Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Аэрология карьеров. Практикум

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 77

1) если отвод тепла от воздуха небольшой, то температура его с глубиной может увеличиваться, но медленнее, чем при адиабатическом состоянии, описываемом линией 1; эпюра температуры при этом будет изображаться линией 3, более крутой, чем линия 1;

2) если отвод тепла равен его количеству, получаемому воздухом при естественном сжатии, температура воздуха с глубиной изменяться не будет (изотермический процесс); эпюра температуры будет изображаться линией 4, параллельной оси 0Z;

3) наконец, возможен случай весьма сильного охлаждения воздуха, когда отвод тепла превышает его генерацию при сжатии. Эпюра температуры в этом случае будет описываться линией 5, наклон которой противоположен наклону линий 1, 2 и 3.

Линии 1, 2, 4 и 5 (см. рис. 5.1) характеризуют определенную температурную стратификацию атмосферы. Линия 1, соответствующая адиабатическому состоянию атмосферы, при котором окружающая среда не отдает тепло воздуху и не получает ее от последнего, характеризует адиабатическую стратификацию; линия 2, направленная более полого вследствие дополнительного нагрева воздуха внешними источниками тепла, характеризует сверхадиабатическую стратификацию; линия 4 – отсутствие стратификации (т.е. отсутствие горизонтальных слоев воздуха с разной температурой); линия 5 – инверсионную стратифика- цию, т.е. изменение температуры в обратном порядке по сравнению с адиабатическим.

Каждый случай температурной стратификации атмосферы (см. рис. 5.1) можно характеризовать углом наклона соответствующей линии распределения температуры в вертикальной плоскости или, что практически то же, вертикальным градиентом температуры Г. В связи с тем что фактические эпюры температуры, как правило, имеют криволинейный (кривая 6 на рис. 5.1) или даже ломаный вид, то угол их наклона к горизонту (температурный градиент) будет меняться от точки к точке. В этом случае градиент в точке Г = ∂t / ∂z.

Однако при метеорологическом контроле определяют средний температурный градиент для слоя воздуха конечной толщины ∆z. Если ∆z = z2 – z1 (см. рис. 5.1) и глубине z1 соответствует температура t1, а глубине z2 – t2, то средний температурный градиент для слоя воздуха толщиной ∆z

Г = (t

– t1) / (z2 - z1) = ∆t / ∆z. (5.1)

Как правило, для общей характеристики состояния атмосферы в карьере определяют средний температурный градиент для слоя «поверхность – дно» и относят его при этом к 100 м глубины карьера. Расчет Г (°С / 100 м) проводят по формуле

Г = 100 ⋅ ∆t / Н, (5.2)

где ∆t – разность температур воздуха на дне карьера и на поверх-

ности;

Н – глубина карьера, м.

Вычисленное по формуле (5.2) значение Г показывает, на сколько градусов изменяется температура воздуха в карьере при опускании на 100 м по вертикали.

Температурный градиент, определенный для адиабатической стратификации атмосферы, называется адиабатическим, для сверхадиабатической стратификации – сверхадиабатическим, для изотермической стратификации – изотермическим и для инверсионной стратификации – инверсионным.

Значения Г, отнесенные к 100 м глубины карьера, для основных состояний атмосферы приведены ниже.

Вертикальный температурный градиент на 100 м глубины карьера:

сверхадиабатический >1,0

адиабатический для сухого воздуха 1,0

адиабатический для влажного воздуха 0,6

изотермический 0,0

инверсионный <0,0

При сверхадиабатической стратификации атмосферы температура воздуха увеличивается более чем на 1 °С на каждые 100 м глубины карьера, при адиабатической на 1 °С, при инверсионной она уменьшается.

Абсолютные значения Г находятся в достаточно больших пределах. Абсолютные величины вертикальных инверсионных градиентов температуры воздуха карьеров Кольского полуострова представлены в табл. 5.1.

При адиабатическом и в большей степени при сверхадиабатическом распределении температуры воздуха в карьере (неустойчивое состояние) хорошо развиты конвективные процессы и обеспечивается относительно хорошее естественное проветривание его атмосферы. При изотермическом распределении естествен-

ное проветривание затруднено. При инверсионном состоянии (устойчивое состояние) конвективные процессы отсутствуют, естественное проветривание карьерного пространства, как правило, невозможно.

