ПРИЧИНЫ И ХАРАКТЕР ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ КАРЬЕРОВ

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

АЭРОЛОГИЯ КАРЬЕРОВ

Учебно-методическое пособие и примеры выполнения практических работ для студентов очного и заочного обучения специальностей

130 400.65.03 Открытые горные работы

130 400.65.04 Маркшейдерское дело

130 400.65.10 Электрификация и автоматизация горного производства

130 400.65.09 Горные машины и оборудование

Красноярск 2014

УДК 622.058(075.8)

Аэрология карьеров: Учебно-методическое пособие и примеры выполнения практических работ для студентов очного и заочного обучения специальностей 130 400.65.03 Открытые горные работы, 130 400.65.04 Маркшейдерское дело, 130 400.65.10 Электрификация и автоматизация горного производства, 130 400.65.09 Горные машины и оборудование / сост. С.Г. Шахрай – ФГАОУ ВПО СФУ, ИЦМиМ, кафедра техносферной безопасности горного и металлургического производства. – Красноярск, 2014.

Представлены причины и характер загрязнения атмосферы карьеров, характеристики газообразных и пылевых примесей воздуха в карьерном пространстве, а также средства и способы нормализации состава атмосферы карьеров. Приведена методика расчета интенсивности естественного проветривания карьеров, выбора средств искусственного проветривания. Представлены примеры выполнения расчетов. Учебно-методические указания предназначены для студентов очного и заочного обучения специальностей 130 400.65.03 Открытые горные работы, 130 400.65.04 Маркшейдерское дело, 130 400.65.10 Электрификация и автоматизация горного производства, 130 400.65.09 Горные машины и оборудование.

Учебно-методическое пособие

АЭРОЛОГИЯ КАРЬЕРОВ

Учебно-методическое пособие и примеры выполнения практических работ для студентов очного и заочного обучения

Составитель:

Шахрай Сергей Георгиевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

№п/п		Стр.
1.	ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………	4
2.	Практическая работа №1. Причины и характер загрязнения атмосферы карьеров……………………………………………..	4
3.	Практическая работа №2. Обеспечение нормального состава атмосферы в карьерах…………………………………………...	13
4.	Практическая работа №3. Основные исходные данные для прогнозирования и проектирования нормального состава атмосферы в карьерах…………………………………………..	15
5.	Практическая работа №4. Определение схемы естественного проветривания и количества воздуха, осуществляющего проветривание карьеров………………………………………..	18
6.	Практическая работа №5. Расчет количества воздуха, необходимого для разжижения вредных примесей карьерной атмосферы до безопасных концентраций……………………..	21
7.	Практическая работа №6. Расчет времени загрязнения карьерной атмосферы до безопасных концентраций…………	28
8.	Практическая работа №7. Расчет параметров искусственной вентиляции карьеров активным способом…………………….	31
9.	Пример выполнения практической работы №4……………….	36
10.	Пример выполнения практической работы №5……………….	38
11.	Пример выполнения практической работы №6……………….	43
12.	Пример выполнения практической работы №7……………….	44
13.	Порядок оформления практических работ	48
14.	Рекомендуемый библиографический список………………….	48

ВВЕДЕНИЕ

Обеспечение нормальных санитарно гигиенических условий труда в карьерах является основной целью отрасли горной науки – аэрологии карьеров. Достигается эта цель решением таких задач, как разработка методов и средств подавления вредностей на местах их образования или выделения; использованием природных сил и факторов для интенсификации естественного проветривания; создание методов и средств искусственной вентиляции карьеров. Настоящие методологические указания своей целью дать представление студентам о расчетах проветривания карьеров и выборе способов нормализации карьерной атмосферы.

В методическом указании используются для расчетов отвлеченные данные.

Особенностью расчетных работ является взаимосвязь между отдельными расчетными работами, когда данные и результаты расчетов по одним работам являются исходными данными для других работ.

Практическая работа №1

Практическая работа №2

Практическая работа №3

ОСНОВНЫЕ ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ НОРМАЛЬНОГО СОСТАВА АТМОСФЕРЫ В КАРЬЕРАХ

Состав атмосферы в карьере следует оценивать по этапам его отработки, определяемым схемами естественного проветривания. Эти этапы должны устанавливаться, исходя из характерных для каждого изменения ветровых схем проветривания карьера в связи с тем, что:

а) для подавляющей территории России ветер является основным естественным вентиляционным фактором;

б) ветровые схемы и их эффективность определяются параметрами карьера (размерами в плане, углами откосов бортов и т.п.);

в) хотя эффективность тепловых схем и зависит от параметров карьера, однако условия их возникновения обусловлены тоже метеорологическими элементами.

Таким образом, базой для установления основных этапов отработки карьера являются прямоточная, рециркуляционная, рециркуляцо-прямоточная и прямоточно-рециркуляционные схемы естественного проветривания.

В основу их классификации положена аэродинамическая характеристика движения воздуха в карьерах, возникающая при действии ветра с учетом основных параметров открытых горных разработок, к которым в данном случае относятся: L - размер карьера на уровне поверхности в направлении, перпендикулярном к движению ветра; В - длина карьера в направлении движения ветра; - относительная длина карьера в направлении движения ветра; Н - глубина карьера; β_п и β_н – соответственно, углы откосов подветренного и наветренного бортов карьера.

