Способ определения содержания вредных веществ в рудничном воздухе на рабочих местах в карьере
Владельцы патента RU 2286460:
Федеральное государственное унитарное предприятие Всероссийский проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт промышленной технологии (ВНИПИпромтехнологии) (RU)
Изобретение относится к горной промышленности, в частности к технике безопасности и охране окружающей среды при открытой разработке месторождений полезных ископаемых. Технический результат включает в себя измерение в различных участках карьера метеорологических параметров воздуха и содержания в нем вредных веществ. Отличием в способе является то, что предварительно измеряют содержание вредных веществ в выхлопном облаке, образующемся при различных режимах работы горно-транспортной техники, выявляют зависимость содержания вредных веществ в выхлопном облаке от показателей режима работы горно-транспортной техники, на борту карьера и в карьере измеряют метеорологические параметры воздуха и содержание в нем вредных веществ, выявляют зависимость метеорологических параметров и содержания вредных веществ рудничного воздуха в карьере от метеорологических параметров и содержания вредных веществ воздуха на борту карьера, затем измеряют параметры режима работы и место нахождения горно-транспортной техники в карьере, по выявленной зависимости определяют содержание вредных веществ в выхлопном облаке горно-транспортной техники в карьере, при этом одновременно измеряют метеорологические параметры воздуха и содержание в нем вредных веществ на борту карьера, по выявленной зависимости определяют содержание вредных веществ в рудничном воздухе карьера, а содержание вредных веществ в рудничном воздухе на рабочих местах в карьере определяют путем сложения показателей содержания вредных веществ в выхлопном облаке горно-транспортной техники в карьере и показателей содержания вредных веществ в рудничном воздухе карьера. 1 з.п. ф-лы, 9 ил.
Изобретение относится к горной промышленности, в частности к технике безопасности и охране окружающей среды при открытой разработке месторождений полезных ископаемых.
Работы, связанные с добычей полезных ископаемых открытым способом, сопровождаются выделением вредных веществ, в основном пыли и продуктов сгорания топлива, образующихся при движении горно-транспортной техники и взрывных работах. Часть образующихся вредных веществ, благодаря влиянию атмосферных факторов, выносится за пределы карьера, загрязняя при этом окружающую среду за его пределами, оставшаяся часть повышает концентрацию вредных веществ на рабочих местах, как правило, находящихся на нижних горизонтах, отрицательно влияет на здоровье горнорабочих. Одним из наиболее сложных и ответственных мероприятий техники безопасности в карьерах является контроль состояния рудничного воздуха на рабочих местах. Вследствие постоянно меняющихся направлений и скорости ветра, движения горно-транспортной техники, загазованность и запыленность рудничного воздуха на рабочих местах может в течение рабочей смены неоднократно изменяться от минимальных величин до значений, значительно превышающих безопасные предельно допустимые концентрации (ПДК), при этом в пределах всего карьера влияние этих параметров может быть незначительным.
Известен способ контроля параметров рудничного воздуха в карьерах, осуществляемый специальными бригадами, отбирающими пробы воздуха и исследующими его состав на месте или в лабораторных условиях (см. П.В.Берсеневич, В.А.Михайлов, С.С.Филатов. Аэрология карьеров. М.: Недра, 1990 г., стр.40-41).
Недостатком известного способа является низкая достоверность контроля из-за наличия вероятности превышения предельно допустимых концентраций вредных веществ в период между измерениями. Результат отсутствия такой информации может привести к тяжелым отравлениям и травмам.
Наиболее близким к заявленному по совокупности существенных признаков является способ контроля параметров рудничного воздуха, предусматривающий измерение метеорологических параметров: скорости движения воздуха, направления движения, температуры, влажности и содержания вредных веществ: оксида углерода, сероводорода, сернистого газа, оксида азота и концентрации пыли метеорологической станцией, размещенной на борту карьера, и измерения метеорологических параметров, содержания вредных веществ и концентрации пыли метеорологическими станциями в различных участках карьера, например с помощью стационарной или передвижной установки (см. П.В.Берсеневич, В.А.Михайлов, С.С.Филатов. Аэрология карьеров. М.: Недра 1990 г., стр.41-44).