Таблица 5.1

Инверсионные градиенты, наблюдающиеся

в карьерах Кольского полуострова

Карьер

Железный ОАО «Ковдорский ГОК» –2,1 –6,7 Оленегорский ОАО «ОЛКОН» –1,9 –4,2 Центральный ГМК «Печенгани-

кель» Центральный ОАО «Апатит» –2,7 –5,7 Коашвинский ОАО «Апатит» –3,4 –8,6 Ньоркпахкский ОАО «Апатит» –2,9 –7,3

Градиент сред-

ний, °С/100 м

–2,4 –5,6

Градиент макси-

мальный, °С/100 м

В табл. 5.2 приведена классификация состояний атмосферы в карьерах по ее опасности и эффективности естественного рассеивания вредных примесей.

Турбулизация атмосферы также является важным фактором, влияющим на интенсивность очистки атмосферы карьера. Способствуя перемешиванию воздуха, она обеспечивает более быстрое удаление вредностей от рабочих мест, рассеивание их в воздушном пространстве и в конечном счете удаление из карьера.

Действие термических сил в атмосфере карьера при различных температурных градиентах характеризуется следующим ее состоянием:

1) сверхадиабатический градиент (Г > 1 °С на 100 м): интенсивные конвективные потоки, высокая термическая турбулизация атмосферы;

2) адиабатический градиент (Г = 1 °С на 100 м): безразличное равновесие, термическая турбулизация отсутствует;

3) изотермический градиент (Г = 0 °С на 100 м): инверсионные потоки. Термические силы затрудняют турбулизацию;

4) инверсионный градиент (Г < 0 °С на 100 м): инверсионные потоки приводят к заполнению карьера холодным воздухом. Термические силы вызывают затухание турбулентности.

Таблица 5.2

примесей

в карьере

Эффективность выноса

рассеивание примесей

Факторы, определяющие

градиента

Хорошее

Хорошее и удовлетво-

рительное

Удовлетворительное

или неудовлетвори-

тельное

В основном конвектив-

ные (тепловые), в мень-

шей степени ветровые

потоки

В основном ветровые по-

токи

В основном диффузи-

онные, в малой степени

ветровые потоки хао-

тичного направления.

Температурные условия

Г, °С/100 м

Неопасное Более 1

Неопасное 0,6–1

Угрожающее 0–0,6

Неудовлетворительное

затрудняют воздухообмен

Диффузионные потоки.

Температурные условия

затрудняют воздухообмен

Опасное Менее 0

Классификация состояния атмосферы по условиям выноса вредных примесей

по устойчивости по опасности

Характеристика состояния атмосферы Величина

№

п/п

Неустойчивое (сверх-

адиабатическое)

Равновесное, безразлич-

ное (адиабатическое)

Устойчивое (изотерми-

ческое или близкое к

нему)

1 2 3 4 5 7

Очень устойчивое (ин-

версионное)

Порядок выполнения задания

1. Рассчитать по формуле (5.2), используя исходные данные табл. 5.3, градиенты температуры для следующих слоев воздуха в карьере:

– «поверхность карьера – промежуточный уступ», – «промежуточный уступ – дно карьера», – «поверхность карьера – дно карьера».

2. Отобразить указанные расчеты градиентов на графике, аналогичном представленному на рис. 5.1 (абсцисса 0t, ордината 0Z).

3. На основании расчетов и графиков (пп. 1 и 2) охарактеризовать для каждого слоя и для всех периодов температурную стратификацию в карьере.

4. Для всех периодов по результатам расчетов градиентов дать оперативный анализ возможной обстановки с загрязнением карьера.

Таблица 5.3

Исходные данные для выполнения задания

Вари-

Точка замера тем-

ант

пературы воздуха

1 2 3 4 5 6 7

П 0 –20 0 15 2

ПУ 300 –20 2 18 3

Д 500 –23 –1 19 6 П 0 –16 2 22 5

ПУ 200 –18 4 25 6

Д 400 –15 8 25 10 П 0 –10 3 20 3

ПУ 100 –11 5 19 2

Д 400 –10 10 19 –2 П 0 –2 0 21 5

ПУ 200 0 –1 24 7

Д 600 –1 –2 30 8 П 0 –9 0 16 0

ПУ 100 –7 2 18 –2

Д 300 –4 3 20 –3 П 0 –18 5 18 4

ПУ 300 –17 9 20 7

Д 550 –20 12 22 9

Расстояние от по-

верхности карьера

Температура воздуха, °С

15.01 15.04 15.07 15.10

Окончание табл. 5.3

Вари-

дно карьера.

