3.2. Генерация искусственных осадков в атмосфере карьеров

Струйная вентиляция карьеров, функционирующая совместно с генерированием искусственных осадков (летом - мелкий дождь, зимой - снежная крупа), была предложена сравнительно недавно [15].

В основе этого предложения лежит имитация природных яв­лений: дождей, снега, тумана, при которых обеспечивается раство­рение, коагуляция, сорбция и осаждение загрязняющих веществ (ЗВ) из атмосферы карьера.

На рис. 3.5 приведена схема такой системы пылегазоподавле-ния в карьере искусственными осадками, состоящей из резервуара для воды 7, магистрального водоспуска 2, подводящих трубопрово­дов 3 и генераторов осадков 4 (карьерные вентиляторы НК-12 КВ-1М на базе турбовинтовых двигателей (ТВД)).

Рис. 3.5. Схема системы всесезонного пылегазоподавления искусственными

осадками

Техническая характеристика и основные параметры предла­гаемой системы:

Суммарная максимальная мощность турбовинтовых

двигателей, кВт

Суммарный массовый расход топлива, кг/ч

Тип транспортирующей осадки струи

Массовый расход в начальном сечении струи

вентилятора-оросителя, кг/с:

воздуха22000

4600

газовоздушная

газов

Угол поворота струи, градус:

в горизонтальной плоскости в вертикальной плоскости

Вместимость резервуара для воды, м³

Магистральный трубопровод, длина, м

Внутренний диаметр, мм

Подводящий трубопровод, длина, м

Внутренний диаметр, мм

Напор воды, МПа

Максимальный объемный расход воды

сопла генераторов, м /ч

Вид искусственных осадков

2000

55

±360 ± 15 410 170 257 100 147 0,9

через

660

мелкий дождь или

снежная крупа

размером до 1,5 мм

Производительность по снегу, м³/ч 1000

Эффективная дальность переноса осадков

одиночной воздушно-водяной струей, м 350

Генераторы осадков, оборудованные специальными водорас-пылительными соплами, устанавливаются над рабочей зоной карь­ера на 80-120 м выше его дна.

Резервуар для воды размещается на поверхности карьера. Ма­гистральный трубопровод прокладывается по борту карьера и обеспечивает гидравлическую связь между резервуаром для воды и водораспылительным соплом вентилятора - генератора осадков. Истечение воды из сопла происходит самотеком, величина напора на входе в сопло определяется значением перепада высот горизон­тов размещения резервуара для воды и генератора осадков. Водо-распылительное сопло для ввода воды в реактивную струю ТВД выполнено в виде двух профилированных кольцевых коллекторов, соединенных между собой радиальными перфорированными ло­патками.

Работа системы вентиляции осуществляется следующим обра­зом. После включения и вывода двигателей на рабочий режим от­крываются задвижки на подводящем и магистральном трубопрово­дах. Вода самотеком заполняет гидравлическую систему и под на­пором 0,9 МПа (в зависимости от перепада высот размещения на­копительного бака и вентиляторов-оросителей) вводится в реактив­ную высокоскоростную (близкую к звуковой) струю. При этом процесс распыления воды происходит при сверхкритическом зна-ении скорости потока газа (>50 м/с), что обеспечивает необходи мый дисперсный состав капель в струе многокомпонентной смеси, создаваемой генератором осадков.

Установлено, что в процессе генерирования и переноса осад­ков газовоздушными струями вентиляторов формируются два раз­личных по своим аэродинамическим и теплофизическим свойствам участка - начальный и основной. На начальном участке перенос капельной смеси осуществляется за счет кинетической энергии ре­активной струи в четко локализованном ее конусе. На границе на­чального и основного участков конус струи реактивных газов за­метно расширяется - происходит турбулентный выброс пара и ка­пель воды в спутную воздушную струю. Вследствие турбулентного перемешивания с воздушной струей скорость переноса капель па­дает, по всей длине основного участка струи начинается процесс выпадения капель (частиц снега).

На основе анализа результатов аналитических и эксперимен­тальных исследований получено соотношение, определяющее пре­дельно допустимые для конкретных метеоусловий значения темпе­ратуры воды, при которых основная масса выпадающих из струи осадков охлаждается до О °С. Установлено, что для генерирования снежных осадков с помощью вентиляторов-оросителей на базе ТВД выполнение этого соотношения возможно лишь при температурах воздуха не выше -12 °С.

Определено, что кристаллизация охлажденных до О °С капель при их свободном падении в атмосфере карьера с температурой ниже -12 °С полностью завершается, если высота падения состав­ляет не менее 40 м. Для обеспечения оптимальных условий получе­ния снега, исключающих образование гололеда в карьере, темпера­тура воды в резервуаре не должна превышать значений, приведен­ных ниже:

Температура возду- -12 -14 -16 -18 -20 -22 -24 -26 -30

ха в карьере, °С

Температура воды в 2 6 10 14 18 22 26 30 38

резервуаре, °С

Система может использоваться для выполнения таких опера­ций по нормализации атмосферы, как:

обработка воздушно-водяными струями участков рабочей зо­ны карьера, в которых сосредоточено горнотранспортное оборудо­вание с воспроизведением искусственных жидких осадков при по-

ложительных температурах воздуха и твердых осадков (снега) -

при отрицательных;

орошение и создание дополнительного снежного покрова на подготавливаемых к взрыву и взорванных блоках, пылящих по­верхностях карьера;

интенсификация воздухообмена в рабочей зоне карьера ув­лажненными воздушными струями с формированием искусствен­ных термиков.

Обработку застойных зон карьера воздушно-водяными струя­ми осуществляют циклическим перемещением их в горизонтальной плоскости от одной границы зоны к другой. При этом положение струи фиксируется через каждые 10-15° на 2-3 мин. Оптимальный расход воды, при котором обеспечивается максимальная дальность переноса и равномерность выпадения осадков по длине струи, со­ставляет 270-280 м /ч на один вентилятор-генератор осадков.

Для оценки эффективности системы вентиляции и пылегазо-подавления по нормализации атмосферы был обработан искусст­венными осадками экскаваторный забой, расположенный от венти­лятора-генератора осадков по вертикали на расстоянии 80 м, в пла­не - 120 м. Температура воздуха в карьере составляла 13 °С, влаж­ность - 86 %. Суммарный расход воды при температуре t = 10 °С составлял 210 м³/ч. В карьере наблюдался полный штиль.

В табл. 3.1 приведены данные, характеризующие изменение концентрации ЗВ в воздухе после 15-минутной обработки экскава­торного забоя снежными осадками при средней интенсивности их выпадения 16 мм/ч.

Таблица 3.1

Изменение концентрации ЗВ в атмосфере экскаваторного забоя при обработке его снежными осадками

Основными недостатками рассмотренного предложения явля­ются его сложность, значительные капитальные и эксплуатацион­ные затраты. Кроме того, осаждение пыли может оказаться времен­ным явлением, так как при последующем высыхании поверхности дна карьера, его уступов, рабочих площадок и др. осажденная пыль будет повторно поступать в атмосферу карьера.