Вход в аккаунт

Вы здесь

Измерения для количественного определения концентрации респирабельной пыли

Глава 2. Измерения для количественного определения концентрации респирабельной пыли

Автор: Jay F. Colinet

            Респирабельная доля пыли - это та часть пыли, которая при вдыхании достигает лёгких, и которая приводит к развитию пневмокониоза или силикоза[1]. Респирабельная пыль невидима для невооружённого глаза[2]. Наоборот, если облако пыли видимо, то скорее всего, часть частиц пыли из этого облака - респирабельного размера. Поэтому для количественного измерения концентрации респирабельной пыли в воздухе шахты нужно использовать приборы.

            С 2000г количество случаев заболевания лёгких у шахтёров возросло. Поэтому для определения воздействия пыли на шахтёров, и для выявления источников пыли, важно точно измерять её концентрацию. Затем результаты измерений используются для разработки и выполнения мероприятий для снижения запылённости в самых ''проблемных'' местах.

Измерение концентрации респирабельной пыли в угольных шахтах

            Для измерения концентрации пыли в шахтах чаще всего используют гравиметрические измерительные пробоотборные приборы (Рис. 2-1). Эти устройства предназначены для измерения запылённости для проверки выполнения требований закона об охране труда (Federal Coal Mine Health and Safety Act) 1969г. Они состоят из насоса постоянной производительности, циклона (который разделяет пыль на респирабельную и не респирабельную - более крупную), и держателя фильтра. При подземной добыче угля насос должен работать при расходе воздуха 2 л/мин. При подземной добыче металлических и не металлических полезных ископаемых он должен работать при расходе 1.7 л/мин. Циклон Dorr-Oliver диаметром 10 мм отделяет респирабельную пыль (обычно это частицы с аэродинамическим диаметром 10 мкм, или ещё меньше) от более крупных частиц. Крупные частицы улавливаются циклоном, а респирабельные частицы - фильтром из поливинилхлорида диаметром 37 мм, установленным после циклона. Респирабельные частицы улавливаются фильтром, и он должен взвешиваться перед замером для последующего определения массы респирабельной пыли, уловленной во время измерений. Затем массу пыли и объём прокачанного воздуха используют для вычисления концентрации респирабельной пыли в мг/м3. После проведения замера нужно быть осторожным, чтобы циклон находился в вертикальном положении. В противном случае крупнодисперсная, не-респирабельная пыль может попасть на фильтр из циклона, и результаты измерений окажутся неправильными.

            Чтобы определить, какая доля респирабельной пыли состоит из кварца, нужно послать фильтр в аккредитованную лабораторию для проведения анализа. Для пыли, уловленной при проведении измерений в угольных шахтах, определение содержания кварца проводят с помощью аналитического метода MSHA P7 infrared analytical technique [Parobeck and Tomb 2000]. А для пыли, уловленной в шахтах, где добывается руда металлических и неметаллическихк полезных ископаемых - метод NIOSH рентгеновской дифракции x-ray diffraction using NIOSH Method 7500 [Schlecht and O’Connor 2003].

            Из-за того, что при работе в шахте на концентрацию пыли может влиять большое количество разных факторов, весьма желательно проводить многократные гравиметрические измерения для одного и того же места, и вычислять средние значения концентрации пыли. Проведение многократных замеров повышает вероятность того, что (средняя) запылённости измерена правильно.

            Помимо гравиметрических измерительных приборов, MSHA допускает использование в угольных шахтах измерители запылённости, работающие в реальном масштабе времени - но их использование не допускается для проверки или для подтверждения выполнения требований к ограничению запылённости воздуха.

Рис. 2-1. Индивидуальный пробоотборный насос, циклон и кассета с фильтром для гравиметрических измерений концентраций респирабельной пыли

В персональном измерительном приборе DataRAM (pDR) запылённый воздух пропускается через камеру датчика, где проходит через луч света. Датчик определяет, сколько света рассеивает пыль, и это рассеивание пропорционально её концентрации. Эта концентрация зависит от времени проведения измерения, обе величины записываются во внешнее запоминающее устройство. Затем эта информация может быть перенесена в компьютер для анализа. На Рис. 2-2 показа типичный график, полученный с помощью прибора pDR, и фотография прибора. Для измерений используются мобильные измерительные приборы (это будет обсуждаться в следующем разделе). Результаты измерений запылённости как функции от времени могут анализироваться для определённых интервалов времени (например - частей цикла работы выемочного угольного комбайна), и могут вычисляться средние запылённости для этих интервалов.

Рис. 2-2. Пример измерений концентрации пыли с помощью прибора pDR (в реальном масштабе времени) и фотография прибора

К сожалению, точность измерения прибора, который использует рассеивание света, зависит от распределения частиц пыли по размерам, и на неё влияет наличие в воздухе водяного тумана. Поэтому, когда NIOSH использует подобные приборы, проводится калибровка в производственных условиях. Вблизи прибора проводят измерение запылённости гравиметрическим способом, и определяют поправочный коэффициент - отношение средней гравиметрической концентрации к средней концентрации, измеренной по рассеиванию света (измеренной pDR) [Thermo Scientific 2008]. Например, если гравиметрическая концентрация 1.3 мг/м3 за 6 часов измерений, а средняя концентрация, измеренная за это же время pDR 1.0 мг/м3, то результаты всех измерений, сделанных pDR умножаются на 1.3.