Недостатком известного способа является низкая достоверность контроля из-за того, что:
- невозможно оценить загазованность участков карьера, находящихся на значительном удалении от метеорологической станции, т.к. измерения производятся в определенных местах и за время перемещения измерительного комплекса на другой участок на предыдущем участке ситуация может измениться (например, при изменении скорости и направления ветра);
- при проведении массовых взрывов аппаратуру контроля необходимо убирать и затем заново размещать в карьере, при этом неизбежны повышенный износ и поломки;
- после взрыва невозможно произвести измерения на заваленных и труднодоступных участках карьера;
- повышенный износ измерительной аппаратуры также происходит из-за влияния запыленности карьера и механических воздействий (например, падения обломков породы).
К его недостаткам необходимо отнести и отсутствие точности проводимых измерений из-за большой погрешности измерительных приборов. Например, погрешность измерения запыленности пылемером АЛЗА-1 составляет ±3 мг/м3 при допустимой концентрации кремнесодержащей пыли в воздухе рабочей зоны 2,0-4,0 мг/м3, т.е. при показаниях прибора в 3,0 мг/м3 фактическая концентрация может равняется либо ″О″ (идеальный случай невозможный в карьере), либо 6 мг/м3 - величина, значительно превышающая ПДК, при которой необходимо выводить горнорабочих из пылевого облака. Повысить точность результатов измерения можно проведя многократное количество измерений при постоянстве внешних факторов с последующей их обработкой известными математическими методиками. Однако размещение такого количества приборов на метеорологической станции приведет к резкому удорожанию системы контроля и снижению надежности работы станции пропорционально использованию приборов.
Существуют также загрязняющие вещества, концентрацию которых не возможно определить за короткий промежуток времени, например радон и продукты его радиоактивного распада, измерение концентрации которого на уровне ПДК составляет 10-15 минут. За это время скорость и направление ветра могут многократно измениться, в результате чего изменяется и месторасположение загазованных зон в карьере.
Таким образом, известный способ не обеспечивает достаточную точность и достоверность измерения метеорологических параметров и содержания вредных веществ в рудничном воздухе на рабочих местах в карьере.
Задачей настоящего изобретения является создание способа определения содержания вредных веществ в рудничном воздухе на рабочих местах в карьере, обеспечивающего высокую точность и достоверность получаемых результатов.
Задача решена путем создания способа определения содержания вредных веществ в рудничном воздухе на рабочих местах в карьере, включающего в себя измерение в различных участках карьера метеорологических параметров воздуха и содержания в нем вредных веществ, отличием которого согласно изобретению является то, что предварительно измеряют содержание вредных веществ в выхлопном облаке, образующемся при различных режимах работы горно-транспортной техники, выявляют зависимость содержания вредных веществ в выхлопном облаке от показателей режима работы горно-транспортной техники на борту карьера и в карьере измеряют метеорологические параметры воздуха и содержание в нем вредных веществ, выявляют зависимость метеорологических параметров и содержания вредных веществ рудничного воздуха в карьере от метеорологических параметров и содержания вредных веществ воздуха на борту карьера, затем измеряют параметры режима работы и место нахождения горно-транспортной техники в карьере, по выявленной зависимости содержания вредных веществ в выхлопном облаке от показателей режима работы горно-транспортной техники определяют содержание вредных веществ в выхлопном облаке горно-транспортной техники в карьере, при этом одновременно измеряют метеорологические параметры воздуха и содержание в нем вредных веществ на борту карьера, по выявленной зависимости метеорологических параметров и содержания вредных веществ рудничного воздуха в карьере от метеорологических параметров и содержания вредных веществ воздуха на борту карьера определяют содержание вредных веществ в рудничном воздухе карьера, а содержание вредных веществ в рудничном воздухе на рабочих местах в карьере определяют путем сложения показателей содержания вредных веществ в выхлопном облаке горно-транспортной техники в карьере и показателей содержания вредных веществ в рудничном воздухе карьера.
Благодаря указанной совокупности отличительных признаков предложенный способ обеспечивает возможность проведения измерений с применением дорогостоящей аппаратуры, обладающей высокой точностью или производить одновременные измерения большим количеством однотипных приборов с последующей обработкой полученных значений математическими методами, в результате чего точность и достоверность измерений значительно возрастает.
