Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Аэрология карьеров. Практикум
.pdf
а – коэффициент структуры струи (а = 0,06–0,08 для винтов
противовращения, а = 0,09 для одинарных винтов);
D – диаметр винта вентилятора, м.
Средняя скорость воздуха, м/с, в поперечном сечении струи
U
Расход воздуха, м
Q
где Q
– расход воздуха в начальном сечении струи, м3/с.
0
3
4,36 ⋅ Q0 ⋅ (a ⋅ X / D + 0,145), (4.3)
вен =
Дальнобойность струи L
L
где U
= D ⋅ (0,095 ⋅ (U
x
– средняя скорость воздуха в конечном сечении струи
к ср
= 0,2 ⋅ Um, (4.2)
cp
/с, в произвольном сечении струи
, м, мопределяется по формуле
x
0 ср
/ U
к ср
0,5
) ⋅ b
– 0,145) / a, (4.4)
(для горизонтальных и вертикальных струй принимается
равной 0.6 м/с).
Диаметр струи D
, м, на расстоянии X от начального сечения
x
равен
D
= 6,8 ⋅ a ⋅ X + D, (4.5)
x
где D – диаметр винта вентилятора, м.
Рассчитаем потребное количество вентиляторных установок
для нормализации состояния атмосферы карьера, учитывая, что
расчеты проводятся для безветренной погоды (штиля) или очень
низких скоростях ветра на поверхности (до 1 м/с) по формуле
N = (∆Q / Q
) ⋅ Kд, (4.6)
венв
где ∆Q – дефицит (избыток) воздуха для нормализации его состо-
яния на рабочих горизонтах карьера, м
Q
– расход воздуха в струе, создаваемой вентилятором на
венв
3
/с;
выходе за пределы выработанного пространства, м3/с;
Kд – коэффициент, равный 0,1, учитывающий неравномер-
ность распределения вредностей в выработанном пространстве.
Зависимости (4.1), (4.3), (4.4), (4.5) используются для изотермического состояния атмосферы карьера. Для адиабатического
состояния результаты, полученные по этим зависимостям, необ-
51
ходимо умножить на отношение Tд / Tп, при инверсионном – на
коэффициент K
T
T
K
– температура воздуха на дне карьера, К;
д
– температура воздуха на поверхности карьера, К;
п
– безразмерный коэффициент, учитывающий замедле-
γ
(табл. 4.1), где
γ
ние движения воздушного потока при инверсии температуры в зависимости от значения температурного градиента Г,
°C/100 м (табл. 4.1).
Таблица 4.1
Коэффициент K
Г –1 –2 –3 –4 –5 –6 –7 –8 –9 –10
Вертикальная струя (естественный и искусственный потоки)
0,9 0,85 0,68 0,55 0,487 0.5 0,483 0,48 0,48 0,48
K
γ
Горизонтальная струя (естественный и искусственный потоки)
0,95 0,9 0,79 0,73 0,7 0,68 0,68 0,68 0.66 0,65
K
γ
γ
Эффективность искусственной вентиляции после взрыв-
ных работ оценивается по времени проветривания, мин, кото-
рое определяется по следующему выражению:
t = [K
/ (4.3 ⋅ 10–5 ⋅ (4 ⋅ Uб – 0,002 ⋅ А+15) ⋅ С
ВВ
ПДК
0,4
)]
⋅ В ⋅ n/m, (4.7)
где t – время проветривания участка взорванного блока, мин;
K
– коэффициент, учитывающий тип ВВ или их смесь
ВВ
(табл. 4.2);
Uб – скорость ветра (воздушного потока) в районе взорванно-
го блока, м/с (при естественном проветривании она принимается 1/3 средней скорости ветра на поверхности, при искусственной вентиляции рассчитывается по выражениям (4.1) и
(4.2));
А – количество взрываемого ВВ, т;
С
– допустимая концентрация вредности, мг/м3;
ПДК
В – коэффициент, учитывающий снижение времени прове-
тривания участка, расположенного на некотором расстоянии
от блока:
В = 0,84 ⋅ ехр(–0,006 ⋅ L
L
– расстояние от участка до взорванного блока, м;
б
б
В = 1 – на взорванном блоке;
52
); (4.8)
n – коэффициент условий взрывания (для траншеи n = 1,4;
для уступа n = 1);
m – коэффициент проветривания, для центра взорванного
блока m = 1, а для подветренной и наветренной сторон соответственно m =1,3 и m = 2,3.
