Минин Иван Вадимович, научный руководитель темы
Минин Вадим Витальевич, к. т. н., советник ректора Уральского горного государственного университета, г. Екатеринбург
Наука о воздухе — аэрология — позволяет рассматривать атмосферу рудников как совокупность взвесей веществ в воздухе (газов, пыли, аэрозоля, влаги и т. п.). Именно эти посторонние взвеси веществ создают некачественную воздушную среду.
Вентиляция предназначена для разбавления и выноса взвесей в воздушной среде за счёт подачи свежего воздуха и удаления исходящей струи. То есть состав атмосферы рудничной содержится опасным в ограниченном периоде времени и с течением времени начинает изменяться в лучшую сторону. Чем мощнее вентиляция, тем быстрее происходит вынос веществ, однако отсутствует процесс постоянного выделения веществ в атмосферу рудника. Это очень периодическое явление. Очень локализованное, привязанное к некоторым местам в руднике, например, к забоям или камерам служебного назначения, транспортным выработкам.
Подавать свежий воздух на многие километры до забоев энергоэффективно не удаётся. Значительная часть свежего воздуха (до 55 %) теряется в утечках.
Локализованно восстановить качество атмосферы в местах выделения опасных газов позволяет нейтрализация. Перевод из воздушной среды связанных газов в жидкую фазу, например, в водоотлив. Газы связываются водой, происходит физико-химическая реакция, газообразное вещество становится жидкостью и выпадает на почву по законам гравитации. Таким образом, из воздушной среды рудника вымываются опасные газы, эти газы не находятся в воздухе, ими не дышат люди, эти газы вместе с водоотливом уходят из шахты в очистные сооружения. Так дополняется вентиляция нейтрализацией.
Покажем на примере выхлопных газов при работе машины с двигателем внутреннего сгорания. Вода выступает в роли катализатора — химического вещества, которое ускоряет реакцию, но не входит в состав продуктов.
4СО + 2NO2 = 4CO2 + N2
Окисление оксида углерода (CO) окислами азота в присутствии воды — катализатора. Вода ускоряет реакцию, и её действие пропорционально парциальному давлению водяного пара. Действие воды как катализатора связано с её химическими свойствами: разрыв химических связей. Молекулы воды имеют пару электронов, что позволяет им участвовать в реакциях, образуя промежуточные состояния, которые способствуют разрыву связей в молекулах. Стабилизация переходных состояний. Вода создаёт защитные оболочки вокруг заряженных частиц, снижая энергию активации реакции. Образование гидратных оболочек. Эти оболочки предоставляют дополнительные точки контакта между реагентами, что способствует их взаимодействию и повышает скорость реакции.
Специалисты Уральского государственного горного университета (ФГБОУ ВО «УГГУ») разрабатывают методы эксплуатации машин в горном производстве, включая документы, которые обеспечивают безопасность и эффективность использования автономной техники по п. 22 приказа Ростехнадзора от 08.12.2020 № 505 (с использованием безлюдной технологии), для этого разрабатывают нейтрализаторы выхлопных газов машин для рудников компании УГМК по согласованию с технической службой. В прошлом году получены первые результаты (таблицы извещений 9 и 11, зафиксированные службами военизированной горноспасательной части). Снижение по окислам азота с 8,4 мг/м³ до 1,59 мг/м³, то есть более чем в 5,2 раза. Работа продолжена с целью создания промышленных образцов.
Внедрение техники с нейтрализаторами не только увеличивает производительность, но и снижает риски для рабочих, улучшая безо-пасность на горном производстве по ГОСТ Р 70298-2022 для регулирования безопасности самоходных машин для подземных горных работ, которые могут использоваться как по назначению, так и не по назначению (по согласованию с изготовителем), по ГОСТ Р 70952-2023, который устанавливает требования безопасности для автономных и полуавтономных машин (ASAM) и систем таких машин (ASAMS), используемых в горных работах.