Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Аэрология карьеров. Практикум
.pdf
№ 3745
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ
Кафедра безопасности и экологии горного производства
Н.О. Каледина
О.Н. Драгунский
С.С. Кобылкин
АЭРОЛОГИЯ КАРЬЕРОВ
Практикум
Рекомендовано редакционно-издательским
советом университета
Москва 2020
УДК 622.4
К17
Рецензент
канд. техн. наук, доц. А.И. Тушов
Каледина Н.О.
К17 Аэрология карьеров : практикум / Н.О. Каледина,
О.Н. Драгунский, С.С. Кобылкин. – М. : Изд. Дом НИТУ
«МИСиС», 2020. – 68 с.
Практикум состоит из теоретических сведений и методических
указаний, необходимых для выполнения практических занятий студентов по курсу «Аэрология горных предприятий». Представлены
примеры расчетов и перечень контрольных вопросов. В помощь студентам для выполнения заданий указана научно-техническая литература.
Предназначен для студентов, обучающихся по направлению/специальности 21.05.04 «Горное дело».
УДК 622.4
Н.О. Каледина,
О.Н. Драгунский,
С.С. Кобылкин, 2020
НИТУ «МИСиС», 2020
СОДЕРЖАНИЕ
Введение ........................................................................... 4
Практическая работа 1. Анализ микроклиматической
и горно-технической характеристики карьера ........................ 6
Практическая работа 2. Построение розы ветров .................. 20
Практическая работа 3. Расчет схем проветривания карьера
за счет энергии ветра ........................................................ 29
Практическая работа 4. Расчет искусственной вентиляции
карьера ........................................................................... 50
Практическая работа 5. Влияние температурной
стратификации атмосферы карьера на условия выноса
вредных примесей ............................................................ 59
Библиографический список .............................................. 67
3
ВВЕДЕНИЕ
За последние 30 лет значительно увеличилась доля полезных
ископаемых, добываемых открытым способом. Большинство
действующих карьеров будет эксплуатироваться и после 2020 г.,
причем свыше 50 % горной массы будет добываться на карьерах
глубиной более 300 м. Открытый способ добычи обеспечивает
высокую производительность труда (в десятки раз превышающую производительность подземных технологий), но его негативное влияние на окружающую среду является фактором, ограничивающим применение.
Исследования показали, что при высокой интенсификации и
концентрации производства с увеличением глубины происходит
загрязнение воздуха вредными примесями, превышающее ПДК:
по запыленности воздуха на рабочих местах в 3–5 раз, по оксидам углерода в 1,5–3 раза, по оксидам азота в 5–7 раз. Это приводит к снижению производительности труда, профзаболеваниям
работающих и производственному травматизму.
Существенное влияние на загрязнение атмосферы глубоких
карьеров оказывает климат районов их расположения, в частности, продолжительность штилевых периодов и приземных
инверсий. В наиболее неблагоприятных условиях в этом отношении находятся карьеры Сибири и Севера страны, где штилевые
периоды в сочетании с инверсиями составляют несколько тысяч
часов в год, в результате чего возникает необходимость прекращения горных работ В свою очередь простои предприятий снижают их технико-экономические показатели. В этой ситуации
ИТР карьеров зачастую оказываются не готовы к принятию решений, исключающих или значительно снижающих простои по
вышеназванным причинам.
Целью данного практикума является приобретение студентами навыков расчета концентрации вредностей, параметров
естественного проветривания и искусственной вентиляции в
различные периоды отработки карьеров, что является основой
для обеспечения прогноза состава воздуха на рабочих местах и
разработки технических решений по управлению состоянием атмосферы карьера.
Настоящий практикум предназначен для проведения практических занятий и самостоятельной работы студентов горных
специальностей.
4
Авторский коллектив: Н.О. Каледина (практические занятия
1, 3, общая редакция), О.Н. Драгунский (практические занятия
3, 4, 5), С.С. Кобылкин (практические занятия 1 и 2).
Коллектив авторов отдает дань уважения и светлой памяти
работавшим на кафедре аэрологии и охраны труда Горного института: проф., д.т.н. К.З. Ушакову, проф., д.т.н. В.В. Силаеву и
доц. А.Л. Захарову, научные разработки которых легли в основу
данного практикума.
5
Практическая работа 1
АНАЛИЗ МИКРОКЛИМАТИЧЕСКОЙ
И ГОРНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ
ХАРАКТЕРИСТИКИ КАРЬЕРА
Цель практического занятия – формирование у студентов
навыков анализа микроклиматической и горно-технической
характеристики карьера для определения времени вероятного
загрязнения его атмосферы и принятия решения о целесообразности применения искусственной вентиляции отдельных участков или карьера в целом.
