Full Text

Введение Задача очистки воздуха на горных предприятиях весьма актуальна с позиции роста производительности труда, обеспечения санитарно-гигиенических норм, ограничивающих допустимые концентрации вредных взрывоопасных газов и аэрозолей. Практика показывает, что интенсификация производства, внедрение новых технологий, обеспечивающих эффективную добычу и переработку минерального сырья, сдерживает несовершенство технологий локализации взрывов угольной пыли. Угледобыча в условиях постоянного увеличения глубины горных работ сопровождается ростом негативных техногенных и природных процессов: газовая, пылевая, эндогенная пожарная опасности, внезапные выбросы угля и газа. Кроме того, устойчивая корреляция причинно-следственных связей вышеуказанных процессов приводит к тому, что устранение одних опасных явлений сопряжено с ростом других не менее катастрофичных процессов в угольных шахтах [1-4]. Дегазация угольных пластов и управление газовыделением, имеющие целью предотвратить опасность загазирования выработок, повышают эндогенную пожароопасность и увеличивают пылеобразующую способность угля. Предварительное физико-механическое воздействие на пласт при дегазации повышает склонность угля к самовозгоранию. Управление газовыделением с помощью дренажных штреков и отсоса метановоздушной смеси из выработанного пространства ведет к усилению проветривания выработанного пространства и интенсификации окислительных процессов, являющихся причиной самовозгорания угля [5-9]. Причинами образования взрывоопасной пылевоздушной среды является высокая твердость и хрупкость горных пород, приводящие к интенсивному пылеобразованию при отделении горных пород от массива и их транспортировании. Взрывы газа и пыли существенно различаются, однако взрывчатые свойства газов и пыли имеют много общего, что делает возможным разработку комплексных методов снижения газовой и пылевой опасностей выемочных участков угольных шахт [3, 10-13]. В современных условиях борьба со взрывами пылевоздушных смесей осуществляется по следующим основным направлениям: предотвращение образования пыли и газовыделений; недопущение опасных концентраций газа и пыли в рудничной атмосфере; исключение возникновения теплового импульса; локализация взрывов; защита персонала при взрыве [14-17]. Для устранения взрывоопасных концентраций используют диверсифицированные способы уменьшения выхода взрывоопасных примесей при разрушении массива, удаления их с рабочих мест, нейтрализацию и пылеподавление [18-22]. В угольных шахтах пылеобразование обусловлено технологическими особенностями ведения горных работ, применением системы разработки, предполагающей интенсивное обнажение угольного пласта на всей площади отработки. Кроме того, угольная пыль обладает высокой витаемостью, низкой смачиваемостью, а интенсивное проветривание вызывает захват большого количества пыли турбулентным воздушным потоком. При этом рост энерговооруженности с механическим отделением и дроблением горных пород и угля непосредственно в активно проветриваемом рабочем пространстве горных выработок приводит к непрерывному интенсивному запылению атмосферы горных выработок на всем их протяжении. С учетом вышеизложенного снижение взрывоопасности в шахтах должно осуществляться по следующим основным взаимосвязанным направлениям: - изменение свойств и состояния продуктивной толщи, особенно разрабатываемого пласта или залежи, с целью уменьшения отрицательных их проявлений, т.е. подготовка месторождения к безопасной разработке; - проведение технических мероприятий в шахте по пылеподавлению. Опыт показывает, что пассивные заслоны как громоздкие стационарные сооружения не способны локализовать взрыв в выработках с многочисленными и относительно подвижными потенциальными источниками воспламенения из-за сложности в производственных условиях постоянно поддерживать допустимые расстояния их установки [22-25]. Автоматические системы, в отличие от пассивных заслонов, снабжаются независимым от внешних условий источником энергии, служащим для принудительного диспергирования и подачи