ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 21.06.2024
Просмотров: 112
Скачиваний: 0
Рис. 13. Характеристика прямоточной схемы в зимний период при восточном направлении ветра:
а — 23 декабря 1967 г., 12 ч; 6 — 24 декабря 1967 г., 12 ч
лотных наблюдений приведена характеристика прямо точной схемы при различной скорости восточного вет ра Л/0= 10,5 и 3 м/с. Наблюдения показали, что при значительном снижении скорости ветра его направле ние в разрезе в данном случае меняется мало, тогда как скорость затухает быстро. Из рис. 13 видно, что даже при U0=10,5 м/с в западной глубокой части разреза образуется зона с очень малыми скоростями
воздушных потоков (0,8 м/с)£ =- ^ — |
0,1. При |
U0 |
10,5 |
Uo— З м/с здесь возникает зона |
полного штиля. |
Вместе с тем на дне восточной части разреза 6= 0,55 при f/o=10,5 м/с и 6=0,16 при Uo=3 м/с. В зимний период года с уменьшением скорости ветра на приле гающей территории наблюдается непропорционально быстрое затухание воздушных потоков в разрезе.
На рис. 14 приведены обобщенные характеристики прямоточной схемы при различных скоростях ветра Uo и его преобладающих направлениях на поверхности разреза в зимний период. Интересны результаты анализа соотношения средних скоростей ветра на
бровке разреза U0 и воздушных потоков в карьерном
пространстве на уровне бровки Ux. Согласно теории плоскопараллельной струи [7, 27], для прямоточной
схемы Ux= 0,725 Uо, для рециркуляционной Ux= =0,68 Uo. Однако натурные замеры аэростатным зон-
30
Западное напрадление
Рис. 14. Обобщенная характеристика прямоточной схемы в холодный период года при преобладающих направле ниях ветра в зависимости от его скорости U0'-
1 — от 0 до 3 м/с; 2 — от 3,1 до |
6 м/с; 3 — от 6,1 до 9 м/с; |
4 — более |
9 м/с |
дированием атмосферы в разрезе и'запуском взвешен ных шаров-пилотов показали отсутствие существенно
го различия в величине Ъ х и U0. Как при рециркуля ционной, так и при прямоточной схеме проветривания
наблюдается либо их равенство, либо U0> U X, либо
Uo<Ux. Причем Д £/=Н 0—0 Х приблизительно равно мерно отклоняется от нуля в обе стороны.
§4. Влияние температурного фактора на воздухообмен
вразрезах
Роль температурного фактора в проветривании разрезов проявляется в формировании конвективных потоков и склоновых циркуляций воздуха вследствие возникновения положительного или отрицательного теплового баланса внутрикарьерной атмосферы, а
34
Т абл и ц а 5
Классификация состояния атмосферы по условиям выноса вредных примесей
|
Характеристика состояния атмосферы |
Величина |
||
Группе |
|
|
||
по устойчивости |
по опасности |
градиента у, |
||
|
°С/Ю 0 |
м |
||
1 |
Неустойчивое |
Неопасное |
Более |
1 |
|
(сверхадиабатиче |
|
|
|
|
ское) |
|
|
|
2 |
Равновесное |
Неопасное |
0 ,6 -1 |
|
3 |
(безразличное) |
Угрожающее |
0—0,6 |
|
Устойчивое |
|
|||
|
(изотермическое |
|
|
|
|
или близкое к не |
|
|
|
|
му) |
|
|
|
4 |
Очень устойчи |
Опасное |
Менее 0 |
|
|
вое (инверсионное) |
|
|
|
Эффективность выноса примесей 5
Факторы, определяющие |
|
рассеивание примесей |
в разрезе |
на поверхности |
В основном конвективные (тепловые), в меньшей сте пени ветровые потоки
Преимущественно ветро вые потоки
В основном диффузион ные, в малой степени ветро вые потоки хаотического на правления. Температурные условия затрудняют возду хообмен
Диффузионные потоки. Температурные условия сильно затрудняют возду хообмен
Хорошее и удовлетвори тельное Хорошее
Удовлетвори тельное
Неудовлетво рительное
Удовлетвори тельное ^
Хорошее и удов летворительное
Удовлетвори тельное или неу довлетворительное
Неудовлетвори тельное
также различной ее устойчивости, зависящей от стра тификации атмосферы. Кроме того, интенсивность вы носа вредных примесей зависит от турбулентного обмена, выражаемого через коэффициент турбулент ности, но этот вопрос требует специальных иссле дований.
В табл. 5 приведена разработанная автором клас сификация состояний атмосферы по ее опасности и эффективности естественного рассеивания вредных примесей.
При величине вертикального температурного гра
диента больше сухоадиабатического |
(группа 1, |
у > 1° С/100 м) атмосфера оказывается |
неустойчивой, |
ее состояние неопасным, естественное проветривание осуществляется за счет конвективных потоков. Дина мическое воздействие энергии ветра в этом случае имеет подчиненное значение.
Если скорость ветра в разрезе более 2 м/с, то за счет его энергии происходит интенсивное перемеши вание отдельных воздушных масс, атмосфера оказы вается в равновесном (безразличном) состоянии (группа 2), не представляющем опасности. Макси мальное значение ур равно сухоадиабатическому Ур=Уа:= 1° С/100 м. Анализ материалов метеорологи
ческого профиля показывает, что |
наиболее обоснован |
ным является рти^О.б0 С /100 м. |
Так,по результатам |
многочисленных исследований безразличная стратифификация атмосферы наблюдается при у>0,6° С/00 м.
