Вентиляция шахт и карьеров

§ 3. Схемы естественного проветривания карьеров

Существующий в 'карьерах естественный воздухообмен обуслов­ лен энергией двух сил: термических — за счет разности температур

Скорости конвективных потоков зависят от величины прогревания бортов карьера. На северном борту скорость воздушного потока

выше.

Конвекция возникает цри положительном вертикальном гради­ енте температуры, величина которого превышает значение сухоа- ди-абатического градиента (1° на 100 м высоты слоя воздуха), т. е. температура воздуха с высотой уменьшается. Чем больше прогре­ ты борта карьера, тем больше скорости конвективных потоков. Аэродинамический режим таких потоков лежит в промежутке меж­ ду ламинарным и турбулентным.

В ночное время и зимой при отрицательном значении верти­ кального градиента движение воздуха в карьере осуществляется по инверсионной схеме (рис. 73). По мере охлаждения поверхности ус­ тупов температура прилегающего воздуха падает и он начинает стекать по откосам в более глубокую часть карьера, вытесняя из него теплый воздух. Притекающий в нижнюю часть карьера воздух, как наиболее холодный, протекает под лежащие у дна менее охла­ жденные слои, в результате чего устанавливается температурная инверсия.

Поступающий в нижнюю часть карьера холодный воздух зано­ сит все имеющиеся на уступах вредные примеси, в результате обра-

А

Рис. 74. Прямоточная схема движения воздуха в карьере

зуется «озеро» холодного, загрязненного газами и пылью воздуха, под уровнем ,которого естественная вентиляция полностью прекра­ щается. При продолжительном полном штиле высота слоя непод­ вижного воздуха может быть равна глубине карьера.

Обязательным условием возникновения конвективного и инвер­ сионного движения воздуха в карьерах является безветренная и маловетреная погода, так как при наличии ветра температурные перепады у бортов карьера быстро сглаживаются.

При скорости ветра 1 м/сек и более конвективная и инверсион­ ная схемы переходят в прямоточную и рециркуляционную схемы проветривания. Термический фактор уже не оказывает влияния на общее движение воздуха, а играет лишь роль турбулизатора ат­

мосферы.

При наличии ветра движение воздуха в карьерах подчиняется законам турбулентных свободных струй: зона согласного движе­ ния воздуха с движением ветра на поверхности является турбу­ лентной струей первого рода, а зона обратного движения — турбу­

лентной струей второго рода.

Прямоточная схема присуща карьерам с углами откосов под­

зует струю второго рода, которая на участке ОР2 втекает в основ­ ной поток, т. е. между струями первого и второго рода существует рециркуляция.

Скорость воздушного потока у -поверхности уступов изменяет­ ся в зависимости от места расположения уступа, соотношения гео­ метрических параметров карьера на уровне поверхности к глуби­ не и скорости ветра. Изменения горизонтальной составляющей ско­ рости воздуха происходит от v = v0 на линии ОАК до v = 0 на линии ОР2С, где вертикальная составляющая скорости воздуха мак­ симальна. На участке ВСР3 скорость потока растет в направле­ нии к точке Р3, где она достигает максимального значения v = = 0,525 ко­

граница зоны рециркуляции определяется точками встречи с поверхностью уступных лучей, проведенных в профилях карьера и совпадающих с направлением ветра, под углом 10° к горизонту из точек срыва потока с подветренного борта при отношении длины или ширины карьера на уровне поверхности к глубине около 5н-6.

Количество воздуха, поступающее в карьер, возрастает с увели­ чением размеров карьера и скорости ветра. В выносе вредных при­ месей от источников, расположенных на участке карьера ОЕСВ, принимает участие количество воздуха, равное

При соотношении размеров карьера (длины или ширины) на уровне поверхности к глубине более 5—6 и углах откосов подвет­ ренного борта более 15° естественный воздухообмен в карьере осу­ ществляется по смешанной рециркуляционно-прямоточной схеме. При такой схеме изменяется геометрия общей картины движения воздуха в зоне рециркуляции и сама зона в этом случае проходит через точки встречи с поверхностью уступов или дном карьера лу­ чей, проведенных в профилях карьера и совпадающих с направле­ нием ветра, под углом 15° к горизонту из точек срыва потока с под­ ветренного борта.

Конвективные и инверсионные режимы естественного воздухо­ обмена возникают в карьерах при скорости ветра менее 1 м/сек, а максимальная скорость в струе второго рода определяется величи­ ной около 0,525 v0\ в глубоких частях карьера в зоне действия струи второго рода возможно возникновение этих режимов локального характера и при скорости ветра на поверхности более 1 м/сек.

