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

пространил это решение для струй, вытекающих под некоторым углом к горизонту.

Безразмерные координаты точки перегиба оси струи, направленной вниз под углом а, определяются следующими зависимостями [21]:

где х и у — безразмерные координаты точки переги­ ба оси струи; г0 — радиус начального сечения струи; a — угол наклона струи, градус; К — критерий Ар­ химеда,

g — ускорение силы тяжести, м/с2; АТ0= Т 0—Ти — пре­ вышение начальной температуры струи над темпера­

= 7 1 0 ° К , го = 0 ,4 2 5 м.

Величина hi находится по формуле

где п2и — коэффициент начальной неравномерности. Для турбореактивного двигателя начальное поле температур и скоростей можно считать равномерным, тогда п2и— 1. Опытный коэффициент С=0,22. Абс­

цисса переходного сечения ;сц=12.

151

Температура воздуха в декабре составляла —14° С (259° К). Находим температурный параметр

определится радиус нагретой струи в точке ее пере­ гиба

h2 = /т0 = 76 • 0,425 « 32 м.

Таким образом, максимальная высота расположе­ ния вентиляторной установки УПК-РД над дном разреза /?тах = 36,8 + 32 + 30 = 100 м, минимальная Лт1п= :36,8-|_3 2 = /0 м.

Исследования на Коркинском разрезе, проведен­ ные в 1968—1970 гг., показали, что параметры рас­

застойных зон. Благоприятные условия для выноса вредных примесей создаются на участке под нижней точкой струи (под абсциссой точки перегиба оси на­ гретой струи). Горизонтальное расстояние до провет­ риваемого объекта определяется по формуле

Подставляя входящие в эту формулу значения ве­ личин, получим L=150 м.

§ 10. Выбор рациональных мест расположения вентиляторных установок при проветривании разрезов

Н. 3. Битколов считает, что вентиляторы могут размещаться на поверхности разреза или на одном из промежуточных уступов, а наиболее оптимальные

152

условия для их работы будут созданы, если они рас­ положатся непосредственно над разрезом и свободные турбулентные струи установок распространяются сверху вниз [7].

B. М. Дубенюк рассматривает три характерных случая подачи струи: в сторону рабочего борта, в сто­ рону нерабочего борта, по направлению большой оси разреза. Во всех случаях установка располагается на дне разреза, а струя должна быть направлена вверх под таким углом, чтобы не пересекалась с верхними бровками уступов, не деформировалась и не поднима­ ла с них пыль [34].

C. И. Луговский, Г. К- Дымчук и другие указыва­ ют, что вентиляторная установка должна находиться на дне разреза, а струя направлена вверх. Угол на­ клона двигателя турбореактивнойустановки для соз­ дания свободной турбулентной струи вдоль большой оси разреза должен быть приблизительно равен 7°. при этом внешняя граница струи будет параллельна дну. При размещении установок на нижнем горизон­ те поперек рабочего борта угол наклона двигателя

ный. При всасывающем способе вентиляторная уста­ новка располагается на дне разреза в загрязненной атмосфере. Струя подается снизу по направлению к более чистому воздуху, попутно она присоединяет значительный объем загрязненного воздуха и удаляет его за пределы разреза. При нагнетательном способе в загрязненную (запыленную или загазованную) ат­ мосферу подается чистый воздух, который разжижает примеси на контакте их с загрязненным воздухом. П. И. Мустель считает, что оба эти способа равно­ ценны.

При верхнем расположении вентиляторная уста­ новка находится выше проветриваемой зоны, а затоп­ ленная струя распространяется вниз-— из зоны более чистого воздуха в загрязненную часть атмосферы. При нижнем расположении установка располагается в проветриваемой зоне на дне разреза или в его глу­

153

бокой части, а струя установки распространяется вверх вертикально или наклонно из загазованной ат­ мосферы в зону с более чистым воздухом (рис. 56)

