ROZKAD PYU RESPIRABILNEGO W WYROBISKACH .D. Obracaj 86 1. Wst™p Zapylenie powietrza jest jednym

  • View
    212

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of ROZKAD PYU RESPIRABILNEGO W WYROBISKACH .D. Obracaj 86 1. Wst™p Zapylenie powietrza jest...

GRNICTWO I GEOLOGIA 2013 Tom 8 Zeszyt 3

Dariusz OBRACAJ Akademia Grniczo-Hutnicza, Krakw

ROZKAD PYU RESPIRABILNEGO W WYROBISKACH ODPROWADZAJCYCH POWIETRZE ZE CIAN

Streszczenie. Zwalczanie pyu respirabilnego w kopalniach podziemnych ma istotne znaczenie dla zdrowia i bezpieczestwa zaogi, szczeglnie wobec zagroe, jakie mog stwarza czstki pyu zawieszonego. Wyniki pomiarw zmian koncentracji pyu w wyrobiskach mog by pomocne przy weryfikacji modeli matematycznych rozprzestrzeniania si pyu wraz z powietrzem przepywajcym wyrobiskami.

Przeprowadzono pomiary koncentracji pyu respirabilnego w wyrobiskach odprowadzajcych powietrze z dwch cian eksploatacyjnych w celu okrelenia dyspersji pyu wzdu wyrobisk. Pomiary wykonano w trzech przekrojach poprzecznych w rnych odlegociach od wylotu ze ciany za pomoc stacjonarnych pyomierzy optycznych P-2, umoliwiajcych cigo pomiaru koncentracji pyu i rejestracj wartoci w kopalnianym systemie monitoringu parametrw powietrza.

W artykule przedstawiono wyniki chwilowych rejestracji koncentracji pyu respirabilnego oraz prdkoci powietrza i porwnano wartoci urednione z wynikami modelu teoretycznego oblicze zmian w koncentracji pyu na drogach przepywu powietrza.

DISTRIBUTION OF RESPIRABLE DUST IN MINE RETURN AIRWAYS

Summary. The control of respirable dust in underground mines has been given paramount importance due to health and safety implications associated with fine particles. To obtain a better understanding of spatial and temporal behavior of dust dispersion in underground airways and data to compare with the predictions of mathematical model, a set of mine experiments was conducted. In order to determine dispersion and deposition of respirable dust, research into the changes in dust concentration along tail entries of two longwalls was conducted. The measurements of respirable dust concentration were taken in three cross-sections in entries located at different distances from a longwall outlet. The measurements were taken by means of optical particle counter P-2. Counter P-2 uses a light scattering detection of dust and it works in real-time sending the results to a surface computer by using a mine monitoring system. This paper presents the results of instantaneous recordings of respirable dust concentration. Average instantaneous values of concentration were compared to theoretical models of changes in dust concentration in airways.

D. Obracaj

86

1. Wstp

Zapylenie powietrza jest jednym z najpowaniejszych zagroe rodowiska pracy

w grnictwie. Rozwj techniki urabiania ska w kopalniach podziemnych wie si ze

wzrostem emisji pyu w wyrobiskach. Coraz lepsze i wydajniejsze maszyny urabiajce nie

powoduj zmniejszenia zapylenia powietrza, a wrcz przeciwnie przyczyniaj si do jego

zwikszenia. Py wglowy jest czynnikiem sprzyjajcym powstawaniu zagroenia

wybuchowego i zagroenia pyami szkodliwymi dla zdrowia.

Badania naukowe nad powstawaniem i rozprzestrzenianiem si obokw pyowych

w wyrobiskach grniczych byy prowadzone od wielu lat (Ksenofontowa i Burchakow, 1965;

Bhaskar i Ramani, 1986, Bhaskar i Ramani, 1989; Bhaskar i in., 1988; Ramani i Bhaskar,

1988; Ramani i Qin, 1990; Shankar i Ramani, 1991; Peng i Wang, 1994, Ramani i Qin, 1995;

Shankar i Ramani, 1995; Xu i Bhaskar, 1995; Rider i Colinet, 2006). Wikszo bada

koncentruje si nad rozwojem metod ograniczania powstawania pyu i technicznymi

rozwizaniami jego zwalczania. W chwili obecnej nie ma jednak moliwoci cakowitego

wyeliminowania powstawiania pyu zawieszonego, transportowanego wraz z powietrzem na

znaczne odlegoci. Powoduje to znaczny wzrost zagroenia pracownikw znajdujcych si

nawet w znacznej odlegoci od miejsca urabiania. Jednoczenie transportowany powietrzem

py osadza si na spgu i ociosach wyrobiskach, co moe stwarza niebezpieczestwo

wybuchu.

W wystpowaniu zagroenia pyami szkodliwymi dla zdrowia due znaczenie ma

koncentracja frakcji respirabilnej pyu i zawarto w nim wolnej krzemionki krystalicznej.

Gwne wyniki bada wskazuj, e wiele czynnikw wpywa zarwno na powstawanie pyu

lotnego, jak i na jego transport wyrobiskami grniczymi. Jedn z grup czynnikw tworz

parametry powietrza, takie jak: rozkad prdkoci powietrza w przekroju poprzecznym

wyrobiska i jego pulsacyjne zmiany przy przepywie turbulentnym oraz pole rozkadu

temperatury i wilgotnoci powietrza w wyrobisku. Drug grup czynnikw stanowi

parametry pyu: gsto, rozkad frakcyjny, rozkad mineralogiczny, ale rwnie krople

skondensowanej pary wodnej i inne czynniki. Dostpna technika pomiarowa aerozoli nie jest

w stanie uwzgldni wszystkich wymienionych czynnikw, co powoduje, e zapylenie

powietrza jest jednym z parametrw powietrza, ktrego jeszcze nie monitoruje si

w kopalniach. Skad aerozolu w powietrzu kopalnianym oraz mnogo czynnikw

wpywajcych na zmian jego koncentracji powoduj, e cigy pomiar koncentracji pyu

w wyrobisku jest bardzo trudny (Gillies i Wu, 2007). Aktualnie kontrola koncentracji pyu

Rozkad pyu respirabilnego w wyrobiskach...

