2.3. Обоснование объемов свежего воздуха, необходимого для разбавления вредностей

При поступлении свежего воздуха в зону загрязнений объем ее будет возрастать, а средняя концентрация вредностей будет сни­жаться и определяться соотношением количества подаваемого воз­духа и интенсивности выделения вредных примесей в зоне.

Уравнение баланса вредностей в этом случае

VidC = T.Gdt + Q_vC_Hdt, (2.7)

35

где С - средняя концентрация вредностей в объеме проветривания в момент времени /, мг/м ; Q_v - подача вентилятора, работающего на зону, м /с; С„ - концентрация вредностей в воздухе, подаваемом в зону, мг/м .

Объем зоны загрязнения в этом случае является величиной переменной:

V₃=V₃₀ + Q_vt, (2.8)

где У_з0 - начальный объем загрязнений; / - время работы вентиля­ционного оборудования.

Подставляя данное значение V₃ в уравнение (2.7), дифферен­цируя и разделяя переменные, после алгебраических преобразова­ний получим выражение для определения секундного количества воздуха, необходимого для подачи в зону загрязнения с целью под­держания концентрации вредных примесей на заданном уровне:

Qv = ЫСо - C_g)+ IG 11 t(C_g - С_н), (2.9)

где Со - концентрация вредностей в зоне в начале проветривания; С_н - концентрация вредностей в воздухе, подаваемом в зону.

При отсутствии начального загрязнения (т. е. при Cq~0) и при наличии в зоне загрязнения постоянно действующих источников выделения вредностей минимально необходимое количество воз­духа, подаваемое в эту зону для разбавления выделяемых вредно­стей:

Q_v = ZG/k(C_g-C_H), (2.10)

где к- коэффициент турбулентной диффузии (перемешивания).

Значение этого коэффициента, по данным Воронина В. Н. [11], для камер большого объема и по данным Филатова С. С. [1] для условий карьерных пространств при перемешивании застойных зон свободными струями, не перекрывающими весь объем, состав­ляет 0,8-0,9.

При этом необходимо иметь в виду, что допустимое время ра­боты карьера, имеющего вентиляцию, рассчитанную только на раз­бавление вредностей в пределах карьерного пространства, ограни­чено (см. выражение (2.6)).

36

2.4. Обоснование требуемой подачи вентиляционных устройств, удаляющих загрязненный воздух за пределы карьера

В технической литературе по вентиляции карьеров рассматри­ваются два варианта удаления загрязнений из рабочей зоны карье­ров. Первый из них предполагает точечное проветривание отдель­ных источников загрязнений [2], поскольку при этом концентрация загрязнений в удаляемом воздухе будет максимальной, а его объем будет минимальным. Однако при наличии в рабочей зоне карьеров достаточно большого числа источников загрязнений техническая реализация этого варианта представляется весьма проблемной. Бо­лее предпочтительным, по нашему мнению, является вариант, ко­гда при создании систем общеобменной вентиляции застойных зон глубоких карьеров последние должны рассматриваться как единый по площади источник равномерно распределенных вредностей, ин­тенсивность выбросов которых в окружающую среду, мг/с, в об­щем случае определится по уравнению [3]

G=(C-C')Q_V, (2.11)

где С, С'- средние значения концентрации вредных примесей в ат­мосфере застойной зоны и поступающей в зону, мг/м³; Q_v - количе­ство загрязненного воздуха, удаляемого из зоны вентиляторной ус­тановкой, м /с.

Дифференциальное уравнение баланса вредностей при таком подходе может быть записано следующим образом:

V₃dC=Gdt+Q_vC'dt-CkO_vdt, (2.12)

где G - интенсивность выделения вредных примесей в атмосферу застойной зоны карьера, мг/с; Q_v - количество воздуха, удаляемого из зоны, м /с; С - средняя концентрация вредных примесей в атмо­сфере застойной зоны на момент времени /, мг/м ; С'- то же в воз­духе, поступающем в застойную зону; к - коэффициент турбулент­ной диффузии. После разделения переменных в этом уравнении получим:

<2v , dC

_Vdt = - . (2.13)

-^-+C'+kC

37

Решение данного уравнения дает в общем виде выражение для определения концентрации вредных примесей в атмосфере застой­ной зоны карьера в момент времени t с начала проветривания:

_c=i+c'~

v

(§^+c'-^iC°

где С₀ - начальная концентрация вредных примесей, мг/м³.

