Комбіновані схеми провітрювання

Реальна геометрія кар’єрів значно відрізняється від раніше розглянутої. При цьому можливі випадки, коли одна частина кар’єра провітрюється за прямоточною схемою, інша – зарециркуляційною.

Наприклад, при великих розмірах кар’єрів в напрямі вітру має місце рециркуляційно-прямоточна схема провітрювання (рис. 14.1). За цією схемою нижня межа струменю І роду пересікає дно кар’єру в деякій точці В, правіше якої (ділянка ВСD) кар’єр провітрюється обмеженим потоком повітря (прямоточна схема). Ділянка кар’єру лівіше перетину А – В провітрюється зо рециркуляційною схемою.

Рис.14.1 Рециркуляційно-прямоточна схема прорвітрювання

При змінному куті підвітряного борта кар’єра можлива прямоточно-рециркуляційна схема провітрювання (рис. 14.2). Наприклад, частина кар’єра, яка прилягає до верхньої, більш пологої частини підвітряного борта АО, провітрюється за прямоточною схемою, а решта кар’єра (АВСD) – за рециркуляційною схемою.

Рис. 14.2 Прямоточно-рециркуляційна схема провітрювання

При швидкості вітру на поверхні від 2 до 5 м/с рух повітря в кар’єрі формується при сумісному русі енергії вітру і термічних сил.

В глибоких кар’єрах часто спостерігається комбінацію вітрової і термічної схеми провітрювання. Досвід показує, що навіть при достатньо сильному вітрі на поверхні вітровий потік проникає в глибину кар’єра не більше ніж на 150 – 200 м. Нижче цього рівня енергії вітрового кар’єру стає настільки незначною, що не надає відповідного впливу на формування повітряних потоків, які в цьому випадку утворюються відповідно під дією термічних сил. В глибокій частині кар’єру рух повітря може бути конвективним або інверсійним.

Так наприклад, при прямоточно - конвективному русі повітря в кар’єрі (рис. 14.3) верхня частина його провітрюється енергією вітру, а нижня – конвективними термічними силами. При цьому шкідливості з конвективними потоками поступають в зону дії прямоточного вітрового струменю, який уже виносить їх за межі кар’єру.

Рис. 14.3 Прямоточно - конвективна схема провітрювання кар’єру

Можливі і інші комбіновані схеми природного провітрювання кар’єрів. Так, якщо один із бортів кар’єру охолоджений, а інший по якійсь причині нагрітий (наприклад, внаслідок горіння на ньому корисних копалин), то можлива конвективно-інверсійна схема руху повітря (рис 14.4).

Рис.14.4 Конвективно-інверсійна схема провітрювання кар’єру

ДОДАТОК

Концентрацію газу в ядрі постійної маси можна виразити через концентрацію газу на межі вільного струменя. Раніше відмічалось, що відношення середньої концентрації шкідливостей в ядрі постійної маси вільного струменя до концентрації шкідливостей на межі струменя дорівнює коефіцієнту дифузії вільного струменя

звідки

, (13.15)

Для найбільш загального випадку, коли вільний струмінь частково забруднений із-зі загального забруднення земної атмосфери, у виразі (13.15) замість коефіцієнта турбулентної дифузії частково вільного струменя слідує приймати коефіцієнт турбулентної дифузії частково забрудненого струменя , який визначається виразом (10.3). Тоді

, (13.16)

У формулах (13.15) і (13.16) концентрація с_ГР враховується на межі вільного струменя ОО₁ (рис.13.5).З деяким наближенням можна прийняти, що ця концентрація дорівнює середній концентрації шкідливостей в зоні рециркуляції (с_ГР=с). Тоді з врахуванням виразу (13.16), а також маючи на увазі, що + = , де - витрата повітря у вільному струмені, після деяких перетворень рівняння (13.14)буде мати наступний вигляд:

, (13.17)

Рівняння (13.17) – лінійне диференційне рівняння. Його розв’язок дозволяє отримати вираз для середньої концентрації шкідливостей в зоні рециркуляції як функції часу с(t). Маємо після інтегрування (13.17)

, (13.18)

де

, (13.19)

, (13.20)

с_Н – початкова концентрація шкідливостей в зоні рециркуляції (при t=0)

Із виразу (13.18) слідує, що при достатньо великому часі провітрювання концентрація с наближається до її граничному значенні, яке вона прийматиме при t= ,

, (13.21)

Із аналізу виразу (13.21) слідує, що забруднення зони рециркуляції , тобто з деяким наближенням всього простору в середині кар’єру, тим більша, чим більша інтенсивність джерел виділення шкідливостей I і загальне забруднення земної поверхні атмосфери с₀, чим менша витрата повітря в ядрі постійної маси вільного струменю (тобто чим менша швидкість вітру) і коефіцієнт турбулентної дифузії вільного струменя (тобто чим менша інтенсивність турбулентності в струмені).

При дослідженнях ДГІ було встановлено, що на провітрювання кар’єру відповідний вплив може показувати наявність наближених (за ходом вітру) кар’єрів. При цьому, наприклад, швидкість вітру в прямоточній частині другого за ходом вітру кар’єру може зменшуватись в 1,3 – 3 рази. Спостерігається також перенос шкідливостей із першого кар’єру в другий.