в зону воспламенения ингибиторного вещества по сигналу датчика. Гашение пламени взрыва осуществляется значительно меньшим количеством гасящего вещества по сравнению с пассивными заслонами. Устройства имеют небольшие габариты и массу, что позволяет сравнительно легко их перемещать по выработке по мере развития горных работ, не загромождая свободное пространство горной выработки, оставляя место для горно-шахтного оборудования различного назначения [22]. Указанное подтверждает необходимость комплексного подхода к безопасности в угольных шахтах. На передовых угольных шахтах России очистные забои оборудованы современной выемочной техникой, обеспечивающей нагрузку до 25 тыс. т в сутки. Однако высокая запыленность выработок, обильное метановыделение из отрабатываемых высокогазоносных пластов угля и высокая запыленность сдерживают интенсификацию угледобычи, что существенно снижает экономическую эффективность и конкурентоспособность предприятий подземной угледобычи [1, 3, 25, 26]. Травматизм от взрывов пыли на угольных шахтах с тяжелыми последствиями составляет более 10 %. Это определяет особую социальную значимость предупреждения и локализации взрывов пылевоздушных смесей в шахтах и защиты персонала. Мероприятия обеспечения пылевого режима в шахтах основаны на недопущении взрывоопасных скоплений пыли и предотвращении появления источника высокой температуры, способного воспламенить пылевые аэрозоли [2, 27]. Кроме того, пыль негативно влияет на организм человека, вызывая заболевания легких: силикоз - при воздействии породной пыли, антракоз - при воздействии угольной пыли. Особенно активно действуют на легкие человека частицы пыли размером (1…6)10-6 м. Наибольшую актуальность проблема взрыва пылегазовых смесей представляет для газообильных угольных шахт, и в первую очередь для подготовительных забоев, в которых происходит более половины аварий. На шахтах с высокой газообильностью и выбросами горных пород и газа успешная борьба с образованием взрывоопасной пылегазовой среды возможна только на основе рационального сочетания пылеподавления и дегазации. Исследования показывают, что более 60 % случаев образования взрывоопасной среды могут быть исключены при эффективном пылеподавлении. Мероприятия по борьбе с угольной пылью можно объединить в следующие основные группы: предупреждение или снижение пылеобразования, вентиляция, пылеулавливание, пылеподавление. Одним из эффективных методов предотвращения пылеобразования является предварительное увлажнение угольного массива. Сущность предварительного увлажнения заключается в том, что нагнетаемая в пласт под давлением жидкость приводит к увеличению влажности угля, вызывающему образование из пылинок, находящихся в трещинах, агрегатов, которые при поступлении в воздух быстро осаждаются [10, 17, 18, 20]. Вентиляция предусматривает вынос пыли из забоя и разжижение пылевого аэрозоля поступающим свежим воздухом с ограничением скорости движения воздуха по пылевому фактору: в подготовительных выработках - 0,4-0,7 м/с; в очистных забоях - 1-3 м/с [1]. Пылеулавливание заключается в аккумулировании пылевоздушной смеси в специальном бункере за счет создания отрицательной депрессии, воздействии на нее тонкодиспергированной жидкости и осаждении ее в виде шлама [24]. Наиболее распространенным способом осаждения пыли из воздуха является пылеподавление, основанное на смачивании частиц пыли каплями жидкости при соударении с образованием при этом гетерокоагуляционной системы «капля - пылинка», которая выпадает из воздуха и осаждается на стенки выработки [11, 15, 18, 20]. Для повышения эффективности пылеподавления используют химическую пену, которая растекается по поверхности горной массы, смешивается с ней, предотвращая переход пыли во взвешенное состояние. Пена создает большую поверхность взаимодействия жидкости с горной массой и способствует эффективному подавлению тонких фракций пыли и экранированию очагов пылеобразования [19]. Таким образом, комплексный подход к обеспечению безопасности в угольных шахтах с учетом взаимообусловленности негативных