1.1. Общие положения
Тип разрабатываемого месторождения, его геологическая и
гидрогеологическая характеристики, форма и условия залегания рудных тел, вещественный, химический состав и физикомеханические свойства полезного ископаемого и вмещающих
пород определяются в процессе анализа горно-геологических
условий месторождения. Необходимость проведения такого
анализа заключается в том, что как при проектировании, так
и при эксплуатации требуется, исходя из геологических и
горно-технических данных выбрать эффективную технологию разработки, подобрать соответствующее оборудование,
классифицировать его по группам с учетом интенсивности
выделения вредных пыли и газов при его работе. По минералогическому составу горных пород устанавливаются нормы содержания пыли в соответствии с требованиями СНиП и разрабатываются профилактические мероприятия, направленные
на предупреждение повышенного содержания вредных примесей и нормализацию тем самым атмосферы в карьерном
пространстве.
Состав примесей и уровень загрязнения атмосферы карьеров
в значительной мере зависят от совершенства технологических
процессов разработки полезных ископаемых: вскрышных, добычных и буровзрывных работ, транспортирования горной массы, отвалообразования и складирования (для временного хранения) полезного ископаемого.
6
Одним из наиболее неблагоприятных для атмосферы карьеров технологических факторов являются взрывные работы, резко ухудшающие ее состав как по пылевому, так и по газовому
факторам. Опасность взрывных работ усиливается еще и тем,
что вредные примеси выделяются не только в момент взрыва, но
и после него – из отбитой массы горных пород, при погрузке и
транспортировании последней.
1.2. Основные элементы микроклимата
карьеров
Микроклимат – это климат приземного слоя воздуха. Микроклимат карьеров в значительной степени определяет условия
накопления в них и выноса вредных примесей. Основными характеристиками, определяющими микроклимат карьеров, накопление и вынос вредностей, являются скорость воздуха в карьере, температурный режим и влажность атмосферы.
Скорость воздуха в карьерах определяется скоростью воздуха на его поверхности и температурным режимом карьеров. При скорости ветра на поверхности более 2 м/с, она определяется энергией ветрового потока. При меньшей скорости
ветра скоростное поле в карьере определяется термическим
фактором. Скорость ветра у земли в среднем возрастает к полудню, затем уменьшается, достигая минимального значения
в ночное время. Существует также годовой ход скорости на поверхности. Скорость воздуха в карьере обычно меньше, чем на
поверхности.
Термические силы, вызываемые прогревом или охлаждением
воздуха, могут существенно изменять скорость воздуха в карьере. При относительно высокой скорости ветра на поверхности
они могут образовывать местные потоки в карьере, горизонтальные скорости в которых достигают 1,5…3 м/с. При небольших
скоростях ветра термические силы могут формировать воздушные потоки в карьере со скоростью 1…1,5 м/с, а в районах Крайнего Севера – до 5…6 м/с. Интенсивное прогревание карьеров
вызывает мощные восходящие потоки, скорость которых достигает 1,5…2,5, а иногда и до 5 м/с.
Температура воздуха в карьерах определяется температурой
воздуха на поверхности, естественным сжатием воздуха, тепло-
7
выделяющими и теплопоглощающими процессами в карьерах и
состоянием его атмосферы. Она изменяется в течение года и суток, и ход ее связан с ходом температуры на поверхности. Наибольшая амплитуда хода наблюдается летом, наименьшая –
зимой в результате резкого снижения солнечной радиации.
Обычно температура воздуха в карьере выше, чем на поверхности, вследствие естественного сжатия, облучения солнцем (инсоляции), а также наличия дополнительных источников тепла.
Она выше у северных бортов и ниже у южных.
Высокая влажность воздуха в карьерах способствует образованию в них тумана и мглы, уменьшающих видимость, затрудняющих ведение работ и ослабляющих инсоляцию бортов, что
в свою очередь снижает конвективный воздухообмен в карьере.
Она может быть выше, чем на поверхности, или ниже и зависит
от конкретных условий. Увеличению влажности способствуют
некоторые мероприятия и технологические процессы, например, использование воды для орошения взорванной массы, отвалов, дорог, для тушения пожаров, применение гидромеханизации и др.
Относительная влажность имеет суточный и годовой ход, понижаясь в дневные часы летом, что связано с увеличением температуры и уменьшением абсолютной влажности из-за вертикального воздушного обмена.
1.3. Пример анализа микроклиматической
и горно-технической характеристики карьера
Для прогноза состава атмосферы необходимо определить скорость и направление ветровых потоков на поверхности карьера,
длительность и повторяемость штилей, затиший, температур
воздуха и почвы, количество выпадающих осадков, относительную влажность воздуха, а также другие метеоданные, характерные для данного района (штиль – голл. stil, безветрие, затишье;
при штиле скорость ветра 0…0,2 м/с. В долинах и котловинах
штили возникают чаще, чем на открытой местности со свободной циркуляцией воздуха. Турбулентность при штиле мала, поэтому во время штиля в приземном слое воздуха могут скапливаться вредные атмосферные аэрозоли).
