книги из ГПНТБ / Чулаков П.Ч. Теория и практика обеспыливания атмосферы карьеров
.pdfЧастица пылн, находящаяся на поверхности и об текаемая воздушным потоком, будет испытывать дей ствия следующих сил (рис. 14):
1) силы собственного веса
G = mg; |
(Ш.З) |
2) силы давления воздушного потока в направле нии скорости
(Ш.4)
где я|)л — коэффициент лобового сопротивления; и — скорость воздушного потока, м/сек, р — плотность воздуха, кг/м3 ; 5—сечение частицы, м2 ;
•fx
\m
—- ^ / к
/л/S --
/ |
/ |
\с |
i l
У
Y
Pue. 14. Схема действия сил на частицу пыли
3) силы трения, которая направлена в сторону, противоположную перемещению, и пропорциональна нормальному давлению частицы на поверхность,
Т = mgf cos a, |
(HI.5) |
где / — коэффициент трения; а — угол |
наклона |
плоскости; |
|
70
4) составляющей |
силы |
тяжести |
по касательной |
к поверхности, направленной |
в сторону уклона, |
||
Fx |
= mg-sin a. |
(III.6) |
|
Критическая скорость воздушного потока, при ко торой происходит 'перекатывание частиц пыли, оп ределяется из условия неравенства суммы моментов
действующих сил. |
|
|
|
|
Перекатывание |
рассматриваем |
относительно |
||
точки А. Тогда |
|
|
|
|
|
Мра > |
MFY + Мт + MFK, |
|
(Ш.7) |
где |
MFu—момент |
гидродинамической |
силы; |
|
M*,,, |
— моменты |
составляющих |
силы |
тяжести; |
Мт —• момент силы трения.
Момент составляющей оилы тяжести относительно
оси |
у |
|
|
|
|
|
|
Мру |
— mg cos Ы1г |
(ІИ-8) |
|
где 1[ — плечо силы Fv. |
|
|
|||
Длина 1\ = КА. |
Из |
равностороннего треугольника |
|||
OAD |
со стороной |
г |
|
|
|
|
|
КА^ |
|
—2 г=Іх. |
|
Тогда |
|
|
|
|
|
M F |
I |
|
1 |
4 |
cos а, |
= — гmg cos а = — |
г — nr3p4g cos a=k"r4p4g |
||||
У |
2 |
|
2 |
3 |
|
|
|
|
|
|
(Ш.9) |
U'f 4 |
|
|
|
|
|
где я |
— —- л; р ч — плотность частицы пыли. |
|
|||
Момент силы трения |
|
|
|||
Мт = fmg cos а-1%,
где h — плечо силы трения.
Сила трения появляется в точке А, поэтому 1%=0.
Тогда |
|
Мт = fmg cosa -0 = 0. |
(III. 10) |
Момент составляющей силы тяжести |
относительно |
оси X |
|
71
MFV |
—mg sina-la, |
(III. |
где /з — плечо силы |
Fx. |
|
Момент гидродинамической силы |
|
|
|
|
|
MFa |
= %-^SL3, |
где /з — плечо |
силы |
Fu. |
||
Плечи |
сил |
Fx |
и Fu |
раівны, |
по оси X, |
т. е. |
|
|
|
|
|
/3 |
= О'К = 00' |
|
(I
так как они действуют
+ OK',
OK = ]/(ОЛ)2 |
—(ЛК)2 = j / " r s |
i - г2 = |
г; |
00' = 4 ^ С ; tfC |
= O C - O K = r - - Ç / - = |
r ( ^ = ^ ) |
|
или |
|
|
|
Тогда |
|
|
|
|
|
M f . c = ( 2 |
) rmg sin а = |
( 2 + 4 ^ ? |
) r |
у |
nr3p4g sin а = |
|
= &"Vp4 £sina, |
|
|
(III |
|
где |
|
|
|
|
|
Величина |
|
|
|
|
|
|
. = ^ s ( |
l ± f - ) |
r |
, |
(Ш.14) |
где S = S4—50егм; S4 = nr2 |
— сечение |
частицы; Sc e r M — |
|||
сечение сегмента, на которое не приложены силовые линии воздушного потока.