Таблица 4.2
Значения коэффициента KВВ для различных ВВ,
применяемых на карьере
Тип ВВ Значение коэффициента
Граммонал А-45
Граммонал А-8
Гранулит АС-8
Аммонал водоустойчивый
Гранулит АС-4
Аммонит N 6 ЖB
Граммонит 79/21
Граммонит 50/50-В
Граммонал А-50
Гранулит М
Игданит
Гранулотол
Граммонит 30/70-В
0,79
0,80
0,89
0,90
0,98
1,00
1,00
1,01
1,08
1,13
1,13
1,20
1,26
Расчет необходимой скорости потока воздуха, м/с, в труднопроветриваемой зоне производится по формуле
U = G ⋅ (1 – µ) / (С
⋅ S), (4.9)
ПДК
где G – интенсивность выделения вредности, мг/с;
µ – коэффициент эффективности средств пылеподавления и
пылеулавливания для данного оборудования;
С
– ПДК вредности, мг/м3;
ПДК
S – площадь забоя, м2.
Расстояние вентиляторной установки от забоя, м, определяется по следующей формуле:
X
= D ⋅ (0,2 ⋅ (0,48 ⋅ U
вент
0ср
0,5
⋅ b
)) / (a ⋅ Ucp) – 0,145 ⋅ D / a. (4.10)
Карьерные вентиляторы принимаются только те, которые выпускаются серийно или прошли промышленные испытания. На
сегодня серийно изготавливается установка для местного проветривания УМП-1, или УМП-1A(Б), создающая горизонтальные
53
струи, которые в вертикальной плоскости могут иметь наклон
до 15° (вверх – вниз), в горизонтальной до 45° (влево – вправо).
Прошли промышленные испытания УМП-14 и УМП-21, создающие вертикальные струи (табл. 4.3). В карьерах вытянутой формы могут применяться установки НК-12КВ.
Схемы вентиляции выбираются следующим образом. Используя зависимости (4.1) и (4.2), определяется расстояние, на
котором должна располагаться вентиляторная установка, создающая горизонтальную или слабонаклонную струю. Направление движения струи выбирается исходя из размещения горно-транспортного оборудования и людей таким образом, чтобы
загрязненный воздух выходил за пределы выработанного пространства, минуя места их расположения. Если одна установка,
например УМП-1, не сможет по своим параметрам справиться с
такой задачей, то необходимо применять установки, создающие
вертикальные струи, которые будут выполнять функции воздуховыдающих стволов и к которым загрязненный воздух будет
подаваться установками, создающими горизонтальные или слабонаклонные струи (УМП-1 или более мощный вентилятор HKI2KB, который в относительно неглубоких карьерах при углах
наклона бортов до 20° может выдавать загрязненный воздух за
пределы выработанного пространства). Установки работают в режиме повторно-кратковременного включения (10…12 мин на час
работы карьера). В любом случае, на основании этих или аналогичных расчетов и учитывая действующие правила и нормы охраны труда, решение о количестве и схемах работы искусственной вентиляции закрепляется в соответствующих проектах и
планах предприятия.
Таблица 4.3
Основные параметры карьерных вентиляторов
Установ-
ка
УМП-1 Дизель 3,6 240 24 368
УМП-14 Электрический 14,5 1050 7,2 320
УМП-21 Электрический 21 2520 8,15 1000
НК-12КВ Газотурбинный 5,6 1680 61 11 000
Примечание. Струи, создаваемые указанными вентиляторами, – изотермические.
54
Тип двигателя
Началь-
ный диа-
метр, м
Началь-
ный рас-
ход, м3/с
Начальная
скорость,
м/с
Мощ-
ность, кВт
4.2. Контрольный пример расчета
искусственной вентиляции карьера
Направление вентиляционных струй, выдающих загрязненный
воздух за пределы карьера, выбираем вертикальное или с наклоном в сторону нерабочего борта. Вентиляторы расположим в зоне
добычных работ на глубине 200 м. Рассмотрим возможности вентиляторов, создающих вертикальные струи – УМП-14 и УМП-21.
Определяем дальнобойность УМП-14 (формула (4.4)):
L
= 14,5 ⋅ (0,095 ⋅ (7,2 / 0,6) ⋅ 0,9 – 0,145) / 0,09 = 142 м,
X
где D = 14,5 м; U
= 7,2 м/с; U
0 ср
= 0,6 м/с; b
к ср
Струя не выйдет за пределы выработанного пространства.
Аналогично определяем дальнобойность УМП-21 (формула
(4.4)):
L
= 21 ⋅ (0,095 ⋅ (8,15 / 0,6) ⋅ 0,9 – 0,145) / 0,09 = 237 м.
