Dominik Bałaga, Marek Jaszczuk

Monografia nr 47
Gliwice 2016, s.1-107, il., bibliogr. 28 poz.
ISBN 978-83-60708-93-4

cena egz. 35,00 zł

W pracy przedstawiono wyniki badań, których celem było ustalenie wpływu parametrów strumienia zraszającego na skuteczność redukcji zapylenia powstałego w trakcie urabiania calizny węglowej przez kombajn ścianowy. Powyższą problematykę podjęto ze względu na fakt, że najwięcej pyłu węglowego powstaje w ścianie wydobywczej w trakcie urabiania calizny przez kombajn, a najczęstszym sposobem redukcji powstającego zapylenia jest zraszanie, w wyniku którego krople wody wytwarzane przez dysze zraszające łączą się z cząsteczkami pyłu, doprowadzając do ich szybszego opadania.

Osiągnięcie założonego celu wymagało przeprowadzenia badań eksperymentalnych w warunkach umożliwiających sterowanie parametrami charakteryzującymi strumień zraszający oraz czynnikami wpływu, przy zapewnieniu powtarzalności warunków dla wszystkich kombinacji zmierzonych parametrów. Ponieważ powyższe założenie może być spełnione jedynie w warunkach laboratoryjnych, eksperyment przeprowadzono na zaprojektowanym do tego celu stanowisku badawczym, możliwie wiernie odzwierciedlającym warunki rozprzestrzeniania się pyłu przy organie urabiającym kombajnu ścianowego i przy stanowisku kombajnisty.

W monografii zaprezentowano wyniki badań wstępnych, obejmujących:

• wyselekcjonowanie jednorodnych strumieni zraszających różniących się pod względem spektrum kropel,

• identyfikację zapylenia generowanego przez organ urabiający kombajnu i prędkości powietrza wokół organu,

• sprawdzenie możliwości uzyskania zadanych parametrów w komorach stanowiska badawczego.

Badania stanowiskowe przeprowadzono z uwzględnieniem danych pozyskanych w trakcie badań wstępnych. Analiza wyników badań stanowiskowych pozwoliła na ustalenie wpływu uwzględnionych czynników wpływu na skuteczność redukcji zapylenia, obejmującego w szczególności:

- wpływ wyodrębnionych frakcji kropel strumieni zraszających na skuteczność redukcji zapylenia w odniesieniu do poszczególnych frakcji wielkości cząstek, przy dwu różnych prędkościach strumienia powietrza,

- wpływ intensywności zraszania na skuteczność redukcji zapylenia z uwzględnieniem frakcji kropel, frakcji wielkości cząstek pyłu i dwu prędkości strumienia powietrza,

- skuteczności redukcji zapylenia z uwzględnieniem przyjętych czynników wpływu w odniesieniu do dwóch różnych typów pyłu (o różnej zawartości części niepalnych).

Skuteczność redukcji zapylenia wyznaczono na podstawie odniesienia różnicy stężenia pyłu bez zastosowania zraszania i przy zastosowaniu strumienia zraszającego o określonych parametrach, do stężenia pyłu występującego bez stosowania zraszania. Porównanie wyników badań obejmujących wszystkie kombinacje ustawień parametrów, umożliwiło dokonanie oceny wpływu poszczególnych czynników wpływu na wyniki skuteczności redukcji zapylenia, z uwzględnieniem analizy statystycznej. Uzyskane wyniki wykazały, że pył o 26% udziale części niepalnych (pył całkowity i respirabilny), najskuteczniej redukowany jest strumieniem o 50% udziale kropel z zakresu 0÷63,1 µm, zarówno przy prędkości powietrza wynoszącej 2 oraz 4 m/s. Przy obu prędkościach powietrza, pył respirabilny o 10% udziale części niepalnych, najkorzystniej jest redukowany pojedynczym strumieniem zraszającym o 50% udziale kropel z zakresu 0÷63,1 µm. Z kolei w przypadku redukcji pyłu całkowitego o 10% udziale części niepalnych, największą skuteczność uzyskano podwójnym strumieniu zraszającym o 70% udziale kropel z zakresu 0÷63,1 µm.

Biorąc pod uwagę fakt, że o skuteczności redukcji poszczególnych frakcji pyłu decyduje udział w strumieniu zraszającym kropel o wymiarach mniejszych od 63,1 µm i intensywność zraszania, wykazano, że parametry strumienia zraszającego, zapewniające największą redukcję pyłu, powinny być ustalone na podstawie analizy granulometrycznej pyłu generowanego w trakcie urabiania calizny węglowej. 

---

 Impact of parameters of spraying stream on reduction of concentration of dust generated by longwall shearer

The results of tests, aim of which was to determine an impact of parameters of spraying stream on effectiveness of reduction of concentration of dust generated in a longwall panel during mining the solid coal by the longwall shearer, are presented. The mentioned problem was undertaken due to the fact that the highest amount of coal dust is generated during cutting the solid rock by a longwall shearer, and spraying, in a result of which water drops generated by spraying nozzles combine with dust particles, what causes that they settle in a quicker way, is the most frequently used method for reduction of dust concentration.

Meeting the assumed objective required the tests in conditions where control of spraying stream parameters and impact factors was possible, ensuring similar conditions for all combinations of measured parameters. Such assumption can be satisfied only in the laboratory, so to carry out tests, it was decided to design a special testing facility, recreating the real conditions of dust propagation around the cutting drum and at operator’s stand.

The results of initial tests, including as follows:

• selection of homogenous spraying streams, which differ in a drop size spectrum,

• identification of dust generated by a longwall shearer’s cutting drum and air speed around the cutting drum,

• checking the possibilities to obtain the set parameters in the chambers of testing facility,

are presented.

The stand tests were carried out with regard to data obtained during initial tests. Analysis of results of stand tests enabled to determine the influence of considered impact factors on effectiveness of dust control, and it included especially as follows:

- impact of the separated fractions of drops in spraying streams on effectiveness of dust reduction in relation to each fraction of dust particles at two different rates of airflow,

- impact of spraying intensity on effectiveness in reducing the dust concentration considering size of drops, size of dust particles and two different rates of airflow,

- effectiveness in reducing the dust concentration considering the assumed impact factors in relation to two types of dust (of different content of non-flammable particles).

Effectiveness of dust control was determined on the basis of comparison of dust concentration with use of water spraying stream of specified parameters and without spraying. Comparison of the results from testing all combinations of parameters enabled assessing the impact of each factor on dust control effectiveness with use of statistical analysis. The results showed that dust of 26% content of non-flammable particles (total dust and respirable dust) is most efficiently eliminated by a spraying stream containing 50% of water drops within the range 0÷63.1 µm, both at flow rate 2 and 4 m/s. At both air speeds, the respirable dust of 10% content of non-flammable particles is most efficiently eliminated by a single spraying stream containing 50% of water drops within the range 0÷63.1 µm. However, in the case of reduction of total dust containing 10% of non-flammable particles, the best effectiveness was achieved for double spraying stream containing 70% of water drops within the range 0÷63.1 µm.

As content of drops of diameter below 63.1 µm in the spraying stream and spraying intensity decide about dust control effectiveness, it was found that parameters of spraying stream should be selected basing on particle size analysis of dust generated during solid coal mining.