Сечение сегмента |
|
= т ( ж - Л 0 ' |
< I , U 5 ) |
72
где |
г — радиус |
частицы, |
м; ß — центральный |
угол, |
|||
равный 60°. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Тогда |
|
|
|
|
|
|
S = |
^ - А |
(J± |
- |
sin f] |
= яг> - ^ |
- sin 60°) = |
|
|
2 |
V 180 |
/ |
2 |
V 180 |
/ |
|
|
= - ' - 4 ( 4 - ¥ ) |
= Ч " - т + ^ " ) |
= |
||||
^ - • . - ^ ( 2 |
¥ i x - ? - + - t |
? > - |
= |
k'^pr9, |
(III. 16) |
где |
|
|
* - - * - № ) ( * + £ ) •
Подставив в неравенство (III.7) значения момен тов сил, получим
&'\|злц2рг3 > k"r*p4g cos а ± ^'"г^рч^ sin а
или
А'ірли2р > rp„g (&" cos а ± |
sin а). |
Отсюда критическая скорость воздушного потока, при которой 'происходит перекатывание частиц пыли, должна быть
и > ^ / r p 4 g ( f e - c o s « ± f e - s i n g ) г м / с е к > ( Ш Л 7 )
Когда угол наклона плоскости равен нулю,
и>\/Г%%?' М / с е К - ( Ш Л 8 )
Из формул (III.17) и (III.18) видно, что критиче ская скорость срыва частиц пыли зависит от их раз меров, іплотности вещества и воздуха, коэффициента лобового сопротивления и от угла наклона поверхно сти перекатывания. Однако в этих формулах не учтена
73
сила сцепления между |
частицами |
пыли. |
Поэтому |
|||
критическая |
скорость воздушного |
потока |
для |
пыли |
||
Зыряновского |
карьера |
была определена |
эксперимен |
|||
тальным путем. |
|
|
|
|
|
|
Экспериментальная |
установка (рис. 15) |
состояла |
||||
из трубы 5 диаметром |
180 мм со спрямляющей |
решет |
||||
кой 1, центробежного |
вентилятора |
с электродвигате- |
||||
Рис. 15. Схема установки для экспериментального иссле дования сдуваемостп пыли
лем 7. В средней части трубы предусмотрена полка 4,
куда вставлялся-лоток |
с пылью 6. |
Длина |
трубы со |
||
ставляла 6000 мм. На |
расстоянии |
2000 мм от |
вход |
||
ного конца трубы подведена воздухомерная |
трубка |
||||
2, соединенная с микроманометром 3. |
|
|
|
||
При экспериментах лоток с пылью до и после |
про |
||||
дувания взвешивался |
на аналитических |
весах. |
За |
||
критическую скорость принималась та скорость, при которой происходил наименьший унос пыли воздуш ным потоком.
Критическая скорость |
воздушного потока |
уста |
||||
навливалась |
для определенного |
диапазона |
размеров |
|||
пыли. |
|
|
|
|
|
|
Как видно из рис. 16, |
критическая скорость |
срыва |
||||
частиц пыли при воздушно-сухом |
состоянии |
повы |
||||
шается с увеличением их размеров. Ввиду |
того, что |
|||||
в формулах |
(III.17) и (III.18) |
не учтена сила |
сцеп |
|||
ления между частицами пыли, теоретические |
крити |
|||||
ческие скорости оказались меньше |
эксперименталь |
|||||
ных. Причем эта разница для частиц пыли |
меньших |
|||||
размеров больше, чем для более |
крупных. |
Очевидно, |
||||
что для ныли меньших |
размеров |
сила |
сцепления |
|||
больше, чем для крупных. Однако до сих пор анали-
74
тическая зависимость, выражающая силу сцепления между пылевыми частицами, не установлена и для ее определения пользуются экспериментальными дан ными.
и, м/сек
10
If
а
0,1 |
|
|
|
|
|
0.1 |
|
|
|
|
|
56 |
100 |
ISO |
ZOO |
250 |
300 Т,пкм |
Рис. 16. |
Зависимость |
критической |
|||
скорости |
срыва частиц |
пыли |
от их |
||
|
|
размеров: |
|
|
|
/ — экспериментальная; |
2 — теоретическая |
||||
Глава IV
ПЫЛЕПОДАВЛЕНИЕ ПРИ ПОГРУЗОЧНО-РАЗГРУЗОЧНЫХ РАБОТАХ
§ 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПЫЛЕПОДАВЛЕНИЯ ПРИ ПОГРУЗОЧНО-РАЗГРУЗОЧНЫХ РАБОТАХ
Пылеподавление при погрузочно-разгрузочных ра ботах основано на увлажнении горной массы до оп тимальной величины. С повышением влажности пыле вых частиц в связи с увеличением силы сцепления между ними пылевыделение при экскавации горной массы уменьшается.