Параметры карьера, определяющие ветровую схему его проветривания, представлены в табл. 3., структура воздушных потоков при прямоточной, рециркуляционной, рециркуляционно-прямоточной и прямоточно-рециркуляционной схемах естественного проветривания – на рис. 1.

Таблица 3

Практическая работа №4

Порядок выполнения работы.

1. Исходные данные для выполнения работы представлены в таблице 4. Согласно данным заданного варианта в масштабе построить план карьера. Форма карьера произвольная. Большая ось карьера ориентирована в направлении действия ветрового потока.

2. По зависимости (1), представленной в практической работе №3, определить значения и .

3. Используя данные своего варианта, построить профили карьера (в масштабе) в направлении действия ветрового потока для каждого этапа отработки карьера.

4. Определить схемы естественной вентиляции для каждого этапа отработки карьера.

5. По формулам (2) и (3) определить количество воздуха, осуществляющее проветривание на каждом этапе отработки карьера.

6. Дать заключение об эффективности проветривания на каждом этапе карьера.

Рис. 3. Схема к расчету естественного проветривания карьера

Таблица 4

Исходные данные для выполнения практической работы №4

№ варианта	В, м	L, м	в₁=в₂=в₃, м	l, м	, м/с	, м	, град.
1	1500	900	500	250	3	550	55
2	1700	950	550	270	4	600	60
3	1800	1000	600	300	5	650	65
4	2000	850	650	350	6	700	70
5	2100	650	700	370	7	750	75
6	2150	700	750	400	8	800	80
7	2200	800	800	430	9	850	50
8	2300	500	850	450	10	900	45
9	2500	600	900	500	5	950	40
10	2800	850	950	550	4	1000	60

Практическая работа 5

Порядок выполнения работы.

1.1. Определение по пыли.

Количество воздуха, необходимое для уменьшения концентрации пыли в воздухе до санитарных норм определяется, исходя из суммарной интенсивности пылевых источников и предельно допустимой концентрации (ПДК) пыли

(4)

где: - суммарная интенсивность источников пылевыделения, мг/с; q – ПДК пыли в воздухе, .

(5)

где: - интенсивность внутренних источников, мг/с; - интенсивность внешних источников, мг/с.

(6)

(7)

где: - интенсивность пылевыделения одного из источников, мг/с; - число однотипных источников; N – число групп однотипных источников; - концентрация пыли в воздухе, поступающем в количестве для проветривания карьера, мг/м³; - коэффициент одновременности работы группы однотипных источников

(8)

где: и - количество используемых и работающих в карьере однотипных машин соответственно; - интенсивность пылевыделения при сдувании пыли с обнаженных поверхностей карьера ветром, мг/с

(9)

где: - удельная сдуваемость пыли, мг/с·м², (рис. 4) - площадь обнаженной поверхности карьера, обдуваемая ветром со скоростью больше критической для данного вида пыли, м².

(10)

где: - глубина карьера на данном этапе отработки, м; - угол откоса подветренного борта, град.; - ширина карьера по дну, м; L - ширина карьера на поверхности, м.

Рис. 4. Зависимость удельной сдуваемости пыли от скорости воздушного потока: 1 – угольная; 2 – известняковая; 3 – медносерная руда; 4 – железистые квасцы

1.2. Определение по газу.

Определение по газу производится согласно общим уравнениям (4), (5). Входящие в эти уравнения значения интенсивности источников газовых выбросов определяются следующим образом:

, (11)

где: N, , имеют тот же смысл, что и в уравнении (6); - КПД нейтрализатора газов для однотипных источников; - коэффициент одновременности работы однотипных источников

(12)

где: и - количество однотипных машин, работающих на холостом ходу и их общее количество в карьере соответственно; - величина вредного вещества в выхлопных газах машин при работе их под нагрузкой и на холостом ходу, мг/с;

(13)

где: - среднее количество газа, выходящее из организованного выброса, ; - средняя концентрация ядовитой примеси в газе, поступающем в карьер через организованный выброс, .

(14)

Величина определяется для газа согласно уравнению (7).

1.3 Порядок выполнения работы 5.

Расчеты выполняются в соответствии с вариантами, указанными в таблицах исходных данных, а также используются данные и результаты расчетов работы 4.

1.3.1. Расчет (по пыли).

1. Определяют интенсивность пылевыделения от внутренних источников согласно первой части уравнения(6). Данные для расчетов берутся из табл. 5,6,7. Результаты расчетов сводятся в табл. 8.

Таблица 5

Исходные данные для выполнения практической работы №4

№ варианта	Источник пылегазовыделения	Число источников общее	Число источников работающих	Характеристика пыли по , %	Номер кривой сдуваемости пыли (рис. 4)
1	ЭКГ- 4 СБШ – 200	7 6	5 5	24	3
2	СБО ЭКГ-8	10 12	6 8	74	4
3	СБШ-250МН ЭКГ – 4.6	12 13	10 8	10	4
4	СБО ЭКГ-4	5 8	4 6	35	1
5	СБШ-320 ЭКГ-8	8 10	6 7	6	1
6	СБШ-200 ЭКГ-4,6	8 11	6 7	17	2
7	СБШ-320 ЭКГ-8	7 12	6 10	40	3
8	СБШ-200 ЭКГ-4	13 9	11 7	23	3
9	СБШ-250МН ЭКГ-4,6	15 12	13 9	18	1
10	СБО ЭКГ-8	17 9	14 7	20	2

Таблица 6

По полученным результатам дать заключение об эффективности разбавления концентраций загрязняющих веществ в атмосфере карьера до уровня санитарных норм. При необходимости, обосновать применение средств искусственного проветривания карьерного пространства.

