Файл: Куликов В.П. Проветривание угольных разрезов.pdf

правленного движения воздуха не теряется бесслед­ но, а за счет процесса диссипации частично переходит в тепловую. Во-вторых, при подаче вентиляционных струй с верхних горизонтов вниз массы нижерасположенного холодного воздуха (при инверсии) будут замещаться верхними, более теплыми. Кроме того, опускающийся воздух дополнительно нагревается за счет адиабатического сжатия, а кинетическая энергия струй преобразуется в потенциальную энергию нагре­ ва воздуха 1. Следовательно, можно осуществить про­ ветривание глубокой части разреза при значительно меньшем времени работы вентиляторных установок. Повторное накопление вредных примесей в разрезе вновь потребует включения установок.

Подача в разрез чистого воздуха и минимальное загрязнение атмосферы на прилегающей территории. Внешними источниками загрязнения Коркинского раз­ реза являются дымовые газы промышленных котель­ ных и печей индивидуальных домов г. Коркино и по­ селков. Дымовые газы содержат СО, SO2 и другие вредные примеси.

Другим источником некоторого загрязнения атмо­ сферы разрезов и прилегающей территории являют­ ся средства проветривания, в форсунках, в которых сжигается керосин, бензин, соляровое и другое угле­ водородное топливо, а также турбореактивные и в меньшей мере турбовинтовые авиадвигатели.

При работе тепловых установок УТ-ЛФИ-2 выде­ ляются СО и другие вредные примеси, в частности сажа.

По ориентировочным расчетам, при работе четы­ рех установок в течение 4,5 ч будет израсходовано 107 т топлива, в атмосферу выделится 140 т влаги, окисью углерода будет загрязнен воздух объемом 3 млрд, м3 до среднесуточной предельно допустимой концентрации (ПДК), равной для населенных пунктов

1 мг/м3.

Промышленные эксперименты показали, что при работе вентиляторных установок на базе турбореак­

78

СО в струях на расстоянии 100—200 м в несколько раз ниже ПДК, равной для промышленных объектов 20 мг/м3. Поэтому такие установки могут при­ меняться для проветривания разрезов временно, поскольку при их работе также дополнительно загряз­ няется воздух. При работе четырех агрегатов НК-12 в течение 4 ч окисью углерода будет загрязнен воз­ дух на территории, прилегающей к разрезу до ПДК = = 0,00008% в объеме 1 млрд. м3. Еще более загряз­ няется атмосфера при использовании турбореактив­ ных двигателей.

Необходимость максимального снижения поступ­ ления вредных газов с вентиляционной струей возни­ кает в периоды обширных температурных инверсий, когда резко ухудшается воздухообмен не только в разрезах, но и на прилегающей к ним территории. Поэтому наиболее перспективными являются средст­ ва проветривания с электроприводом.

Для сокращения расходов и улучшения проветри­ вания разрезов необходимо очищать воздух за .счет применения средств пылеподавления и борьбы с эндо­ генными пожарами.

Наиболее выгодное техническое решение системы проветривания разрезов. При проектировании систе­ мы проветривания открытых разработок важ­ ным является обеспечение минимальных затрат и выбор наиболее выгодных технических решений. Од­ нако некоторые решения могут быть экономически целесообразными, но не обеспечивать выполнения второго принципа, касающегося исключения дополни­ тельного загрязнения атмосферы средствами провет­ ривания. Поэтому проектирование системы проветри­ вания необходимо вести с учетом обеспечения второ­ го принципа.

Более подробно данный принцип проветривания будет рассмотрен ниже.

§ 3. Расчет дефицита энергии неустойчивости атмосферы в разрезе при проветривании в периоды температурных инверсий

При уменьшении скорости ветра процессы возду­ хообмена в разрезе в основном зависят от стратифи-

79

нации атмосферы, характеризующейся вертикальным температурным градиентом у °С/J00 м. Однако вели­ чина у не является мерой энергии и определяет толь­ ко качественно наличие вертикальных воздушных по­ токов, рассеивающих вредные примеси.

