Интенсификация естественного воздухообмена в карьерах

Применение заявляемого  способа позволяет организовать надежный воздухообмен между застойной  зоной и поверхностью карьера  независимо от степени устойчивости его атмосферы. Например, на карьере  глубиной 500 м и объемом 260 млн.м³ при использовании только одной оболочки вместимостью 50 тыс.м³ за сутки можно с минимальными энергозатратами удалить за пределы карьера 12 млн.м³ загрязненного воздуха и подать на нижний горизонт такой же объем свежего воздуха. В результате полная смена общекарьерного объема будет происходить менее чем через 11 суток.

Формула изобретения

Способ интенсификации воздухообмена  в карьере, включающий циклические  перемещения в воздушном пространстве карьера от его поверхности к  застойной зоне и обратно газовмещающей оболочки большого объема, отличающийся тем, что каждый цикл сопровождают размещением внутри оболочки порции свежего воздуха, его замещением в застойной зоне загрязненным воздухом и последующим перемещением порции загрязненного воздуха к поверхности карьера с заменой на свежий

Проветривание карьеров         

(a. open pit ventilation, quarry ventilation; н. Tagebaubeluftung; ф. aerage des carrieres, aerage dans les mines а ciel ouvert; и. ventilacion de minas a cielo abierto) - процесс удаления из карьера естественными или искусственно создаваемыми воздушными потоками газообразных и пылевых вредностей, образующихся при ведении горн. работ. П.к. как область инж. деятельности сформировалась в 60-х гг. 20 в. Различают естеств. и искусств. П.к.          
Естественное П.к. осуществляется энергией ветра и термич. силами. Соответственно существуют ветровые и термич. схемы П.к., а также их комбинации. Ветровые схемы (прямоточные и рециркуляционные) реализуются при скорости ветра на поверхности v_в = 1 - 2 м/с и более. Прямоточная схема имеет место при углах откоса подветренного борта карьера не более 15° (рис. 1).  
 
Рис. 1. Прямоточная схема проветривания карьера.  
        Ветровой поток отклоняется в карьер и движется по подветренному борту, дну и наветренному борту. Скорость воздуха, минимальная на бортах и дне карьера, увеличивается с высотой, достигая значения скорости ветра v_в на нек-рой высоте над карьером. Направление движения воздуха в карьере совпадает с направлением ветра на поверхности. Вынос вредностей из карьера осуществляется от подветренного борта к наветренному. Схема характерна для неглубоких карьеров. Рециркуляционная схема реализуется при углах откоса подветренного борта более 15° (рис. 2).  
свободная струя; BODC - зона рециркуляции; OB - линия раздела воздушных потоков">  
Рис. 2. Рециркуляционная схема проветривания карьера: АОВ - свободная струя; BODC - зона рециркуляции; OB - линия раздела воздушных потоков.  
        Ветровой поток отрывается от борта, образуя свободную струю, в пределах к-рой воздух движется от подветренного к наветренному борту. У последнего одна часть воздушных масс поворачивает в обратном направлении, образуя зону рециркуляции, вторая вдоль наветренного борта выходит на поверхность. Скорость ветра в карьере с высотой вначале уменьшается, достигая нуля на линии раздела воздушных потоков, затем возрастает. Наличие рециркуляции воздуха способствует накоплению вредностей в карьере; их вынос осуществляется лишь через верх. часть свободной струи. Схема характерна для глубоких карьеров. При переменном угле наклона бортов карьера возможна прямоточно-рециркуляционная ветровая схема. Термич. схемы П.к. реализуются при скорости ветра на поверхности менее 1-2 м/с. Конвективная схема имеет место при прогретых бортах карьера (рис. 3).  
 
Рис. 3. Конвективная схема проветривания карьера.  
        Скорость восходящих конвективных потоков вдоль бортов увеличивается с высотой и у верх. бровки карьера может составлять 1-1,5 м/с. Вынос вредностей осуществляется вдоль бортов. Инверсионная схема П.к. возникает при охлаждении бортов карьера. Прилегающие к бортам более холодные массы воздуха опускаются вниз, заполняя придонную часть и вытесняя тёплый воздух вверх (рис. 4). Скорость воздуха у бортов не превышает 1 м/с; под уровнем инверсии движение воздуха практически отсутствует, что приводит к скоплению вредностей и может вызвать остановку работ.  
уровень инверсии; h - толщина слоя инверсии">  
Рис. 4. Инверсионная схема проветривания карьера: а - а - уровень инверсии; h - толщина слоя инверсии.  
        Искусственное П.к. (вентиляция карьера) применяется для создания таких атм. условий в карьере, к-рые необходимы для нормального ведения работ, когда естеств. П.к. этого не обеспечивает. Способы искусств. П.к.: интенсификация естеств. проветривания, местная и общеобменная вентиляция карьера. Интенсификация естеств. П.к., к-рая возможна при достаточно высоких скоростях ветра на поверхности, осуществляется расположением длинной оси карьера по направлению господствующего ветра, т.е. с учётом розы ветров; уменьшением углов откоса бортов карьера и отношения его глубины к ширине; устройством на поверхности сооружений, турбулизирующих ветровой поток и увеличивающих скорость ветра на подходе к карьеру; нек-рыми др. способами. Местная вентиляция применяется при загрязнении небольших объёмов внутрикарьерного пространства (экскаваторные забои, перегрузочные пункты, места взрывных работ и др.). Для её обеспечения используют вентиляторы с трубопроводами, спец. карьерные Вентиляторные установки. Общеобменная вентиляция применяется при больших зонах загрязнения в карьере или при загрязнении карьера в целом. Для её осуществления используют мощные вентиляц. установки на базе авиац. техники (АИ-20-КВ, НК-12-КВ, УВУ-1), а также тепловые установки (УТ-ЛФИ-2, УКПК-1). Общеобменная вентиляция карьера требует больших затрат энергии.          
Уменьшение общего загрязнения атмосферы карьеров обеспечивается подавлением вредностей в источниках их образования (орошением, поливкой автодорог пылесвязывающими растворами, очисткой выхлопных газов автомашин и др.); применением способов и средств ведения работ с миним. загрязнением атмосферы; включением вентиляц. установок до наступления штилевого или инверсионного состояния атмосферы. В зависимости от объёмов зон загрязнения и геометрии карьера используется одиночная (небольшие зоны загрязнения), параллельная (широкие зоны загрязнения, округлые карьеры); последовательная (узкие протяжённые зоны загрязнения, вытянутые в плане карьеры) и комбинир. работа вентиляц. установок.          
Проектирование П.к. состоит в оценке природных условий в р-не заложения карьера и эффективности (в т.ч. экономической) применения вентиляции, выборе технол. основ горн. работ по фактору вентиляции и способoв интенсификации естеств. П.к., определении параметров естеств. П.к., кол-ва и содержания вредностей в атмосфере карьера, периодов и масштабов использования средств вентиляции, расхода воздуха для вентиляции карьера, выборе типа и кол-ва вентиляц. установок, мест их расположения, схем вентиляции.

Литература: Ушаков К. З., Mихайлов В. A., Аэрология карьеров, 2 изд., М., 1985; Филатов С. С., Вентиляция карьеров, М., 1981; Heкитин В. С., Битколов Н. З., Проектирование вентиляции в карьерах, М., 1980.

К. З. Ушаков.

Горная энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. Под редакцией Е. А. Козловского. 1984—1991.

.