Интенсификация естественного воздухообмена в карьерах

3.3.3. Искусственная  вентиляция карьеров

 
 
Все существующие способы искусственной  вентиляции карьеров делятся на два  класса – способы интенсификации естественного воздухообмена и  способы собственно искусственной  вентиляции. 
 
К способам интенсификации естественного воздухообмена относятся:

1.  
   выбор правильной ориентации карьера в плане;
2.  
   выбор наиболее рациональных по фактору проветривания размеров карьера (углов откоса бортов, глубины, размеров в плане);
3.  
   создание на поверхности у карьеров искусственных сооружений, повышающих скорость ветра и турбулизирующих ветровой поток;
4.  
   изменение окраски обнажений горных пород на поверхностях карьера;
5.  
   аккумуляция тепла в специальных емкостях;
6.  
   использование глубинного тепла горных пород.

 
Для интенсификации воздухообмена  в карьере следует его длинную  ось в плане ориентировать  по направлению господствующего  ветра. 
 
На воздухообмен в карьере влияют его геометрические размеры. Интенсивность воздухообмена определяется отношением глубины карьера Н к его длине в направлении действия ветра L. Чем меньше это отношение, тем более плоским и легко проветриваемым 0,2 –<Н/L<0,1 карьеры относятся к мелким, при 0,1£является карьер. При Н/L 0,3 все нижние горизонты³0,2 – глубоким. При Н/L³средней глубины, при Н/L карьера находятся в зоне рециркуляции. 
 
Уменьшение угла откоса и скругление верхней части борта способствует уменьшению рециркуляции. 
 
Для повышения скорости и турбулизации ветрового потока на поверхности перед карьером с наветренной стороны возводят отвалы (или здания) или устанавливают специальные воздухо-направляющие щиты на верхней бровке борта. 
 
Изменение окраски поверхностей карьера достигается путем нанесения слоя асфальта, битума и т.п. При этом дополнительное прогревание воздуха происходит за счет повышения поглощающей способности темных покрытий и аккумуляцией в них дополнительного количества тепла. 
 
Аккумуляция тепла в специальных резервуарах (металлические баки с водой) используется для уменьшения опасности появления ночных инверсий. При этом вода, прогревающаяся днем, отдает тепло воздуху в ночное время. 
 
Для использования глубинного тепла горных пород на некотором расстоянии от поверхности проводятся подземные выработки, по которым пропускается атмосферный воздух. При контакте со стенками выработок воздух нагревается и при поступлении в карьер интенсифицирует его проветривание. 
 
Следует отметить, что эффективность рассмотренных выше способов интенсификации естественного воздухообмена в карьерах невелика. 
 
К собственно искусственной вентиляции относятся:

1.  
   вентиляция с помощью труб и выработок;
2.  
   вентиляция свободными струями, создаваемыми специальными вентиляционными установками (изотермические и неизотермические струи);
3.  
   вентиляция свободными струями, создаваемыми источниками тепла (конвективными струями).

 
Изотермическими называются свободные  струи, температура которых равна  температуре окружающего воздуха. Неизотермическими называются свободные  воздушные струи, температура которых  отличается от температуры окружающего  воздуха. 
 
Конвективными называются струи, создаваемые свободно- поднимающимися массами нагретого воздуха. 
 
Схемы проветривания с помощью труб и выработок представлены на рис. 3.17. В таких схемах, как правило, используется нагнетательный способ проветривания. В целом этот способ проветривания малоэффективен из-за ограниченности подачи воздуха по воздухопроводам. Кроме того, требуется значительные затраты на проведение выработок. 
 
 
Рис. 3.17. Схемы искусственного проветривания карьеров: 
а – с применением труб;  
б – с использованием выработок 
 
 
Вентиляция карьеров свободными струями (изотермическими и неизотермическими) осуществляется:

•  
  вентиляторами (шахтными и специальными карьерными типа ПВУ-6) – для местного проветривания;
•  
  установками на базе авиационной техники (турбовинтовых и турбореактивных авиадвигателей, несущих винтов вертолетов) – для местной и общеобменной вентиляции.

 
Изотермические струи создаются  установками небольшой мощности на базе вентиляторов или авиационных  винтов, неизотермические – мощными  установками на основе турбовинтовых  и турбореактивных двигателей. 
 
Нагрев конвективных струй, используемых для искусственной вентиляции карьеров, производится путем сжигания топлива в специальных устройствах (рис. 3.18.б). 
 
Различают местную и общеобменную искусственную вентиляцию карьеров. Местная вентиляция применяется при местных загрязнениях и незначительных объемах загрязнений. 
 
Схемы общеобменной вентиляции (проветривается весь объем карьера) представлены на рис. 3.18. 
 
