АЭРОЛОГИЯ КАРЬЕРОВ 4 страница

мг\м³

CО

11:45

12:00

11:35

10:00

Рисунок 11 - Концентрация СО и NO_X в двух точках по расстоянию после MB

Инверсионное распределение температуры воздуха влияет на многие процессы, протекающие в атмосфере. Наличие инверсионных слоев в тропосфере позволяет самолетам экономить горючее. Инверсионные слои способствуют созданию волноводов для дециметровых и метровых радиоволн, благоприятствуют распространению звука.

Развитие инверсий способствует не только скоплению вредных примесей в карьере, но также влияет на характер распространения ударных воздушных волн (УВВ), возникающих при проведении массовых взрывов. Распространение слабых (с превышением давления на фронте до полуторного значения от атмосферного) УВВ изменяется в зависимости от знака вертикального градиента температуры воздуха. Если при нормальном распределении температуры воздуха волна уходит вверх, то увеличение температуры с высотой ведет к увеличению скорости звука, поэтому температурные изменения в атмосфере на расстоянии 1000-1500 м от поверхности над районом взрыва могут вызвать фокусирование УВВ, что приведет к росту давления в некоторых районах поверхности, результатом которого, могут быть непредвиденные последствия (расстекления). Особенно неприятны моменты с инверсиями в пограничном слое и инверсиями, сочетающимися значительными сверхадиабатическими градиентами в верхней части карьера, и инверсией в нижней части также со значительным градиентом. Основным параметром, характеризующим действие УВВ, является избыточное давление на фронте волны, которое определяется по формуле :

CO(1)

CO(2)

мг\м³

NOx(1)

NOx(2)

t(мин)

Рисунок 12 - Концентрация СО и NO* в двух точках по времени после MB

где DР - избыточное давление на фронте УВВ, Па, Q - эквивалентная масса заряда, кг; г - расстояние, м, К_m, - коэффициент, зависящий от физико-механических свойств взрываемых пород, К_м - коэффициент, учитывающий метеоусловия.

Влияние метеоусловий сказывается на изменении скорости звука с высотой. Так, изменение скорости звука в зависимости от температуры воздуха определяется по формуле:

где с - скорость звука, м/с;

Т, t - температура воздуха °К и °С.

Для учета метеоусловий на УВВ используется коэффициент К, который меняется в зависимости от распределения температуры воздуха с высотой. Поскольку скорость звука прямо пропорциональна температуре, то в литературе К рассматривается в зависимости от изменения скорости звука с высотой. Исследования показали, что в период с ноября по март на Кольском полуострове возможны случаи, соответствующие К = 100 с вероятностью от 0,2 до 0,3, в феврале она равна 0,5. Необходимо учитывать изменения температуры воздуха не только на поверхности карьера, но и от места взрыва, т.е. от какой-то глубины карьера. Поэтому для определения К необходимо знать распределение температуры воздуха как в пограничном слое, так и в атмосфере карьера.

Таблица 8 - Значение К в зависимости от профиля скорости звука в атмосфере

					Слой	Слой
	Постоян-			Слой			Слой отриц.
		Одно-	Посто-		большого	ПОЛОЖИТ,
	ный отрнц.			ПОЛОЖИТ.			градиента
Тип про-		родный	янный		ПОЛОЖИТ.	градиента
	градиент			градиента			между двумя
филя		слой	ПОЛОЖИТ.		градиента на	на
	темпе-			на слой			слоями
		изотермии	градиент		СЛОЙ	однородно
	ратуры			отриц.			ПОЛОЖИТ.
					меньшего	мслое
К	<1

Дистанционная система метеонаблюдений в районе расположения карьеров в сочетании с прогнозом погоды позволяет оперативно оценить изменение перепада давления на фронте УВВ, возникающих при взрыве при конкретных метеоусловиях. Наименьшие значения К наблюдаются при неустойчивом состоянии атмосферы пограничного слоя, т.е при развитой конвекции. Наибольшие значения К наблюдаются при наличие в районе ведения горных работ приземной инверсии.

