System zraszania NEPTUN

ITG Komag

17 listopada 2019

Wyniki badań zapylenia na stanowiskach pracy zakładu przeróbczego kopalni węgla kamiennego po zabudowie systemu zraszania NEPTUN

Aut:

dr inż. Dominik Bałaga, dr inż. Marek Kalita, mgr inż. Michał Siegmund, Instytut Techniki Górniczej KOMAG w Gliwicach
mgr inż. Zdzisław Klimek, KWK Bolesław Śmiały w Łaziskach

 

W artykule przedstawiono miejsce i zakres badań prototypowego systemu zraszającego NEPTUN przeznaczonego do neutralizacji stężenia pyłu całkowitego oraz respirabilnego na stanowiskach pracy, w zakładzie przeróbczym KWK Bolesław Śmiały. Zaprezentowano przebieg badań oraz wyniki zapylenia na poszczególnych stanowiskach pracy objętych działaniem systemu zraszania NEPTUN. W końcowej części artykułu dokonano analizy wyników badań oraz zaprezentowano poziom skuteczności redukcji pyłu całkowitego i respirabilnego na poddanym badaniom stanowiskach pracy.

1. Wprowadzenie

Eksploatacja złóż węgla kamiennego, naraża pracowników na zagrożenia techniczne i naturalne. Obok zagrożeń naturalnych takich jak: metan, tąpania, zawały, pożary, wyrzuty gazów i skał oraz klimat, należy wymieć zagrożenie związane z występowaniem pyłu węglowego. Dzięki prowadzonym w kopalniach węgla kamiennego działaniom zwiększającym bezpieczeństwo pracy oraz wzrostowi świadomości pracowników, od ponad dekady nie zanotowano żadnego wybuchu pyłu węglowego [7]. Jednakże obecność pyłu węglowego w atmosferze kopalnianej powyżej najwyższych dopuszczalnych stężeń (NDS), naraża układ oddechowy pracowników na pył, powodujący pylicę płuc, czyli nieuleczalną chorobę zawodową. Pomimo stosowania najnowszych metod i środków zwalczania zapylenia [1][2], nadal odnotowuje się rocznie po kilkaset przypadków nowych zachorowań na pylicę płuc (rys. 1) [7].

Rys. 1. Liczba stwierdzonych przypadków pylicy płuc w latach 2013-2017 u pracowników czynnych kopalń węgla [7]

Główne źródła zapylenia powietrza kopalnianego związane są z pracami dotyczącymi urabiania calizny węglowej w ścianach za pomocą kombajnów, drążeniem wyrobisk korytarzowych, przesuwaniem sekcji obudów zmechanizowanych oraz rozdrabnianiem i transportem urobku (szczególnie na przesypach) [4]. Wśród innych miejsc w kopalniach węgla kamiennego, narażonych na wysokie stężenia pyłu są również zakłady przeróbcze węgla kamiennego, gdzie mają miejsce procesy: klasyfikacji, rozdrabniania oraz wzbogacania. Do głównych źródeł pylenia zalicza się: przesiewacze klasyfikacji przedwstępnej, wraz z zsuwniami nadawczymi i odbierającymi, kruszarki urobku wstępnego, przesiewacze klasyfikacji wstępnej wraz z podajnikami wibracyjnymi lub zsuwniami nadawczymi, taśmy przebiercze zanieczyszczeń niemetalowych oraz uławiania żelaza, czy kruszarki do selektywnego wydzielania odpadów gruboziarnistych [6]. W pracy [5] przedstawiono wyniki analiz obecności pyłu węglowego w środowisku na stanowiskach pracy zakładów przeróbczych wszystkich polskich kopalń. Wykazały one, że prawie we wszystkich zakładach przeróbczych znajdują się stanowiska pracy, na których są przekroczone dopuszczalne wartości NDS (rys. 2).

Rys. 2. Sumaryczna liczba stanowisk pracy w zakładach przeróbki mechanicznej kopalń węgla kamiennego zagrożonych obecnością pyłów w latach 2010 do 2012 [5]

Przedstawione wyniki, jednoznacznie pokazują, że konieczne są dalsze prace zmierzające do zmniejszania ilości generowania pyłu na stanowiskach pracy w zakładach przeróbczych. Najnowszym rozwiązaniem mającym na celu zmniejszenie stężenia pyłu poniżej NDS na stanowiskach pracy, zaprojektowanym przez ITG KOMAG, jest system zraszania NEPTUN, zastosowany w Zakładzie Przeróbki Mechanicznej Węgla Polskiej Grupy Górniczej sp. z o.o. Oddział KWK „Bolesław Śmiały” [3]. System zraszania NEPTUN przeznaczony jest do strącania i eliminowania cząstek pyłu powstających w wyniku przesypywania materiału nadawy w rejonie przenośników taśmowych, zsypów i przesiewaczy, przy użyciu kropel wody wytwarzanych poprzez dysze zraszające (rys. 3).