 
 
 
Рис. 3.18. Схема общеобменной вентиляции карьеров: 
а – вентиляторной установкой; б – тепловой установкой 
 
^

3.3.4. Порядок проектирования  вентиляции карьеров

 
 
Проектирование вентиляции карьеров включает в себя следующие этапы:

1.  
   Оценка природных условий в районе заложения карьера.
2.  
   Выбор технологии, механизации и геометрических параметров карьера по фактору вентиляции.
3.  
   Определение параметров естественного проветривания.
4.  
   Определение количества вредностей, поступающих в атмосферу карьера.
5.  
   Определение периодов, требующих интенсификации воздухообмена в карьере.
6.  
   Выбор средств интенсификации естественного проветривания карьера.
7.  
   Определение периодов, требующих искусственной вентиляции.
8.  
   Определение количества воздуха для вентиляции карьера.
9.  
   Выбор вентиляционных установок, мест их расположения.
10.  
    Оценка эффективности работы вентиляционных установок.
11.  
    Оценка экономической эффективности искусственной вентиляции.

ЛИТЕРАТУРА

 
 
Основная:

1.  
   Аэрология горных предприятий. / Под ред. К.З. Ушакова. М.: Недра, 1987.
2.  
   Битколов Н.З. Аэрология карьеров. / Н.З. Битколов, И.И. Медведев. М.: Недра, 1992.
3.  
   Каледина Н.О. Вентиляция производственных объектов. М.: Изд-во МГУ, 1998.

 
Дополнительная:

4.  
   Денисова Л.В. Основы расчета и проектирования промышленной вентиляции. Л.: Изд-во ЛГИ, 1988.
5.  
   Единые правила безопасности при дроблении, сортировке, обогащении полезных ископаемых и окусковании руд и концентратов. М.: НПО ОБТ, 1993.
6.  
   Калмыков А.В. Промышленная вентиляция на обогатительных и брикетных фабриках. М.: Недра, 1980.
7.  
   Рудничная вентиляция. Справочник. / Под ред. К.З. Ушакова. М.: Недра, 1988.

СОДЕРЖАНИЕ

 
ВВЕДЕНИЕ 3 
 
Раздел I. АТМОСФЕРА ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ 4 
 
1.1. Атмосферный воздух 4 
 
1.2. Ядовитые газообразные примеси воздуха 5 
 
1.3. Взрывчатые газы 6 
 
1.4. Взрывчатая пыль 10 
 
1.5. Климатические условия 14 
 
Раздел II. АЭРОМЕХАНИКА И АЭРОДИНАМИКА 
^ ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ 17 
 
2.1. Основные физические свойства воздуха, 
определяющие его движение по воздуховодам 17 
 
2.2. Давление воздуха и депрессия 18 
 
2.3. Основные законы аэродинамики 19 
 
2.4. Режимы движения воздуха и типы воздушных потоков 22 
 
2.5. Аэродинамическое сопротивление 23 
 
2.5.1. Закон сопротивления 23 
 
2.5.2. Виды сопротивлений 23 
 
2.5.3. Единицы сопротивления 27 
 
2.5.4. Аэродинамическая характеристика сети 27 
 
2.5.5. Аэродинамическое сопротивление системы воздухопроводов 27 
 
Раздел III. ВЕНТИЛЯЦИЯ ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ 30 
 
3.1. Вентиляция шахт и рудников 30 
 
3.1.1. Естественная тяга 30 
 
3.1.2. Шахтные вентиляторы 32 
 
3.1.3. Способы и схемы проветривания шахт (рудников) 36 
 
3.1.4. Проветривание тупиковых выработок при их проведении 38 
 
3.1.5. Проектирование вентиляции 40 
 
3.2. Вентиляция производственных помещений 41 
 
3.2.1. Основные требования к вентиляции 
производственных помещений 41 
 
3.2.2. Естественная вентиляция производственных помещений 42 
 
3.2.3. Искусственная вентиляция 46 
 
3.2.4. Порядок проектирования искусственной вентиляции 50 
 
3.2.5. Определение необходимого количества воздуха 50 
 
3.2.6. Расчет вентиляционной сети 52 
 
3.3. Вентиляция карьеров 54 
 
3.3.1. Источники загрязнения атмосферы карьеров 54 
 
3.3.2. Естественная вентиляция карьеров 54 
 
3.3.3. Искусственная вентиляция карьеров 57 
 
3.3.4. Порядок проектирования вентиляции карьеров 62 
 
ЛИТЕРАТУРА 63

54) СПОСОБ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ВОЗДУХООБМЕНА В КАРЬЕРЕ

(57) Реферат:

Использование: изобретение  относится к горной промышленности и преимущественно может быть использовано для проветривания  глубоких карьеров. Сущность изобретения  заключается в надежном обеспечении  воздухообмена между застойной  зоной и поверхностью карьера  при любой степени устойчивости его атмосферы. Для достижения поставленной задачи заявляемый способ включает циклические перемещения в воздушном пространстве карьера от его поверхности к застойной зоне и обратно газовмещающей оболочки большого объема, при этом каждый цикл сопровождают размещением внутри оболочки порции свежего воздуха, его замещением в застойной зоне загрязненным воздухом и последующим перемещением порции загрязненного воздуха к поверхности карьера с заменой на свежий.