При проветривании карьерного пространства воз­ можны два способа снижения содержания вредных примесей ниже предельно допустимой концентрации: вынос примесей за пределы проветриваемого участка и более простой — перемешивание воздуха. В обоих случаях для проветривания необходимо, чтобы даль­ нобойность струи была не менее длины проветривае­ мого участка, так как в первом случае только при та­ ком условии примеси будут вынесены за пределы проветриваемого участка в максимальном количестве, а во втором — достигнуто перемешивание воздуха в необходимом объеме. При выборе мест расположения вентиляторных установок целесообразно рассматри­ вать два случая загрязнения внутрикарьерной атмо­ сферы: местное, когда дальнобойность струи устано­ вок при их одиночной или совместной параллельной работе достаточна для проветривания застойной зо­ ны; значительное загрязнение разреза большого объ­ ема. В последнем случае необходимо применять кас­ кадное размещение установок, располагая их последо­ вательно, чтобы создать воздушный коридор. Если же проветриваемый разрез в плане имеет большие размеры, то следует осуществлять параллельную ра: боту нескольких каскадов вентиляторов так, чтобы создать в карьерном пространстве общее направлен­ ное движение воздуха (каскадно-параллельное раз­ мещение установок).

Рассмотрим более детально местное проветрива­ ние и сравним между собой работу установок при нижнем и верхнем расположении. Производитель­ ность воздушной струи на расстоянии L от началь­ ного сечения может быть определена по формуле (27). При верхнем расположении установки (рис. 56) струя за счет эжекции увеличивает свою производи­ тельность на всем пути до дна разреза, но проветри­ вание осуществляется только той ее частью, которая распространяется между сечениями OjOi и O2O2 в загазованной атмосфере.

Определим производительность струи в сечении

154

а

Рис. 66. Расположение вентиляторной установки в разрезе:

а — верхнее; б — нижнее

0 г02 на расстоянии LB= от вентиляторной уста­

новки, иа котором происходит вынос вредных приме­ сей из загазованней зоны

диаметр струи, м; Лр — высота размещения вентиля­ торной установки от дна разреза, м; а — угол накло­ на струи к горизонту, градус.

Из формулы (43) видно, что производительность струи по разбавлению вредных примесей тем больше, чем дальше установка от загазованной зоны. Однако удаление установки на расстояние LB, считая от даль­ ней границы проветриваемого участка, не должно пре­ вышать дальнобойность струи Ья

LB< Ьд = hp max

sin а

Отсюда следует, что hpmaX= LRsin а.

Исключая последнее слагаемое в выражении (43), определим производительность струи при размещении вентиляторной установки на высоте /гр= 150 м от дна

155

новки (см. рис. 56) струю можно также разделить на два участка: между сечениями 0 20 2 и OjO, и между сечениями OjOj и 00 . На втором участке струя рас­ пространяется в зоне чистого воздуха и ее произво­ дительность растет по мере удаления от сечения OtOi, но без дополнительного вовлечения вредных примесей

Сравнивая результаты, полученные по формулам (44) и (45), видим, что производительность струи при верхнем расположении вентиляторной установки в три раза больше, чем при нижнем. С увеличением мощ­ ности зоны загазованности это отношение уменьшает­

и нижнем расположении установок будут равны. Од­ нако и в этом случае предпочтительнее верхнее рас­ положение по следующим причинам:

персонал, обслуживающий установки, не будет на­ ходиться в загазованной атмосфере, что особенно важно для глубоких разрезов, содержащих в атмо­ сфере СО;

вентиляторные установки подают в загазованную атмосферу чистый воздух и, как показали натурные наблюдения на Коркинском разрезе, через несколько минут после включения установки в зоне действия ее струи создается конус более чистого воздуха; свежий воздух, распространяясь во все стороны, турбулентно

'156

перемешивается с загазованной средой и все более разбавляет ее;

вентиляторная установка, расположенная сверху, охватывает затопленной струей значительную пло­ щадь разреза, так как диаметр струи пропорционален расстоянию от начального сечения, а проветриваемая площадь пропорциональна квадрату этого расстояния.

При нижнем расположении установки увеличение производительности струи в результате эжекции про­ исходит на значительном расстоянии от начального сечения (в более высоких слоях воздуха), т. е. там, где концентрация вредных примесей значительно ни­ же, чем в глубокой части разреза. Это отрицательно влияет на эффективность проветривания. Кроме того, зона, в которой осуществляется всасывающее дейст­ вие установки, не превышает двух диаметров вход­ ного сечения. На большем расстоянии снижение кон­ центрации вредных примесей на участке всасывания происходит с малой скоростью, в основном за счет молекулярной диффузии, скорость которой относи­ тельно невелика.