Целесообразно, чтобы в качестве метеорологических параметров воздуха на борту карьера и рудничного воздуха в карьере измеряли скорость, направление движения, температуру и влажность воздуха, в качестве показателей содержания в нем вредных веществ измеряли содержание оксида углерода, оксида азота, запыленности, радона и продуктов радиоактивного распада радона, а в качестве параметров режимов работы горно-транспортной техники измеряли скорость, грузоподъемность и нагрузку на двигатель.
Измерение указанных метеорологических параметров воздуха на борту карьера и рудничного воздуха в карьере, содержания в нем указанных вредных веществ и параметров режимов работы горно-транспортной техники необходимо и достаточно для обеспечения высокой достоверности и точности определения содержания вредных веществ в рудничном воздухе непосредственно на рабочих местах в карьере.
Способ поясняется чертежами, где на Фиг.1 изображен карьер в разрезе, на Фиг.2 - вид карьера сверху, на Фиг.3 - зона повышенной концентрации вредных веществ, образующаяся в месте работы горно-транспортной техники, на Фиг.4 - график зависимости направления движения рудничного воздуха в карьере от направления движения воздуха на борту карьера, на Фиг.5 - график зависимости скорости движения рудничного воздуха в карьере от скорости движения воздуха на борту карьера, на Фиг.6 - график зависимости содержания вредных веществ (СО) в рудничном воздухе карьера от содержания вредных веществ (СО) на борту карьера, на Фиг.7 - выхлопное облако с повышенной концентрацией вредных веществ (СО), образующееся при работе горно-транспортной техники, например двигателей внутреннего сгорания карьерных автосамосвалов, на Фиг.8 - график зависимости содержания вредных веществ в выхлопном облаке от показателей режима работы горно-транспортной техники, например двигателей внутреннего сгорания карьерных автосамосвалов, на Фиг.9 - график зависимости концентрации вредных веществ (СО) в выхлопном облаке, образующемся при работе горно-транспортной техники, например двигателей внутреннего сгорания карьерных автосамосвалов, от расстояния до системы (места) выхлопа и до продольной оси выхлопного воздуха.
На Фиг.1 показаны контур 1 карьера в разрезе, карьерный автосамосвал 2, спускающийся в карьер, карьерный автосамосвал 3, находящийся под погрузкой, карьерный автосамосвал 4, выезжающий из карьера, борт 5 карьера и расположенные на нем метеорологическая станция 6 и диспетчерский пункт 7. На Фиг.2 показано выхлопное облако 8, образующееся за карьерным автосамосвалом 2, выхлопное облако 9, образующееся за карьерным автосамосвалом 3, выхлопное облако 10, образующееся за карьерным автосамосвалом 4, а также координатная сетка с горизонтальными 11 и вертикальными 12 координатами. При этом каждое выхлопное облако, как показано на Фиг.3, создает зону 13 повышенной концентрации вредных веществ (СО), образующуюся в результате наложения концентрации 14 вредных веществ (СО) выхлопного облака на концентрацию 15 вредных веществ, содержащихся в рудничном воздухе карьера.
Способ осуществляют следующим образом.
Производят измерение метеорологических параметров воздуха на борту карьера и рудничного воздуха в карьере, таких как скорость, направление движения, температура и влажность воздуха, в качестве показателей содержания в нем вредных веществ измеряют содержание оксида углерода, оксида азота, запыленности, радона и продуктов радиоактивного распада радона, а в качестве параметров режимов работы горно-транспортной техники измеряют скорость, грузоподъемность и нагрузку на двигатель.
Измерения на борту 5 карьера производят в метеорологической станции 6, размещенной на борту карьера, одновременно с этим специализированные бригады производят измерение вышеуказанных параметров в различных участках карьера. Полученные результаты одновременных измерений направляют в диспетчерский пункт 7, расположенный на борту 5 карьера, где формируют объем данных соответствующих параметров на борту 5 карьера и в месте проведения измерений. Учитывая практическую неизменность геометрических размеров крупных карьеров в течение нескольких лет, существующая взаимосвязь между метеорологическими параметрами и содержанием вредных веществ в воздухе на борту карьера и метеорологическими параметрами и содержанием вредных веществ в рудничном воздухе карьера останется неизменной на протяжении большого промежутка времени.