Так как в установившемся режиме проветривания dCldt = О, то из уравнения (2.13) может быть определена минимально возможная концентрация вредностей (С_тт), достигаемая при рассматриваемой схеме проветривания с заданными значениями G, V₃, Q_vnC':

С

(2.15)

G+C'Q_V

^kQ_v

G

Отсюда может быть определена подача вентиляторной уста­новки, при которой концентрация вредных примесей не превышает нормы (С_доп):

(2.16)

_а=

Ъ-Сщш-С''

Для случая проветривания застойной зоны после эпизодиче­ского загрязнения (G=0) получаем:

(2.17)

*' ^СДО„-С

V С -С О =-^ln °

Если воздух в верхней части карьера не имеет загрязнений (С'=0), то

(2.18)

^Qv 1П^ыс~-

^{Kl С} ДОП

Таким образом, зависимости (2.16) - (2.18) позволяют устано­вить требуемые подачи источников тяги (вентиляционных уст­ройств) в вентиляционных системах карьеров, реализующих улуч­шение атмосферы застойных зон посредством выноса вредностей за пределы карьерного пространства.

Выводы

1. Рабочая зона карьера, являясь той частью карьерного поля, в которой размещено основное горнотранспортное оборудование и ведутся горные работы по выемке, вскрытию и добыче полезного ископаемого, представляет собой рециркуляционную застойную зону, в первую очередь нуждающуюся в активном искусственном

проветривании.

2. В любой момент времени рабочая зона карьера должна обеспечивать необходимые санитарно-гигиенические требования к воздуху на рабочих местах.

3. В зависимости от принятой схемы вентиляции механизмы искусственного воздействия на проветриваемый объем карьерного пространства предусматривают либо разбавление вредностей до уровня ниже ПДК, либо их удаление за пределы карьерного про­странства.

4. Допустимое время накопления вредностей в проветривае­мом объеме карьера до опасного уровня зависит от гигиенических характеристик комплекса оборудования, от максимально допусти­мой величины застойной зоны, от интенсивности ведения горных работ и др.

5. При эффективно действующей системе вентиляции застой­ных зон глубоких (сверхглубоких) карьеров проблемы проветрива­ния всего объема карьерного пространства не возникает.

6. При поступлении свежего воздуха в застойную зону ее объ­ем будет возрастать, а средняя концентрация вредностей будет снижаться и определяться соотношением количества подаваемого воздуха и интенсивности выделения вредных примесей в зоне.

7. Допустимое время работы карьера, имеющего вентиляцию, рассчитанную только на разбавление вредностей в пределах карь­ерного пространства, ограничено.

8. Существуют два принципиально различных подхода к уда­лению загрязненного воздуха за пределы карьерного пространства: точечное, непосредственно от источников загрязнений, и объемное, предполагающее вредности равномерно распределенными по всей проветриваемой площади. Первое предполагает использование вен­тиляционного оборудования с минимально возможными вентиля­ционными параметрами, однако реализация такого способа удале­ния вредностей технически трудно осуществима, особенно в усло­виях интенсивной разработки месторождений при значительном

ч исле единиц горнотранспортного оборудования. Второе предпола­гает более простую схему проветривания, однако требует для себя более производительного вентиляционного оборудования.

9. В случае удаления загрязненного воздуха за пределы карье­ ра выбор вентиляционного оборудования следует осуществлять не по кратности воздухообмена в рабочей зоне, а по интенсивности удаления из нее вредностей.

10. Подача вентиляторной установки, осуществляющей возду­хообмен между проветриваемым объемом и окружающей карьер воздушной средой, прямо пропорциональна объему загрязненной зоны и концентрации в ней вредностей и обратно пропорциональна заданному времени проветривания.

11. Коэффициент турбулентной диффузии (перемешивания) оказывает значимое влияние на параметры вентиляционного обо­рудования.

3. СПОСОБЫ И СРЕДСТВА ИСКУССТВЕННОГО ПРОВЕТРИВАНИЯ ГЛУБОКИХ КАРЬЕРОВ