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

Продолжение таблицы 7

лу (6)]. Наибольшее развитие турбулентности в этом слое наблюдается в теплое время года.

Ричардсона, определяющий вероятность развития тур­ булентности. Из уравнения Ричардсона следует, что кинетическая энергия частицы, переместившейся в слой воздуха, может вызвать перемещение другой ча­ стицы по вертикали на некоторую высоту в том слу­ чае, если энергия первой частицы будет больше тре­ бующейся для этого работы. Данное положение запи­ сывается следующим образом:

При положительном значении (уа — у), т. е. когда распределение температуры соответствует неустойчи­ вому состоянию атмосферы, скорость ветра может возрастать и достичь критического значения, при ко­ тором

т№ ? + ' » *

где уа и у — адиабатический и фактически наблю­ даемый температурные градиенты, °С/100 м.

Слагаемое

52

называют ветровым эквивалентом вертикального тем­

высотой, турбулентность усиливается, состояние воз­

сферы определяется только величиной температурного градиента у.

Таким образом, необходимые условия для развития турбулентного перемешивания воздуха определяются по формуле

53

где Г — термодинамический вертикальный градиент атмосферы, °С/100 м; Га — то же, соответствующий сухоадиабатическому состоянию атмосферы, °С/100 м.

В табл. 8 приведены результаты расчета уд по ма­ териалам натурных определений величины сдвига ветра.

Из таблицы следует, что при малых скоростях вет­ ра U0 величина уд невелика и ее вклад в развитие турбулентности мал как в холодный, так и в теплый период года. При умеренном ветре на бровке разреза (3—6 м/с) величина уд в верхней части разреза в теп­ лый период составляет 0,3—0,6° С/100 м. Следователь­ но, при температурном градиенте, соответствующем

стратификация).

При скорости ветра более б м/с уд, как правило,

турбулентность, а поэтому и неустойчивое состояние атмосферы. Вместе с тем расчеты показывают, что в холодный период года сильная термическая неустой­ чивость атмосферы в разрезе (определяемая по вели­ чине термодинамического вертикального градиента уд+ у) часто наблюдается в верхней-части разреза, тогда как в застойной зоне, примыкающей к дну, наблюдается температурная инверсия.

В результате наблюдений за уравновешенными шарами-пилотами получена характеристика интенсив­ ности турбулентности в разрезе.

Кинетическая энергия турбулентных пульсаций для

. единицы массы воздуха в изотропной среде опреде­ ляется по формуле

3W2

( П )

где W — среднее значение модуля вертикальной со-' ставляющей скорости ветра.

На оси струи (воздушного потока, проветривающе­ го разрез) энергия турбулентных пульсаций имеет минимальное значение, ио довольно быстро возрастает вверх и особенно вниз от оси струи. Расчеты показы­

54

вают, что максимум энергии турбулентных пульсаций Ет располагается снизу струи (в центре разреза, в верхней его части) на глубине 75 м от бровки, а ми­ нимум — в 50 м выше бровки.

Обнаруженное по результатам натурных измере­ ний наличие хорошо выраженного суточного и годо­ вого хода Ет также указывает на значительную роль термических факторов, действующих в разрезе и уча­ ствующих в формировании струи (воздушного потока) над разрезом.

Для оценки интенсивности турбулентного обмена на разных уровнях в разрезе рассчитаны значения коэффициента турбулентности /гт м2/с (табл. 9). Рас­ четы выполнены по результатам наблюдений за урав­ новешенными шарами-пилотами, которые смещаются с воздушным потоком и являются своего рода датчи­ ками, измеряющими величину и период пульсаций воздушных течений. Величины коэффициента турбу­ лентности определены по формуле, предложенной Гессельбергом

рости воздушного потока; xWr— период пульсаций W'. При натурных наблюдениях Xw' составлял 20—60 с на всех уровнях в разрезе и принимался в среднем

40 с.

Т а б л и ц а 9

Значение коэффициента турбулентности kT в разрезе

55

Анализ данных табл. 9 показывает, что наимень­ шая турбулентность, а следовательно, и вынос вред­ ных примесей наблюдаются в нижнем 100-метровом слое в утренние часы, особенно в холодный период года. Максимум интенсивности проветривания глубо­ кой части разреза наблюдается в 15—17 ч зимой и в 15—19 ч летом. Эффективность естественного про­ ветривания глубокой части разреза в 5—40 раз мень­ ше, чем верхней зоны выработанного пространства.

§ 6. Оценка загрязненности внутрикарьерной атмосферы при различных метеорологических условиях

Основными внекарьерными метеорологическими факторами являются стратификация свободной атмо­ сферы, скорость и направление ветра, облачность, влажность воздуха. Функциональную зависимость за­ грязненности воздуха от температуры и влажности установить пока не удалось. Можно лишь отметить, что загрязненность усиливается в зимний период при температуре, имеющей наибольшую повторяемость (от 0 до —15° С). О наличии связи загрязненности

56