Изобретение относится к  горной промышленности и преимущественно  может быть использовано для проветривания  глубоких карьеров.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому  способу является способ интенсификации воздухообмена в карьере, включающий циклические перемещения в воздушном  пространстве карьера от его поверхности  к застойной зоне и обратно  газовмещающей оболочки большого объема (см. например, Бойко Ю. С. Грузовые аэростаты для открытых горных разработок. Промышленный транспорт, 1980, N 10, с.17-18). Способ принят за аналог и прототип.

Недостатком известного способа  является то, что возмущающее воздействие  на карьерную атмосферу, оказываемое  движущейся газовмещающей оболочкой большого объема, носит локальный характер и имеет явно недостаточные энергетические показатели для выноса загрязненного воздуха с большой глубины на поверхность, особенно в условиях низкотемпературной инверсии.

Основная задача изобретения  заключается в надежном обеспечении  воздухообмена между застойной  зоной и поверхностью карьера  при любой степени устойчивости его атмосферы.

Для достижения поставленной задачи заявляемый способ интенсификации воздухообмена в карьере включает циклические перемещения в воздушном  пространстве карьера от его поверхности  к застойной зоне и обратно  газовмещающей оболочки большого объема, при этом каждый цикл сопровождают размещением внутри оболочки порции свежего воздуха, его замещением в застойной зоне загрязненным воздухом и последующим перемещением порции загрязненного воздуха к поверхности карьера с заменой на свежий.

Заявляемый способ интенсификации воздухообмена в карьере может  быть реализован следующим образом.

На нижнем и верхнем  горизонтах карьера размещают опорные  конструкции с растянутым между  ними несущим канатом. Для большей  устойчивости канатов может быть несколько. С помощью ползуна  или колесной каретки к канату крепят с возможностью свободного перемещения  вдоль него воздуховмещающую оболочку. Для полной выполненности газового объема и придания плавучести оболочку снабжают каркасом, выполненным, например, из баллонов, наполненных водородом или гелием.

После монтажа конструкции  оболочка, обладающая определенной подъемной  силой F и находящаяся в полностью  расправленном состоянии на верхнем  горизонте, заполнится окружающим свежим воздухом через отверстия в верхней  и нижней ее части. Отверстия выполняют  большого диаметра с возможностью быстрого их открытия и закрытия. После закрытия отверстий оболочку с воздухом перемещают по канатной магистрали на нижний горизонт. Это перемещение может быть осуществлено посредством размещения на нижней подвеске оболочки груза-балласта весом P > F. В  качестве балласта предпочтительнее использовать полезные в технологическом отношении  небольшие грузы. Перемещения оболочки можно выполнять и с помощью  тягового каната.

По прибытии воздуховмещающей оболочки на нижний горизонт отверстия в ней открывают. Происходит замещение свежего воздуха окружающим загрязненным воздухом за счет разницы их плотностей. Эта разница может быть очень существенной. Так, например, на глубоких карьерах Якутии в период с октября по март наблюдается перепад температур между поверхностью и дном карьера в 20^oC. В особых случаях возможна принудительная продувка оболочки или ее сжатие. После этого отверстия закрывают, снимают балласт и оболочка устремляется вверх по канату под действием собственной подъемной силы F.

На верхнем горизонте  аналогичным образом (за счет разницы  плотностей) производят замещение загрязненного  воздуха свежим, после чего цикл повторяют. При безветренной погоде поднятый загрязненный воздух целесообразно сдувать за пределы карьерной атмосферы с помощью вентиляторной установки.

Форму оболочки принимают  чечевице- или сигарообразной, сферообразной и т.д. в зависимости от степени удобства размещения ее вдоль борта карьера.

Более интенсивный воздухообмен обеспечивается при использовании  двух и более газовмещающих оболочек (при этом будет усилен и положительный фактор возмущающего воздействия движущихся оболочек на карьерную атмосферу).

Предлагаемый способ допускает  его использование в комбинации со многими известными способами  искусственного проветривания карьеров.