3.2. Расчет (по газу).

1. По уравнению (11) определяют суммарную интенсивность выделения вредных примесей от внутренних источников, для чего по каждой их группе вычисляют:

- по уравнению (12) - коэффициент одновременности . Значение величин, входящих в уравнение (12) находят по табл. 7;

- по уравнениям (13) и (14) - интенсивность газовыделения источника . Значения величин, входящих в эти уравнения, находят по данным таблицы 10;

- по данным табл. 7 находят (КПД нейтрализатора вредных примесей).

Таблица 10

Практическая работа №6

Часть I

Первая часть работы заключается в определенные периода времени, в течении которого происходит загрязнения или запыления атмосферы карьера до допустимого уровня при отсутствии естественного воздухообмена(штиля, инверсии). Время штиля и инверсии t_шт, t_инв задается вариантом по табл.12.

Таблица 12

Исходные данные для выполнения частей I ; II практической работы №6

№ варианта	Время штиля t_шт, инверсии t_инв, час	Количество взрываемого ВВ А, т	Крепость пород, f	Тип ВВ
1	3	600	15	Граммонит 79/21
2	6	800	10	Граммонит 79/21
3	3,5	250	17	Гранулотол
4	5	900	13	Граммонит 50/50
5	2	120	18	Гранулотол л
6	2,5	290	10	Игданит
7	3	340	15	Граммонит 50/50
8	4	400	14	Гранулотол
9	4,5	600	8	Игданит
10	5	700	13	Граммонит 79/21

Время загрязнения атмосферы карьера до допустимого уровня, с, определяют по формуле:

(15)

где: - объем карьера, м³; - количество воздуха, необходимое для разжижения пыли по предельно допустимой концентрации, м³/с.

Объем карьера находится по формуле:

(16)

где: b - длина карьера по дну, м; l - ширина карьера по дну, м; H - глубина карьера на данном этапе отработки, м; - среднеарифметическое значение наветренного и подветренного углов откосов борта карьера.

Значение величин, входящих в формулу (16), принимаются по данным работы № 4. Так как при инверсиях и штилях то значение определяется по интенсивности внутренних источников пылевыделения, вычисленных в рамках выполнения практической работы № 5.

Сравнивая и t _инв или t _шт, делаем вывод о необходимости применения средств искусственной вентиляции карьера.

Часть II

Вторая часть работы заключается в определении времени естественного проветривания после массового взрыва, произведенного в зоне обратных потоков.

При рециркуляционной схеме проветривания выносу вредных примесей из атмосферы карьера предшествует период осреднения примесей в объеме зоны рециркуляции. Продолжительность этого периода определяется объемом зоны рециркуляции, количеством воздуха, осуществляющего проветривание карьера, и зависит от места расположения источника вредных примесей.

Для источников, расположенных в зоне обратных потоков, продолжительность периода осреднения t ₁, c, составит:

(17)

где: - объем зоны рециркуляции, м³; - количество воздуха, осуществляющее проветривание карьера, м³/с.

Объем зоны рециркуляции определяется по формуле:

(18)

Значения b , l , H, те же, что и в формуле (16). Значение В и х_С принимаются из работы 4. Количество воздуха, осуществляющее проветривание карьера принимаются из работы 4 для соответствующего этапа отработки.

После определения продолжительности периода осреднения находим время t ₂, в течение которого концентрация вредных примесей в зоне рециркуляции снизится до допустимого уровня. После чего определяется общее время проветривания Т, с:

(19)

Продолжительность периода выноса вредных примесей из атмосферы карьера до момента, когда их концентрация снизится до допустимого, находится по формуле

(20)

где: q _н - начальная концентрация ядовитых газов в пылегазовом облаке, образующихся при взрыве, в перечете на условный оксид углерода, % по объему; q - допустимая концентрация вредных газов в атмосфере. Правила безопасности разрешают допуск людей в забой при концентрации СО в атмосфере карьера не выше 0,008 % об.; значения , , L те же, что и в работе 4.

Начальная концентрация ядовитых газов (%) в пылегазовом облаке зависит от объема облака, количества взорванного ВВ и его газовости - количества газов, выделяющихся при разложении 1кг ВВ:

(21)

где: N- количество ядовитых газов, выделяющихся при взрывании 1 кг ВВ, дм³/кг; А- количество взрываемого ВВ, т; V- объем газопылевого облака, м³.

Объем газопылевого облака V, тыс. м³, находят по формуле:

(22)

где А- количество взрываемого ВВ, т

Исходные данные для расчета задаются вариантом по данным таблиц №№11; 12.

По окончанию расчета сделать вывод о необходимости принятия мер для нормализации атмосферы карьера.