В результате проведенных исследований установлено, что в карьерах Кольского полуострова преобладает горно-долинная циркуляция, при этом в тупиковых забоях, на бермах образуются застойные зоны с местной замкнутой циркуляцией соленоидального вида. С углублением карьеров происходит еще большее обособление внутрикарьерной циркуляции от общеатмосферной, увеличивается количество застойных зон в карьерах с замкнутой циркуляцией. Выявлено также наличие в чаше карьера застойной области, препятствующей интенсивному естественному воздухообмену. Причем с увеличением скорости фонового потока эта область опускается к дну карьера и еще более снижает эффективность естественного воздухообмена.

Приведенные оценки дают минимально необходимые энергетические затраты на общеобменную вентиляцию. На эффективность воздухообмена кроме величины вносимой энергии очень влияет способ эффективного ввода энергии в систему. Указанные оценки относятся к варианту максимально рационального ввода энергии.

Газы поступают в атмосферу карьерного пространства в перегретом виде и под давлением.

Распространение газов после взрыва имеет волновой характер. Волна газов распространяется от источника выброса до тех пор, пока температура волны не сравняется с температурой окружающего воздуха. Далее начинает действовать атмосферная диффузия.

4.3 Методические указания по расчету естественного проветривания карьерного пространства.

В последние годы все большее число карьеров основных горнодобывающих районов России (Урал, Восточная Сибирь, Якутия, Север) в холодный период года простаивают из-за высокой загазованности атмосферы рабочих зон. Это фактор приводит к снижению технико-экономических показателей предприятия и приобретает экономическое значение.

Целью данных указаний является приобретение навыков расчета естественного проветривания карьерного пространства на различных стадиях его отработки.

Рассмотрим вопрос эффективности естественного проветривания карьера на примере реально существующих карьеров с конкретными геометрическими параметрами, производственным циклом и реально работающей производственной техникой. Для упрощения задачи возьмем случай, когда процессы, протекающие в атмосфере карьера, происходят без воздухообмена с окружающей средой.

1. Определение степени естественной аэрации карьера в зависимости от его

основных параметров.

Форма геометрические параметры карьера определяю естественную аэродинамику в карьерном пространстве.

Примем следующие обозначения:

Н - глубина карьера; L - короткая ось карьера в плане; a- угол откоса подветренного борта.

Тогда если:

L/Н > 10 - хорошее проветривание;

10 < L/Н > 6 – слабое проветривание;

L/Н < 6 – проветривание затруднено.

2. Определение естественных схем проветривания карьера по основным его

параметрам.

Прямоточная схема проветривания.

Такая схема будет наблюдаться при любых значениях L и Н, но при a<15⁰ и равномерной отработке уступов подветренного борта.

Рециркуляционная схема проветривания.

Эта схема наблюдается при L/Н < 5-6 и при a>15⁰.

Рисунок 13 А – прямоточная зона

В - рециркуляционная зона

На представленных рисунках карьеров: А-зона прямоточной циркуляции, В-зона рециркуляционных течений. Угол а составляет 15^о. Х - Х_сср_. - среднее значение абсциссы точки встречи внешней границы струи с наветренным бортом или дном карьера, м.

Все, что меньше 15^о прямоточная зона, все, что больше 15^о рециркуляционная зона.

. Остальные схемы – вариации этих двух основных: рециркуляционно-прямоточная и прямоточно-рециркуляционная и их наличие зависит от геометрических особенностей разрабатываемых карьеров. На первом месте в названии стоит зона объем которой больше. 3. Расчет времени достижения ПДК в атмосфере карьера

В расчетах учитываются загрязнители воздуха, приведенные в таблицах ниже. Применяемое в карьерах оборудование приведено в таблицах 1,2. Там же указана интенсивность выбросов загрязняющих веществ, при различных режимах работы техники. Расчеты проводятся для условий максимальной мощности и 50% мощности, как с катализаторами, так и без катализаторов.