При проведении измерений можно применять дорогостоящую аппаратуру, обладающую высокой точностью, или производить одновременные измерения большим количеством однотипных приборов с последующей обработкой полученных значений математическими методами, в результате чего достоверность и точность измерений повысятся.
Предварительно, предпочтительно, в стационарных условиях, например в гараже, производят измерение размеров выхлопного облака 14, изображенного на Фиг.7, образующегося при работе горно-транспортной техники, например карьерных автосамосвалов, и концентрации загрязняющих веществ в облаке при различных режимах работы. Измерения производят по оси выхлопного облака 14 и перпендикулярно оси. Данные об этих значениях также направляют в диспетчерский пункт 7.
Аналогичные измерения производят и при работе других механизмов, обслуживающих карьер.
Определяют координаты месторасположения карьерного автосамосвала в карьере, измеряют нагрузку на двигатель и результаты направляют на диспетчерский пункт 7. На диспетчерском пункте 7 получают значения метеорологических параметров из метеостанции 6 на борту 5 карьера и содержания загрязняющих веществ в воздухе, поступающем в карьер. Из всего объема соответствующих групп параметров воздуха в месте расположения автосамосвала выбирают группу результатов измерений, произведенных при метеоусловиях, соответствующих метеоусловиям на борту 5 карьера, и производят сложение выбранных величин концентраций загрязняющих веществ в рудничном воздухе карьера с величинами концентраций загрязняющих веществ в выхлопном облаке 14. По полученным результатам определяют содержание вредных веществ в рудничном воздухе на рабочих местах в карьере.
Для обеспечения быстродействия передачу информации осуществляют по спутниковой связи, а сложение производят с использованием компьютерной техники.
Пример реализации способа.
На план-схеме карьера фиг.2 строят координатную сетку с горизонтальными 11 и вертикальными 12 координатами и присваивают каждому квадрату свой номер (на фиг.2 квадрат 16), в увеличенном масштабе этот квадрат представлен на Фиг.3. Одновременно производят измерение на борту 5 карьера и в выбранном квадрате 16 карьера 1 метеорологических параметров, например направление движения воздуха, его скорость и содержание в нем вредных веществ (например СО). Измерения проводят при различных метеорологических условиях и содержаниях вредных веществ на борту карьера 5. Выявленные зависимости метеорологических параметров воздуха в карьере от метеорологических параметров воздуха на борту карьера могут быть представлены в графическом виде (фиг.4, 5, 6). В основу графиков могут быть положены результаты многолетних наблюдений, проводимых в обязательном порядке, за параметрами воздуха рабочей зоны при различных метеорологических параметрах. Результаты измерений направляют в диспетчерский пункт 7, где фиксируют зависимости одноименных параметров на борту 5 карьера и в выбранном квадрате 16 карьера 1. Предпочтительно занести эти данные в память ЭВМ.
Аналогичные работы проводят также и для измерения других вредных веществ в этом же и в других квадратах карьера 1.
В автогараже производят измерение количества вредных веществ в облаке 14, образующемся при работе двигателя внутреннего сгорания карьерного автосамосвала на различных режимах. По результатам измерений определяют зависимости размера облака 14 и концентрации (СО) в различных его частях вредных веществ от нагрузки на двигатель фиг.6, фиг.7.
Аналогично производят измерения и определяют зависимости выделения вредных веществ при различных режимах работы и другой техники, расположенной в карьере. Полученные данные также направляют в диспетчерский пункт, где заносят в память ЭВМ.
При определении содержания вредных веществ в любом квадрате карьера в данный момент времени определяют местонахождение карьерных автосамосвалов (например, с помощью спутниковой свиязи GPS) и передают их значения на диспетчерский пункт, производят измерение нагрузки на двигатель каждого из самосвалов и передают их величину с помощью той же системы на диспетчерский пункт 7, измеряют метеорологические параметры содержания вредных веществ в воздухе, поступающем в карьер, и эти данные также передают на диспетчерский пункт. На диспетчерском пункте 7 по разработанным зависимостям определяют численные значения одноименных типов загрязняющих веществ, поступающих из всех источников в каждый квадрат карьера, производят их сложение и, таким образом, определяют истинное значение загазованности в реальном режиме времени фиг.3.
