4. Аэрология карьера

Одним из элементов, определяющих естественное проветривание, является энергия ветра, непостоянство которой во времени определяет различную интенсивность воздухообмена и впоследствии этого возможность его нарушения с накоплением в атмосфере карьера определённых концентраций газа и пыли. Интенсивность проветривания зависит от объёма карьера, который по мере разработки непрерывно растёт в результате увеличения глубины и разности бортов. [17]

Определение естественной аэродинамики в карьерном пространстве

L/H = 1150/44 = 26,14 (4.1)

где L – короткая ось карьера, м; L = 1150 м.

H – глубина карьера, м; H = 44 м.

При условии: хорошее проветривание 10> L/Н > 6 - слабое проветривание.

L/Н = 26,14 > 10 – хорошее проветривание.

По данным филиала ФГБУ северное УГМС «Вологодский центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды», [3] в течение года преобладают ветры юго-восточного направления (23%). Пятипроцентную обеспеченность имеет ветер со скоростью 7-8 м/с. Среднегодовая скорость ветра составляет 2,8 м/с. Средняя годовая роза ветров представлена в таблице 4.1.

Таблица 4.1

Средняя годовая роза ветров

Направление ветра	С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З	СЗ	Штиль
%	7	5	11	23	15	10	18	11	13

Схема средней годовой розы ветров представлена на рисунке 4.1.

Рис. 4.2 – Роза ветров Вытегорского района

Источники загрязнения атмосферного воздуха рабочей зоны карьера делятся на внутренние, к которым относится карьерная техника, выделяющая выхлопные газы и образующая пыль, в результате работы, буровзрывные работы, и внешние - пылящие отвалы, размещенные со стороны подветренного борта карьера.

В процессе отработки карьер последовательно проходит через несколько этапов, характеризующихся изменением не только схемы движения воздушных потоков, но и интенсивности проветривания. Условно по величине отношения глубины карьера Н к его размерам в плане Lп можно выделить три типа его:

- до 0,1 – мелкие;

- от 0,1 до 0,2– средние;

- более 0,2 – глубокие.

На конец рассматриваемого периода проектная глубина карьера Н составит 44 м, наибольший размер в плане Lп - 2500 м, отношение этих величин составляет 0,018, что позволяет отнести карьер к мелким по вышеприведенной классификации.

Карьер до конца отработки является хорошо проветриваемым (L/H>10)

L/Н = 26,14 > 10 – хорошее проветривание.

Схема проветривания карьера будет прямоточной – рециркуляционной и показана на рисунке 8

Рис. 4.3 – Прямоточная – рециркуляционная схема движения воздуха на Ковжинском участке Белоручейского месторождения

Все вредности с Ковжинского участка Белоручейского месторождения выносятся посредством естественного проветривания карьера по прямоточной – рециркуляционной схеме, при которой в карьере не образуются застойные зоны значительных размеров, где могли бы накапливаться вредности.

Заложенные параметры и небольшая глубина карьера позволяют осуществлять проветривание в карьере с выносом вредных веществ по прямоточной – рециркуляционной схеме на весь срок отработки.

Рассмотрим вопрос эффективности естественного проветривания карьера на примере реально существующего карьера с конкретными геометрическими параметрами, производственным циклом и реально работающей производственной техникой. Для упрощения задачи возьмем случай, когда процессы, протекающие в атмосфере карьера, происходят без воздухообмена с окружающей средой.

1. Расчет времени достижения ПДК в атмосфере карьера.

В расчетах учитываются загрязнители воздуха СО, NOх и альдегиды. Интенсивность выброса загрязняющих веществ оборудованием без катализаторов (нейтрализаторов) приведена в таблице 4.2 [17]

Таблица 4.2

Интенсивность выброса загрязняющих веществ оборудованием без катализаторов (нейтрализаторов)

Оборудование	Тип	Режим ра­боты	СО мг/с	NOK мг/с	Альдегиды мг/с	SO2 мг/с	Сажа мг/с
БелАЗ-7547 А/машина	A7	х/х	137,2	100,8	31	1,9	0,6
		50% мощ.	300.3	738.9	17	1.7	21.9
		max мош.	307,8	1354.4	8	13.0	40.0
РС-300 Экскаватор	Э1	х/х	30,3	30,3	9	0,6	1.9
		40% мощ.	221,7	221,7	5	0,5	6.7
		max мощ.	406,4	406.4	2	3,9	11.9
Cat -390 Экскаватор	Э1	х/х	48,1	29,2	11	0.7	2,2
		50% мощ.	105,0	21,4	6	0.6	7,8
		max мощ.	107,8	392,8	3	4,6	13,9
Cat -988 Автопогрузчик	Э1	х/х	36,9	27,2	8	8,6	0.1
		50% мощ.	81.1	199,4	5	7,5	0.1
		max мощ.	83.1	365.6	2	58.6	0.7
Т-25 Бульдозер	Б1к	х/х	31.7	23,1	7	7.2	0.1
		40% мощ.	69.2	170,0	4	6.4	0,3
		max мощ.	65,4	287,4	2	45,9	0,4
Буровой станок Atlas Copco DM45	С1	х/х	39,7	30,3	9	0,6	1.9
		40% мощ.	86,9	221,7	5	0,5	6,4
		шах мощ.	89,2	406.4	2	3.8	11.7