Количество работающей техники и их марка, так же как и объемы карьеров берутся по фактическим условиям. При отсутствии в таблице необходимых марок работающей техники, данные, по фактически применяемой техники, берутся из паспортов или иных справочных материалов.

4. Определение уровня загрязнения атмосферы карьера.

Естественная аэрация карьера происходит под действием двух метеорологических факторов: ветровым режимом определяемым горизонтальным барическим градиентом и конвекцией – восходящими и нисходящими токами воздуха под действием вертикального температурного градиента. Рассмотрим условия распространения загрязнений в атмосфере карьера только за счет ветрового режима.

При наличие в атмосфере карьера различных циркуляционных зон расчет уровня общего загрязнения атмосферы проводится по следующим формулам:

- в зоне рециркуляции ;

- за ее пределами ,

где G – суммарная интенсивность поступления вредных веществ в рециркуляционную зону от внутренних источников, расположенных как в этой зоне, так и на участке с подветренного борта, мг/с;

Х_с.ср – среднее значение абсцисс точки встречи внешней границы струи с наветренным бортом или дном карьера для характерных его профилей, совпадающих с направлением ветра, м;

U_p – расчетная скорость ветра (в данном случае принимается равной средней скорости в заданном направлении, так как на пути его распространения нет ослабляющих источников), м/с;

L₁ – длина зоны рециркуляции в направлении, перпендикулярном движению ветра, м ( при форме карьера в плане близкой к круговой L₁ равно размеру карьера на поверхности );

с_о - концентрация вредной примеси в поступающем для проветривания карьера воздухе, мг/м³ или фоновая концентрация. При отсутствии в районе расположения карьера крупных источников вредных примесей принимается за 0.

Необходимые для расчетов данные берутся из пункта №3.

Таблица 9 - Интенсивность выброса загрязняющих веществ оборудованием без катализаторов (нейтрализаторов)

Оборудование	Тип	Режим работы	СО мг/с	NO_K мг/с	Альдегиды мг/с	SO₂ мг/с	Сажа мг/с
БслАЗ-75131 А/машина	AI	х/х	137,2	100,8		1,9	0,6
50% мощ.	300.3	738.9		1.7	21.9
max мош.	307,8	1354.4		13.0	40.0
Cat -777D А/машина	А5	х/х	137,2	100.8		1.9	0,6
50% мощ.	300,3	738,9		1.7	21.9
max мощ.	307,8	1354,4		13,0	40.0
Cat -785D А/машина	А6	х/х	137,2	100,8		1,9	0.6
50% мощ.	300,3	738,9		1,7	21.9
max мощ.	307,8	1354,4		13,0	40.0
РС-ЗООО Экскаватор	ЭЗ	х/х	116,7	68,6		1,6	5,3
40% мощ.	255,3	502,5		1,4	18,6
max мощ.	254,2	921,1		11,1	34,2
РС-2000 Экскаватор	Э5	х/х	93,3	35,3		1,3	4,4
40% мощ.	204,2	258,6		1.1	15,0
max мощ.	209,2	474,2		8,8	27.2
Cat -385 CFS Экскаватор	Э6	х/х	48,1	29,2		0.7	2,2
40% мощ.	105,0	21,4		0.6	7,8
max мощ.	107,8	392,8		4,6	13,9
Бульдозер Cat -9R	БЗк	х/х	36,9	27,2		8,6	0.1
40% мощ.	81.1	199,4		7,5	0.1
max мощ.	83.1	365.6		58.6	0.7
Бульдозер ДЭТ-32ОБ1	Б5к	х/х	31.7	23,1		7.2	0.1
40% мощ.	69.2	170,0		6.4	0,3
max мощ.	65,4	287,4		45,9	0,4
Буровой станок Atlas Copco Roc L8	С3	х/х	39,7	30,3		0,6	1.9
40% мощ.	86,9	221,7		0,5	6,4
шах мощ.	89,2	406.4		3.8	11.7
Буровой станок D245S	С5	х/х	30,3	30,3		0,6	1.9
40% мощ.	221,7	221,7		0,5	6.7
max мощ.	406,4	406.4		3,9	11.9