Таблица 13

Исходные данные для выполнения части II практической работы №6

Тип ВВ	Выход токсичных газов в зависимости от крепости пород , N, дм³/кг
Тип ВВ	8-10	11-13	14-16	16-18
Граммонит79/21	59	35	32	-
Гранулотол	-	73	84,4	83
Граммонит 50/50	-	51,5	52,4	-
Игданит	41	37	-	-

Практическая работа №7

I случай расчета

Предполагается, что в карьере на определенном этапе отработки вентиляция осуществляется по какой-либо схеме естественного проветривания, но эффективность ее недостаточна для снижения концентрации вредных примесей.

Для достижения требуемой эффективности, с помощью средств искусственной вентиляции, необходимо подать в карьер дополнительное количество чистого воздуха, или удалить из карьера такое же количество загрязненного. Для чего необходимо:

1. Определить дефицит воздуха

(28)

2. Учитывая характер действия воздушных потоков внутри карьера, его параметры, наметить места расположения вентиляторных установок.

3. Определить требуемую дальнобойность струи (из плана или сечения карьера).

4. Пользуясь данными таблицы14 подобрать вентиляторную установку, ориентируясь на ее параметры.

5. По формулам (23-27) произвести расчет параметров вентиляторной струи.

6. Определить необходимое число вентиляторных установок

где: Q _В – производительность вентиляторной установки по конечному сечению свободной струи, м³/с.

II случай расчета

Требуется за определенный промежуток времени снизить концентрации вредных примесей до ПДК в объеме карьерного пространства. Этот расчет производится в случае, когда в результате неблагоприятных метеоусловий в карьере образуется зона загрязнения определенного объема, в которой концентрация вредных примесей выше нормы.

Исходными данными в расчете являются: V _З –объем зоны загрязнения, м³; у – потребная степень разжижения вредных примесей, то есть отношение фактической и допустимой концентраций вредных примесей , t- время проветривания.

Количество воздуха в единицу времени, м³/с, требуемое для проветривания:

(29)

Исходя из конкретных условий, производится определение мест расположения вентиляторных установок и их требуемая дальнобойность. Далее поступают так же, как и первом случае расчета (пункты 4-6)

III случай расчета

Смысл расчета заключается в том, чтобы в условиях полного отсутствия воздухообмена между атмосферой карьера и окружающем пространством за счет работы вентиляторных установок создать достаточный воздухообмен в течение всего времени длительности штиля или инверсии.

Количество воздуха, необходимое для создания воздухообмена Q _необх . должно быть равно количеству воздуха, необходимого для разжижения поступающих в карьер вредных примесей (см. работу 5).

При этом количество поступающих в карьер вредных примесей в единицу времени будет равно такому же количеству удаляемых из карьера вредных примесей за то же время.

Дальнейшее решение вопросов эффективности работы вентиляторных установок производится аналогично пунктам 2-6 первого случая расчета данной работы.

Для случаев инверсии или штиля необходимо расстановку вентиляторных установок произвести таким образом, чтобы внутри карьера не оказалось застойных зон, в которых возможно накопление примесей.

Таблица 14

Исходные данные для выполнения практической работы № 7

Тип вентиляторной установки	Силовая установка	Тип создаваемой струи	Начальный диаметр струи, D_С м	Начальный расход, Q₀ м³/с	Мощность, N кВт	Параметры активного участка струи		Часовой расход топлива, кг
Тип вентиляторной установки	Силовая установка	Тип создаваемой струи	Начальный диаметр струи, D_С м	Начальный расход, Q₀ м³/с	Мощность, N кВт	Дально-бойность L с м	Расход в конце струи, Q м³/с	Часовой расход топлива, кг
ОВ-1	Эл. двигатель	Изотермическая	2,5	125	250	280	4800	-
ОВ-2	Дизель	Изотермическая	2,75	125	220	260	4100	54
ОВ-3	Дизель	Изотермическая	3,6	180	245	300	6400	54
УМП-1	Дизель	Изотермическая	3,6	220	364	350	7500	75
АВК-4 (УМП-14)	Эл. двигатель	Изотермическая	14	1160	320	570	27700	-
УМП-21	Эл. двигатель	Изотермическая	21	3770	1200	1000	78500	-
ПВУ-6	Эл. двигатель	Изотермическая	1,8	200	2000	700	33500	-
АИ-21-КВ	Турбовинтовой двигатель (ИЛ-18)	Неизотермическая	4,5	640	2940	800	45000	870
УВУ-1	Турбореактивный двигатель (РД-ЗМ)	Неизотермическая	1,15	190	30000	1300	98000	2969
НК-12-КВ	Турбовинтовой двигатель (ТУ-114)	Изотермическая и неизотермическая	5,6	1300	11000	1300	89000	2300
УТ-ПФИ-2	Тепловая	Конвективн.	-	-	80000	До 500	До 80000	7900
УКПК-1	Тепловая	конвективная	10	-	36000	до 300	До 48000	3600

Примеры выполнения практических работ

Пример выполнения практической работы №4

Исходные данные:

В = 1500 м = 5 м/с

L = 900 м = 650 м

в₁=в₂=в₃ = 500 м ,= 60⁰

l = 250 м

Порядок выполнения работы

В масштабе 1:10 000 строим план карьера (рис. 5).

