Новая математическая модель предскажет запыленность в калийных рудниках

Калийные рудники — настоящие подземные города с мощными комбайнами и транспортом, которые круглосуточно дробят горную массу. В воздух поднимаются миллиарды мельчайших частиц соли — соляная пыль. В замкнутом пространстве шахты она накапливается, не выводится естественным путем и создает серьезные проблемы. Более 30% профессиональных заболеваний, по данным ВОЗ, связаны с воздействием производственной пыли. Кроме того, пыль попадает в механизмы, ускоряя их износ и приводя к дорогостоящим ремонтам.

Как сегодня борются с пылью

Сейчас для очистки воздуха используют вентиляторы и системы орошения водой. Однако эти методы не учитывают, что пыль постоянно меняет свои свойства. Главная особенность соляной пыли — гигроскопичность, то есть способность впитывать влагу из воздуха. От этого зависит, набухнут ли частицы и быстро осядут или останутся во взвешенном состоянии, попадая в легкие и забивая оборудование. Существующие системы работают в постоянном режиме, не реагируя на реальное распределение пыли, которое меняется вместе с влажностью.

Прорыв Пермского Политеха

Ученые Пермского Политеха впервые в России создали математическую модель, которая предсказывает поведение соляной пыли в калийных рудниках. Исследование, опубликованное в журнале Mining science and technology, опирается на неожиданный источник данных — океанологические исследования морского аэрозоля. Химический состав морской и рудничной соли близок, но ученым пришлось адаптировать модели к замкнутому пространству шахты и учесть примеси, такие как глина. Они вычислили параметр гигроскопичности для смеси хлоридов натрия и калия, что было сделано впервые.

Разработанная модель позволяет для любого значения влажности рассчитать, как изменятся размеры частиц пыли и как они будут распределяться в воздухе. Инженеру достаточно знать состав пыли в руднике и текущую влажность — это стандартные показатели, которые регулярно измеряются. Модель покажет, сколько пыли висит в воздухе сейчас, какие размеры преобладают, как быстро частицы осядут и на каком расстоянии воздух очистится сам.

Чтобы проверить точность модели, ученые провели эксперимент в камере, облицованной соляной породой из рудника. Они меняли влажность, а лазерный счетчик фиксировал количество и размер частиц. Затем наложили на эти данные расчеты по модели — и графики полностью совпали. Это доказало, что модель правильно описывает физику процесса впитывания влаги, набухания и оседания соли.

Внедрение модели позволит проектировать вентиляцию адресно: подавать воздух только туда, где он нужен, а не вслепую. Это снизит риски для здоровья рабочих, уменьшит износ оборудования и сэкономит десятки миллионов рублей на ремонте и электроэнергии. Для калийной промышленности это шаг к более безопасным и экономически эффективным условиям труда.