явлений может обеспечить рост экономической эффективности и конкурентоспособности угольных предприятий. В условиях роста интенсификации угледобычи, высокой энерговооруженности снижение опасности взрыва пыли может быть обеспечено только при полной автоматизации всех процессов комплексного пылеподавления и пылевзрывозащиты: - система мониторинга интенсивности накопления пыли и пылевзрывобезопасности горных выработок, аналогичная системе газового контроля; - автоматические системы пылеподавления, гидрообеспыливания, функционально связанные с системой мониторинга интенсивности накопления пыли. Совершенствование системы локализации вероятных взрывов угольной пыли - составная часть проблемы пылевзрывозащиты шахт, решение которой - одна из важнейших задач в области техники безопасности и охраны труда на ближайшие годы [1, 3, 22]. Методология исследований. Описание научной идеи Эффект пылеподавления в существенной мере сводится к преодолению энергетического барьера в процессе столкновения капель жидкости с частицами пыли и переводу системы «твердое - жидкое» в более устойчивое состояние, т.е. определяется степенью коагуляции и способностью капель жидкости захватывать частицы пыли. Как показано выше, гидрообеспыливание является одним из наиболее распространенных средств предотвращения взрывов пылевых смесей, обеспечения санитарно-гигиенических условий в технологиях горного производства [20, 25, 28, 29, 30]. Однако при высоконапорном гидрообеспыливании существенно растут энергозатраты на аэрацию, что снижает энергоэффективность процессов обеспечения санитарно-гигиенических условий и, как результат, приводит к падению конкурентоспособности экотехнологии в недропользовании [30]. Актуальность совершенствования технологии высоконапорного гидрообеспыливания, внедрения экологического недропользования требует нового подхода к построению математической модели инерционной ортокинетической гетерокоагуляции воднопылевого аэрозоля [31-34]. Определяющую роль в увеличении эффективности коагуляционного взаимодействия капель воды и частиц пыли играет именно кинетическая энергия движения капель распыляемой воды, а не общий ее расход. Для низконапорного распыления жидкости влияние начального участка факела на общую эффективность коагуляции не столь существенно из-за малой кинетической энергии диспергируемой струи. Динамически активный начальный участок с высокой кинетической энергией капель жидкости при высоконапорном гидрообеспыливании играет определяющую роль в общей эффективности захвата и коагуляции пылевых частиц каплями воды. Поскольку пылеподавление фактически возможно только при непосредственном контакте капли жидкости с частицей пыли, то механизм именно этого процесса необходимо изучить с тем, чтобы разработать технологию и соответствующие технические средства, обеспечивающие наибольшие комфортные условия для его эффективного осуществления. Технически коагуляция представляет собой результат столкновения двух фаз: жидкой и твердой. Соударение происходит при контакте капли жидкости и частицы пыли, при этом сам факт коагуляции, т.е. поглощения пыли жидкостью, может и не наступить, поскольку для окончательного захвата и перехода в единую систему «капля жидкости - частица пыли» необходимо, чтобы силы инерции частиц пыли были больше сил адгезии и смачивания [30, 35]. Степень взаимного проникновения двух фаз, особенно применительно к частицам микроразмера, соответствующим гидрофобности, т.е. эффективность коагуляции, зависит от характера протекания поверхностных явлений в зоне их контакта, обусловленного влиянием относительной скорости капли воды и частицы пыли, их размера, поверхностного натяжения на границе раздела. Экспериментально установлено [30], что частицы пыли диаметром менее 5·10-6 м практически гидрофобны. При этом в структуре угольной пыли преобладают частицы размером (1…200)10-6 м. Таким образом, значительная часть наиболее взрывоопасной пыли гидрофобна, что существенно снижает эффективность систем высоконапорного гидродинамического пылеподавления [30]. Целью моделирования