книги из ГПНТБ / Куликов В.П. Проветривание угольных разрезов
.pdfразрушается — на автомобильных дорогах, бульдо зерных трассах и рабочих площадках. По формуле (1) следует также подсчитывать ожидаемую загазо ванность воздуха за счет выделений окиси углерода и других газов от эндогенных пожаров при наличии ветра в периоды равновесной стратификации атмо сферы. Данные об удельном газовыделении w на участках эндогенных пожаров приведены выше, па раметр N0 соответствует загазованности воздуха на верхней бровке разреза, а показатель b — мощности приземного слоя воздуха, в котором преимущественно рассеиваются газы.
Ожидаемое загрязнение воздуха пылыо и газами от точечных источников (к которым относятся экска вация, разгрузочные операции, буровые и взрывные
работы |
и т. д.) |
рассчитываются |
по |
формулам |
[7], [26]. |
сравнения |
приведем данные |
о содержании |
|
Для |
||||
вредных |
примесей |
в атмосфере рудных |
карьеров. |
|
Так, в карьере трубки «Мир», имеющем глубину 75 м, запыленность на отдельных рабочих местах достигает 220 мг/м3 при предельно допустимой концентрации (ПДК) 4 мг/м3. В зимний период нижние горизонты загазованы выхлопными газами автосамосвалов. Со держание окиси углерода в среднем составляет 625 мг/м3 при ПДК = 20 мг/м3.
Зыряновскнй карьер расположен в районе с рез ко континентальным климатом. Почти полное безвет рие наблюдается в течение 250 дней в году.
На карьере № ] Гайского ГОКа (глубина 125 м) запыленность атмосферы по данным за первое полу годие 1968 г. составляла (мг/м3): 4,3 при экскавации; 0,8 при бурении станками СБШ; 1,6 при бурении стан ками БСШ; 1,3 на автодорогах; 1,36 при бурении шпуров для дробления негабаритных кусков. Средняя запыленность в карьере составила 4,6 мг/м3. Наблюда лись 23 случая загазованности карьера альдегидами, концентрация их при этом составила 0,056 мг/л. Убыт ки от простоев, связанные с ухудшением атмосферы, составили 3,5 тыс. руб.
Из приведенных материалов видно, что при отсут ствии или недостаточном применении средств улуч шения атмосферных условий труда загрязненность
10
воздуха при открытом способе добычи полезных иско паемых может во много раз превышать предельно допустимые санитарные нормы. Это указывает на важность решения вопросов принудительного провет ривания застойных зон и подавления вредных при-* месей в местах их образования не только на Коркин ском, но и на других угольных и рудных карьерах страны.
Г л а в а II
ЕСТЕСТВЕННОЕ ПРОВЕТРИВАНИЕ РАЗРЕЗОВ
§ 1. Анализ исследований естественного проветривания
Исследования естественного проветривания от крытых разработок выполнены в основном ИГД им. А. А. Скочинского (В. С. Никитин, Б. Д. Чижов), ЛГИ (И. 3. Битколов, И. Г. Фатуев), ИГД МЧМ
СССР (К. В. Кочнев, С. С. Филатов), НИИОГРом и др.
Установлено, что перемещение воздуха в разрезах происходит под действием двух естественных факто ров: термического — за счет разности температур различных слоев воздуха в карьерном пространстве и на прилегающей территории и динамического — за счет энергии ветра на поверхности.
В зависимости от направления и скорости ветра на поверхности, углов наклона бортов и характера дейст вия естественных вентиляционных сил могут наблю даться четыре основные схемы естественного провет ривания: конвективная, инверсионная, прямоточная и рециркуляционная. Кроме того, могут возникать ком бинированные схемы проветривания, например пря моточно-рециркуляционная, рециркуляционно-прямо- точная и др.
Первые две схемы возникают в разрезах под влия нием теплового фактора при скорости ветра на поверх ности менее 1 м/с (для глубоких разрезов иногда до 5—8 м/с) независимо от их геометрии. Эти схемы и сочетания являются самыми неблагоприятными, так как наблюдаются при штиле в разрезе или отдельных его местах. Причем наиболее неблагоприятной ситуа-
цией является температурная инверсия атмосферы, при которой с глубиной температура воздуха пони жается. В этом случае нижние слои воздуха тяжелее верхних, в результате чего естественный воздухооб мен резко сокращается.