ния представленных в таблице данных.

Точка замера тем-

пературы воздуха

ант

1 2 3 4 5 6 7

П 0 –12 10 22 7

Примечания. П – поверхность карьера, ПУ – промежуточный уступ, Д –

Преподаватель может по своему усмотрению заменить числовые значе-

ПУ 200 –12 13 25 9

Д 450 –10 15 25 12

П 0 –9 2 23 5

ПУ 100 –7 1 24 7

Д 400 –3 –1 28 6

П 0 –13 2 19 3

ПУ 200 –10 4 19 2

Д 550 –6 8 16 5

П 0 –16 5 24 7

ПУ 150 –18 6 25 6

Д 300 –19 9 27 8

Расстояние от по-

верхности карьера

Температура воздуха, °С

15.01 15.04 15.07 15.10

Контрольные вопросы

1. Назовите основные источники нагревания и охлаждения

воздуха в карьере.

2. Что такое вертикальная температурная стратификация

в карьере?

3. Укажите виды температурной стратификации.

4. Что такое температурный градиент?

5. Какие вы можете назвать виды температурных градиентов

и укажите их возможные числовые значения.

6. При какой вертикальной температурной стратификации в карьере наблюдаются наиболее плохие процессы с точки зрения его проветривания и почему?

7. Охарактеризуйте состояние проветривания карьеров при различной температурной стратификации.

8. Как изменяется с глубиной температура в карьере при адиабатической стратификации?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Аэрология карьеров: Практикум / Н.О. Каледина, В.Д. Коса-

рев, А.С. Кобылкин, Д.А. Мещеряков. – М.: МГГУ, 2012. – 65 с.

Зорин А.В. Прогноз состояния атмосферы в карьерах: Автореф. дисс. … канд. геогр. наук / РАН, Кольский научный центр, Горный институт. – СПб., 2006. – 20 с.

Конорев М.М., Нестеренко Г.Ф., Павлов А.И. Вентиляция и пылегазоподавление в атмосфере карьеров. – Екатеринбург: УрО РАН, 2010. – 440 с.

Куликов В.П., Рогалис Ю. П. Проветривание угольных разрезов. – М.: Недра, 1973. – 224 с.

Никитин В.С., Битколов Н.З. Проветривание карьеров. – М.: Недра, 1975. – 256 с.

Рогалев В.А. Нормализация атмосферы горнорудных предприятий. – М.: Недра, 1993. – 240 с.

Силаев В.В. Методические указания по практическим занятиям по аэрологии карьеров с использованием ЭВМ. – М.: МГИ,

1987. – 32 с.

Ушаков К.З., Груничев Н.С., Архипов Н.А. Основы проектирования вентиляции горных предприятий. – Иркутск: Изд-во ИГТУ, 2006.

Ушаков К.З., Михайлов В.А. Аэрология карьеров: Учеб. для вузов. – М.: Недра, 1985. – 272 с.

Филатов С.С. Вентиляция карьеров. – М.: Недра, 1981. – 206 с.

Учебное издание

Каледина Нина Олеговна Драгунский Олег Наумович Кобылкин Сергей Сергеевич

АЭРОЛОГИЯ КАРЬЕРОВ

Практикум

Редактор И.Е. Оратовская

Компьютерная верстка А.Л. Бабабекова

Подписано в печать 17.02.20 Уч.-изд. л. 4,25

Формат 60 × 90

Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», 119049, Москва, Ленинский пр-т, 4

Издательский Дом НИТУ «МИСиС», 119049, Москва, Ленинский пр-т, 4 Тел. 8 (495) 638-44-06

Отпечатано в типографии Издательского Дома НИТУ «МИСиС», 119049, Москва, Ленинский пр-т, 4 Тел. 8 (495) 638-44-16, 8 (495) 638-44-43

Электронная версия

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 77

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]