параметров системы «капля жидкости - частица пыли» в процессе предлагаемой вихревой инерционной ортокинетической гетерокоагуляции является исследование механизма кинематической коагуляции в условиях действия присоединенного вихря, индуцированного вращающейся каплей жидкости [30, 36-38]. Фиксация частиц, приблизившихся к капле на расстояние действия адгезионных сил, зависит от величины краевого угла смачивания θ. Для захвата гидрофобных частиц пыли каплей жидкости необходимо совершить работу внешних инерционных сил, которая соответствует кинетической энергии Wк взаимодействия в процессе их контакта. Захват частицы пыли каплей жидкости произойдет при условии, когда ее кинетическая энергия Wк будет больше или равна энергии поглощения Пж-г, соответствующей сумме энергии адгезии Wад (Fад - сила адгезии), определяемой удельной энергией отрыва, и энергии смачивания Wж-г (Fж-г - сила поверхностного натяжения), определяемой удельной энергией растекания [30]. Математическое обоснование научной идеи С учетом изложенного условия, выразив массу частицы пыли, принимая ее в форме шара, через диаметр dп min, м, выражение для минимального диаметра частицы пыли, поглощаемой каплей жидкости, получим в виде (1) где δж-г - коэффициент поверхностного натяжения на границе раздела двух сред «жидкость - газ», Дж/м2; θ - краевой угол смачивания на границе раздела двух сред «жидкость - газ», рад; ρп, ρг - плотность частицы пыли и газа соответственно, кг/м3; Vж, Vг = Vп - скорость капли жидкости и скорость газа, равная скорости частицы пыли, м/с. На базе известной модели кинетической коагуляции частицы пыли каплей жидкости при ωж = 0 [1] на рис. 1 представлена графическая модель вихревой кинематической коагуляции, при которой капля жидкости вращается с угловой скоростью ωж, индуцируя в зоне контакта присоединенный вихрь [30, 37, 39]. Из анализа графической модели взаимодействия в зоне контакта в момент соударения в системе «твердое - жидкое», приведенной на рис. 1, видно, что площадь контакта капли жидкости с частицей пыли, определяемая диаметром периметра смачивания dсм, оказывает непосредственное влияние на величину краевого угла смачивания θ. Чем меньше радиус кривизны поверхности капли в зоне контакта, т.е. меньше ее размер, тем меньше краевой угол смачивания θ и, следовательно, тем больше потребуется затратить энергии для полного поглощения частицы пыли диаметром dп min каплей жидкости диаметром dж, определяемой поверхностной энергией отрыва и растекания. В данной работе рассмотрен механизм целенаправленного управления краевым углом смачивания θ и кинетической энергией взаимодействия капель жидкости и частиц пыли Wк. Рис. 1. Графическая модель вихревой кинематической коагуляции частицы пыли и капли жидкости: 1 - модель классической инерционной ортокинетической гетерокоагуляции, т.е. при ωж = 0; 2 - вихревая инерционная ортокинетическая гетерокоагуляция, ωж > 0 На рис. 1 приняты следующие обозначения: ωж - угловая скорость вращения капли жидкости относительно скорости Vж; Fж-г, Fж-гω, ΔFж-гω - сила поверхностного натяжения при ωж = 0, ωж > 0 и сила депрессии в зоне контакта, обусловленная вращением капли жидкости соответственно; Fад, Fадω - сила адгезии при ωж = 0, при ωж > 0 соответственно; dп, dж - диаметр частицы пыли и капли жидкости соответственно; dсм, dсмω - диаметр периметра смачивания при ωж = 0, при ωж > 0 соответственно; θ, θω - краевой угол смачивания при ωж = 0, при ωж > 0 соответственно; Vж, Vг, Vп - скорость капли жидкости, газа и частицы пыли соответственно. Однако сам по себе размер капли не является решающим условием, так как при одинаковых объемах две капли могут иметь разные формы, определяемые, в частности, скоростью вращения ωж и, соответственно, диаметром периметра смачивания dсм при ωж = 0 и dсмω при ωж > 0. С ростом краевого угла смачивания θ величина энергии поглощения снижается, что позволяет обеспечить заданный уровень эффективности обеспыливания при меньших энергозатратах либо расширить диапазон поглощения частиц пыли меньшего размера, т.