Отметим, что при любом размещении вентилятор­ ных установок эффективность' проветривания значи­ тельно снижается во время температурных инверсий, однако при этом должен учитываться следующий благоприятный для проветривания фактор. Воздух, проходящий через вентиляторную установку, не имею­ щую подогревателей, нагревается за счет потерь энер­ гии в движителе вследствие смятия, а также за счет потерь энергии в приводном двигателе. Воздух подо­ гревается незначительно — для УПК-4 на 2,12° С, для ПВУ-6 на 1,96° С, однако при длительной работе уста­ новки перерабатывают большое количество воздуха. При низкотемпературном нагреве воздуха значитель­ но улучшается проветривание разрезов в периоды температурных инверсий.

При верхнем расположении вентиляторной уста­ новки положительным моментом является и то, что подаваемая вниз нагретая струя еще более нагрева­ ется под действием адиабатического сжатия, а также при диссипации части кинетической энергии струи и переходе ее в тепловую. В период инверсии затоплен­ ная струя разжижает расположенный ниже холодный

157

воздух й вытесняет его из глубокой части разреза. Таким образом, поступающая в застойную зону струя более эффективно вытесняет загрязненный воздух, приводит к разрушению температурной инверсии в глубокой части, а затем и на вышерасположенных го­ ризонтах.

Безусловно, струя, подаваемая при инверсии вниз, первоначально будет иметь меньшую дальнобойность, нежели в случае безразличной стратификации атмо­ сферы. Однако впоследствии, по мере разрушения температурной инверсии, дальнобойность струи будет увеличиваться и достигнет максимума с наступлением равновесного состояния атмосферы в застойной зоне, (при величине температурного градиента у=1-т- -ь0,6°С/100 м).

Вентиляторные установки необходимо размещать так, чтобы струи действовали по направлению ветра в пункте размещения, а при штиле в глубокой части — по направлению ветра на поверхности разреза. Если ширина застойной зоны больше, чем может провет­ рить одна вентиляторная установка, то необходимо применить несколько установок, осуществив парал­ лельное действие струй.

Если длина разреза превышает ширину и ветер на поверхности направлен под углом к длинной оси раз­ реза, в последнем преобладает движение воздуха вдоль длинной оси. Этот момент необходимо также учитывать при выборе места расположения вентиля­ торных установок.

По результатам исследования можно сделать сле­ дующие выводы:

принудительное проветривание разрезов или за­ стойных зон при верхнем расположении вентилятор­ ных установок предпочтительнее как по условию бе­ зопасности, так и для более эффективного использо­ вания затопленных струй; при верхнем расположении установок быстрее очищается проветриваемый участок;

верхнее расположение установок обеспечивает бо­ лее эффективное разрушение внутрикарьерной инвер­ сии по сравнению с нижним;

при дальнобойности струи меньше длины провет­ риваемого участка целесообразно каскадное разме-

1S8

щение вентиляторных установок, а при больших раз­ мерах разреза в плане — каскадно-параллельное.

§ 11. Практические рекомендации применения вентиляторных установок

Промышленные испытания позволили разработать следующие практические рекомендации применения вентиляторных установок УПК-4 и УПК-РД.

Передвижные вентиляторные установки УПК-4 и УПК-РД предназначены для усиления движения воз­ духа в период местных загрязнений, при накоплении в застойных зонах вредных примесей. Промышленные испытания на Коркинском разрезе показали, что при работе установок в атмосфере застойных зон сни­ жается содержание СО, в некоторых случаях улучша­ ется видимость.

При применении установок в западной (глубокой) части разреза может быть проветрена зона-на высоту 100—120 м от дна и объемом до 40 млн. м3 при мест­ ной температурной инверсии с температурным гради­ ентом не ниже —0,5°С/100 м или наличии в разрезе отдельных задерживающих слоев воздуха ниже гор. +60 м, вызывающих накопление вредных примесей.

В разрезе вентиляторные установки должны рас­ полагаться таким образом, чтобы их струи действо­ вали вместе с ветром (в месте размещения установок) или под углом не более 30° к его направлению. Отно­ сительно друг друга они могут располагаться как по­ следовательно (рис. 57), так и параллельно

г

Рис. 57. Схема струй при последовательной работе венти­ ляторных установок в разрезе:

/ — УПК-4; 2 -У П К -Р Д

(см. рис. 31). При параллельном размещении устано­ вок расстояние между струями должно составлять 100—200 м. При последовательной работе установка

159