Пыль и газы остаются в районе мест образования или опускаются на нижележащие горизонты, воздух в разрезах становится опасным для человека. При инверсионном состоянии атмосферы в разрезах часто возникают плотные тумань!, резко снижающие види мость и затрудняющие работу.
Распределение температуры воздуха по высоте ха рактеризуют величиной температурного градиента у °С/100 м, которая в конечном счете определяет верти кальную устойчивость атмосферы, (ее термическую стратификацию).
При неустойчивом состоянии атмосферы возникают восходящие конвективные потоки, при этом начав шееся движение воздушных масс продолжается с возрастающей скоростью. При устойчивой статификации случайно возникшие вертикальные перемещения воздушных масс постепенно замирают и приостанав ливаются. Промежуточное положение занимает «без различное» состояние атмосферы.
Те или иные схемы естественного проветривания, образующиеся за счет энергии ветра (прямоточная, рециркуляционная, рециркуляционно-прямоточная или прямоточно-рециркуляционная), возникают при равно весном состоянии атмосферы ( у = 1-г-0,6° С/100 м) в зависимости от углов наклона бортов и ряда других факторов.
Под действием ветра в разрезах возникают потоки двух направлений: совпадающие с направлением вет ра (струи первого рода) и обратные им (струп вто рого рода).
Рядом авторов были проведены исследования угла о&2 раскрытия свободной струи в угольных и рудных карьерах, который определяет границу между пря мыми и обратными потоками. По данным В. С. Ни китина, Н. 3. Битколова, К. В. Кочнева, С. С. Филато ва и других исследователей аг ~ 15° [7, 30, 43].
Лабораторные опыты Н. Г. Фатуева показали, что
13
при отношении длины разреза в направлении ветра к |
|
его глубине, |
равном 6—7, ап составляет 16—19°, что |
в основном |
подтверждает приведенные выше данные. |
Однако при величине отношения L/H = 2,5 аг дости гает 28—34°. Эти цифры получены при угле наклона подветренного борта 40—45°.
НИИОГРом в условиях Сибайского карьера были проведены специальные измерения угла аг при вели чине отношения L/H = 5 -Р 8, наиболее характерного для открытых работ. Предварительно на различных участках карьера находили пункт, определяющий границу прямых и обратных потоков. После этого теодолитом замеряли угол наклона луча, направлен ного на верхнюю бровку борта на высоте от почвы, равной высоте теодолита. Эти измерения показали, что среднее значение угла действительно близко к 15°. Однако его величина меняется во времени от 10 до 20° и более, в зависимости от скорости ветра на по верхности, турбулентности потока, действия темпера турного и других факторов, которые учесть пока не представляется возможным (более подробные дан ные о величине а2 при рециркуляционной схеме при ведены ниже).
Таким образом, прямые потоки характерны для верхней части карьерного пространства в пределах границ свободной струи, развивающейся с верхней бровки подветренного борта (рис. 1, а). Обратные потоки воздуха возникают при угле наклона бортов больше угла раскрытия свободной струи (рис. 1,6). Они образуются в наиболее глубокой части разреза, но могут наблюдаться и на верхнем участке подвет ренного борта, считая по ходу струи.
Сравнение различных схем проветривания карье ров за счет энергии ветра было выполнено как для Коркинского разреза (рис. 2), так и для условного разреза с постоянным отношением его длины к глу бине [50]. На схемах проветривания (см. рис. 1) не показаны площадки уступов, а даны средние линии наклона бортов.
В настоящее время принята следующая класси фикация эффективности естественного проветривания
взависимости от величины отношения длины разреза
внаправлении ветра L к его глубине Н [7]: хорошая
14
а
и0 У
Рис. 1. Сравнение расчетным способом схем естественного провет ривания при отношении длины разреза в направлении ветра к его глубине L : Н = 7:
а — прямоточная; |
б — рециркуляционная; в — рециркуляционно-прямоточ |
|
|
ная; г — прямоточно-рециркуляционная |
|
при— =10, |
удовлетворительная при |
= 6-т-10, не- |
Ь
удовлетворительная при — <о.