Рис. 5. Схема к расчету естественного проветривания карьера

По формуле (1) определяем значения Н₁ и Н₂.

Предельная глубина отработки карьера на I этапе:

Н₁ = Н_гр = 0,5·349,8 = 174,9 м

Предельная глубина отработки карьера на II этапе:

Н₂ = Н_гр = 349,8 м

Глубина отработки на третьем этапе:

Н₃ > Н_гр = 650 м

Количество воздуха, осуществляющее проветривание карьера на I этапе отработки.

Согласно схеме, представленной на рис. 5, угол наклона подветренного борта карьера относительно горизонта на I этапе отработки β_п1 = 11⁰ < 15⁰. Следовательно, на данном этапе карьер проветривается по прямоточной схеме и количество воздуха, поступающего в карьерное пространство, определяется по формуле (2):

Количество воздуха, осуществляющее проветривание карьера на II этапе отработки.

Согласно схеме, представленной на рис. 5, угол наклона подветренного борта карьера относительно горизонта на II этапе отработки β_п2 = 24⁰ > 15⁰. Следовательно, на данном этапе карьер проветривается по рециркуляционной схеме. При этом карьерное пространство, расположенное выше нижней границы свободной струи (линия ОС), проветривается по прямоточной схеме, ниже линии – по рециркуляционной, и количество воздуха, поступающего в карьерное пространство определяется как сумма объемов, вычисленных по формулам (2;3):

При расчете количества воздуха, поступающего по прямоточной схеме на II этапе отработки карьера следует иметь в виду, что продольная проекция подветренного борта карьера на горизонтальную ось будет несколько меньше, чем на I этапе. Обусловлено это тем, что действие прямоточной струи на данном этапе ограничено линией ОО^/С или формой, которую имел карьер при угле наклона подветренного борта относительно горизонта β_п = 15⁰.

Количество воздуха, осуществляющее проветривание карьера на III этапе отработки.

Особенность формы карьера, представленного на рис. 5 заключается в том, что по мере его отработки изменяется лишь глубина выработки и угол наклона подветренного борта относительно горизонта. Что касается длины карьера между верхними бровками В и длины днища в по продольной оси, а также угла наклона наветренного борта β_п, они остаются неизменными. Следовательно, на данном этапе количество воздуха, осуществляющего проветривание карьерного пространства определяется как сумма объема, поступающего в карьер по прямоточной схеме на II этапе отработки и объема рециркуляции на III этапе:

Вывод. Согласно данным, полученным в ходе выполнения практической работы следует, что наиболее эффективное проветривание наблюдается на I стадии отработки карьера. Обусловлено это тем, что на данном этапе карьерное пространство омывает прямоточная вентиляционная струя и застойные зоны в карьере отсутствуют. По мере углубления карьера (этапы II и II)I интенсивность проветривания снижается, вследствие увеличения зоны рециркуляции вентиляционной струи и уменьшения объема воздуха, поступающего в карьерное пространство.

Пример выполнения практической работы №5

Исходные данные для расчета:

СБШ-250МН: n_i = 15; n_ip = 13

ЭКГ-4,6: n_i = 12; n_ip = 9

БелАЗ-549: n_i = 28; n_i _х = 4; ɳ = 75%; Q_г_i = 1,25 м³/с

Т-180: n_i = 3; n_i _х = 3; ɳ = 70%; Q_г_i = 0,33 м³/с

Содержание SiO₂ в пыли 18%

Номер кривой по сдуваемости пыли – 3

ПДК пыли 2 мг/м³

Объем воздуха 872 378,6 м³/с, осуществляющего проветривание карьера на III этапе отработки, принимаем из практической работы №4.

1. Расчет по пыли

1.1. Определяем коэффициент одновременности работы группы однотипных источников:

- станки буровые СБШ-250МН

- экскаваторы ЭКГ-4,6

- БелАЗ-549

- Т-180

1.1. Определяем интенсивность пылевыделения от внутренних источников:

Наименование групп однотипных источников	Интенсивность источника	Число однотипных источников	Коэффициент одновремен-ности	Интенсивность группы однотипных источников
Наименование групп однотипных источников	Интенсивность источника	Число однотипных источников	Коэффициент одновремен-ности	без средств борьбы с пылью	со средствами борьбы с пылью
1.СБШ-250МН	29800/940	15	0,87	388 890	12 267
2.ЭКГ-4,6	550/120	12	0,75	4 950	1 080
3. БелАЗ-549	16000/800	28	0,86	385 280	19 264
4.Т-180	200	3	0	-	-
ИТОГО:				779 120	32 611

1.2. Интенсивность пылевыделения при сдувании пыли с обнаженных поверхностей карьера ветром:

где: - удельная сдуваемость пыли,(7 ; - площадь обнаженной поверхности карьера, обдуваемой ветром со скоростью больше критической для данного вида пыли, м²; - глубина карьера на данном этапе отработки, м; - угол наклона подветренного борта, град.; - ширина карьера по дну, м; - ширина карьера по поверхности, м.

1.3. Интенсивность внешних источников пылевыделения полагаем равными нулю.