е. повысить эффективность пылеподавления при заданных энергозатратах. Из рис. 1 видно, что при соударении частицы пыли с вращающейся со скоростью ωж каплей жидкости диаметр периметра смачивания увеличивается до величины dсмω по сравнению с его величиной dсм при ωж = 0, т.е. при классической гетерокоагуляции. Чем больше значение краевого угла смачивания θ, тем меньше требуемая для поглощения частицы пыли кинетическая энергия капли жидкости, т.е. чем больше площадь контакта капли жидкости с частицей пыли, тем меньшую скорость необходимо сообщать каплям жидкости для обеспечения эффективного пылеподавления. Таким образом, для снижения энергоемкости высоконапорного гидродинамического пылеподавления необходимо изменить кинематику взаимодействия капли жидкости и частиц пыли в зоне контакта. С учетом вышеизложенного это возможно за счет влияния энергии вихря, обусловленной вращением капли жидкости со скоростью ωж вокруг ее оси, совпадающей с вектором скорости Vж [30, 36, 37]. В работе [30] экспериментально установлено существование аэродинамического энергетического барьера, препятствующего переходу системы «жидкое - твердое» на более высокий энергетический уровень коагуляционного взаимодействия при низких значениях кинетической энергии взаимодействия капли жидкости и частицы пыли, что соответствует критическим значениям критерия Стокса, при которых невозможен захват частиц пыли. Таким образом, для снижения энергоемкости высоконапорного гидродинамического пылеподавления необходимо изменить кинематику взаимодействия капли жидкости и частиц пыли в зоне контакта. С учетом изложенного выше это возможно за счет влияния энергии вихря, обусловленной вращением капли жидкости со скоростью ωж вокруг ее оси, совпадающей с вектором скорости Vж. Влияние кинематических и динамических параметров вращения капли жидкости на аэродинамический поверхностно-адгезионный энергетический барьер и краевой угол смачивания показано на графической модели вихревой инерционной ортокинетической гетерокоагуляции при взаимодействии частицы пыли с вращающейся с угловой скоростью ωж каплей жидкости, представленной на рис. 1. При вращении капли жидкости с угловой скоростью ωж вокруг ее поверхности и в зоне контакта согласно условию Гельмгольца - Бернулли создается область разрежения, т.е. пониженного статического давления на величину удельной энергии ΔWк присоединенного вихря, скорость которого согласно гидродинамической аналогии определяется по известной в теории электродинамике формуле Био-Саварра. Таким образом, присоединенный вихрь, обусловленный вращением капли жидкости, снижая статическое давление в зоне ее контакта с частицей пыли, увеличивает краевой угол смачивания до величины θж, способствует снижению аэродинамического энергетического барьера [30, 36, 37]. В зоне контакта частица пыли будет двигаться по винтовой линии с углом спирали вглубь капли жидкости с поступательной скоростью (Vж - Vг), вращаясь при этом с угловой скоростью ωж [37]. Изменение кинематических параметров, характеризующих взаимодействие частицы пыли и капли жидкости в зоне контакта при соударении, приводит к существенным изменениям фактических значений критериев Стокса и Рейнольдса, которые в условиях вихревой кинематической коагуляции определяются по формулам [30] (2) где dж - диаметр капли жидкости, м; ρж - плотность капли жидкости, кг/м3; μг - коэффициент динамической вязкости газа, кг/мс. Таким образом, вращательное движение капли жидкости увеличивает фактическое эффективное значение критериев Стокса Stkω и Рейнольдса Reжω в зоне контакта, способствуя снижению величины поверхностно-адгезионного энергетического барьера и критического уровня аэродинамического энергетического барьера [30]. Силу давления разрежения в зоне контакта частицы пыли и капли жидкости, обусловленную влиянием присоединенного вихря и равную снижению силы поверхностного натяжения, можно выразить уравнением (3) где Гω - циркуляция в зоне контакта частицы пыли и капли жидкости, м2/с; Sk - площадь контакта, соответствующая площади смачивания, м2; Sп - площадь поверхности частицы