П
При рециркуляционно-прямоточной схеме провет-
15
Рис. 2. Расчетные схемы естественного проветривания Коркинского разреза при ветре раз личного направления:
а — западный; б — восточный; в — северный; г — южный
ривания (см. рис. \,в) в загрязнении атмосферы разреза (как и при рециркуляционной схеме) участ вуют все источники выделения вредных примесей, рас положенные на наветренной стороне поверхности вблизи разреза и в зоне рециркуляции. В отличие от рециркуляционной схемы проветривания в данном случае на уступах наветренного борта скорость воз душного потока больше, так как ее нарастаний про исходит по закону прямоточной схемы. В зоне рецир куляции распределение скоростей воздуха вблизи уступов аналогично распределению скоростей при ре циркуляционной схеме.
По эффективности проветривания рециркуляцион но-прямоточная схема несколько более целесообразна по сравнению с рециркуляционной схемой.
Самой неблагоприятной схемой естественного проветривания за счет энергии ветра является прямо точно-рециркуляционная, особенно если угол наклона верхних уступов близок к 15°. При этой схеме аэро динамические параметры воздушного потока опреде ляются в верхней части разреза по зависимостям прямоточной схемы, а в нижней части — по законо мерности рециркуляционной схемы (см. рис. 1,г).
В глубокой части разреза уступы омываются толь ко за счет обратных потоков с очень малой ско ростью— 5—10% и даже до 1% величины скорости ветра на поверхности (рис. 2,в зона БГД при север ном ветре). Выносящая способность естественного потока чрезвычайно мала, а в загрязнении атмосферы участвуют все источники как зоны рециркуляции, так и внутренние, расположенные на подветренном борту (участок OiO), и внешние, расположенные на навет ренной стороне, прилегающей к разрезу территории. Поэтому даже при сравнительно небольшой суммар ной интенсивности выделения пыли или газов воз можно значительное загрязнение атмосферы зоны рециркуляции.
Недостатки трех последних схем, особенно прямо
точно-рециркуляционной, |
значительно усиливаются с |
уменьшением отношения |
L е |
— = 6 и менее и- увеличение |
ем глубины разреза.
Таким образом, |
как при проекта Г ваниц,,' т^к.ц .ррИз |
2—1233 |
к-уччо-тЬ;::: ; .ос- |
6nCMHK;iv .2 ч |
а
Рис. 3. Естественное проветривание северного участка Бачатского разреза по результатам расчетов (сечение по 6-й разведочной линии):
а — при глубине разреза 280 м; б — при глубине разреза 140 м
ведений открытых работ с точки зрения проветрива ния необходимо по возможности предусматривать бо лее рациональные формы бортов.
На рис. 3 представлены результаты расчетов есте ственного проветривания северного участка Бачатского угольного разреза при среднегодовой скорости северо-восточного ветра на поверхности 2,9 м/с. Ана лиз скоростей воздушных потоков в разрезе показы вает, что при глубине работ 140 м естественное про ветривание может оказаться недостаточным. Еще хуже оно будет при увеличении глубины до 280 м и особенно до 500 м в связи с большой глубиной работ и наличием в выработанном пространстве двух впа дин. Поэтому на разрезе потребуются средства при нудительного проветривания.
Исследования, выполненные на Коркинском раз резе, показывают, что методика расчета скоростей и запыленности воздуха при естественном проветрива нии за счет энергии ветра, предложенная В. С. Ни китиным [7], может быть использована для расчетоз, однако только в первом приближении, так как не охватывает всего многообразия схем воздушных по токов и действия температурного фактора в разрезах
ипоэтому не позволяет определить скорость потоков
влюбой точке разреза, а также дает большие откло нения по сравнению с натурными данными. В мето дике нет способов расчета, учитывающих возникнове ние циркуляционных движений воздушных масс в горизонтальной плоскости разреза, а также в зависи мости от его формы, орографии прилегающей терри тории и карьерного пространства, направления и скорости ветра на поверхности и температурного фак тора, тем более совместного действия двух последних факторов.
Вцелях получения натурных данных по естест венному проветриванию глубоких угольных разрезов НИИОГРом и привлеченными в качестве соисполни телей на хоздоговорных началах Главной геофизиче ской обсерваторией (ГГО) и Ленинградским гидро метеорологическим институтом (ЛГМИ) проведены обширные исследования на Коркинском разрезе, ос новные результаты которых изложены ниже.
2* |
19 |