Сравнительная оценка энергозатрат на разрушение температур­ных инверсий в карьере «Удачный» тепловым и механическим способами

Показатели	Глубина карьера
	300			400
	Вертикальный температурный градиент
	-0,01	-0,03	-0,05	-0,01	-0,03	-0,05
Етеп, тыс. кВт∙ч	280	540	840	990	1979	2980
Емех, тыс. кВт∙ч	3	6	9,6	22	46	74
Етеп/Емех	93,3	90,0	87,5	45,0	43,0	40,3

Эффективность проводимых мероприятий по ликвидации тем­пературной инверсии зависит от направленности действия природ­ных факторов, способствующих поддержанию или разрушению устойчивой стратификации. При высокой активности фактора, фор­мирующего внутрикарьерную инверсию (например, при интенсив­ном радиационном выхолаживании приземного слоя), применение методов активного воздействия может не дать практически ощу­тимого результата. И, наоборот, при однонаправленном действии вентиляционных средств и природных факторов (например, сол­нечной радиации) процесс ликвидации внутрикарьерной инверсии может быть ускорен в несколько раз при относительно небольших энергетических затратах [4].

Теоретическое описание процессов искусственного проветри­вания карьерных пространств необходимо дополнить обосновани­ем конкретных методов рационального воздействия на атмосферу глубоких карьеров, направленных на разбавление или удаление вредных примесей на отдельных участках с затрудненной циркуля­цией воздуха и внутри карьерного пространства в целом, а также предупреждение и ликвидацию инверсий, являющихся основной причиной нарушения воздухообмена и накопления примесей.

3.2. Обоснование рационального метода предупреждения и ликвидации опасных загрязнений внутрикарьерной атмосферы при отсутствии естественного воздухообмена

Баланс содержания вредных примесей в проветриваемом объеме описывается следующим дифференциальным уравнени­ем [4]:

, (3.23)

где q — количество вредных примесей в проветриваемом объеме V (м³) в момент времени t (с), мг; Z — интенсивность выделения вредностей внутри проветриваемого объема, мг/с; Q — количество воздуха, поступающего в проветриваемый объем (равное количе­ству удаляемого), м³/с; С_о — концентрация вредностей в поступа­ющем воздухе, мг/м³.

Если задачей вентиляции карьера является разбавление при­месей в пределах его объема V до заданной концентрации С_з (обыч­но равной ПДК) при безветренной погоде, то количество воздуха <2, которое необходимо подать средствами искусственного провет­ривания, определяется из следующей формулы, полученной после преобразования уравнения (3.23) при и :

. (3.24)

Выражение (3.24) справедливо при условии равномерного рас­пределения вредных примесей в рассматриваемом объеме, что для крупных карьеров нехарактерно. С учетом этого, В. С. Никитин предложил [110] определять расход воздуха, необходимый для раз­бавления поступающих в атмосферу карьера вредностей до допу­стимой концентрации,по формуле:

, (3.25)

где k — коэффициент эффективности проветривания карьера, рав­ный отношению концентрации вредной примеси в удаляемом в данный момент времени воздухе к концентрации неудаленной при­меси, равномерно распределенной в проветриваемом объеме.

Из анализа зависимости (3.25) следует, что при установившем­ся режиме пылегазовыделения Z (с учетом проводимых на карьере мероприятий по пылегазоподавлению) наименьших затрат на ис­кусственное проветривание (Q→min) можно добиться при выпол­нении двух условий: подаваемый в карьер воздух должен быть мак­симально чистым (С₀—>0), а степень разбавления удаляемых из оча­гов загрязнения вредностей — минимальной (k—>mах). Проведем сравнительную оценку различных способов искусственного провет­ривания по этим двум показателям.

При работе беструбных (БТВС) и трубопроводных (ТВС) вен­тиляционных систем в нагнетательном режиме забор свежего воз­духа и сброс загрязненного осуществляется практически в одной зоне — в прилегающем к карьеру воздушном пространстве. При наличии ветра воздухозабор производят с подветренного борта, обеспечивая тем самым подачу в карьер сравнительно чистого воз­духа и предотвращая возможность повторного попадания удален­ных вредностей в проветриваемый объем. В безветренную погоду зона сброса загрязненного воздуха, постепенно расширяясь, над карьером, достигает пунктов воздухозабора, и работа средств ис­кусственной вентиляции сводится к перемешиванию накапливаю­щихся вредностей без достижения эффекта их разбавления. В этом случае, даже при очаговом характере загрязнения атмосферы ка­рьера, нагнетательное проветривание приводит к постепенной ак­кумуляции вредностей незагрязненными объемами воздуха и ухудшению состояния атмосферы карьера в целом.

При нагнетательных схемах вентиляции в результате разбав­ления загрязненных объемов чистым воздухом коэффициент эф­фективности проветривания А- всегда меньше единицы. По данным С. С. Филатова [4], при использовании вентиляционных струй, перемещающихся в карьерном пространстве, коэффициент эффектив­ности проветривания k равен 0,8÷0,9; при фиксированном направ­лении струй— 0,5÷0,6.

Расчет схем применения нагнетательных БТВС и ТВС в усло­виях ряда крупных карьеров (табл. 3.4) показал, что для эффек­тивной вентиляции карьеров от газов требуется обеспечить воздухообмен с незагрязненной внешней средой в пределах Q = 2000÷20000 м³/с; по пылевому фактору — Q = 20000÷60000 м³/с, что превышает аналогичные потребности современных шахт в де­сятки и сотни раз [4, 5, 11].

Таблица 3.4