87

respirabilnego w powietrzu sprowadza si tylko do pomiaru chwilowego osobistymi

pyomierzami grawimetrycznymi, istniej rwnie pyomierze optyczne wykorzystywane

w krtkookresowych rejestracjach stenia pyu na potrzeby chwilowych pomiarw

kontrolnych. Monitoring koncentracji pyu z pewn dokadnoci pomiaru jest jednak

praktycznie moliwy.

Obecnie prowadzone s badania nad wykorzystaniem pyomierza stacjonarnego do

mierzenia frakcji respirabilnej pyu w systemie monitoringu parametrw powietrza

kopalnianego (Lebecki i Maachowski, 2012). W dalszej czci przedstawiono wyniki

monitoringu koncentracji pyu respirabilnego w trzech przekrojach poprzecznych wyrobisk

odprowadzajcych powietrze z dwch cian eksploatacyjnych.

2. Metodyka bada zmian koncentracji pyu respirabilnego w wyrobiskach odprowadzajcych powietrze ze cian

W celu okrelenia zmian koncentracji pyu respirabilnego w wyrobiskach wentylacyjnych

przeprowadzono rejestracj chwilowych koncentracji pyu w czasie. Pomiary prowadzono za

pomoc pyomierzy optycznych w wyrobiskach odprowadzajcych powietrze z dwch cian

eksploatacyjnych w KWK Ziemowit i KWK Borynia-Zofiwka. Dla badanych wyrobisk

okrelono podstawowe dane technologiczne i warunki geologiczne zwizane z eksploatacj

cianow (tablica 2.1). Opracowana metodyka pomiarowa polegaa na zabudowie trzech

stacjonarnych pyomierzy optycznych w wyrobiskach nadcianowych. Do pomiarw

wykorzystano pyomierz optyczny P-2, opracowany w Instytucie Innowacyjnych Technik

EMAG w Katowicach. Pyomierz jest kalibrowany w komorze pomiarowej przez porwnanie

z pyomierzami grawitacyjnymi oraz pyomierzem optycznym typu Hund (Maachowski,

2012). Pyomierz wsppracuje z centralami telemetrycznymi podczonymi do systemu

dyspozytorskiego monitoringu parametrw powietrza w kopalni. Budowa i zasada dziaania

pyomierza P-2 zostaa opisana w pracach (Mrz i in., 2088; Mrz i Maachowski, 2009).

D. Obracaj

88

Pyomierze zlokalizowano na wylocie z wyrobiska (od 10 m do 30 m od skrzyowania),

w poowie dugoci wyrobiska i na wylocie z wyrobiska (ok. 10 m od skrzyowania

z pochylni). Nachylenie obu wyrobisk byo mniejsze od 5 promili. Pyomierz umieszczono

w punkcie reprezentujcym redni warto koncentracji pyu w przekroju poprzecznym

wyrobiska. W chodniku 942 pomiary byy rejestrowane z czstotliwoci 1 minuty,

a w chodniku nadcianowym F-1 pok. 406/1 z czstotliwoci 1 sekundy, co byo

spowodowane odmiennym rodzajem systemu monitoringu parametrw powietrza w obu

kopalniach.

Oprcz rejestracji koncentracji pyu rejestrowano rwnie redni prdko powietrza

w przekroju wyrobiska. Stacjonarny anemometr zlokalizowano na kocu wyrobiska.

Rejestrowano rwnie prac kombajnu.

Chwilow koncentracj pyu w badanych wyrobiskach rejestrowano w okresie kilkunastu

dni. Wyniki rejestracji uzyskano w formie zapisu pliku tekstowego. Dodatkowo wykonywano

pomiary kontrolne: temperatury i wilgotnoci wzgldnej powietrza za pomoc psychrometru

aspiracyjnego, cinienia bezwzgldnego za pomoc baroluksu oraz prdkoci redniej

w przekroju wyrobiska za pomoc anemometru skrzydekowego AS. rednie wartoci

wynikw parametrw powietrza przedstawiono w tablicy 2.1.

Tablica 2.1 Wyniki pomiarw parametrw powietrza w trakcie prowadzenia pomiarw

emisji pyu w cianie

Parametr Jednostka

Wartoci urednione

Chodnik nr 942, ciana 914a

Chodnik nadcianowy F-1, pok. 406/1,

ciana F-1 rdo pyu - Kombajn Strug Gboko zabioru m 0,2 0,08 Prdko posuwu m/min 8 130 Przekrj poprzeczny ciany m2 15,1 3,1 Prdko rednia powietrza w cianie m/s 0,72 7,3 Przekrj poprzeczny chodnika (uyteczny) m

2 15,4 14,2

Obwd chodnika m 16,3 15,7 Prdko rednia powietrza w chodniku m/s 0,64 2,44 Temperatura wg termometru suchego oC 24,2 27,2 Temperatura wg termometru mokrego oC 23,2 23 Kota wysokociowa wylotu ciany m n.p.m. -378,5 -538,7 Cinienie barometryczne hPa 1046,41 1066,06 Wilgotno waciwa g/kg 16,9 14,93 Wilgotno wzgldna % 92% 69 Gsto powietrza kg/m3 1,21 1,23 Strumie objtoci powietrza m3/min 590 2080

Rozkad pyu respirabilnego w wyrobiskach...