X
Таким образом, при расположении вентиляторов на глубине
200 м необходимо использовать УМП-21.
Определяем диаметр струи на выходе из карьера (формула
(4.5)):
D
= 6,8 ⋅ 0,09 ⋅ 200 + 21 = 143,4 м,
Х
где X = H
= 200 м – глубина карьера; a = 0,09; D = 21м.
к
Определяем расход воздуха одного вентилятора УМП-21 на
выходе из выработанного пространства (формула (4.3)):
0,5
= 0,09.
Q
= 2520 м3/с,
0
Q
= 4,36 ⋅ 2520 ⋅ (0,09 ⋅ 200/21 + 0,145) = 11 011 м3/с,
венв
где Q
= 2520 м3/с.
0
Определяем необходимое количество вентиляторов (формула
(4.6)):
N = (59 000/11 011) ⋅ 0,1 = 0,56 шт.,
где ∆Q = 59 000 м
3
/с; Kд = 0,1.
Принимаем одну установку УМП-21.
Количество вентиляторов УМП-1 определяется по количеству
добычных экскаваторов, буровых станков, а также по количе-
55
ству пунктов перегрузки. УМП-1 подают загрязненный воздух к
установке УМП-21, которая выдает загрязненный воздух за пределы выработанного пространства карьера.
Расчет времени проветривания блока после взрывных ра-
бот с помощью установки УМП-1 производится по пыли по за-
висимости (4.7):
t = [1,13/(4,3 ⋅ 10
–5
⋅ (4 ⋅ 4,2 – 0,002 ⋅ 200 + 15) ⋅ 4)]
0,4
⋅1⋅1/1 = 9,1 мин,
где K
= 1,13; Uб = 4,2; А = 200 т; С
ВВ
= 4 мг/м3; В = 1; n = 1;
ПДК
m = 1.
Рассчитаем необходимую скорость потока воздуха в труд-
нопроветриваемой зоне (забой роторного экскаватора), см. фор-
мулу (4.9):
U = 11 000 ⋅ (1 – 0,4) / (4 ⋅ 400) = 4,1 м/с,
где G = 11 000 мг/с; µ = 0,4; С
= 4 мг/м3; S = 400 м2.
ПДК
Предварительные расчеты показали, что установка УМП-1
не позволяет осуществить проветривание забоя роторного экскаватора, поэтому к расчету принимаем более мощную установку
НК-12КВ, также создающую горизонтальные струи. Расстояние
вентиляторной установки от забоя определим по формуле (4.10):
X
= 5,6 ⋅ (0,2 ⋅ (0,48⋅61⋅0,9)) / (0,07⋅4,1) – 0,145 ⋅ 5,6/0,07 = 92 м,
вент
где U = U
= 4,1 м/с; a = 0,07.
cp
Таким образом, проделанные расчеты показали необходимость применения на карьере при штиле для общеобменной вентиляции одной установки УМП-21, установок УМП-1 для местной вентиляции и установки НК-12КВ для проветривания забоя
роторного экскаватора. В целом указанные установки смогут
гарантировать при указанных метеоусловиях создание нормальных условий труда по запыленности и загазованности для работающих в карьере.
Как известно из Правил безопасности, допуск работников на
рабочие места после массовых взрывов разрешается после получения руководителем взрыва сообщения от аварийно-спасательного формирования о снижении концентрации ядовитых продуктов взрыва в воздухе до санитарных норм, но не ранее чем
через 30 мин после взрыва, рассеивания пылевого облака и пол-
56
ного восстановления видимости, а также осмотра мест взрыва
ответственным лицом.
Следовательно, полученное в результате расчетов время проветривания блока после взрывных работ является вполне приемлемым.
4.3. Варианты заданий
Задания:
1. Определить необходимость применения искусственной вентиляции и сделать расчеты для карьера при штиле для общеобменной вентиляции и определить количество конкретных вентиляторов для общеобменной и их тип для местной вентиляции
(см. параграфы 4.1 и 4.2).
2. Определить время искусственной вентиляции при массовом взрыве.
3. Выполнить расчет искусственной вентиляции для труднопроветриваемой зоны карьера.
4. При выполнении п. 3 определить дополнительно и расстояние вентиляторной установки от забоя при инверсионном градиенте температуры Г = –2 °C / 100 м.
Расчеты делаются по данным параграфов 4.1 и 4.2. На основе
расчетов сделать выводы. Исходные данные для расчетов представлены в табл. 4.4.
Контрольные вопросы
1. В чем разница между общеобменной и местной вентиляци-
ей на карьере?
2. Расскажите об установке УМП-1.