Учитывая достижения в области электронно-вычислительной техники и приемно-передающих устройств, всю вышеизложенную информацию можно получить и обработать в доли секунд и в случае превышения параметров рудничного воздуха свыше ПДК предупредить по мобильной связи работников, находящихся в загазованных квадратах, о необходимости применения специальных защитных мероприятий.
Пример: для определения загазованности в квадрате 16 при ситуации, представленной на фиг.2, используя базу данных, представленных на фиг.3-7, измеряют параметры воздуха, поступающего в карьер.
Ветер северо-восточный 45°.
Скорость ветра - 1,5 м/сек.
Содержание СО в воздухе - 0,3 ПДК.
Вблизи квадрата (16) движется груженный автосамосвал, компьютер которого показывает нагрузку на двигатель 450 кВт.
По графикам фиг.4 определяют направление ветра в карьере - 80°;
фиг.5 - скорость ветра в карьере - 1,2 м/с;
фиг.6 - содержание СО - 0,37 ПДК;
Загазованность в начальном облаке в начале выхлопа 50 ПДК; расстояние от автосамосвала до квадрата (16) - 15 м.
По фиг.8 определяем к разбавлению по оси облака - 0,75
5×0,32=1,6.
На расстоянии 6 м от оси перпендикулярно
1,6×0,65=0,96 ПДК.
Истинное содержание СО в квадрате (16) составляет Σ0,96+0,37=1,33 ПДК. Учитывая, что ПДК в воздухе рабочей зоны составляет 20 мг/м3, то следовательно, в квадрате (16) концентрация СО в абсолютных единицах составит: 20×1,33=26,6 мг/м3.
Работающим в этой зоне по рации передают указание применить средства индивидуальной защиты.
Применение предложенного способа позволит непрерывно контролировать параметры рудничного воздуха во всех частях карьера, своевременно применять мероприятия техники безопасности, что в конечном итоге приведет к снижению травматизма и количества профессиональных заболеваний.
1. Способ определения содержания вредных веществ в рудничном воздухе на рабочих местах в карьере, включающий измерение в различных участках карьера метеорологических параметров воздуха и содержания в нем вредных веществ, отличающийся тем, что предварительно измеряют содержание вредных веществ в выхлопном облаке, образующемся при различных режимах работы горно-транспортной техники, выявляют зависимость содержания вредных веществ в выхлопном облаке от показателей режима работы горно-транспортной техники, на борту карьера и в карьере измеряют метеорологические параметры воздуха и содержание в нем вредных веществ, выявляют зависимость метеорологических параметров и содержания вредных веществ рудничного воздуха в карьере от метеорологических параметров и содержания вредных веществ воздуха на борту карьера, затем измеряют параметры режима работы и место нахождения горно-транспортной техники в карьере, по выявленной зависимости содержания вредных веществ в выхлопном облаке от показателей режима работы горно-транспортной техники определяют содержание вредных веществ в выхлопном облаке горно-транспортной техники в карьере, при этом измеряют метеорологические параметры воздуха и содержание в нем вредных веществ на борту карьера, по выявленной зависимости метеорологических параметров и содержания вредных веществ рудничного воздуха в карьере от метеорологических параметров и содержания вредных веществ воздуха на борту карьера определяют содержание вредных веществ в рудничном воздухе карьера, а содержание вредных веществ в рудничном воздухе на рабочих местах в карьере определяют путем сложения показателей содержания вредных веществ в выхлопном облаке горно-транспортной техники в карьере и показателей содержания вредных веществ в рудничном воздухе карьера.
2. Способ определения содержания вредных веществ в рудничном воздухе в карьере по п.1, отличающийся тем, что в качестве метеорологических параметров воздуха на борту карьера и рудничного воздуха в карьере измеряют скорость, направление движения, температуру и влажность воздуха, в качестве показателей содержания в нем вредных веществ измеряют содержание оксида углерода, оксида азота, запыленности, радона и продуктов радиоактивного распада радона, а в качестве параметров режимов работы горно-транспортной техники измеряют скорость, грузоподъемность и нагрузку на двигатель.