Интенсивность выбросов рассчитана по практическим данным.

Время достижения в рассматриваемой зоне уровня содержания вредных веществ, равного ПДК, рассчитывается по формуле: [17]

t = V∙C_пдк/G, ч; (4.3)

где V – полный объем карьера, м, V = 65780000м³;

C_пдк – предельно допустимая концентрация конкретного вещества, г/м³;

G – интенсивность выброса конкретного вещества, г/м³.

t_CO = 65780000∙20/7350/3600 =49,7 ч;

t_NO = 65780000∙5/17850/3600 = 5,1 ч;

t_альд = 65780000∙0.5/420/3600 = 21,8 ч.

2. Расчет времени проветривания атмосферы карьера после штиля.

Естественная аэрация карьера происходит под действием двух метеорологических факторов: ветровым режимом, определяемым горизонтальным барическим градиентом и конвекцией – восходящими и нисходящими токами воздуха под действием вертикального температурного градиента. Рассмотрим время проветривания, не принимая во внимание конвекцию, только за счет ветрового режима до уровня ПДК. Расчет проводится по самой сложной рециркуляционной схеме проветривания всего объема карьерного пространства. [17]

В данных конкретных условиях расчеты проводятся по следующей зависимости

, c; (4.4)

где V_p - объем рециркуляционной зоны, м³, V_p = 20930000 м³;

Х_сср. - среднее значение абсциссы точки встречи внешней границы струи с подветренным бортом или дном карьера, м, Х_сср = 975 м;

v_o - скорость ветра, м/с, v_o = 2,8 м/с;

L - длина карьера, м, L = 1300 м;

С_о - начальная концентрация вредности, мг/м³;

С - предельно допустимая концентрация, мг/м³.

При наличие в атмосфере карьера различных циркуляционных зон расчет уровня общего загрязнения атмосферы проводится по следующим формулам:

- в зоне рециркуляции ;

- за ее пределами ;

где G – суммарная интенсивность поступления вредных веществ в рециркуляционную зону от внутренних источников, расположенных как в этой зоне, так и на участке с подветренного борта, мг/с;

Х_с.ср – среднее значение абсцисс точки встречи внешней границы струи с наветренным бортом или дном карьера для характерных его профилей, совпадающих с направлением ветра, м;

U_p – расчетная скорость ветра (в данном случае принимается равной средней скорости в заданном направлении, так как на пути его распространения нет ослабляющих источников), м/с;

L₁ – длина зоны рециркуляции в направлении, перпендикулярном движению ветра, м (при форме карьера в плане близкой к круговой L₁ равно размеру карьера на поверхности);

с_о – концентрация вредной примеси в поступающем для проветривания карьера воздухе, мг/м³.

- в зоне рециркуляции:

- для СО мг/м³

- для NО: мг/м³;

- для альдегидов:

мг/м³;

- за ее пределами:

- для СО: мг/м³;

- для NО: мг/м³;

- для альдегидов:

мг/м³;

Расчет времени проветривания атмосферы карьера после штиля будет равен:

- для СО: с;

- для NО: с;

- для альдегидов: с.

Итоговые расчёты представлены в таблице 4.3.

Таблица 4.3

Итоговые расчёты

Вид загрязнителя	ПДК, мг/м3	Выброс, мг/с	Расчетное время достижения ПДК в атмосфере карьера, ч	Расчет времени проветривания атмосферы карьера после штиля, с
CO	20	7350	49,7	0,7
NOх	5	17850	5,1	6,7
альдегиды	0,5	420	21,8	1,6

Начальная концентрация вредности больше предельно допустимой концентрации.

Естественной вентиляции для проветривания карьера будет достаточно. При самых неблагоприятных обстоятельствах, после штиля, возможна остановка производства на небольшое время, и этого будет достаточно для проветривания карьера, а небольшой простой можно использовать для регламентированного перерыва в работе персонала или обслуживания оборудования.