1.4. Общее количество пыли, поступающее в карьерное пространство от внутренних и внешних источников:

- без использования средств борьбы с пылью - 8 046 840 мг/с;

- с использованием средств борьбы с пылью - 7 300 331 мг/с.

1.4. Количество воздуха , необходимое для разбавления концентраций пыли до санитарных норм:

- без использования средств борьбы с пылью

- с использованием средств борьбы с пылью

1.5. Для оценки эффективности проветривания карьера по пылевому фактору выбираем большее из

2. Расчет по газу

2.1. Определяем коэффициент одновременности работы группы однотипных источников

- БелАЗ-549:

- по оксиду углерода

- по диоксиду азота

- по акролеину

- Т-180:

- по оксиду углерода

- по диоксиду азота

- по акролеину

2.2. Средняя концентрация ядовитой примеси в газе, поступающем в карьер через организованный выброс

- оксид углерода

- диоксид азота

- акролеин

2.3. Интенсивность выделения газов от однотипных источников.

- оксид углерода

3859,4

326,0

- диоксид азота

13134,4

61,9

- акролеин

331,3

157,7

Наименование групп однотипных источников	Интенсивность источника	Число однотипных источников	Коэффициент одновременности	Интенсивность группы однотипных источников
- оксид углерода: БелАЗ-549 Т-180	3859,4 326,0	28 3	0,895 0,162	24179,1 47,5
ИТОГО оксида углерода:				24226,6
- диоксид азота: БелАЗ-549 Т-180	13134,4 61,9	28 3	0,857 0,210	78793,3 11,7
ИТОГО диоксида азота:				78805,0
- акролеин: БелАЗ-549 Т-180	331,3 157,7	28 3	0,899 0,005	2084,9 0,7
ИТОГО акролеина:				2085,6

2.4. Количество воздуха , необходимое для разбавления концентраций газа до санитарных норм:

- для оксида углерода:

- для диоксида азота:

- для акролеина:

2.5. Для оценки эффективности проветривания карьера по газовому фактору выбираем большее из

3. Выводы по практической работе №5.

3.1. Согласно данным, полученным при расчета количества воздуха, необходимого для разбавления концентраций пыли до уровня санитарных норм установлено, что Q _ос < и эти величины составляют 872 378,6 и 4 023 420 м³/с соответственно. Следовательно, для нормализации атмосферы карьера необходимо применение средств искусственного проветривания, либо меры, направленные на снижение интенсивности сдувания пыли с обнаженных поверхностей.

3.2. Согласно данным, полученным при расчета количества воздуха, необходимого для разбавления концентраций газа до уровня санитарных норм установлено, что Q _ос > и эти величины составляют 872 378,6 и 15 761 м³/с соответственно. Следовательно, для нормализации атмосферы карьера применение средств искусственного проветривания не требуется.

Пример выполнения практической работы №6

Исходные данные для расчета:

Время инверсии (штиля) t _инв_. (t _шт) = 4,5 ч

Количество взрываемого ВВ А=600 т

Тип ВВ – игданит

Крепость взрываемых пород по шкале Протодьяконова f = 8

Часть I

1. Определяем объем карьера:

м³

2. Время загрязнения атмосферы карьера до допустимого уровня:

=113,8 с = 0,031 час

Вывод по части I практической работы №7. Поскольку продолжительность инверсии (штиля) значительно превышает время загрязнения карьера до допустимого уровня, необходима разработка и применение средств искусственной вентиляции, либо остановка работы на данный период.

Часть II

1. Определяем объем зоны рециркуляции воздушных потоков в карьерном пространстве:

= 445 838 230 м³

2. Объем пылегазового облака, образующегося при взрывании ВВ:

=44·600^1,08=44 040,88 тыс. м³

3. Начальная концентрация ядовитых газов в пылегазовом облаке, выделяющихся при взрывании ВВ:

=100

4. Продолжительность период осреднения:

=7,86 = 511,7 с = 0,142 час

5. Продолжительность периода выноса вредных примесей из атмосферы карьера до момента, когда их концентрация снизится до допустимого:

= 5844 с = 1,62 час

6. Общее время проветривания:

= 0,142+1,62 = 1,762 час

Вывод по части II практической работы №7. Время естественного проветривания карьера до достижения концентраций вредных веществ уровня, установленного санитарными нормами, после взрывания ВВ в заданном количестве составит 1,762 часа.

Примеры выполнения практической работы №7

I случай расчета

В качестве исходных данных возьмем результаты расчета объема воздуха, необходимого для разбавления концентраций пыли до уровня санитарных норм (практическая работа №5).

1. Согласно расчетным данным, дефицит воздуха составляет:

= 4 023 420 – 872 378,6 = 3 151 041,4

2. Анализ характера действия воздушных потоков внутри карьера, объема зоны рециркуляции и параметров карьерного пространства показывает, что наиболее целесообразна установка вентиляторов под подветренным бортом, с направлением вентиляционной струи в вертикальном направлении или под углом, совпадающим с углом наклона наветренного борта – 60⁰.

3. Дальнобойность струи выбираем из высоты расположения нижней границы свободной струи, осуществляющей проветривание, относительно дна карьера. Согласно этим данным, минимальная дальнобойность струи должна составлять 300 м, с возможностью обеспечения данного параметра до 500м, что обеспечит вынос загрязенного воздуха в зону действия прямоточных воздушных потоков.