пыли, м2. Уравнение для дополнительной кинетической энергии, равной энергии вихря, присоединенного к вращающейся капле жидкости, с учетом (3) и рис. 1, уравнений Бернулли и Остроградского - Гаусса [36, 37] получим в виде (4) Уравнение для силы депрессии в зоне контакта частицы пыли и капли жидкости, обусловленной влиянием присоединенного вихря, с учетом (3), (4) получим в виде (5) Для вихревой инерционной ортокинетической гетерокоагуляции минимальное значение энергии для полного поглощения с учетом уравнений (4) по аналогии с гетерокоагуляцией при ωж = 0 запишем в виде (6) С учетом уравнений (4), (6) уравнение для краевого угла смачивания в зоне контакта жидкой и твердой фаз при вращении капли жидкости с угловой скоростью ωж получим в виде: (7) Таким образом, с учетом (1), (7), предложенной модели инерционной ортокинетической гетерокоагуляции системы «частица пыли - капля жидкости» при вращении частицы жидкости с угловой скоростью ωж минимальный диаметр dп ω min частицы пыли, полностью поглощаемой в процессе захвата и смачивания каплями жидкости при действии сил поверхностного натяжения, инерционных сил поступательного и вращательного движения, получим в виде (8) На рис. 2, 3 приведены результаты расчета по предложенной математической модели вихревой кинематической коагуляции изменения критических значений критерия Стокса Stkкр в зависимости от угловой скорости вращения капель воды ωж диаметром dж = 4·10-6 м и зависимости минимального диаметра dп ω min частицы пыли, полностью поглощаемой в процессе захвата и смачивания каплями жидкости, и изменения критерия Стокса Stk при фиксированном эффективном критическом значении критерия Стокса Stkωкр = 4,1·10-2 для абсолютно гидрофобных частиц угольной пыли. Приведенные на рис. 2 изолинии угловой скорости вращения капель жидкости в функции от критических значений критериев Стокса и Рейнольдса подтверждают существенное снижение как запрещающего уровня поверхностно-адгезионного энергетического барьера налипания частиц, так и критического уровня аэродинамического энергетического барьера. Рис. 2. Изолинии угловой скорости вращения капли воды в функции от критических значений критериев Стокса и Рейнольдса: 1 - ωж = 0, Stkкр = 4,1·10-2, Reж = 20, dп min = 4·10-6 м; 2 - ωж = 1,5·102 с-1, Stkкр = 8·10-3, Reж = 15, dп min = 3·10-6 м; 3 - ωж = 2,5·102 с-1, Stkкр = 4,5·10-3, Reж = 6, dп min = 1,2·10-6 м; 4 - зависимость критического значения критерия Стокса от уголовой скорости вращения капли Рис. 3. Зависимость dп ω min (1) и Stk (2) от изменения угловой скорости вращения капли жидкости ωж при Stkωкр = 4,1·10-2 При угловой скорости вращения капель жидкости ωж = 2,5·102 с-1 критическое значение критерия Стокса снижается более чем в четыре раза, а критическое значение критерия Рейнольдса более чем в три раза по сравнению с их значениями в условиях поступательного движения капель жидкости, т.е. при ωж = 0. При этом эффективные значения критерия Рейнольдса и Стокса, рассчитанные по формуле (2) на линии 4 (см. рис. 2), соответствуют их критическим значениям полного поглощения при ωж = 0, т.е. по известным критериальным уравнениям. Снижение энергетических барьеров в условиях вихревой коагуляции обусловлено, как показано выше (3), увеличением значений критериев Стокса Stkω и Рейнольдса Reжω, при вращении капли жидкости по сравнению с их значениями Stk, Reж, рассчитанными без учета вращения капли жидкости, т.е. при ωж = 0. Из анализа рис. 3 видно, что по мере снижения диаметра частиц диспергированной пыли постоянство критического эффективного значения критерия Стокса Stkωкр = 4,1·10-2 достигается кинематически за счет вращательного движения капли жидкости согласно уравнению (1), обеспечивая тем самым полное поглощение частиц пыли меньшего диаметра по сравнению с классической гетерокоагуляцией. При угловой скорости вращения капель жидкости ωж = 3·102 с-1 значения Stk снижаются более чем в четыре раза по сравнению с их критическими значениями, обеспечивающими полное поглощение частиц пыли в условиях поступательного движения капель жидкости, т.