Rys. 3. Strumienie zraszające, tworzące mgłę do strącania cząstek pyłu z powietrza na jednym z zabezpieczanych stanowisk pracy [9]

Zabudowany na zakładzie przeróbczym system ma na celu uzyskanie skuteczności redukcji zapylenia, umożliwiającej zmniejszenie stężenia pyłu na stanowiskach pracy do poziomu dopuszczonego obowiązującymi normami dla pyłu wdychalnego oraz respirabilnego, zgodnie z rozporządzeniem Ministra Rodziny, Pracy i Polityki Społecznej z dnia 12 czerwca 2018 r [8]. Do opracowania metodyki badań, posłużono się normą (PN-Z04008-7 sierpień 2002 r.) dotyczącą ochrony czystości powietrza i zasad pobierania próbek powietrza w środowisku pracy i interpretacji wyników. Przeprowadzone badania miały na celu weryfikację poprawności i skuteczności działania systemu NEPTUN do ograniczenia zagrożeń pyłowych.

2. Miejsce i zakres badań

Rozwiązanie systemu zraszania NEPTUN do redukcji zapylenia dla zakładu przeróbczego, składa się z siedmiu niezależnych instalacji zraszających zabudowanych na pięciu stanowiskach [3] obsługi:
· zbiorników, urządzeń załadowczych i rozładowczych węgla i kamienia,
· urządzeń wzbogacających,
· urządzeń kruszących i transportujących,
· zbiorników, urządzeń załadowczych i rozładowczych węgla,
· podajników na poziomie +3,70 m.
System zraszania NEPTUN, do strącania cząstek pyłu wykorzystuje krople wody o odpowiedniej charakterystyce wielkości oraz energii wyrzutu. W instalacji zraszającej zastosowano specjalne atomizery ultradźwiękowe, w których dodatkowym medium rozpylającym jest jest sprężone powietrze. Umożliwiają one pracę w zakresie niskich wartości ciśnienia wody i sprężonego powietrza, wytwarzając strumień zraszający, nie zwiększający znacząco zawilgocenia transportowanego materiału.

Dla tak zabezpieczonych stanowisk pracy, przeprowadzono badania stężenia pyłu, w celu określenia skuteczności redukcji zapylenia. Badania przeprowadzono przy prawidłowo pracujących instalacjach zraszających oraz, dla porównania wyników, przy ich wyłączeniu.

W urządzenia pomiarowe wyposażone zostały osoby pracujące na wszystkich stanowiskach wyposażonychw instalację NEPTUN.
Pomiary stężenia pyłu realizowano dwoma rodzajami grawimetrycznych pyłomierzy osobistych typu:
– CIP-10R do pomiaru frakcji respirabilnej pyłu,
– CIP-10I do pomiaru frakcji wdychalnej pyłu.

Uzyskanie masy pyłu z miseczek pomiarowych pyłomierzy osobistych ważone były przez pracowników Laboratorium Pomiarów Zapylenia Powietrza Głównego Instytutu Górnictwa w Katowicach, które jest jednostką akredytowaną przez Polskie Centrum Akredytacji (PCA) w Warszawie w zakresie badań w środowisku pracy.

Otrzymane wyniki mas pyłu na poszczególnych stanowiskach pracy, umożliwiły wyznaczenie stężeniapyłu wdychalnego i respirabilnego przy działających instalacjach zraszających, a następnie porównanie ich z wynikami stężenia pyłu wdychalnego i respirabilnego przy wyłączonych instalacjach zraszających. Pozwoliło to na określenie skuteczności pracy zabudowanej instalacji zraszającej NEPTUN.

3. Przebieg badań

Po uruchomieniu systemu zraszania NEPTUN, pracowników pracujących na poszczególnych stanowiskach pracy wyposażono w urządzenia pomiarowe. Wyposażony w urządzenia pomiarowe, składające się z pyłomierza do określenia stężenia pyłu wdychalnego oraz z respirabilnego pracownik udawał się na miejsce pracy, gdzie włączony był już system zraszania (rys. 4).

