книги из ГПНТБ / Куликов В.П. Проветривание угольных разрезов

Рис. 45. Изменение концентрации углеводо­ родов в процессе работы вентиляторной установки на озокеритовом карьере (дан­

ные Средазиипроцветмета):

/ — предельно допустимая концентрация

Начальная концентрация углеводородных газов в воздухе перед погрузкой руды составила 1,3—1,7 г/м3 (допустимая норма 0,3 г/м3). Уже через 5—10 мин после начала работы установки достигалось полное удаление загрязненного воздуха из забоя. Увеличения загазованности воздуха на вышележащих уступах при этом обнаружено не было. Изменение концентрации углеводородов в процессе работы вентиляторной установки показано на рис. 45.

Испытания показали, что установка такого типа даже при периодической работе проветривает экска­ ваторный забой и создает в нем нормальные атмо­ сферные условия. Общее время проветривания (при периодической работе) в осенне-зимний период в те­ чение смены составляет 35 мин, в весенне-летнее вре­

в течение смены на озокеритовом карьере показана на рис. 46.

Тепловая установка УТ-ЛФИ-2. Тепловая установ­ ка лаборатории физических исследований УТ-ЛФИ-2 (рис. 47) разработана Челябинским политехническим

институтом. Она состоит из тепловыделяющих эле­ ментов (форсунок) 1, смонтированных на ферме 2, которая вместе с насосами и электродвигателями раз-

Рис. 46. Изменение содер­ жания углеводородов в воз­ духе рудного забоя в тече­ ние смены на озокеритовом карьере:

Z — при работе вентиляторной установки; 2 — при ее отключе­ нии (данные Средазнипроцветмета); 3 — предельно допусти­ мая концентрация

Рис. 47. Тепловая установка лаборатории физических исследова­ ний УТ-ЛФИ-2 (Челябинский политехнический институт)

мещена на тракторных санях 3. Поворотное устройст­ во позволяет перемещать ферму в горизонтальной плоскости.

При работе установки УТ-ЛФИ-2 форсунками рас­ пыляется жидкое топливо, которое при сгорании соз­ дает восходящее движение воздуха.

Установки УТ-ЛФИ-2, как и тепловые агрегаты Средазнипроцветмета [3], могут найти лишь ограни­ ченное применение на разрезах как временное сред­ ство, так как при их работе сжигается большое коли­ чество углеводородного топлива (солярового масла

132

Техническая характеристика установки УТ-ЛФИ-2

держащей канцерогенные вещества (3,4-бензпирен и другие) [5,31,80].

Проветривание рабочих мест и траншей. На Ле­ бединском железорудном карьере комбината КМАруда проводились опыты по проветриванию экскаватор­ ного забоя [108]. Шахтный вентилятор «Проход- ка-500-2м» располагался на расстоянии 20 м от экска­ ватора. Для вентилятора была применена специаль­ ная насадка, общая длина которой составляла 2 м,

Концентрация акролеина в кабине экскаватора и на экскаваторной площадке через 20—30 мин после включения вентилятора снижалась до уровня, не пре­ вышающего допустимых пределов.

В кабине машиниста бурового станка при таком

1вЗ

же расположении вентилятора запыленность воздуха снижалась через 15—20 мин (табл. 28).

В карьерах, особенно глубоких, траншеи и съезды даже при наличии ветра проветриваются слабо. Они проветриваются либо по прямоточной схеме, когда ветер движется со стороны съезда, либо по рецирку­ ляционной — при ветре со стороны забоя. При рецир­ куляционной схеме загрязненность атмосферы в тран­ шее достигает значительной величины.

