,6/0,3=0,2 мг/м³

где:   С_П - весовая концентрация пыли в воздухе, ;

V_H - приведенный объем воздуха при нормальных условиях, м³ (см.формулу выше)

m_П - масса пыли, мг.

m_п=m₂ - m₁ , мг

m_п=63,6-63,0=0,6 мг.

После подстановки получим:

где:   Р_Н=101,3 кПа, Т_Н=293ºК, Т_И =Т₃+273,ºК .

Окончательная формула для определения запыленности:

Заключение

Я считаю, что наиболее эффективной установкой по улавливанию пыли для станков шарошечного бурения является двухступенчатая пылеулавливающая установка с пульсирующей продувкой рукавных фильтров из многослойной ткани разработанная во ВНИИБТ. Принцип ее работы следующий. Пылевоздушный поток через пылеприемник (диаметр которого равен двум диаметрам скважины) и пылепровод полностью попадает в первую ступень очистки, состоящую из двух параллельно установленных циклонов НИИОГаз типа ЦН-15, где происходит улавливание буровой мелочи и значительное количество пыли. Циклоны оборудованы непрерывно саморазгружающимися секторными затворами. Из циклонов запыленный воздух поступает в камеру тканевого фильтра, регенерация которого производится сжатым воздухом от компрессоров станка, после чего очищенный воздух вентилятором выбрасывается в атмосферу. При бурении обводненных пород воздух из циклонов по обводному каналу направляется непосредственно к вентилятору. Для предупреждения повторного пылеобразования уловленной и выгруженной на уступ пыли предусматривается ее закрепление водой или 0,5 %-ным раствором сульфитно-спиртовой барды, расход которой составляет 2,8-5 л/м². С этой целью на станке устанавливается резервуар, из которого производится орошение уловленных продуктов бурения. Разработанная установка в 2-4 раза меньше известных и может применяться при бурении различных пород и в любых климатических условиях.

Список использованной литературы

1.      Битколов Н.З. Аэрология карьеров: учебник для вузов/ Н.З. Битколов, И.И. Медведев. - М.: Недра, 1992.-- 264с.