Rys. 4. Instalacja do zmniejszania zapylenia NEPTUN zabezpieczająca jedno z miejsc generowania pyłu [9]

Podczas pracy na poszczególnych stanowiskach, osoby wyposażone w urządzenia pomiarowe, pouczone zostały o konieczności wykonywania czynności wchodzących w zakres ich obowiązków oraz sprawdzania lampek sygnalizacyjnych na urządzeniach, potwierdzających ich prawidłową pracę.

Pyłomierze osobiste (rys. 5) CIP-10I (do pomiaru frakcji wdychalnej) i CIP-10R (do pomiaru frakcji respirabilnej) umieszczane były na wysokości klatki piersiowej. Urządzenia te pobierały próbki pyłu przez ustalony czas z wydatkiem powietrza równym zapotrzebowaniu człowieka w czasie normalnej pracy (ok. 10 l/min).

Rys. 5. Pyłomierz osobisty (po lewej CIP-10I, do pomiaru frakcji wdychalnej, a po prawej CIP-10R do pomiaru frakcji respirabilnej [9]

Do poboru próbek pyłu wdychalnego i respirabilnego podczas badań, zastosowano 20 miseczek pomiarowych. Miseczki przygotowano i oznaczono przed pomiarem, tak by możliwa była identyfikacja stanowiska pracy, z którego pobierano próbki pyłu. Badania trwały nieprzerwanie przez cztery godziny. Analogicznie przeprowadzono pomiary zapylenia przy wyłączonym systemie zraszania NEPTUN, z tą różnicą, że czas poboru próbek powietrza wynosił ok. 1 godzinę. Skrócony czas badania przy wyłączonej instalacji zraszającej podyktowany był koniecznością ograniczenia ekspozycji pracowników na szkodliwe warunki.

Po zakończonych badaniach, miseczki pomiarowe wyjęto z pyłomierzy i zabezpieczono przed niepożądanym wysypaniem się pyłu z ich wnętrza. Tak zabezpieczone  miseczki, przekazano do laboratorium badawczego, w którym zostały poddane:
· suszeniu w temperaturze 50-60 st. C. w ciągu dwóch godzin,
· sezonowaniu w eksykatorze w okresie 3 godzin,
· ważeniu wraz z zawartością.

Przeprowadzone badania zapylenia, pozwoliły na wyznaczenie stężenia pyłu wdychalnego i respirabilnego na poszczególnych stanowiskach pracy przy włączonej i wyłączonej instalacji do redukcji zapylenia podczas zmiany roboczej w Zakładzie Przeróbki Mechanicznej Węgla Polskiej Grupy Górniczej S.A. Oddział KWK „Bolesław Śmiały.

4. Wyniki pomiarów

Otrzymane wyniki mas pyłu zgromadzonego w miseczkach w trakcie prowadzenia badań przedstawiono w formie tabelarycznej. W tabeli 1 przedstawiono wartości mas pyłu uzyskanych z pomiaru zapylenia frakcji wdychalnej i respirabilnej na poszczególnych stanowiskach pracy, przy włączonej instalacji do redukcji zapylenia NEPTUN wraz z podaniem czasu pomiaru.

Z kolei w tabeli 2 przedstawiono wartości mas pyłu uzyskanych z pomiaru zapylenia frakcji wdychalnej i respirabilnej na poszczególnych stanowiskach pracy, przy wyłączonej instalacji NEPTUN wraz z podaniem czasu pomiaru.

Otrzymane wartości mas pyłu pochodzące z badań zapylenia z włączoną i wyłączoną instalacją zraszającą NEPTUN, umożliwiły wyznaczenie średniego stężenia pyłu dla frakcji wdychalnej i respirabilnej na wytypowanych stanowiskach pracy. Do określenia stężenia pyłu w powietrzu wykorzystano zależność:

Wyniki obliczeń stężenia pyłu o frakcji wdychalnej oraz respirabilnej na badanych stanowiskach pracy, dla przypadku z włączoną i wyłączoną instalacją zraszającą NEPTUN, przedstawiono w tabeli 3.

Dla tak wyznaczonych wartości stężenia pyłu wdychalnego i respirabilnego, przy włączonej i wyłączonej instalacji zraszającej NEPTUN, na poszczególnych stanowiskach pracy, możliwe było wyznaczenie skuteczności redukcji zapylenia. Miarą skuteczności redukcji zapylenia jest stopień redukcji zapylenia zdefiniowany jako iloraz różnicy między stężeniem pyłu (wdychanego i respirabilnego) zmierzonym przy wyłączonej instalacji zraszającej i stężeniem pyłu (wdychanego lub respirabilnego) zmierzonym przy włączonej instalacji zraszającej, a stężeniem zmierzonym przy wyłączonej instalacji zraszającej.

