Анемометр рудничный АПР-2м - Оснащение шахт и рудников анемометрами нового поколения и безопасность труда.
В статье рассмотрены вопросы оснащения предприятий анемометрами, предложена методика их расчёта и способ замера скорости воздуха в горных выработках шахт и рудников.
Создание комфортных условий среды обитания и труда человека невозможно без контроля скорости, давления и температура воздушных потоков, ведь именно они являются одними из наиболее важных показателей состояния атмосферы, поддержание их в определённых параметрах необходимое условие безопасных условий труда. Для измерения скорости движения воздуха на территории стран СНГ нашли повсеместное применение анемометры АСО-3 и МС-13, являющиеся видоизменёнными копиями немецких приборов Casella, «модернизированными» далеко не в лучшую сторону в начале 30-х годов прошлого века. И если немецкие приборы в начале 20 века показывали скорость, то спустя 100 лет их копии дают показания числа оборотов, по которым надо определять скорость. Качество изготовления приборов АСО-3 и МС-13 всегда желало и сейчас желает лучшего, уже давно эти приборы морально и физически устарели. Анемометр МС-13 вообще выпускается без ручки, имея в конструкции саморез, который необходимо ввинтить в найденную поблизости деревянную палку, чтобы держать прибор в руке при замере. Как правило, при этом прибор падает, ломается и на этом процесс его существования прекращается. О каком качестве этих приборов может идти речь, если в 60-70 годы цена их составляла 7 и 11 руб. соответственно. При такой цене и в те времена невозможно было создать хороший прибор, а ведь до середины 90-х годов это были практически единственно используемые анемометры, таким же осталось качество их и при выпуске в настоящее время, только цена стала в 1000 раз выше.
ВНИИМ им. Д. И. Менделеева ещё 10 лет тому назад (письмо № 2550-4-36640 от 19.10.2000г), руководствуясь статьёй 13 Закона РФ «Об обеспечении единства измерений», признал целесообразным «постепенно, в течение 2-х лет вывести анемометры АСО-3 и МС-13 из сфер распространения государственного метрологического контроля и надзора», что фактически означает запрет на их применение. Основанием для принятия такого решения послужило, как сказано в письме, то, что АСО-3 и МС-13 последний раз были внесены в госреестр средств измерений в 1980г, выпуск их осуществляло НПО «Сигнал», г. Ташкент, номера по госреестру были 3489-80 и 3488-80 соответственно, т.е. срок действия сертификатов истёк в 1985г. В письме также сказано, что «в связи с отсутствием предприятия-изготовителя, испытания анемометров АСО-3 и МС-13 на соответствие утверждённому типу не проводятся.…. при периодической поверке повторная градуировка нормативными документами не предусматривается, однако, из-за отсутствия исправных приборов, их переградуируют, вместо того, чтобы браковать…..потребительские свойства анемометров и их метрологические характеристики не отвечают современным требованиям, предъявляемым к таким средствам измерений», в связи с чем «необходимо усилить контроль территориальных органов Госстандарта за проведением периодической поверки анемометров АСО-3 и МС-13». Практически ни один из анемометров этого типа не может пройти поверку, в большинстве случаев они имеют деформированные лопасти, лопнувшие оси вращения, и уже по этой причине должны быть забракованы, так как к поверке могут быть допущены только приборы, не имеющие механических повреждений. К сожалению, указанное требование не выполняется, непригодные к работе приборы продолжают поверяться, что сказывается на достоверности проводимых замеров. Сложившееся положение, когда на особо опасных производствах, каковыми являются угольные шахты и рудники, работают устаревшие модели приборов, не внесенные в госреестр средств измерений и уже по этой причине не имеющие право быть использованными в качестве средств измерений, не способствует созданию на них безопасных условий труда.
В последние 10-15 лет на рынок России пришли более 20 моделей импортных анемометров, появились и отечественные приборы, одним из них является анемометр рудничный АПР-2, разработанный в начале 90-х годов, который сразу же приобрёл популярность за точность показаний и надёжность в работе /2/. При этом следует отметить, что для шахт и рудников практически не было и нет предложений импортных приборов.