При проходке траншей на Сибайском карьере за­ пыленность воздуха при бурении скважин станком БМ.К.-2 без средств пылеподавления составила 134— 155 мг/м3. Повышение концентрации вредных приме­ сей выше санитарной нормы в местах их выделения не всегда приводит к общему загрязнению атмосферы. В таких случаях возникает необходимость в обеспече­ нии нормальных санитарно-гигиенических условий на отдельных рабочих местах. Исследования [109] пока­ зали, что подавление пыли и газов в местах их об­ разования не всегда обеспечивает достижение этой цели. Поэтому возникает необходимость в принуди­ тельном разбавлении вредных примесей воздухом в местах образования и усиления выноса их за пределы проветриваемого рабочего места. Вентиляционная струя в траншее распространяется аналогично свобод­ ной струе в камерообразной выработке [109].

Время проветривания траншеи при периодических выделениях вредных примесей определяется по фор­ муле

134

ктQ0 (1 — —~—) V cekr }

где V — загрязненный объем траншеи; /гт — коэффи­ циент турбулентной диффузии вентиляционной струи; Qo — производительность вентилятора; Со — концент­ рация вредных примесей в проветриваемом объеме до начала проветривания; сс — начальная концентрация вредных примесей в вентиляционной струе; сд — до­ пустимая концентрация.

Количество воздуха, необходимое для проветри­ вания траншей при постоянном выделении вредных примесей

сферы.

В табл. 29 [107] приведены данные проветрива­ ния траншей объемом 1600 м3 на Лебединском желе­ зорудном карьере при погрузке руды в автосамосва­ лы МАЗ-525 экскаватором ЭКГ-4.

Т а б л и ц а 29

Проветривание траншей объемом 1600 м3 (источники загрязнения атмосферы—автосамосвалы МАЗ-525)

проветривания отдельных рабочих мест, особенно при значительной интенсивности выделения вредных при-

135

№ f Ось

Рис. 48. Расположение вентиляторов на полигоне при последовательной работе их затопленных струн:

а — в струе; о — под углом друг к другу

месей в атмосферу и невозможности их подавления на местах образования.

§ 7. Исследование параметров вентиляторных струй при их одиночной и совместной работе

Для уточнения некоторых параметров затопленных струй НИИОГРом были проведены исследования в условиях каменного карьера. Струи создавались осе­ выми шахтными вентиляторами местного проветрива­ ния СВМ-6М диаметром 0,6 м, которые снабжались коническо-цилиндрическими насадками диаметром 0,5 м. Испытания проводили при различных темпера­ турах воздуха и синоптической обстановке, преиму­ щественно при инверсионном состоянии атмосферы. При испытании радиозондированием фиксировалась температурная инверсия с температурным градиентом от —0,2 до —1,4°С/100 м.

Цель исследований состояла в том, чтобы опре­ делить дальнобойность струй, установить возможность создания воздушных коридоров при проветривании разрезов, получить закономерности изменения ско­ рости по оси струи на различном расстоянии при оди­ ночной и совместной работе вентиляторов. Испытыва­ лась параллельная и последовательная работа вен­ тиляторов. Расположение вентиляторов на полигоне при последовательной работе показано на рис. 48.

Для сопоставления были выбраны два типа наса­ док с геометрическими характеристиками (табл. 30).

После первой серии испытаний для дальнейших экспериментов была принята насадка № 1, параметры

136

Т абл и ц а 30

Геометрические размеры насадок, м

струи которой оказались лучшими; скорость по оси струи увеличивается на 18% по сравнению с насад­ кой № 2. Геометрические характеристики этой на­ садки в дальнейшем послужили основой для проек­ тирования конфузора вентиляторной установки УПК-4.

В процессе экспериментов установлено, что на дальнобойность струи влияет температура окружаю­ щего воздуха (рис. 49). При низкой температуре она

uxfu0

0,8

Ofi

Рис. 49. Влияние темпе- О,1* ратуры окружающего воздуха на дальнобой­ ность затопленной струн: п п

О

ого ¥о во во x/do

увеличивается. При высокой температуре дальнобой­ ность уменьшается, так как возникающие в атмосфере вертикальные конвективные потоки размывают затоп­ ленную струю, создаваемую вентиляторами.

