Учёные Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) впервые в России создали математическую модель, которая предсказывает поведение соляной пыли в калийных рудниках. Разработка учитывает влажность воздуха и позволяет прогнозировать, как меняется размер и распределение частиц пыли. Это поможет проектировать более эффективные и адресные системы вентиляции, обеспечивать безопасные условия труда и сокращать износ горного оборудования.
Калийные соли — стратегическое сырьё для сельского хозяйства. При их добыче мощные комбайны дробят породу, поднимая в воздух миллиарды частиц соли.
В замкнутом пространстве шахты пыль накапливается и приводит к:
• профессиональным заболеваниям — более 30% всех профзаболеваний в мире (по данным ВОЗ) связаны с воздействием производственной пыли.
• ускоренному износу оборудования — пыль попадает в механизмы, вызывая поломки, простои и затраты на ремонт (десятки миллионов рублей).
Существующие системы вентиляции и орошения работают в постоянном режиме, не учитывая неравномерность распределения пыли. Измерения запылённости дают лишь мгновенную картину, но не позволяют прогнозировать изменения.
Учёные Пермского Политеха обратились к исследованиям морского аэрозоля (соляные частицы над океаном) — их химический состав близок к рудничной пыли. Однако в шахтах другая среда, и пыль содержит примеси.
Этапы создания модели:
1. Определён точный состав пыли на одном из месторождений (пропорции хлорида натрия и калия).
2. Впервые вычислен параметр гигроскопичности для смеси — число, показывающее, насколько активно пыль впитывает влагу.
3. Адаптированы математические закономерности из океанологии под условия калийного рудника (замкнутое пространство, реальный состав пыли).
Что даёт модель инженеру:
• Зная текущую влажность воздуха (стандартный измеряемый показатель), модель рассчитывает:
• как изменяется размер частиц пыли (набухают, тяжелеют, оседают);
• сколько пыли висит в воздухе;
• как быстро и на каком расстоянии воздух очистится сам.
Это позволяет направлять вентиляцию адресно — только туда, где пыль не оседает естественным путём, а в других местах приглушать её, экономя электроэнергию.
Эксперимент проводился в специальной камере, облицованной соляной породой. При изменении влажности (50%, 60%, 70%) лазерный счётчик фиксировал распределение частиц. Расчёты по новой модели полностью совпали с экспериментальными данными.
«Модель правильно описывает физику процесса — то, как соль впитывает влагу, набухает и оседает. Её можно использовать для любой калийной шахты» — отметил Константин Черный, доктор технических наук, заведующий кафедрой «Безопасность жизнедеятельности» ПНИПУ.
Практическая польза для предприятий:
• Безопасность труда — прогнозирование запылённости рабочих зон и снижение риска профзаболеваний.
• Экономия на ремонте — уменьшение износа механизмов (десятки миллионов рублей).
• Энергоэффективность — адресная работа вентиляции без лишних затрат.
• Проектирование систем пылеподавления — научно обоснованный подход вместо «вслепую».
Статья учёных опубликована в журнале «Mining science and technology». Результаты исследования могут быть внедрены на любом калийном руднике России.