Всего выпущено около 5 000 анемометров АПР-2, в настоящее время именно эти приборы получили наиболее широкое распространение в шахтах и рудниках России и стран СНГ. Из общего количества выпущенных приборов шахты приобрели порядка 50%, рудники -30%, другие потребители – 20%. Анемометры АПР-2 работают в шахтах и рудниках Донбасса, Кузбасса, Воркуты, Сахалина, Якутии, Арктикугля, Норильска, Магадана и в др. бассейнах. Следует отметить то обстоятельство, что анемометр АПР-2, разработанный специально для шахт и рудников, нашёл широкое применение и других отраслях промышленности – атомной, нефтегазодобывающей, металлургической, химической. Приобрели их энергетики, органы госсанэпиднадзора, фирмы, занимающиеся контролем и наладкой систем кондиционирования и промышленной вентиляции. Анемометры АПР-2 внесены в Госреестры средств измерений России, Казахстана, Белоруссии и Украины, они используются не только в странах ближнего, но и дальнего зарубежья, таких как Китай, Иран, Индия, Польша, Вьетнам, Латвия, а также и в некоторых других странах.
В настоящее время наступила необходимость модернизировать и анемометр АПР-2. Фирма ООО «ЭкоТех» разработала и освоила серийное производство анемометра рудничного АПР-2м (рис 1).
Рис. 1. Анемометр рудничный АПР-2м
Анемометр АПР-2м позволяет производить одновременно замер скорости, давления и температуры, как в ручном, так и в автоматическом и дистанционном режиме измерения, что даёт возможность использовать его для производства депрессионных съёмок и мониторинга вентиляционных сетей. Количество замеров в ручном режиме измерения неограниченно, в автоматическом и дистанционном режиме возможно производство до 600 замеров, продолжительностью 6 суток или 10 часов, выбрав режим в зависимости от поставленной цели. Функциональные возможности наиболее применяемых типов анемометров приведены в табл.1
Таблица 1
Функциональныевозможности
анемометров
Для производства анемометром АПР-2м замеров в автоматическом режиме необходима фиксация прибора в стабильном положении, с размещением первичного преобразователя перпендикулярно воздушному потоку. При этом прибор может быть расположен как горизонтально, так и «вверх или вниз головой». Как правило, прибор лучше располагать в кровле выработки. Весьма важным в автоматическом режиме измерений является определение коэффициента поля скоростей (К=Vср/Vпп ), т.е. соотношения средней скорости в выработке (Vср) к скорости в точке нахождения первичного преобразователя (Vпп). Для этого в ручном режиме определяется средняя скорость движения воздушного потока в выработке (Vcр), а также скорость в точке размещения первичного преобразователя (Vпп). Как правило, коэффициент поля скоростей в этом случае будет больше 1. Следует пояснить, что термин «средняя скорость» применяется потому, что скорость неравномерна как во времени, так и по сечению выработки, она пульсирует во времени и значительно ниже в районе периметра выработки, чем в центре её сечения. При автоматическом и дистанционном режиме измерения результаты замеров, полученные прибором, должны быть умножены на коэффициент поля скоростей К, что позволит получить расход воздуха в выработке. Наиболее лучшим вариантом является установка прибора в точке, характеризующей среднюю скорость, и к тому же имеется возможность разместить в этой точке прибор на необходимый период времени измерения.
Один из основоположников рудничной аэрологии в России, проф. Протодьяконов М.М. (1) пишет «…изучив однажды подробно расположение скоростей по сечению, - в дальнейшем можно довольствоваться уже замером только в одной точке, ибо все остальные скорости изменяются пропорционально этой. Очевидно, что всего удобней выбрать точку, соответствующую средней скорости данного сечения и производить постоянно замеры в ней».