Таблица 10 - Интенсивность выброса загрязняющих веществ оборудованием с катализаторами (нейтрализаторами)

Тип оборудования	Тип	Режим работы	СО, мг/с	NO_S, мг/с	Альдегиды мг/с	SO₂ мг/с	Сажа мг/с
БелАЗ-75131 А/машина	А5к	х/д			7.7	0.5	0.2
50% мощ.			4.2	0.4	5.3
max мощ.			2,1	3,3	40.0
Cat -777D А/машина	Абк	х/д			7.7	0.5	0.2
50% мощ.			4,2	0,4	5.3
max мощ.			2,1	3.3	40.0
Cat -785D А/машина	А1к	х/д			7,7	0.5	0.2
50% мощ.			4,2	0.4	5,3
max мощ.			2,1	3,3	40.0
Экскаватор РС-	ЭЗк	х/д			6,5	0.4	1.4
50% мощ.			3,6	0.4	4.7
max мощ.			1.8	2.8	8.6
Экскаватор РС-	Э5к	х/д			5,2	0.3	1.1
50% мощ.			2,8	0,3	3.9
max мощ.			1,4	2,2	6.9
Экскаватор Cat -385 CFS	Эбк	х/д			2,7	0,2	69.4
50% мош.			1.4	0,2	1.9
max мощ.			0,7	1,2	3.6
Бульдозер Cat -9R	БЗк	х/д	9,2	6,8	2.1	2,2	0,03
50% мощ.	20,3	49,9	1,2	1,9	0.09
шах мощ	20.8	91,4	0.6	14.7	0.16
Бульдозер ДЭТ-320Б1	Б5к	х/д	7.9	5,8	1.6	1.8	0.02
50% мощ.	17,3	42.5	1,0	1.6	0.1
max мощ.	16.3	71.9	0.5	11.5	0.1
Буровой станок Atlas Copco Roc L8	СЗк	х/д			2.2	0,1	0.6
50% мощ.			1.2	0.1	1.7
шах мощ.			0.6	1.0	3.1
Буровой станок D245S	С5к	х/д			2.3	0.2	0.6
50% мощ.			1.3	0.1	1.7
max мощ.			0.6	0.9	3.1

4. Расчет времени проветривания атмосферы карьера после штиля

Расчет проводится по самой сложной рециркуляционной схеме проветривания всего объема карьерного пространства, в данных конкретных условиях расчеты проводятся по следующей зависимости: c,

где V_p - объем рециркуляционной зоны, м³;

Х_сср_. - среднее значение абсциссы точки встречи внешней границы струи с наветренным бортом или дном карьера, м;

v_o - скорость ветра, м/с;

L - длина карьера, м;

С_о - начальная концентрация вредности, мг/м³;

С - предельно допустимая концентрация, мг/м³.

Проветривание прямоточной зоны займет значительно меньше времени.