4. Согласно данным табл. 14, в нашем случае целесообразно применение установки АВК-4 (УМП-14), обладающей следующими характеристиками:

- силовая установка – электродвигатель мощностью 320 кВт;

- тип создаваемой струи – изотермическая;

- начальный диаметр струи D ₀ 14 м;

- начальный расход Q ₀ 1160 м³/с;

- дальнобойность струи L_c 570 м;

- расход в конце струи Q 27700 м³/с.

5. Скорость воздуха на оси струи на расстоянии 400 м (среднее необходимое значение дальнобойности струи) от начального сечения составит:

= 0,39

Скорость в начальном сечении струи определим по ее начальному диаметру (площади поперечного сечения) и начальному расходу :

= 7,5

Принимаем средние значения коэффициентов и а, 1,15 и 0,35 соответственно.

6. Средняя скорость струи на удалении х:

0,078

7. Дальнобойность струи, м

= 333,9 м

8. Расход воздуха в сечении струи, удаленном на расстояние x от начального сечения:

= 51 309,4 м³/с:

где: Q ₀ – начальный расход воздуха, м³/с.

9. Диаметр струи, м, на расстоянии x от начального сечения

= 6,8·0,35·400 + 14 = 966 м

10. Необходимое количество вентиляторных установок:

Принимаем к эксплуатации 62 вентиляционных установки, способных обеспечить восполнение дефицита воздуха и состояние атмосферы карьерного пространства, удовлетворяющее требованиям санитарных норм.

II случай расчета

При расчете необходимого времени снижения концентраций вредных примесей до уровня ПДК исходными данными являются объем зоны загрязнения, потребная степень разжижения вредных примесей и время проветривания карьера. В качестве таковых примем объем пылегазового облака, образующегося при взрывных работах – 44 040,88 тыс. м3 и продолжительность периода выноса вредных примесей из атмосферы карьера до момента, когда их концентрация снизится до допустимого – 1,762 часа (6343 с), определенных в рамках выполнения практической работы №3.

1. Количество воздуха в единицу времени, требуемое для проветривания:

-6 м³/с

Согласно полученным данным, дефицит воздуха, осуществляющего вентиляцию и необходимость применения средств искусственного проветривания, отсутствуют.

III случай расчета

1. В случаях длительных инверсий (штилей) количество воздуха, необходимое для разбавления концентраций вредных веществ до уровня санитарных норм составляет 4 023 420 (практическая работа №5).

2. Дальнобойность струи выбираем из ее сопоставимости с глубиной карьера, равной 650 м. Наиболее близкой по данному параметру является установка ПВУ-6, обладающая следующими характеристиками:

- силовая установка – электродвигатель мощностью 2000 кВт;

- тип создаваемой струи – изотермическая;

- начальный диаметр струи D ₀ 1,8 м;

- начальный расход Q ₀ 200 м³/с;

- дальнобойность струи L_c 700 м;

- расход в конце струи Q 33500 м³/с.

3. Скорость воздуха на оси струи на расстоянии 650 м (глубина карьера) от начального сечения составит:

= 0,35

4. Скорость в начальном сечении струи определим по ее начальному диаметру (площади поперечного сечения) и начальному расходу :

= 78,6

Принимаем средние значения коэффициентов и а, 1,15 и 0,35 соответственно.

5. Средняя скорость струи на удалении х:

0,07

6. Дальнобойность струи, м

= 450,6 м

7. Расход воздуха в сечении струи, удаленном на расстояние x от начального сечения:

= 110 330 м³/с:

где: Q ₀ – начальный расход воздуха, м³/с.

8. Диаметр струи, м, на расстоянии x от начального сечения

= 6,8·0,35·650 + 1,8 = 1548,8 м

9. Необходимое количество вентиляторных установок:

Принимаем к эксплуатации 37 вентиляционных установок, способных обеспечить воздухообмен в объеме, необходимом для выноса вредностей за пределы карьерного пространства.

ПОРЯДОК ОФОРМЛЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ

При выполнении практических работ каждый студент ведет рабочую тетрадь, в которой в произвольной форме, но аккуратно и разборчиво он делает свои записи о целях и задачах текущей работы, полученных результатах, выводах по результатам. Рабочая тетрадь является основным отчетным документом при защите выполненной работы.

Отчет по выполненной практической работе должен содержать иллюстративный материал в виде схем, выполненных на ватмане, миллиметровке, кальке, плотной бумаге.