При стоимости автоматических систем контроля воздуха в десятки миллионов рублей, наличие переносных приборов, которые могут быть использованы для автоматического мониторинга вентиляционных сетей в горных выработках, является весьма перспективным направлением, как с целью экономии материальных ресурсов, так и создания безопасных и комфортных условий труда. Все замеры, произведенные анемометром АПР-2м, накапливаются в памяти микропроцессора и в дальнейшем могут быть распечатаны на компьютере, при распечатке надо указать в таблице лишь номер прибора, с которого приняты данные, и наименование пунктов, в которых проводился замер. Образец переданных результатов замеров с прибора на компьютер и распечатанных после этого, приведен в табл.2
Результаты
замеров,
выполненные
в ручном и автоматическом режиме измерения,
анемометр №104
Таблица 2
Анемометр АПР-2м по многим своим техническим характеристикам превосходит лучшие зарубежные аналоги. Так, если анемометры зарубежных фирм обеспечивают нижний порог измерения 0,3 - 0,5 м/с, то АПР-2м позволяет измерять скорость от 0,2 м/с, а в некоторых случаях, в зависимости от характеристики установленного датчика, и от 0,1 м/с. Зарубежные анемометры работают, как правило, на аккумуляторных батареях, обеспечивающих продолжительность работы не более 6-8 часов, АПР-2м работает на батареях типа А316, обеспечивающих продолжительность непрерывной работы без замены элементов питания не менее 1200 часов. К достоинствам анемометра АПР-2м следует отнести одновременную индикацию на дисплее продолжительности времени измерения, показаний скорости, давления и температуры воздушного потока. Наличие датчика скорости, давления и температуры, индикатора зарядки элементов питания, кабеля с разъёмами для соединения прибора с компьютером, возможность производства одним прибором всего комплекса работ по депрессионной съёмке с распечаткой в дальнейшем результатов замеров с помощью прилагаемой программы на компьютере, делает прибор универсальным. Все анемометры АПР-2м комплектуются первичными преобразователями (головка с крыльчаткой), имеющими градуировочный код, отражающий их индивидуальную характеристику. Код головки анемометра вводится в память микропроцессора, что обеспечивает высокую точность выполненных замеров.
По мнению автора, анемометры, в основу которых положен принцип тахометрии (вращение крыльчатки), имеют весьма существенные преимущества перед другими типами анемометров (термо-, акустическими и др.). Одно из основных их преимуществ заключается в том, что при использовании таких приборов возможно визуально по вращению крыльчатки «наблюдать» скорость, в то время как другие типы анемометров, как бы «мертвы» и приходится только полагаться на правильность их показаний. Как показали результаты исследований, показания скорости имеет практически линейную зависимость от частоты импульсов, создаваемых крыльчаткой при вращении.
Методика расчёта анемометров для шахт и рудников утверждена Госгортехнадзором России и является обязательной для них (письмо № 04-35/314 от 01.11.96). Расчёт необходимого количества анемометров, согласно указанной методике, следует производить по формуле:
N= к {n(L:30) + (Кгор - 1) + (Квгп – 1)} (1)
где К – коэффициент резерва, равный 1,2
N=5 – минимально допустимое количество анемометров, необходимое
для текущего оперативного контроля расхода воздуха (протяжённость горных выработок до 30 км) L – протяжённость поддерживаемых выработок, км Кгор – количество горизонтов Квгп – количество действующих вентиляторов главного проветривания.
В том случае, если протяжённость горных выработок превышает 90 км, необходимое количество приборов в работе увеличивается в следующем порядке: от 90 до 120 км - 1 анемометр на 10 км, от 120 до 150 км – 1 анемометр на 15 км, более 150 км – 1 анемометр на 20 км. Такой подход к расчёту их количества объясняется тем, что с ростом протяжённости выработок возрастает количество различного рода выработок, где производство замеров необязательно.