Действительно, при опускании некоторого объема воздуха или его подъеме по вертикали на 100 м про исходит адиабатический нагрев или охлаждение на 0,98° С [82]. Воздух находится в равновесном состоя нии, происходящие в нем турбулентные пульсации рассеивают вредные примеси. При понижении темпе ратурного градиента до 0,6° С/100 м в атмосфере со храняются турбулентные пульсации, величина кото рых достаточна для рассеивания вредных примесей, т. е. при изменении температурного градиента в пре делах 1—0,6° С/100 м потенциальная энергия воздуха такова, что он по существу находится в равновесном состоянии. Как при слабоустойчивом состоянии (груп па 3, Y=0,6-f-0° С/100 м), которое следует оценивать
3—1233 |
33 |
как угрожающее, так и при очень устойчивом' (инвер сионном, группа 4, у < 0 ), являющемся опасным, ат мосфера приобретает естественную устойчивость и возникает дефицит энергии неустойчивости Et.
Температурный режим карьерного пространства формируется за счет инсоляции (притока солнечной радиации к земной поверхности) и радиационного выхолаживания поверхности земли. Кроме того, тем пературный режим определяется адвекцией (горизон тальным переносом) тепла или холода в свободной атмосфере.
Инсоляция складывается из прямой радиации и диффузной, объединяющей рассеянную и отраженную радиации. Изменчивость интенсивности инсоляции бортов и дна разреза в пространстве и времени опре деляет тепловое состояние горных пород, . которое преимущественно формирует режим температуры воз духа в карьерном пространстве.
Величина солнечной радиации зависит как от мик роклиматических факторов (высоты территории над уровнем моря, температуры и влажности атмосферы,
облачности, турбулентности и др.), |
так и от местных, |
к которым относятся отражающая |
способность (аль |
бедо) подстилающей поверхности, экспозиция и угол наклона борта, затененность карьерного пространства сооружениями, закрытость горизонта бортами и др.
Основным источником тепла, получаемого бортами и рабочими площадками разреза, является прямая солнечная радиация. Ее поток, поступающий на про
извольно ориентированную наклонную |
поверхность, |
|
определяется по формуле |
|
(4) |
5б = 5' sin 0, |
|
|
где 5б — поток солнечных лучей на поверхность |
бор |
|
та; S' — поток солнечной радиации у земной поверх |
||
ности на плоскость, перпендикулярную |
лучам; |
0 — |
угол падения солнечных лучей на поверхность борта. В зимний период вследствие малой продолжитель ности светового дня интенсивность прямой солнечной радиации оказывается значительно меньше, чем ле том (рис. 15). Кроме того, за счет малой высоты стояния солнца над горизонтом и увеличения облач ности при том же угле наклона бортов они получают
зимой значительно меньше тепла, чем летом.
34
Рис. 15. Продолжительность инсоляции на Коркин ском разрезе:
о — 22 июня; 6 — 21 декабря
В зимний период увеличивается отражение сол нечных лучей от подстилающей поверхности. Альбедо составляет на Коркинском разрезе от 0,30 до 0,45 кал/см2, тогда как в теплое время года оно ме няется от 0,09 до 0,16 кал/см2.
35
3*
ао
ю
Рис. 16. Закрытость горизонта борта ми на Коркинском разрезе:
а — летом; б — зимой
Оценку температурного режима в разрезе, создаю щегося в результате солнечной радиации, необходимо производить следующим образом. Прежде всего оп ределяют степень закрытости горизонта прилегающим бортом (рис. 16). Для этого в разрезе выбираются точки с таким расчетом, чтобы охарактеризовать за крытость горизонта во всех частях разреза. Так, для Коркинского разреза достаточно 24 точки, располо женные на разных уровнях. Для каждой точки в от дельности определяется закрытость горизонта по восьми направлениям. При этом определяется превы
36
шение видимого горизонта над истинным. За истин ный горизонт принимается абсолютная отметка рас сматриваемой точки, за видимый — отметка самого высокого уступа, верхняя бровка которого видна на фоне неба.
Угол закрытости горизонта г| определяется по фор муле
tgri = ~ г , |
(5) |
где а' — разность отметок высот |
рассматриваемой |
точки и бровки самого высокого видимого на фоне неба уступа, м; Ь' — горизонтальное проложение от точки до бровки уступа, м.
При анализе полученных данных видно, что за крытость горизонта в разрезе зависит не только от глубины расположения данной точки и горизонталь ного проложения до бровки уступа, закрывающего го ризонт, но и от ширины горизонтальных площадок, на которых выбираются точки. На первом рассмат риваемом горизонте (в 100 м от поверхности) боль
шая закрытость горизонта |
(29°) отмечена в западной |
и северо-западной части |
разреза. В юго-западной |
части в юго-западном направлении закрытость го ризонта равна 22°. Самая большая закрытость гори зонта на данной глубине (33°) наблюдается в восточ ной части разреза. В остальных направлениях гори зонт менее закрыт (углы закрытости 3—12°), так как расстояние до верхней бровки бортов больше по срав нению с превышением.
На гор. 200 м затененность рабочих площадок ближайшими бортами возрастает. Так, у северного борта закрытость горизонта составляет 23—30°, у южного и юго-восточного с юга 24—34°, у юго-запад ного и западного бортов с запада 30° и у юго-запад ного 36°.
Нижний гор. 300 м, расположенный в 35 м от дна разреза, имеет максимальную закрытость горизонта по всем направлениям, за исключением восточного.
Таким образом, по всей глубине разреза наиболь шую закрытость горизонта создают западный и севе ро-западный борта, наименьшую — восточный и юговосточный.
37