Stopień redukcji zapylenia wyrażony procentowo, wyznaczano ze wzoru:

Wyznaczone wartości skuteczności redukcji zapylenia wynikające z zastosowania instalacji do redukcji zapylenia NEPTUN, na poszczególnych stanowiskach pracy, przedstawiono w tabeli 4.

5. Analiza wyników

Na podstawie przeprowadzonych badań oraz uzyskanych wyników stężenia pyłu wdychalnego i respirabilnego na poszczególnych stanowiskach pracy, po zabudowie systemu zraszania NEPTUN, nie zaobserwowano przekroczeń Najwyższych Dopuszczalnych Stężeń pyłu węglowego, które dla pyłu wdychalnego wynosi 10 mg/m3 ,a dla pyłu respirabilnego wynosi do 2 mg/m3 [8]. (rys. 6)

Rys. 6 Wartości stężenia pyłu wdychalnego i respirabilnego zmierzone na stanowiskach pracy przy włączonym systemie NEPTUN [9]

Na zabezpieczanych przez instalację zraszającą stanowiskach pracy nr II, IIIa, IIIb oraz IV można zaobserwować niskie wartości stężenia pyłu wdychalnego, jak i respirabilnego, nie przekraczające 3 mg/m3 (dla pyłu wdychalnego) i 1 mg/m3, co stanowi kolejno 30% NDS pyłu wdychalnego oraz 50% NDS pyłu respirabilnego. W przypadku stanowiska nr I, widoczna jest duża dysproporcja w wynikach stężenia pyłu, wynosząca w najgorszym wypadku pięciokrotność najniższego zmierzonego stężenia na stanowisku IIIa. Z całą pewnością wpływ na wyższe wartości stężenia pyłu wdychalnego (~ 6 mg/m3), jak i respirabilnego (~1,2
mg/m3), stanowiących kolejno 60% NDS pyłu wdychalnego i respirabilnego, miało występowanie na stanowisku pyłu kamiennego, pochodzącego z kruszarek znajdujących się na wyposażeniu stanowiska nr I. Miejsca te nie podlegały zabudowie instalacji zraszającej.

Przeprowadzone pomiary zapylenia na ww. stanowiskach przy wyłączonej instalacji do redukcji zapylenia,  pomimo krótkiego czasu pomiaru, wykazały przekroczenie Najwyższych Dopuszczalnych Stężeń. Przekroczenie NDS dla pyłu wdychalnego i respirabilnego zaobserwowano na stanowisku nr I oraz na stanowisku nr II. Wartości stężenia pyłu wdychalnego i respirabilnego a poszczególnych stanowiskach pracy przy wyłączonym systemie NEPTUN pokazano na rys. 7.

Rys. 7 Wartości stężenia pyłu wdychalnego i respirabilnego zmierzone na badanych stanowiskach pracy przy wyłączonym systemie zraszania do redukcji zapylenia NEPTUN [9]

Najniższą wartość skuteczności redukcji pyłu wynoszącą 50%, uzyskano na stanowisku nr I, a najwyższą na stanowisku IIIa (63%) i IIIb (73%) (rys. 8).

Rys. 8 Skuteczność redukcji pyłu wdychanego na poszczególnych stanowiskach pracy, uzyskana przy działającej instalacji NEPTUN [9]

Analogicznie po porównaniu wyników stężenia pyłu respirabilnego zmierzonego przy działającej instalacjido redukcji zapylenia, do wyników stężenia pyłu respirabilnego zmierzonego przy wyłączonej instalacji zraszającej, uzyskano w najgorszym przypadku (stanowisko I), około 40% skuteczność w redukcji pyłu (rys. 9).

Rys. 9 Skuteczność redukcji pyłu respirabilnego na poszczególnych stanowiskach pracy, uzyskana przy działającej instalacji NEPTUN [9]

7. Podsumowanie

Zaprezentowany w artykule system zraszania NEPTUN, opracowany przez Instytut Techniki Górniczej KOMAG, przeznaczony jest do redukcji cząstek pyłu w miejscu generowania, poprzez strącanie ich przy użyciu kropel wody wytwarzanych za pomocą atomizerów powietrzno-wodnych. System wyprodukowała i zabudowała w Zakładzie Przeróbki Mechanicznej Węgla Polskiej Grupy Górniczej S.A. Oddział KWK „Bolesław Śmiały” Firma Innowacyjno-Wdrożeniowa Elektron.