8
Технологические показатели карьера включают в себя мощность карьера, его геометрические параметры, режим работы в году, сутки, смену, количество и тип буровой, добычной,
вскрышной, транспортной и вспомогательной техники.
Оценка микроклимата заключается в определении интенсивности и направлений ветровых потоков на прилегающей к карьеру поверхности. О направлении ветра выводы делаются по
данным ближайшей метеостанции для среднегодовых и средних значений за зимний, весенний, летний и осенний периоды.
Определяются штилевые периоды, их продолжительность и повторяемость в году, а также в отдельные сезоны.
В целях оценки пылеобразования необходимо произвести
анализ количества выпадающих осадков, их распределение
по сезонам и месяцам, а также рассмотреть динамику изменения относительной влажности воздуха за сутки, месяц, сезон,
год.
Обязательно учитываются метеоявления, характерные только для данной местности, такие как бураны, метели, пыльные
бури, ураганы, вечная мерзлота и т.п.
С учетом метеоусловий в целом делается вывод о факторах,
способствующих или сдерживающих образование и выделение
вредных газов и пыли в атмосферу карьера. Если анализ метеорологических условий показал, что 15…20 % годового времени составляют штили продолжительностью 5…10 ч и еще
15…20 % – со скоростью ветра менее 0,5…0,8 м/с, то даже без
предварительного прогноза состава атмосферы можно сделать
вывод о необходимости применения искусственной вентиляции
либо отдельных зон карьера с высокой концентрацией горных
работ, либо карьера в целом.
Для составления метеохарактеристики месторождения используются данные наблюдений ближайшей метеорологической
станции за последние 10 лет. В случае отсутствия метеостанции
необходимые данные можно взять из геологического отчета по
месторождению или из проектов строительства или реконструкции карьера.
Взаимовлияние влажности воздуха, суточного хода скорости
ветра, повторяемости штилей и температуры воздуха для карьера Аксай приведены в табл. 1.1.
9
Таблица 1.1
Среднегодовые значения параметров микроклимата карьера
Оцениваемый пара-
метр
Влажность
воздуха, %
Скорость
ветра, м/с
Повторяемость штилей, %
Температура
воздуха, °С
Примечание. К – карьер, П – поверхность.
Месяц
I
IV
VII
X
I
IV
VII
X
I
IV
VII
X
I
IV
VII
X
Место
измере-
ния
К 70 69 72 69 66 68 70 71
П 69 68 72 70 67 66 72 73
К 68 71 72 65 58 54 58 66
П 72 74 76 67 61 57 60 67
К 35 37 41 32 25 23 22 28
П 33 37 38 30 23 21 21 27
К 51 54 57 50 39 35 42 48
П 50 52 53 50 40 37 42 48
К 0,9 1,2 1,3 1,5 2 1,6 1,2 1,2
П 2,9 2,9 2,9 3,3 4 3,5 2,7 2,6
К 2 1,8 1,6 2,1 2,8 2,7 2,6 2
П 4,7 4,7 3,5 4,1 4,9 5,2 4,9 4,3
К 1,4 1,2 1,2 1,8 3,1 3,1 3,1 1,9
П 2,7 2,8 3,1 3,4 4,4 4,5 4,3 3
К 1,5 1,3 1,3 1,8 2,8 3 2 1,8
П 3,6 3,7 3,4 3,4 4,8 5,5 4,1 4
К 52 54 49 47 27 35 42 50
П 28 36 35 27 17 18 31 26
К 15 26 23 15 5 6 6 13
П 12 15 25 7 2 4 5 9
К 31 37 41 10 1 1 1 20
П 17 16 18 6 1 0 3 8
К 31 38 42 25 2 3 16 30
П 7 16 17 10 0 0 8 12
К –9,2 –9,7 –9,7 –9,2 –6,3 –6,6 –7,8 –8,7
П –10 –0,7 –0,6 –8,6 –6,6 –7 –8 –8,6
К 8,8 8 7,4 10 12,4 13,9 13,1 11,2
П 8,4 7,5 7,5 10,1 12,2 13,5 12,8 11,9
К 23,2 21,3 20,2 24,7 27,9 29,2 28,9 26
П 22,8 21,2 20,2 24,0 28 29,1 28,5 25,4
К 8,9 7,8 7,1 9,6 12,9 14,2 12,4 10
П 8,9 8 7,5 9,6 12,7 13,9 12 9
01 04 07 10 13 16 19 22
Часы суток
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]