Изменение запыленности |
воздуха |
dN, принимая |
|
его пропорциональным приращению |
влажности |
пыли |
|
ûfcp, 'можно представить в виде |
|
|
|
dN = —aNd<p, |
|
(IV . 1) |
|
где /V — концентрация пыли; |
а — коэффициент |
про |
|
порциональности, учитывающий изменение запылен ности воздуха при изменении влажности пыли.
75
Разделив переменные н интегрируя левую часть формулы от начальной до конечной концентрации пыли
" к
|
N |
|
|
|
|
|
|
|
получим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
І п - ^ |
= — аф + С. |
|
|
(ІѴ.2) |
|||
|
Потенцируя зависимость (ІѴ.2), находим |
|
|
|||||
|
NK |
= ІѴе-«<Р+с, |
|
|
(ІѴ.З) |
|||
где |
С — произвольная |
постоянная, |
определяемая |
из |
||||
|
граничных условий. |
|
|
|
|
|
||
|
Начальная концентрация пыли соответствует есте |
|||||||
ственной влажности, т. е. при |
ф = сре, |
конечная |
|
кон |
||||
центрация пыли NK за |
вычетом |
атмосферного |
фона |
|||||
при влажности плевых частиц Ф; тогда |
|
|
|
|||||
|
С — аф е = |
0 и С = ссфе, |
|
|
|
|||
где |
фе — естественная |
|
влажность |
пылевидных |
ча |
|||
|
стиц по массе, |
%. |
|
|
|
|
|
|
|
Окончательно концентрация |
пыли |
в зависимости |
|||||
от влажности пылевых частиц экскавируемой или раз
гружаемой горной массы определится |
из выражения |
||
NK = |
N&tot~v>, |
|
(IVA) |
где N — концентрация |
пыли при фе за |
вычетом |
атмос |
ферного фона, мг/м3 . |
|
|
|
Решая уравнение (IV.4) относительно ф, получим |
|||
формулу для определения влажности |
горной |
массы, |
|
при экскавации которой запыленность воздуха не пре
вышает предельно допустимой |
концентрации, |
|
Ф = Ф е - - 1 п 4 ! Ч |
(IV.5) |
|
а |
N |
|
Исходя из формулы (IV.5) можно также опреде лить целесообразность применения этого способа пылеподавления при погрузочно-разгрузочных работах.
76
Коэффициент пропорциональности а прежде всего зависит от физико-механических свойств пылевидных частиц горной массы и для конкретных условий опре деляется экспериментальным путем. Так, при изуче нии эффективности гидроорошения в условиях Зыряновского карьера при экскаваторной погрузке горной массы и средней запыленности атмосферного фона 1,5 мг/м3 были получены следующие результаты:
Влажность пылевидных |
Запыленность воздуха |
частиц ф, % |
N, мг/м3 |
3,50 |
37,7 |
5,30 |
19,4 |
6,07 |
13,0 |
6,94 |
6,0 |
7,84 |
4,2 |
8,54 |
2,3 |
9,65 |
2,0 |
10,50 |
1,8 |
Исходя из этих данных определено |
среднее |
зна |
|||
чение |
коэффициента |
а = 0,475 |
для условий |
Зыря- |
|
новского карьера. |
|
|
|
|
|
Подставляя значения сс = 0,475, N = 37,7 мг/м3 , сре = |
|||||
=3,5% |
'и ІѴ,; = 2 мг/м3 |
в формулу |
(ІѴ.5), |
можно |
уста |
новить, что для условий Зыряновского карьера |
ра |
||||
циональная величина |
влажности |
пылевидных частиц |
|||
горной массы, при экскавации которой запыленность воздуха не будет превышать предельно допустимой концентрации, составляет 9,7%.
