3.4. Принципы совершенствования известных решений проблемы искусственного проветривания карьеров

Выполненные обоснования методов рационального воздей­ствия на атмосферу глубоких карьеров позволяют сформулировать принципы совершенствования известных вентиляционных систем и схем их применения в карьерах исходя из следующих положений:

- построение эффективных схем искусственного проветрива­ния карьерных пространств может быть осуществлено на базе тру­бопроводных вентиляционных систем (ТВС), которые, по сравне­нию с беструбными (БТВС), обеспечивают расширение области воздухообмена проветриваемого карьера с окружающей средой до размеров, гарантирующих приток свежего воздуха к объекту про­ветривания в течение необходимого времени, поддержание тре­буемой интенсивности воздухообмена в неблагоприятных погод­ных условиях независимо от дальности доставки и оперативное изменение схемы проветривания реверсированием потока в воз­духопроводном канале;

- при работе ТВС в нагнетательном режиме проветривания ка­рьера с инверсионным состоянием атмосферы возможно много­кратное (в десятки раз) превышение величины энергетического воздействия этих систем на проветриваемый объем относительно количества потребляемой в целях вентиляции энергии;

- при работе ТВС во всасывающем режиме в комплексе с сис­темой пылегазоочистки откачиваемого воздуха существенно уменьшаются пылегазовая нагрузка на окружающую среду и веро­ятность повторного попадания удаляемых вредностей в карьерное пространство, а при обеспечении мобильности всасывающих от­верстий в рабочих зонах — количество разбавляемых в пределах карьера вредностей и, как следствие, потребность атмосферы ка­рьера в свежем воздухе.

С учетом наиболее значимых факторов, определяющих эффек­тивность карьерных вентиляционных систем (см. табл. 2.2), раци­ональные конструкции ТВС должны содержать следующую сово­купность характерных признаков:

- достаточно большое проходное сечение магистральных тру­бопроводов и высокопроизводительный реверсивный воздуходув­ный агрегат с электроприводом;

- простота и большая скорость возведения магистральных тру­бопроводов без нарушения транспортных связей рабочих горизон­тов карьера с поверхностью;

- мобильность концевых отверстий с возможностью их подво­да к наиболее загрязненным зонам карьера;

- стационарное размещение вентиляторных машин в удалении от рабочих зон, что снимает проблемы загромождения технологи­ческого пространства и перестановки массивных агрегатов и сни­жает шумовое воздействие на рабочий персонал карьера;

- наличие системы пылегазоочистки карьерного воздуха на выходе из вентиляционной сети.

Из известных конструкций ТВС, рассмотренных в разделе 2.2, наиболее близким по совокупности перечисленных характерных признаков является устройство, представленное на рис. 2.35. Од­нако, монтаж магистрального трубопровода этого устройства на борту карьера связан со значительными трудностями, обусловлен­ными большими размерами и весом трубопровода, необходимос­тью проведения сложных горно-подготовительных работ и, в ряде случаев, изменения внутрикарьерных транспортных коммуникаций.

Проблема быстрого возведения магистрального воздуховода в карьерном пространстве может быть решена применением уст­ройств с вертикальными вентиляционными трубами (см. рис. 2.36 и 2.37). Несовершенство этих вентиляционных систем заключает­ся в невозможности стационарного размещения воздуходувных машин и питающих электрокабелей без потери мобильности сис­тем и отсутствие условий для очистки откачиваемого воздуха в ка­питальных очистных сооружениях. Эффект от использования таких ТВС может быть достигнут только при существенном превышении длины труб под вертикальными размерами карьеров, иначе рабо­та вентиляционных систем в безветренную погоду будет вызывать лишь рециркуляцию загрязненного воздуха. Однако значительные размеры труб сильно осложнят обеспечение устойчивости этих подвижных сооружений.

Трособлочные ТВС (см. рис. 2.38) теоретически могут иметь все необходимые признаки эффективных вентиляционных систем, но обладают очень громоздкими и ненадежными конструкциями. Их использование на больших карьерных площадях будет ослож­няться множеством технических проблем и окажется явно небезо­пасным для находящихся в карьерах людей и горной техники.

Очевидно, что первоочередной задачей совершенствования карьерных ТВС является разработка надежных и простых в обслу­живании трубных конструкций с диаметром проходного отверстия в несколько метров, позволяющих без сложных подготовительных работ оперативно создавать в карьерном пространстве мобильную воздухопроводную связь между стационарными воздуходувными машинами и загрязненными рабочими зонами.

Оптимальный порядок размещения и действия ТВС на провет­риваемый объем (другими словами, оптимальная схема проветри­вания) в основном зависят от интенсивности выделения вреднос­тей, геометрических размеров карьера, теплосодержания карьер­ного пространства и наличия ветра на поверхности.

Первые два фактора во многом определяют производитель­ность ТВС и их расстановку относительно объекта проветривания. В общем случае, целесообразно использовать от 2 до 4 вентиля­ционных систем, перемещающихся в своих секторах.

Теплосодержание атмосферы карьера и ветровой фактор ока­зывают решающее влияние на порядок действия ТВС.

Избыток тепловой энергии на нижних горизонтах и сильное ветровое воздействие делают работу средств искусственной вен­тиляции излишней.

При длительном безветрии, независимо от степени устойчи­вости атмосферы, воздействие свободными турбулентными стру­ями вызывает лишь многократную циркуляцию воздушных масс без сноса поднимаемых загрязнений в сторону от карьера. Особенно велики предпосылки к возникновению рециркуляционных движе­ний воздуха при использовании БТВС, неизменно окружаемых силь­ными обратными течениями [117].

При штиле на поверхности и устойчивом состоянии атмосфе­ры вентиляционные системы, в силу причин, установленных в раз­деле 3.2, должны работать во всасывающем режиме с очисткой откачиваемого воздуха от пыли и ядовитых газов или его транспор­тировкой по воздухопроводным каналам в зону, удаленную от ка­рьера на достаточное расстояние.

С появлением ветра возникает возможность активизировать естественные воздухообменные процессы. Следует отметить, что работа природных сил, поддерживающая процесс естественного проветривания карьера, осуществляется не за счет запаса кинети­ческой энергии Е_к ветрового потока (в противном случае при рас­ходе всего запаса Е_к на наветренном борту в карьере был бы штиль), аза счет энергии природной тепловой машины, приводящей в дви­жение воздушные массы, часть которой и расходуется на провет­ривание карьеров через механизм возбуждения сдвиговых и вих­ревых течений [114, 118]. Для использования этой энергии и уско­рения нагревания нижней охлажденной части карьерного простран­ства вентиляторные установки, расположенные с подветренной стороны карьера, могут нагнетать по трубам чистый воздух, интен­сифицируя процесс выноса вредных веществ за счет взаимодей­ствия созданной турбулентной струи с прямоточной зоной ветро­вого потока и повышения теплосодержания внутрикарьерной ат­мосферы. При этом ТВС, размещенные на наветренном борту, бу­дут находиться в зоне выноса загрязнений и должны продолжать работу во всасывающем режиме.