Интенсификация естественного воздухообмена в карьерах

1. Рассматриваются природные условия  района и площадки будущего  карьера. При этом анализу подлежат  географическое положение месторождения,  рельеф, климатические и метеорологические  условия района, горногеологическая характеристика месторождения, 
2. Дается санитарная оценка принятой технологии и техники ведения горных работ. 
3. Определяются условия и интенсивность естественного воздухообмена в карьере на различных этапах его разработки. 
4. Устанавливается суммарное количество примесей, поступающих в атмосферу карьерного пространства, и определяется удельный вес выделении от тех или иных источников. 
5. Прогнозируются концентрации примесей в общей атмосфере карьерного пространства и устанавливаются периоды, требующие проведения специальных профилактических мероприятий по оздоровлению воздушной среды в карьере. 
6. Обосновываются и выбираются необходимые средства, и методы снижения поступлений пыли и газов в атмосферу карьерного пространства. 
7. Определяются концентрации примесей, а также микроклиматическая обстановка на рабочих местах горного оборудования. 
8. Устанавливается необходимость искусственной вентиляции отдельных рабочих мест и выбирается соответствующее вентиляционное оборудование для этих целей. 
9. Оценивается необходимость искусственного проветривания карьерного пространства в целом или отдельных рабочих зон. 
10. Определяется количество воздуха, необходимого для искусственной вентиляции, и выбираются схемы искусственного проветривания. 
11. Определяются требуемые параметры вентиляторных установок, и устанавливается их число. 
12. Решаются организационные вопросы, связанные с контролем состава воздуха и эксплуатацией средств нормализации атмосферы в карьерном пространстве. 
13. Оценивается экономическая эффективность всего комплекса профилактических мероприятий по нормализации состава атмосферы в карьере. 
В процессе эксплуатации карьера отдельные разделы проекта подвергаются уточнению в соответствии с изменениями геометрии карьерного 
пространства, технологии и техники ведения работ, в результате совершенствования методов и средств борьбы с пылью и газами и повышения культуры работы производства в целом.

2.2. МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА

Исходными данными, определяющими  естественный воздухообмен в карьерах и необходимый комплекс профилактических мероприятий, которые должны быть рассмотрены  в проекте, являются: географическое положение района, горногеологические условия, технология разработки и применяемая техника, геометрия карьерного пространства и организация работ. 
Географическое положение района определяет, прежде всего, его климатические условия, которые характеризуются величинами, приведенными в таблице 3.

При этом необходимо учесть, что при  одном и том же широтном расположении на разных меридианах климатические  условия будут существенно меняться, соответственно определяя необходимые  методы и средства поддержания комфортных климатических условий труда, сокращения и предупреждения повышенного содержания примесей в атмосфере. 
Орография площадки будущего карьера позволяет уже на стадии проекта оценить возможное ослабление воздушных потоков вследствие ее закрытости неровностями рельефа. Скорость ветра на площадке будущего карьера

Таблица 4

При проектировании карьеров необходимо учитывать: 
а) тепловой режим на фиксированных рабочих местах в кабинах горного оборудования; 
б) необходимые противопылевые мероприятия и соответствующие расходы пылеподавляющих веществ; 
в) вероятность нарушения естественного воздухообмена и опасность загрязнения атмосферы карьерного пространства при определенном сочетании метеорологических элементов, 
Метеорологические условия на рабочих местах в кабинах горного оборудования должны приниматься в соответствии с требованиями СНиПа (таблица 1, 2). 
Температура, относительная влажность и скорость движения воздуха регламентируются как на теплый, так и на холодный периоды года, исходя из категории работы по ее тяжести.

3.2.4. Порядок проектирования  искусственной вентиляции

 
 
Расчет вентиляции производственных помещений включает в себя определение  необходимого количества воздуха и  аэродинамический расчет вентиляционной сети. 
 
Проектирование вентиляции рекомендуется поводить в следующем порядке:

1.  
   Устанавливаются необходимые исходные данные (назначение помещения, число и типы оборудования, размеры помещения, количество работающих людей и др.).
2.  
   Определяется количество выделяющихся вредностей (по данным практики или расчетом).
3.  
   Определяется характер выполняемых работ по тяжести, нормируемые параметры микроклимата, ПДК вредных веществ, выделяющихся в воздух рабочей зоны.
4.  
   Выбирается способ проветривания.
5.  
   Рассчитывается необходимое для проветривания количество воздуха.
6.  
   Производится аэродинамический расчет вентиляционной сети и выбирается вентилятор.

 
 
 
^

3.2.5. Определение  необходимого количества воздуха

 
 
При проектировании общеобменной вентиляции расчет потребного количества воздуха производится по следующим факторам: 
 
1. По количеству людей: 
 
L=Znq, м³/ч (3.13) 
 
где L – объем приточного (или удаляемого) воздуха, м³1,15 – коэффициент запаса; n – максимальное количество¸/ч; Z=1,10 людей, работающих в течение смены в данном помещении; q – норма подачи воздуха на одного работающего. 
 