Эффективность способов пылеподавления оцени вается двояко: по абсолютной величине остаточного содержания пыли или по отношению уловленного ко
личества пыли1 к первоначальному. |
В первом |
случае |
появляется возможность судить о |
количестве |
пыли, |
пОступа'ющей в атмосферу, во втором случае устанав ливают степень улавливания, или эффективность по
давления П Ы Л И |
Т). |
|
|
|
|
При экскавации |
горной |
массы эффективность |
пы |
||
леподавления |
в |
результате |
орошения водой можно |
||
рассматривать |
как . |
|
|
|
|
|
|
|
|
( |
І Ѵ > 6 ) |
. . . |
|
. |
1 |
УѴ |
|
Однако формулой (ІѴ.6) |
можно пользоваться |
лишь при известных величинах |
ІѴ и NK, |
Подставив значение ——- |
из формулы |
(IV.4), по |
лучим |
|
|
ті = 1 — еа |
СРс-о» • |
(IV.7) |
Изменения NK и л в зависимости от ф, вычислен ные по формулам (IV.4) и (IV.7), приведены па рис. 17.
35
30
15
го
15
ю
5
о
3.5 \5 5.5 6,5 15 8,5 Я510,5 п,5р,%
Рис. 17. Изменение NK и г| в за висимости от ф
Для |
условий Зыряновского карьера |
'При ф = |
= 9,7% |
эффективность пылеподавления |
составляет |
около |
95%. |
|
§ 2. ПРАКТИКА БОРЬБЫ С ПЫЛЬЮ ПРИ ПОГРУЗОЧНОРАЗГРУЗОЧНЫХ РАБОТАХ И ОБОСНОВАНИЕ УДЕЛЬНОГО РАСХОДА ВОДЫ
Почти на всех карьерах для снижения пылеобразования при иогрузочно-разгрузочных работах при меняется гидроорошенне.
На карьерах ЮГОКа Криворожского бассейна и Башкирского медно-серного комбината для этого ис пользовались гидроустановки на железнодорожной платформе. В последнее время широкое применение находят установки на шасси автосамосвала МАЗ-525, изготовляемые в механических мастерских карьеров.,
78
Установки эти имеют следующую конструкцию. На раме а'втосамосвала установлена цистерна емкостью 24—25 м3 восьмигранного сечения, сваренная из стали толщиной 7—10 мм. Цистерна имеет раму из швелле ров № 30. Для уменьшения колебаний жидкости при движении и придания необходимой жесткости внут ри цистерны вварены две продольные и одна попереч ная диафрагмы.
Вода подается различными насосами: центробеж ным насосом 6НДв производительностью до 360 м3 /ч с напором 46 м вод. ст. и мощностью двигателя 75 квт; вихревыми насосами типа 2,5В-1,8 производитель ностью 11—20 м3 /ч при напоре 20—70 м вод. ст. и
мощности до 10 жвт и другими |
насосами. Обычно на |
||
сосы приводятся в действие от коробки |
отбора мощ |
||
ности, предназначенной |
для |
привода |
маслонасоса. |
Для уменьшения изгиба |
вала |
насос устанавливается |
|
на возможно большем расстоянии от коробки отбора мощности. В качестве водометного устройства часто применяется укрепляемый на цистерне пожарный ла фетный ствол МЛСЛ-2 конструкции ЦНИИіПО, кото рый может вращаться в горизонтальной плоскости на 360° и в вертикальной на 200°. Это позволяет поливать забой из любого положения машины.
При работе гидрооросительной установки с насо сом 6НДв и использовании в качестве водометного устройства ствола МЛСЛ-2 максимальная дальнобой ность струи при расходе воды 96—140 м3 /ч составляла 60 м. [43]. В условиях Сибайского и Учалинского карьеров при подаче воды по пожарному стволу насо сом ПН-25А дальнобойность струи также достигала 50—60 м. Применение же насосов типа 2,5В-1,8 из-за сравнительно малой их производительности оказалось нецелесообразным: дальнобойность струи при этих на сосах и использовании в качестве водометного устрой ства пожарного ствола не превышала 35—40 м.
На карьерах ЮГОКа Криворожского бассейна для орошения навала горной массы были использованы также гидромониторы с насадками диаметром 25 мм, подключенные к водопроводной сети, находящейся под давлением 4—8 ат. При этом запыленность атмо сферы снижалась в 5—6 раз [44].
Для орошения навала отбитой горной массы часто
79