            Для измерения запылённости в реальном масштабе времени в NIOSH также разработан и испытан персональный прибор - personal dust monitor (PDM). Его использование в угольных шахтах одобрено MSHA, и он имеется в продаже [Volkwein et al. 2006]. Для определения гравиметрической концентрации респирабельной пыли в реальном масштабе времени прибор использует датчик - конические колебательные микровесы (tapered-element oscillating microbalance TEOM). ТЕОМ - это полая трубка, которая вибрирует с известной частотой. На её конце находится фильтр. При осаждении респирабельной пыли на фильтре частота колебаний изменяется, и это зависит от концентрации пыли. Прибор PDM показывает, какая ''накопилась'' концентрация пыли на данный момент с начала смены, и то, какая доля от допустимого (за всю смену) воздействия уже достигнута. Эта информация может использоваться рабочим для предотвращения чрезмерного воздействия пыли. Датчик измерителя запылённости устанавливается в стандартный держатель лампы на каске, и для измерения запылённости воздуха он всасывает его около лампы (Рис. 2-3).

Рис. 2-3. Индивидуальный измеритель - прибор PDM со снятым TEOM (в реальном масштабе времени)

Проведение измерений

            Для эффективного уменьшения воздействия пыли угля и кварца на шахтёров нужно выявить, где происходит образование пыли, и в каком количестве. После определения этого можно использовать (наиболее подходящие) способы уменьшения запылённости, которые обеспечивают наилучшую защиту рабочих.

            Для количественного определения того, сколько пли образуется в данном источнике, нужно проводить измерения так, чтобы ''отделить'' вклад этого источника пыли от вклада других источников. Для этого измерители запылённости размещают до и после источника пыли по потоку. Отличие результатов их измерений позволяет определить количество пыли, образующееся в этом источнике.

            Например, в шахте измерители можно установить в потоках воздуха - идущем для проветривания в забой (где работает короткозабойный выемочный комбайн), и уходящим оттуда. Это позволит определить, сколько пыли образуется при работе комбайна. На Рис. 2-4 показано расположение измерителей запылённости. Если замеры проводятся с помощью гравиметрических измерителей, то нужно обеспечить, что они уловят достаточно большое количество пыли. Поэтому может потребоваться проведение измерений в течение нескольких циклов работы комбайна. В этом случае насосы измерительных приборов нужно включить, когда начнётся цикл работы комбайна. После окончания первого цикла нужно выключить насосы - до тех пор, пока комбайн не переместится на место начала нового цикла работы. В это время измерительные приборы нужно переместить в аналогичные места на новом месте работы комбайна. Когда комбайн начнёт новый цикл работы, нужно включить насосы приборов.

Рис. 2-4. Положение измерителей запылённости, используемых для отдельного определения запылённости, создаваемой короткозабойным выемочным комбайном

            При работе более подвижных машин - например, выемочного комбайна - для изоляции источника пыли нужно использовать подвижные измерители. По мере перемещения комбайна два сотрудника должны двигаться вместе с ним с измерительными приборами. Один из них должен находиться перед комбайном (по потоку воздуха), а другой - после комбайна. Они должны находиться на соответствующем расстоянии от комбайна при его работе. На Рис. 2-5 показано проведение таких измерений.

            В обоих примерах измерения проводятся в условиях, когда в шахте имеется установившийся режим движения воздуха при вентиляции. Но встречаются и другие случаи.

Рис. 2-5. Подвижное положение измерителей запылённости при работе выемочного комбайна

Например, для измерения количества респирабельной пыли, образующейся при проведении буровых работ на поверхности нужно использовать группу измерителей, находящихся вокруг буровой установки по кругу, чтобы учесть изменение направления ветра. Затем для определения количества образовавшейся при бурении пыли нужно усреднить результаты измерений. Также нужно определить фоновую запылённость воздуха - вдали от места работы, так чтобы на результат измерений не влияло образование пыли при бурении. Затем значение фоновой запылённости вычитается из результатов измерений запылённости около буровой установки, чтобы определить, какой она даёт вклад в общую запылённость. На Рис. 2-6 показано размещение измерителей запылённости около буровой установки.

Рис. 2-6. Положение измерителей запылённости при проведении буровых работ на поверхности

Ссылки

Parobeck PS, Tomb TF [2000]. MSHA’s programs to quantify the crystalline silica content of respirable dust samples. SME preprint 00-159. Littleton, CO: Society for Mining, Metallurgy, and Exploration, Inc.
Schlecht PC, O’Connor PF, eds. [2003]. NIOSH manual of analytical methods (NMAM®), 4th ed., 3rd supplement. Cincinnati, OH: U.S. Department of Health and Human Services, Centers for Disease Control and Prevention, National Institute for Occupational Safety and Health, DHHS (NIOSH) Publication No. 2003–154.
Thermo Scientific [2008]. Model pDR-1000AN/1200 instruction manual. Franklin, MA: Thermo Scientific, pp. 35–36.
Volkwein JC, Vinson RP, Page SJ, McWilliams LJ, Joy GJ, Mischler SE, Tuchman DP [2006]. Laboratory and field performance of a continuously measuring personal respirable dust monitor. Pittsburgh, PA: U.S. Department of Health and Human Services, Centers for Disease Control and Prevention, National Institute for Occupational Safety and Health, DHHS (NIOSH) Publication No. 2006–145, RI 9669.
 

Оглавление >>>

Глава 1 >>>

Глава 2 >>>

Глава 3 >>>

Глава 4 >>>

Глава 5 >>>
 


[1]   Частицы пыли большого размера (например – больше 20 мкм - оседают в верхних дыхательных путях, и у здоровых людей через 15 мин ÷ 3 часа выводятся из организма вместе с мокротой. Из-за этого они менее опасны для здоровья, чем мелкие частицы, достигающие лёгких, и (если они нерастворимые) способные оставаться там годами - примечание к переводу.

[2]   Например, частицы сигаретного дыма - респирабельного размера (~0.6 мкм), и когда плотная струйка дыма немного разбавляется воздухом, они становятся невидимы - примечание к переводу.

 

Рейтинг@Mail.ru Индекс цитирования