При естественном воздухообмене в карьерах наибольшее рас­ пространение имеют рециркуляционная -и рециркуляционно-прямо­ точная, а затем -прямоточная, инверсионная и конвективная схемы.

В карьерах, разрабатывающих горизонтальные пологопадаю­ щие месторождения и во всех других, находящихся в стадии осво­ ения и нормальной эксплуатации, естественный воздухообмен осу­ ществляется по прямоточной схеме до глубины, на которой внеш­ няя граница пограничного слоя встречается с наветренным бортом.

загрязненное™ атмосферного -воздуха, поступающего в карьер с поверхности.

В свою очередь интенсивность источников выделения вредных примесей зависит от типа и мощности используемого в карьере обо­ рудования, эффективности средств подавления вредных примесей, технологии -ведения торных работ, физических и химических свойств разрабатываемых горных пород и полезного ископаемого с учетом их крепости, вязкости, способности к измельчению и влажности, а также от времени года.

Как уже отмечалось, наибольшее количество вредных газов по­ ступает в атмосферу карьеров от автотранспорта, естественных газовыделений, пожаров и взрывных работ.

Интенсивность выделения ядовитых газов автомашинами зави­ сит от типа и мощности двигателя, его технического состояния, ис­ пользуемого топлива и количества выделяемых выхлопных газов

вединицу времени:

Ввыхлопных газах бензиновых двигателей основной вредной примесью является окись углерода, концентрация которой колеб­ лется от 3,5 до 7% по объему. При прочих равных условиях основ­ ную роль в выделении окиси углерода играет карбюрация. Так, шестицилиндровый бензиновый двигатель при хорошей карбюра­ ции выделяет вместе с выхлопными газами 265 л/мин окиси угле­

рода, а при плохой 1000 л/мин.

В табл. 25 приведены данные по составу выхлопных газов ди­ зельных двигателей автосамосвалов ЯАЗ-210и МАЗ-525.

Из таблицы видно, что на газовыделения дизельных двигателей влияет тип двигателя и режим его работы.

Интенсивность выделения ядовитых примесей дизельными дви­ гателями может быть определена по формуле

'где QB.r — количество выхлопных газов, выделяемых одним автосамосвалом, мъ/смену\

Со — концентрация ядовитого газа в выхлопных газах, мг!л\ t —количество часов в смене.

Подсчитанная по приведенной формуле интенсивность выделе­ ния акролеина автосамосвалами ЯАЗ-210Е, работающими под на­ грузкой, соответственно равна 139 и 14,2 м3/сек, т. е. двигатель МАЗ-525 выделяет приблизительно в 10 раз меньше акролеина, чем

ЯАЗ-210Е.

Потребное количество воздуха для разбавления ядовитых при­ месей выхлопных газов до санитарных норм подсчитывается по формуле

Существенное загрязнение атмосферы карьеров вредными газа­ ми создают также станки огневого бурения, паровозы, тепловозы, дизель-электрические и паропутевые краны, компрессорные уста­ новки и др. Интенсивность выделения ими вредных примесей за­ висит от типа оборудования, используемого топлива и режима сжи­ гания его в топке.

Интенсивность выделения газовых примесей от пожаров зави­ сит от способности к самовозгоранию пород и руд, технологии ве­ дения работ, площади очага .пожара, условии горения, времени го­ да и т. п. Так, в Коркинском угольном карьере от горящих навалов пустых пород содержание окиси углерода на участке пожара со­ ставляет 0,016%.

Степень загазованности атмосферы карьера после массового взрыва находится в зависимости от многих факторов. К ним отно­ сятся: количество и вид взрываемого ВВ и его кислородный баланс; метеорологические условия, при которых произведен взрыв (ско­ рость ветра, температура и влажность воздуха, атмосферное дав­ ление); место расположения взрыва в пределах карьера; крепость и обводненность взрываемого массива и степень его дробления; па­ раметры карьера и технология ведения работ, а также вид и мате­ риал забойки скважин.

В карьерах ГОКов Кривбасса (ЮГОК, НКГОК, ЦГОК, СевГОК) массовые 'взрывы производятся многорядным короткоза­ медленным способом с применением в основном тротила, аммони­ тов и зерногранулитов. Количество взрываемого ВВ колеблется в- широких пределах и в отдельных случаях достигает 300 т и боль­ ше. При взрыве 100 таммонита образуется 4000 мъ ядовитых газов. При объеме карьерного пространства 24 000 000 м3 (например, карьер ЮГОКа) при соответствующих метеорологических условиях

это количеств© ядовитых газов может -создать -среднюю загазован­ ность по окиси углерода 0,017% (по объему), т. е. .почти в 10 раз большую .допустимого -содержания. При взрыве 100 ттротила зага­

зованность будет превышать предельно допустимую норму более чем в 20 раз.