е. при ωж = 0. При этом эффективные значения критерия Стокса, рассчитанные по формуле (1), соответствуют их критическим значениям полного поглощения при ωж = 0, т.е. полученным по известным критериальным уравнениям [6]. Снижение величины критерия Рейнольдса для капель жидкости при гидровихревом высоконапорном гидрообеспыливании соответствует уменьшению скорости поступательного движения капли жидкости Vж, т.е. уменьшению расхода воды, при этом повышается ресурсоэффективность системы пылеподавления. Приведенные данные показывают, что при вихревом инерционном ортокинетическом гетерокоагуляционном взаимодействии вращающихся капель жидкости и несмачиваемых частиц пыли коэффициент захвата ηStk будет равен коэффициенту коагуляции ηк при существенно меньших значениях критерия Рейнольдса, т.е. при меньших скоростях поступательного движения капли жидкости либо меньших размерах частицы пыли. На рис. 3 приведены результаты расчета по предложенной математической модели гидровихревой кинематической гетерокоагуляции, рассчитанной по формуле (1) в зависимости от угловой скорости вращения капель воды ωж. Проведенные экспериментальные исследования с достаточной для инженерного расчета точностью подтвердили результаты расчетов по предложенной математической модели, показали высокую эффективность вихревой инерционной ортокинетической гетерокоагуляции, позволившей на 20 % снизить расход воды, уменьшить минимальный размер поглощения абсолютно гидрофобных частиц угольной пыли до 1,2·10-6 м, повысить эффективность пылеподавления до 99 % в сравнении с классическим высоконапорным гидрообеспыливанием. Выводы 1. Вращение капли жидкости снижает расклинивающее действие газовой среды на границе «твердое - жидкое», т.е. снижает величину потребной энергии полного поглощения Пж-г, увеличивает поверхность смачивания и фактическое эффективное значение критериев Стокса Stkω и Рейнольдса Reжω. 2. Вихревое высоконапорное гидрообеспыливание способствует увеличению угла смачивания, уменьшению запрещающего уровня поверхностно-адгезионного энергетического барьера налипания частиц и критического уровня аэродинамического энергетического барьера. 3. Вихревая кинематическая коагуляция позволяет на 20 % снизить расход воды, повысив эффективность пылеподавления до 99 % за счет снижения медиального размера частиц пыли по сравнению с классическим высоконапорным гидрообеспыливанием. 4. Вихревое высоконапорное гидрообеспыливание позволяет уменьшить минимальный размер поглощаемой гидрофобной угольной пыли до 1,2·10-6 м, тем самым существенно снизить вероятность взрывов аэрозольных пылевых смесей, обеспечить нормативные требования предельно допустимых концентраций по запыленности воздуха. 5. Взрывы газа и пыли существенно различаются, однако их взрывчатые свойства имеют много общего (близка по величине температура воспламенения, имеются нижний и верхний пределы взрываемости и др.), что делает возможным разработку комплексных методов снижения газовой и пылевой опасностей выемочных участков угольных шахт.

About the authors

Nikolay P. Kosarev

Author for correspondence.
Email: ursmu@bk.ru
30 Kuibysheva st., Yekaterinburg, 620144, Russian Federation

Doctor of Engineering, Professor

Vladimir N. Makarov

Email: uk.intelnedra@gmail.com
30 Kuibysheva st., Yekaterinburg, 620144, Russian Federation

Doctor of Engineering, Professor at the Department of Mining Mechanics

Nikolay V. Makarov

Email: mnikolay84@mail.ru
30 Kuibysheva st., Yekaterinburg, 620144, Russian Federation

PhD in Engineering, Associate Professor, Head of the Department of Mining Mechanics

Aleksandr V. Ugolnikov

Email: mnikolay84@mail.ru
30 Kuibysheva st., Yekaterinburg, 620144, Russian Federation

PhD in Engineering, Associate Professor, Head of the Department of Electrical Engineering

Aleksandr V. Lifanov

Email: info@oilgazmash.ru
2d Zheleznodorozhnaya st., Podolsk, 142103, Russian Federation

Chief Executive Officer

References

Statistics

Views

Abstract - 332

PDF (Russian) - 199

PDF (English) - 60

Refbacks

• There are currently no refbacks.