В связи с этим для характеристики запаса энер­ гии, которым обладает слой воздуха, применяют по­ нятие так называемой энергии неустойчивости атмо­ сферы Е [11, 29, 86]. Под Е подразумевается энер­ гия, освобождающаяся или затрачиваемая при пере­ мещении единицы массы воздуха с одного уровня z t на другой z%, или, иными словами, та работа, которую может совершить подъемная сила, возникающая при вертикальном поднятии единицы массы воздуха [29]

ность температур воздуха, адиабатически поднимаю­

ленного объема воздуха.

Для этого случая формула (19) записывается в виде:

E = gV p ^ - ( z 2 — г,),

где р — плотность воздуха.

В столбе воздуха разреза, как и в свободной ат­ мосфере, кривая состояния Тя (температура адиаба­

стратификация всей массы воздуха в разрезе неустой­

80

н и ж н е й ч а с т и р а с с м а т р и в а е м о г о с л о я в о з д у х а (в г л у б о ­ кой ч а с т и р а з р е з а ) ; г — п р и п о д н я т а я и н в ер с и я в р а з р е з е

чива, так как фактически вертикальный температур­

В этом случае для перемещения отдельных объемов воздуха вверх необходимы затраты энергии извне, на­ пример искусственное нагревание воздуха в разрезе или сообщение ему кинетической энергии;

3) кривая состояния Га для нижней части рассмат­ риваемого слоя расположена слева от кривой страти­

в разрезе приподнятой инверсии (£-<0). Под слоем зоздуха, характеризующимся инверсионной стратифи­ кацией (у < 0), происходит накопление вредных при­ месей, которое может распространиться на весь объем разреза. Для принудительного проветривания требу­ ется разрушить приподнятую инверсию.

Для оценки возможности принудительного про­ ветривания разрезов целесообразно производить рас­ чет энергии неустойчивости атмосферы при инверси­ онных условиях, когда влияние динамических факто-

ров ослаблено, а энергия неустойчивости отрицатель­ на и представляет собой дефицит энергии неустойчи­ вости, который необходимо восполнить, чтобы разру­ шить температурную инверсию и восстановить есте­ ственный воздухообмен. Для третьего случая дефицит энергии неустойчивости подсчитывается применитель­ но к атмосфере в глубокой части разреза, где воздух вследствие инверсионного состояния приобрел естест­ венную устойчивость и в нем накапливаются вредные примеси. В четвертом случае требуется определить общий баланс энергии неустойчивости Е как алге­ браическую сумму Е отдельных слоев. При отсутст­ вии температурной инверсии на прилегающей к Кор­ кинскому разрезу территории и величине £общ>10 тыс.-~15 тыс. МДж можно ожидать, что инверсия разрушится естественным путем. В против­ ном случае потребуется принудительное проветри­ вание.

Поскольку величина Е в разрезах определяется массой воздуха, которую нужно привести в движе­ ние, она меняется для каждого разреза в зависимости от размеров последнего. Коркинский разрез в первом приближении можно представить в виде двух правиль­ ных пирамид (рис. 26), объем которых можно вычис­ лить по формуле

82

найти, что затраты на проветривание разреза опре­ деленного объема находятся в прямой зависимости от разности температур поднимающегося и окружаю­ щего воздуха

Е = ВАТ,

где В — коэффициент пропорциональности.

Так же можно сделать расчет проветривания лю­ бой другой массы воздуха в разрезе, если извест­ на затрата энергии на проветривание объема с мас­ сой воздуха ти

сферы предлагаемым способом по слоям 0—50, 0—100 м и т. д. для Коркинского разреза приведены в табл. 17 (величина £ 0 МДж при t=Q° С; Т =273° К ).

В некоторых случаях, если например, в атмосфере

Т а б л и ц а 17

Р асчет энергии неустойчивости атм осф еры по слоям

н°