Нормы подачи воздуха на одного человека: при отсутствии газообразных выделений в помещениях с объемом на каждого работающего менее 20 м³ – 30 м³/час; в помещениях с объемом от 20 до 40 м³ – 20 м³/час; в помещениях с объемом на одного работающего более 40 м³ – достаточно естественного проветривания за счет форточек и окон, при отсутствии естественной вентиляции – 60 м³/час. 
 
2. По выделению газов и пыли: 
 
L=G/(C₂-C₁), м³/ч (3.14) 
 
где G – количество вредных веществ (газов и пыли), выделяющееся в помещение, мг/ч; С₂ – ПДК газов и пыли, мг/м³; С₁ – концентрация вредных веществ в приточном (чистом) воздуха, мг/м³; С₁0,3С£₂. 
 
3. По выделению избыточного тепла: 
 
L=Q_изб(tr/с₁-t₂), м³/ч (3.15.) 
 
где Q_изб – количество явного тепла, выделяющегося в помещение, кДж/час; с=1,005 кДж/(кг.К) – удельная массовая теплоемкость воздуха; t₁ – температура удаляемого воздуха, ^оС; t₂ - температура приточного воздуха, ^оrС;  - плотность приточного воздуха, кг/м³. 
 
Температура удаляемого из помещения воздуха, при отсутствии фактических данных, может быть определена по формуле: 
 
t₂=t_р.з.t(h-2), (3.16.)D+ 
 
где t_р.з. – нормируемая температура в воздухе рабочей зоны, ^оt – температурный градиент по высоте помещения,DС;  ^оС/м; t принимается наDh – расстояние от пола до центра вытяжных проемов, м;  t=0,5-1,5); 2 – высота рабочей зоны,Dосновании натурных измерений ( м. 
 
Источником загрязнения воздушной среды могут быть также влаговыделения от различных источников. Но, как правило, количество воздуха, определенное из условия удаления избыточного тепла, достаточно и для удаления влаги, поэтому расчет по влаговыделению не производится. 
 
Из вычисленных по вышеуказанным факторам значений для дальнейших расчетов общеобменной вентиляции принимается наибольшее. 
 
Критерием, характеризующим качество проветривания производственного помещения, является кратность воздухообмена: 
 
К=L/V, (3.17.) 
 
где L – количество воздуха, необходимого для воздухообмена, м³/час; V – объем помещения, подлежащего проветриванию, м³. 
 
Количество воздуха, удаляемого местной вентиляцией (отсосом), определяется по формуле: 
 
, (3.18.)nL=3600F 
 
где F – площадь нижнего сечения зонта, м² - скорость движения воздуха вn;  нижнем сечении зонта, м/с. 
 
Рекомендуемые скорости в открытых проемах вентиляционных укрытий:

•  
  0,25 м/с;¸для удаления тепла и влаги – 0,15
•  
  1,2 м/с;¸для камер пульверизационной окраски, постов сварки – 0,8
•  
  для отсосов от круглопильных, фрезерных, плоскошлифовальных, заточных 15 м/с.¸станков - 12

 
Более подробно расчет местной вентиляции рассмотрен в работе [3]. 
 
^

3.2.6. Расчет вентиляционной  сети

 
 
Расчет вентиляционной сети сводится к определению создаваемого вентилятором перепада давления, необходимого для  перемещения по трубопроводу заданного  количества воздуха. Расчет ведется  в следующем порядке:

1.  
   Определяется дебит отсасываемого воздуха от каждого источника выделения вредностей.
2.  
   По рекомендуемым для трубопроводов (с учетом шумности и экономичности вентиляции) скоростям движения воздуха определяется сечение (диаметр) основного трубопровода и ответвлений к пунктам отсосов.

 
В воздуховодах механической вентиляции скорость принимают в пределах 2-10 м/с, в воздуховодах аспирационных  установок (например, отсос пыли) – 10-25 м/с.

3.  
   Вычерчивается расчетная схема системы вентиляции.
4.  
   Определяется напор, необходимый для перемещения воздуха по наиболее длинному и сложному в отношении сопротивлений направлению.
5.  
   Определяется напор в узлах, от которых идут ответвления.
6.  
   Исходя из условий, что потери напора по трудному направлению до узловой точки и по ответвлению должны быть равны между собой, определяется сечение ответвлений, которое регулируется задвижкой, или диаметр трубопровода ответвления, необходимый для соблюдения равенства напоров.
7.  
   По рассчитанным дебиту и напору выбирается вентилятор.

 
Напор, который должен создать вентилятор, определяется по формуле: 
 
(3.19.) 
 
где - суммарный перепад давления на преодоление сопротивления трения, Па; - суммарные потери давления на местные сопротивления, Па. 
 
Потери давления на преодоление сопротивления трения на каждом последовательном участке определяются по формуле (2.22.), потери давления на преодоление местных сопротивлений – по формуле (2.24.). 
 