3. Как сказывается инверсионное состояние атмосферы ка-
рьера на работу искусственной вентиляции?
4. Какие вентиляторные установки создают вертикальные
струи?
5. Какие вентиляторные установки создают горизонтальные
струи?
6. Каковы особенности распространения неизотермических
струй в карьерах?
7. Какие вы знаете вентиляторные установки на базе авиаци-
онной техники?
8. Какие вы знаете тепловые вентиляторные установки для
проветривания карьеров?
57
Таблица 4.4
Номер варианта
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Исходные данные для выполнения задания
Обозначе-
Наименование
/с 50000 48000 40000 42000 46000 52000 51000 49000 47000 45000
3
ние
∆Q, м
параметров
, м 210 190 180 160 140 135 205 185 195 215
к
А, т 205 190 250 240 235 220 200 245 230 225
420 460 440 380 360 480 410 430 400 450
2
S, м
Примечание. Недостающие данные берутся из материалов параграфов 4.1 и 4.2.
Количество взрываемо-
го ВВ
Площадь забоя ротор-
Дефицит воздуха для
нормализации его со-
стояния
Глубина карьера H
ного экскаватора
58
Практическая работа 5
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОЙ
СТРАТИФИКАЦИИ АТМОСФЕРЫ КАРЬЕРА
НА УСЛОВИЯ ВЫНОСА ВРЕДНЫХ
ПРИМЕСЕЙ
Как известно, при отсутствии ветра (штиле) или малой его
скорости на поверхности, движение воздуха в карьере формируется под действием термических сил. Это действие во многом
определяется распределением температуры воздуха по глубине
карьера. Именно поэтому целью работы является формирование у студентов навыков определения конкретного состояния
атмосферы карьера и оперативной оценки влияния термических
сил на возможность ее загрязнения.
В общем случае воздух в карьере может как нагреваться, так
и охлаждаться. Основными источниками нагревания воздуха
являются его естественное адиабатическое сжатие вышележащими слоями воздуха, инсоляция поверхности карьера, пожары и другие окислительные процессы, эндогенное тепло горных
пород. Тепловыделение от этих источников приводит к увеличению температуры воздуха в карьере с глубиной его разработки.
Однако при холодной поверхности карьеров или в безветренную
погоду, когда на поверхности начинается потепление, а карьер
еще заполнен массами тяжелого холодного воздуха, возможно понижение его температуры с увеличением глубины. Воздух
может также охлаждаться холодными поверхностями карьера,
снежным покровом.
Адиабатическое сжатие воздуха, не насыщенного паром, при
опускании в карьер вызывает увеличение его температуры примерно на 1 °С на каждые 100 м вертикальной высоты. Адиабатическое сжатие является по сути основной причиной увеличения
температуры воздуха в карьере по сравнению с поверхностью.
Воздух, заполняющий карьер, можно условно представить разделенным на сравнительно тонкие горизонтальные слои с постоянной температурой. При такой схеме температура воздуха будет
изменяться скачками от слоя к слою. Чем тоньше слои, тем ближе условный ступенчатый профиль температуры будет к истинному, плавно изменяющемуся. Поэтому, несколько схематизируя
59
явление вертикального изменения температуры воздуха по глубине карьера, говорят, что в этом случае происходит вертикальная
температурная стратификация (от лат. stratum – настил)
или температурное расслоение атмосферы карьера.
В неподвижной атмосфере, к которой нет подвода и отвода
тепла (адиабатическое состояние), температура воздуха увеличивается с глубиной вследствие естественного сжатия нижележащих слоев воздуха. Эпюра температуры в вертикальной плоскости в этом случае изображается линией 1 (рис. 5.1), которая
характеризует безразличное равновесие атмосферы. Безразлич-
ным равновесием называется такое состояние атмосферы, когда в ней отсутствуют как вертикальные перемещения объемов
воздуха, так и силы, которые могут их вызвать.
Рис. 5.1. Эпюры изменения температуры воздуха в карьере
при различной температурной стратификации атмосферы
В том случае, когда дно и борта карьера отдают теплоту воздуху, температура с глубиной будет увеличиваться быстрее, чем
в состоянии безразличного равновесия (линия 2), поскольку воздух получает тепло не только от сжатия, но еще и от теплых поверхностей карьера.
При охлаждении воздуха с глубиной эпюра температуры будет описываться линиями, располагаемыми более круто к оси
0t, чем линия 1. Это означает, что тепло, генерируемое в воздухе
при естественном его сжатии, расходуется на нагрев холодных
поверхностей карьера. При этом возможны следующие три основных случая:
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]