Przeprowadzone badania stężenia pyłu wdychalnego i respirabilnego na poszczególnych stanowiskach pracy, jednoznacznie wykazały jego pozytywny wpływ na wartości stężenia pyłu, poprzez zmniejszenie stężenia pyłu poniżej NDS. Wykonana ocena skuteczności, pomimo niesprzyjających warunków (niższa wydajność nadawy w czasie pomiaru zapylenia przy wyłączonej instalacji zraszającej), wykazała co najmniej 50% skuteczność w przypadku redukcji pyłu wdychalnego (stanowisko I), osiągając nawet ponad 70% skuteczność na stanowisku IIIb. Z kolei skuteczność instalacji zraszającej w redukcji pyłu respirabilnego, wyniosła co najmniej 40% (stanowisko I – gdzie pracowały niezabezpieczane przez instalację kruszarki kamienia), osiągając nawet 86% skuteczność w przypadku stanowiska IIIb. W pozostałych przypadkach skuteczność redukcji pyłu respirabilnego (oprócz stanowiska IV, gdzie skuteczność wyniosła 51%) osiągała wartość powyżej 60%. Najwyższe wartości skuteczności redukcji pyłu respirabilnego przez instalację zraszającą osiągnięto na stanowisku II (75%) i IIIb (86%).

Zaprezentowane wyniki wskazują, że przy prawidłowo zaprojektowanym systemie zraszania, wykorzystującym zjawisko strącania i zaczepiania cząstek pyłu przez właściwie dobrane krople wody, możliwe jest zmniejszenie zapylenia poniżej NDS, przy niewielkim zużyciu wody wynoszącym poniżej 10 dm3/min/atomizer. Zastosowanie zraszania powietrzno-wodnego, pozwala na znaczące zmniejszenie poziomów stężenia pyłów na stanowiskach pracy w Zakładach Mechanicznej Przeróbki Węgla. Szacuje się, iż zbliżone wartości skuteczności, osiągałby podobny system, zabudowany w ciągach nawęglania koksowni bądź elektrociepłowni.

 

 

ŹRÓDŁA:
1. Bałaga D., Cebula D., Kalita M., Siegmund M.: Powietrzno-wodne instalacje zraszające do redukcji zapylenia. Wiad. Gór. 2015 nr 11 s. 560-568, ISSN 0043-5120.
2. Bałaga D., Jedziniak M., Kalita M., Siegmund M., Szkudlarek Z.: Metody i środki zwalczania zagrożeń pyłowych i metanowych w górnictwie węglowym. Masz. Gór. 2015 nr 3 s. 68-81, ISSN 0209-3693.
3. Bałaga D., Kalita M., Siegmund M., Klimek Z., Urbanek A., Waloszczyk A.: Projekt instalacji zraszającej NEPTUN do zmniejszania zapylenia w zakładzie przeróbczym KWK "Bolesław Śmiały". Masz. Gór. 2018 nr 3 s. 35-46, ISSN 2450-9442.
4. Kalus A: ,, Zagrożenie pyłami szkodliwymi dla zdrowia w górnictwie węglowym” , broszura WUG, Katowice 2009
5. Lutyński A.: Zagrożenia metanem, pyłem i hałasem występujące w zakładach przeróbki mechanicznej kopalń węgla kamiennego. Instytut Techniki Górniczej KOMAG. Monografia nr.16. ISBN 978-83-60708- 96-5. Seria: Innowacyjne techniki i technologie mechanizacyjne. Gliwice 2016. Stron 106
6. Śmiejek Z.: Punktowe i przestrzenne odpylanie węzłów suchej przeróbki węgla kamiennego. Materiały na konferencję: Zwalczanie zagrożeń pyłowych w górnictwie. W: Międzynarodowa konferencja naukowowotechniczna. Wisła 5-7 października 1999r.
7. Wyższy Urząd Górniczy: „Ocena stanu bezpieczeństwa pracy, ratownictwa górniczego oraz bezpieczeństwa powszechnego w związku z działalnością górniczo-geologiczną w 2017 roku (porównanie od roku 2013” Katowice 2018 r.
8. Rozporządzenia Ministra Rodziny, Pracy i Polityki Społecznej z dnia 12 czerwca 2018. w sprawie najwyższych dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy - Dz. U. z 2018 r., poz. 1286.
9. Archiwum dokumentacji fotograficznej ITG KOMAG 2018r.

Informujemy, że strona używa plików cookies wyłącznie w celach wskazanych w Polityce Prywatności. Jeżeli nie blokujesz tych plików, rozumiemy przez to, że zgadzasz się na ich użycie oraz zapisanie w pamięci urządzenia więcej informacji. Jeżeli wyrażasz zgodę na wykorzystanie cookies, kliknij Akceptuję.