^

3.3. Вентиляция  карьеров

3.3.1. Источники  загрязнения атмосферы карьеров

 
 
Источники загрязнения атмосферы  карьеров разделяются на внешние и внутренние. Внешние источники располагаются за пределами внешнего контура карьера. К ним относятся: дробилки, обогатительные и агломерационные фабрики, металлургические заводы, вентиляционные стволы шахт, отвалы пустых пород, котельные, автомобильные дороги и др. От внешних источников под действием ветра вредные газы и пыль распространяются в пространство карьера, ухудшая общее состояние атмосферы. 
 
Внутренние источники располагаются в пределах контура карьера и вызывают как местное, так и общее ухудшение атмосферы. К внутренним источникам относятся: буровые станки, выемочно-погрузочные машины, взрывные работы, машины с ДВС, автомобильные дороги, газовыделение из пород, пожары. 
 
Основным средством оздоровления атмосферы карьеров является вентиляция. 
 
^

3.3.2. Естественная  вентиляция карьеров

 
 
Естественная вентиляция карьеров осуществляется под действием естественных причин – энергии ветра (ветровой напор) и энергии термических  сил.  
 
Энергия ветра является основным фактором, обеспечивающим естественное движение воздуха в карьере. Однако, как показывает практика, эффективное проветривание карьеров за счет энергии ветра возможно только до глубины 200 м. 
 
Различают две схемы естественного проветривания карьера за счет энергии ветра – прямоточную и рециркуляционную (рис. 3.13). 
 
 
Рис. 3.13. Схема проветривания карьера энергией ветра: 
а - рециркуляционная;  
б - прямоточная 
 
 
 
Прямоточная схема проветривания (с полуограниченной струей) возникает при скорости ветра на поверхности более . Эта схема°15£a0,8-1,0 м/с и угле откоса подветренного борта карьера обеспечивает более эффективное проветривание, т.к. при ней скорость движения воздуха в карьере мало отличается от скорости ветра на поверхности (U_в), в результате чего в карьере не образуются застойные зоны. 
 
)°15>При большом угле откоса подветренного борта карьера ( образуется свободная струя, которая формирует рециркуляционную схему проветривания. В этом случае имеет место обратная струя в зоне ОВС (рис. 3.13.а), которая приводит к многократной циркуляции (рециркуляции) некоторой части воздуха в карьере. В зоне ОВС в результате этого может накапливаться значительное количество вредностей. Эта зона называется застойной или мертвой. 
 
На практике, в зависимости от реальной геометрии карьеров, возможны случаи, когда одна часть карьера проветривается по прямоточной схеме, другая – по рециркуляционной схеме, т.е. имеют место комбинированные схемы проветривания. 
 
Например, при больших размерах карьера в направлении ветра возможна рециркуляционно-прямоточная схема проветривания (рис. 3.14.а). При этой схеме участок карьера левее сечения А-В проветривается по рециркуляционной схеме, а участок ВСД – по прямоточной схеме. 
 
При переменном угле подветренного борта карьера возможна прямоточно-рециркуляционная схема проветривания (рис. 3.14.б). 
 
 
б) 
 
а) 
 
 
Рис. 3.14. Комбинированные схемы естественного проветривания карьера энергией ветра: а – рециркуляционно-прямоточная; б – прямоточно-рециркуляционная 
 
 
Движение воздуха в карьере под действием термических сил формируется при отсутствии ветра или малой его скорости. При этом возможны две схемы проветривания – конвективная и инверсионная. 
 
Конвективная схема (рис. 3.15.а) возникает при прогретых бортах карьера и малой скорости ветра на поверхности (не более 0,7-0,8 м/с). Борта карьера могут нагреваться солнцем, эндогенным теплом горных пород, при окислительных процессах. 
 
Нагретые борта карьера нагревают находящийся над ними воздух, который начинает перемещаться вверх. Его место занимают опускающиеся сверху холодные массы воздуха. 
 
Инверсионная схема (рис. 3.15.б) образуется также при малых скоростях ветра (до 0,7-0,8 м/с) и охлаждении бортов карьера. При этой схеме прилегающие к бортам слои воздуха охлаждаются и, как более тяжелые, начинают стекать вниз, на дно карьера, подтекая под ранее находившиеся на дне слои более теплого воздуха и вытесняя их вверх. На рисунке: h – глубина слоя инверсии (заполнен холодным воздухом), а – а уровень инверсии (верхняя граница инверсионного слоя). 
 
При инверсионной схеме движения воздуха вынос вредностей из карьера практически не происходит. 
 
 
 
 
Рис. 3.15. Схемы проветривания карьера энергией термических сил: а – конвективная;  
б – инверсионная 
 
 
Кроме рассмотренных схем проветривания карьеров энергией термических сил возможны различные их комбинации, например конвективно-инверсионная схема (рис. 3.16). 
 
 
Рис. 3.16. Комбинированная (конвективно-инверсионная) схема проветривания карьера энергией термических сил 
 
 
^