4.4 Оценка эффективности естественного проветривания карьера

Рассмотрим вопрос эффективности естественного проветривания карьера на примере реально существующего карьера с конкретными геометрическими параметрами, производственным циклом и реально работающей производственной техники. Объем данного карьера составляет 120 млн м и глубина 185 м. В среднем в смену в нем работает 28 большегрузных БелАЗов (основные источники загрязнения атмосферы). Оценим время загрязнения данного карьера окислами углерода и азота до уровня ПДК. Для упрощения задачи возьмем случай, когда процессы, протекающие в атмосфере карьера, происходят без воздухообмена с окружающей средой. Для достижения ПДК по окислам азота в данном объеме необходимо их наличие до 600 кг. При работе одного БелАЗа в среднем режиме происходит выделение окислов азота 2,66 кг/час, следовательно, 28 машин выделят за час 74,5 кг. Предельно допустимая концентрация будет достигнута за 8 часов и 8 минут. При работе машин в максимальном режиме ПДК будет достигнута за 4 часа 27 минут. Для достижения ПДК по окислам углерода в данном объеме необходимо их наличие до 2400 кг. По окиси углерода при работе того же количества машин, как в среднем режиме, так и в максимальном ПДК, во всем объеме карьера будет достигнута через 78 часов, или трое суток и 6 часов, так как содержание окиси углерода в выхлопе двигателей одинаково и при среднем режиме работы двигателя и при максимальном. Плотность оксидов азота больше плотности воздуха, поэтому их накопление максимально у дна карьера и уменьшается с высотой, в то время, как плотность оксида углерода меньше плотности воздуха, он всплывает и будет скапливаться на верхних горизонтах.

Естественная аэрация карьера происходит под действием двух метеорологических факторов: ветровым режимом, определяемым горизонтальным барическим градиентом и конвекцией - восходящими и нисходящими токами воздуха под действием вертикального температурного градиента. Рассмотрим время проветривания после штилевых условий, не принимая во внимание конвекцию только за счет ветрового режима до уровня ПДК. В данных конкретных условиях расчеты проводятся по следующей зависимости:

где V_p - объем рециркуляционной зоны, м ;

Xc.cp - среднее значение абсциссы точки встречи внешней границы струи с подветренным бортом или дном карьера, м;

v₀ - скорость ветра, м/с,

I. - длина карьера, м;

Со - начальная концентрация вредности, мг/м³;

С - предельно допустимая концентрация, мг/м^э.

Для данного карьера время проветривания по самой сложной рециркуляционной схеме составит при начальных концентрациях, превышающих ПДК в 10 раз, что очень маловероятно, при ветре 3 м/с 3 часа 8 минут, при ветре 5 м/с 1 час 56 минут. Если брать более реальные уровни загрязнения (2 ПДК), то время проветривания при тех же условиях сократится при ветре 3 м/с до 56 минут и при 5 м/с до 39 минут.

Конвекция - это перемещение отдельных количеств воздуха с одних уровней на другие, обусловленные плавучестью и, следовательно, зависящие от разностей температур между воздухом, вовлеченным в конвекцию, и окружающим воздухом. Здесь необходима горизонтальная температурная неоднородность, так как атмосфера нагревается от земной поверхности /65/. Конвективные движения происходят одновременно в обоих направлениях по вертикали (нисходящие, так называемые компенсационные потоки). Атмосферная конвекция выражается в образовании беспорядочных струй или пузырей воздуха, всплывающих вверх или опускающихся вниз (термическая турбулентность), а при наибольшем развитии имеет характер восходящих и нисходящих токов над ограниченными участками земной поверхности (конвективные токи). Наибольшие вертикальные градиенты температуры воздуха при этом наблюдаются в нижнем 250-300 -метровом слое от земной поверхности.

Определить средние скорости конвективных вертикальных движений можно по аэрологической диаграмме (рис.16) по разности температур окружающего воздуха (кривая состояния - сухая адиабата) и температуре поднимающейся частицы (кривая стратификации - распределение температуры воздуха по высоте в определенном частном случае). Данные приведены в табл.11. На аэрологической диаграмме (рис.16) нанесена следующая информация: горизонтальные прямые - изобары с ординатами давления в мб, вертикальные прямые - изотермы, их абсциссы - температура в ^оС, наклонные прямые - сухие адиабаты, синие пунктирные кривые - влажные адиабаты, цифры слева - отметки высот.

Таблица 11 - Средняя скорость конвективных вертикальных движений

Dt,^оС	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5	4,0
v, м/с	3,0	6,0	7,8	9,0	10,0	11,0	11,8	12,5

Дата добавления: 2015-07-30; просмотров: 2094;