Пример расчёта №1. Протяжённость горных выработок 75 км, имеется 1 горизонт, в работе 2 вентилятора главного проветривания. Необходимо иметь всего 16 анемометров, в т.ч. поверенных в рабочем состоянии 13 шт. N=1, 2 {5(75:30)+(1 - 1)+(2 – 1)}=16 Пример расчёта №2. Протяжённость горных выработок 170 км, имеется 2 горизонта, в работе 3 вентилятора главного проветривания. Необходимо иметь всего 29 анемометров, в т.ч. поверенных в рабочем состоянии 24 шт. N=1, 2 {5(90:30)+(120–90):10+(150-120):15+ (170-150):20+(2-1) + (3–1)}=29 Укомплектованность шахт и рудников анемометрами согласно утверждённой методике позволяет обеспечивать действенность контроля расхода воздуха в горных выработках как при нормальном режиме проветривания, так и реверсировании вентиляционной струи. В настоящее время ежедекадные и месячные замеры воздуха выполняются работниками участка ВТБ в течение нескольких дней, а поэтому вентиляционные журналы далеко не в полной мере отражают фактическое состояние проветривания. Наличие на предприятии приборов АПР-2м в необходимом количестве позволит при минимальных затратах выполнить одновременно в автоматическом режиме замер воздуха в горных выработках и отобразить в журнале действительное положение дел с проветриванием как шахты в целом, так и во всех её горных выработках. И в интересах безопасности труда следовало бы ввести в Правила безопасности требование единовременного замера воздуха при ведении вентиляционного журнала.
Одновременно с оснащением предприятий высокочувствительными анемометрами нового поколения необходимо совершенствовать и сам способ замера. Выполненные замеры в закрытом непроветриваемом помещении путём обвода его сечения показали, что показания скорости прямо пропорциональны скорости перемещения прибора замерщиком по сечению и могут составлять 0,2 – 0,3 м/с. В шахте же погрешность измерения при замере путём обвода сечения может быть значительно выше за счёт трудности перемещения по выработке и давать погрешность (увеличение расхода) до 200 – 300 м3/мин. Рекомендованные способы замера путём «обвода сечения», «перед собой» и «по точкам» давали большую погрешность даже при использовании анемометров АСО-3 и МС-13. Учитывая оснащение предприятий высокочувствительными анемометрами АПР-2м, необходимо рекомендовать переход на способ замера в одной точке - в «центре сечения». За центр сечения выработки следует принимать не геометрическую точку в центре её сечения, а ядро воздушного потока с максимальной скоростью, занимающее, как показали исследования автора, 30-40% сечения выработки, так что определить эту точку в сечении выработки достаточно легко /3/. При замере таким способом скорость Vср составляет в среднем 0,85 от скорости в центре выработки Vц, Предлагаемый способ замера «в центре сечения» более точный, он даёт меньшую погрешность, чем рекомендованные в настоящее время. Определить расход воздуха Q в горной выработке в этом случае можно по формуле Q =0,85 Vц S 60, м3/мин (2) где S – сечение выработки, м2
Предлагаемый способ замера скорости воздушных потоков фактически применяется при установке стационарных систем контроля расхода воздуха, когда определение скорости производится по показаниям датчика, установленного стационарно в одной точке.
К сожалению, приходится констатировать, что, несмотря на то, что после утверждения нормативов расчёта анемометров прошло 15 лет, они так и не стали до сих пор в полной мере обязательными для шахт и рудников. На многих из них всё ещё используется половина или больше устаревших моделей анемометров, вроде бы требуемое количество приборов есть, но исправных и поверенных - значительно меньше, что не способствует созданию безопасных условий труда. Наличие АСО-3 и МС-13 в нормативах расчёта объясняется тем, что в 1996г, когда нормативы были утверждены, не было достаточного количества новых приборов, но в настоящее время положение дел изменилось и есть возможность иметь на предприятии приборы нового поколения. Внедрение анемометров нового технического уровня, каковыми являются анемометры АПР-2м, производимых в России и защищённых её патентом, полный запрет использования морально устаревших АСО-3 и МС-13 позволит повысить уровень безопасности труда не только в шахтах и рудниках, но и на других предприятиях.
Журнал "Безопасность труда в промышленности", №5,2011. Автор статьи генеральный директор ООО"ЭкоТех", к.т.н. Мещеряков А.А