К наиболее интенсивным источникам выделения пыли -в карье­ рах относятся -автодороги, -сдувание ранее осевшей пыли ветром, камнерезные машины, буровые станки ударно-вращательного и вращательного действия, экскаваторы.

Достаточно отметить, что ;на некоторых карьерах запыленность воздуха на автодорогах такова, что -самосвалы движутся даже днем с-включенными фарами и замедленной скоростью.

Наблюдения показали, что ранее осевшая пыль, поднятая за­ тем в воздух ветром, является одним из основных источников запыления общекарьерного пространства. При этом интенсивность пылевыделения увеличивается с увеличением силы ветра и возрас­ тает удельная запыленность воздуха -в карьере.

При отсутствии средств пылеподавления основное влияние на интенсивность источников первичного пылеобразования оказывает количество разрушаемой в единицу времени горной массы и -сте­ пень ее измельчения.

Важным фактором, влияющим на интенсивность пылевыделения при экскавации горной массы, при прочих равных условиях явля­ ется высота уступа. В карьере ЮГОКа средняя запыленность воз­ духа на расстоянии 25 м от экскаватора при его работе в забое с уступом высотой 5 м составляет 4 мг/м3, а при уступе высотой 15 м — 13,2 мг/мг. Существенно сказывается также и влажность пород. При экскавации горной массы, политой водой, запыленность в 4—5 раз ниже, чем при сухой горной массе, а после дождя за­ пыленность резко снижается и находится в пределах санитарной нормы.

Наибольшая интенсивность всех источников пылевыделения наблюдается в карьерах, разрабатывающих месторождения оса­

При постоянной интенсивности источника пыле-газовыделения степень загрязнения атмосферы -на |рабочих .местах зависит от ско­ рости ветра в месте расположения источника, •направления воздуш­ ного потока и его турбулентности, расстояния от источника выде­ ления вредных примесей и уровня загрязненности воздуха, посту­ пающего в карьер с поверхности.

Значительное ухудшение условий труда для рабочих в карьере помимо загрязнения воздуха пылью и газами вызывается также температурным фактором.

§ 5. Факторы, влияющие на пыле-газовыделения при производстве массовых взрывов в карьере

Взрывные работы являются -наиболее интенсивным источником периодического пыле- и газовььделения и создают в большинстве случаев общее загрязнение атмосферы карьеров.

На карьерах горнообогатительных комбинатов Кривбасса и других (карьерах страны широкое распространение получило многорядное короткозамедленное взрывание скважин, при котором ко­ личество одновременно взрываемого ВВ достигает 300 г и больше. Загазованность карьерного пространства после массовых взрывов имеет временный характер, но при неблагоприятных метеорологи­ ческих условиях (полный штиль и инверсия) может продолжаться длительное время. Так, уже сейчас при небольших глубинах карь­ еров перерывы в работе после массового взрыва в карьере из-за загазованности атмосферы достигают в отдельных случаях 6—7 ч, а иногда и больше.

На интенсивность пыле- и газовыделения в момент массовых взрывов и после них влияют следующие факторы:

а) количество и качество взрываемого ВВ с учетом его ком­ понентов взрывчатого разложения, кислородного баланса, степени и скорости детонации, работоспособности, водоустойчивости;

б) метеорологические условия во время массового взрыва;

в) крепость и трещиноватость взрываемых пород, их обводнен­ ность и способность к измельчению;

г) технология 'ведения работ в карьере.

Существовало мнение, что в карьерах глубиной 100—150 м уже через 10—15 мин после взрыва ядовитые газы не обнаружива­ ются или обнаруживаются лишь их следы. В действительности это не так. Кафедрой вентиляции КГРИ производились исследования загазованности карьерного про­

приводится в действие от сери* -есного электродвигателя мощностью 40 вт.

Сейсмический пускатель (рис. 77) устроен следующим образом: на цилиндрическом изоляторе в верхней части надета трубка-изо­ лятор с небольшой поверхностью в верхней части, на которой нахо­ дится шар-груз. На трубку-изолятор в нижней части надет подвиж­ ной контакт 28, который поджимается к неподвижному контакту цилиндрической пружиной. Когда шар-груз находится на подвиж­ ном контакте, последний не прикасается к неподвижному контакту (без шара-груза контакты 27 и 28 замкнуты).

Подготовка прибора к работе заключается в следующем. К каж­ дому электромагнитному клапану подсоединяется резиновая каме­ ра. Производится подключение аккумуляторов к часовому меха­ низму и часового механизма к диафрагменному насосу. Подвиж-