На направление и скорость струи влияют естест-

'137

Рис. 50. Увеличение даль­ нобойности свободных струй при их последова­

венные воздушные потоки в разрезе, особенно на ко­ нечном участке струи, где скорость по оси менее

0,5—1 м/с.

Инверсионное состояние атмосферы не оказывает влияния на дальнобойность горизонтальной струи.

Закономерности изменения скорости по оси струи в целом определяются по теории Г. Н. Абрамовича с точностью 5—10%.

При расположении второго вентилятора в струе первого вентилятора наблюдается увеличение даль­ ности действия его струи на 10—15% (рис. 50). Чем ближе ось струи второго вентилятора к оси струи первого, тем больше приращение скорости, которое заметно уменьшается при удалении от второго венти­ лятора. При последовательном расположении несколь­ ких вентиляторов в виде каскада возможно создание воздушных коридоров, по которым будут непрерывно перемещаться значительные массы чистого воздуха на большое расстояние. При параллельном расположе­ нии вентиляторов в разрезе обеспечивается проветри­ вание больших поверхностей с широким фронтом по горизонту.

§ 8. Расчет параметров затопленных струй при проветривании застойных зон

Вентиляторная установка УПК-РД. При испыта­ ниях установки УПК-РД на1Коркинском разрезе для

138

получения исходных данных для расчетов проветри­ вания застойных зон были определены параметры струи движителя воздуха при различной скорости вращения турбины в интервале 2000—4200 об/мин, отобраны пробы выхлопных газов, замерены скорость и направление ветра, температура и влажность воз­ духа, атмосферное давление. Движитель устанавлива­ ли горизонтально, а также наклонно для создания в начальном сечении нисходящей струи.

Важными параметрами при расчете проветривания разрезов затопленными струями являются скорость и плотность газов в начальном сечении (на срезе сопла).

Плотность газов

мости от скорости вращения изменяется незначитель-

превышает 10% величины атмосферного давления Да. В пределах 2000—4500 об/мин величину статического давления следует находить путем линейной интер­ поляции. 1

Абсолютная температура газов на срезе сопла Т0 также зависит от .скорости вращения турбины, причем с увеличением ее от 2000 до 4200 об/мин несколько уменьшается, а затем вновь возрастает. Приведенные на рис. 51 данные показывают, что минимальная тем­ пература наблюдается примерно при 3300 об/мин и составляет 640° К- В интервале 3000—4200 об/мин с достаточной точностью То может приниматься равной температуре 7\ в двигателе на участке установки термопар (между турбиной и срезом сопла), величина которой регистрируется прибором, установленным в кабине машиниста вентиляторной установки.

139

Рис. 51. Температура газов в двигателе РД-ЗМ-

500 при различной скорости вращения турбины:

1—за турбиной на участке установки термопар; 2—на срезе сопла

С увеличением скорости вращения турбины увели­ чиваются динамический напор и скорость струи о0 в начальном сечении.

За оптимальный режим при проветривании следу­ ет принять скорость вращения 4200 об/мин, при кото­ рой скорость воздуха иа выходе из сопла является максимальной по условиям длительной работы двига­ теля и составляет в среднем 485 м/с. При этом увели­ чивается дальность действия струи и ее расход.

При режиме 4200 об/мин плотность газов на сре­ зе сопла изменяется от 0,59 до 0,48 кг/м3, или в сред­ нем 0,525 кг/м3. Температура газов в этом сечении составляет от 640 до 770° К, в среднем 710° К, дебит струи 276 м3/с.

Испытания показали, что содержание газов (рис: 52) в начальном сечении при основном режиме

0,0003%. На расстоянии 260 м была отмечена кон­ центрация 0,0003% на высоте 30 м от подошвы усту­ па, 0,0009% — в 50 м и 0,0004% — в 70 м от почвы.

Уменьшение концентрации СО в струе вызвано разбавлением эжектируемым воздухом, содержащим значительно меньшее количество СО в сравнении со струей в начальном сечении. Однако при проветрива­ нии застойных зон, в которых содержание СО близко к предельно допустимому или превышает его, опасно

140