АЭРОЛОГИЯ КАРЬЕРОВ

130 400.65.03 Открытые горные работы

130 400.65.04 Маркшейдерское дело

130 400.65.10 Электрификация и автоматизация горного производства

130 400.65.09 Горные машины и оборудование

Красноярск 2014

УДК 622.058(075.8)

Учебно-методическое пособие

АЭРОЛОГИЯ КАРЬЕРОВ

Составитель:

Шахрай Сергей Георгиевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

№п/п		Стр.
1.	ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………	4
2.	Практическая работа №1. Причины и характер загрязнения атмосферы карьеров……………………………………………..	4
3.	Практическая работа №2. Обеспечение нормального состава атмосферы в карьерах…………………………………………...	13
4.	Практическая работа №3. Основные исходные данные для прогнозирования и проектирования нормального состава атмосферы в карьерах…………………………………………..	15
5.	Практическая работа №4. Определение схемы естественного проветривания и количества воздуха, осуществляющего проветривание карьеров………………………………………..	18
6.	Практическая работа №5. Расчет количества воздуха, необходимого для разжижения вредных примесей карьерной атмосферы до безопасных концентраций……………………..	21
7.	Практическая работа №6. Расчет времени загрязнения карьерной атмосферы до безопасных концентраций…………	28
8.	Практическая работа №7. Расчет параметров искусственной вентиляции карьеров активным способом…………………….	31
9.	Пример выполнения практической работы №4……………….	36
10.	Пример выполнения практической работы №5……………….	38
11.	Пример выполнения практической работы №6……………….	43
12.	Пример выполнения практической работы №7……………….	44
13.	Порядок оформления практических работ	48
14.	Рекомендуемый библиографический список………………….	48

ВВЕДЕНИЕ

В методическом указании используются для расчетов отвлеченные данные.

Практическая работа №1

ПРИЧИНЫ И ХАРАКТЕР ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ КАРЬЕРОВ

Работа практически всех машин и механизмов, составляющих технологический комплекс карьеров, сопровождается выделением вредных примесей. При достаточно активном естественном воздухообмене между процессами поступления и выноса устанавливается динамическое равновесие, благодаря чему среднее содержание вредных примесей в атмосфере карьера большую часть времени не превышает предельно допустимых концентраций.

Общее загрязнение атмосферы карьеров наблюдается, как правило, в периоды безветренной погоды и особенно при инверсиях. Оно возникает либо вследствие постепенного накопления вредных примесей при работе горно-транспортного оборудования, либо после массового взрыва, произведенного при неблагоприятных метеорологических условиях.

При слабых ветрах возможно образование труднопроветриваемых «застойных» зон с повышенными концентрациями вредных примесей, т.е. местных загрязнений. Местные загрязнения атмосферы наблюдаются обычно в зонах наибольшей концентрации горнотранспортного оборудования: у разгрузочных площадок, рудоспусков, в выездных траншеях, а также на нижних горизонтах карьеров.

Источники загрязнения атмосферы могут находиться как в карьере, так и за его пределами. Они характеризуются интенсивностью, т.е. количеством токсичных газов и пыли, выделяемых в единицу времени. Интенсивность большинства источников пылевыделения в карьере зависит от многих факторов, в том числе от скорости движения и температуры воздуха в зоне работающего оборудования.

Дисперсность пыли, образующейся при работе карьерного оборудования, высокая, более 90% пылинок имеют размеры менее 5 мкм и лишь 2,5% — более 10 мкм. Основная масса пыли в атмосфере карьеров пыли является «старой», т.е. отделенной от массива ранее и взмученной при движении автомобилей или при взрывах. При бурении, погрузке, дроблении горной массы в атмосферу поступает в основном «свежая»» пыль, которая представляет наибольшую силикозоопасность.

Причиной весьма сильного, но как правило, кратковременного загрязнения атмосферы карьеров и прилегающего района являются взрывные работы. Газопылевое облако при мощном массовом взрыве выбрасывается на высоту до 150-250 м, а затем, достигнув уровня конвекции, разносится ветром на значительные расстояния. Объем облака может достигать 15-20 млн. м³, а концентрация пыли в нем - 4000 мг/м³. Удельное пылеобразование при взрывах изменяется от 0,04 до 0,154 кг пыли на 1 кг взорванного ВВ. При взрывах выделяются также значительные объемы ядовитых газов — в основном оксид углерода и оксиды азота. Количество газов зависит от типа ВВ и свойств взрываемых пород. С увеличением удельного расхода ВВ в два раза удельное пылевыделение возрастает в 6 раз. При обводнённости взрываемого блока концентрация пыли в облаке резко уменьшается.

В настоящее время взрывные работы на большинстве карьеров не приводят к длительным загрязнениям атмосферы, поскольку уровень конвекции (исключая периоды инверсий) оказывается, как правило, выше верхней отметки карьера. Стать основным источником загрязнения атмосферы массовые взрывы могут при достижении глубины карьера 500 м и более.

Интенсивным и постоянно действующим источником загрязнения воздуха в карьерах является автотранспорт. Выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания представляют сложную многокомпонентную смесь. В настоящее время в их составе определяется более 200 различных веществ. Из аэрозольных компонентов наиболее опасна сажа, выбрасываемая в виде частиц с преобладающим размером 0,05-0,5 мкм (до 98%). Частицы сажи, обладая значительной удельной поверхностью (до 75 м²/г), сорбируют канцерогенные и другие токсические вещества, которые, попадая в организм человека, могут привести к тяжелым последствиям.

Из газообразных выбросов карбюраторных двигателей наиболее опасными являются оксид углерода (до 95% общей токсичности выхлопа); дизельных - оксиды азота (до 50%), оксид углерода (до 25%) и альдегиды (до 20%). Состав токсичных выбросов карьерных автомобилей в значительной мере зависит от режима работы двигателя и характеристики трассы.

Значительные выделения газов из руд и горных пород, способные нарушить нормальную работу карьеров, отмечаются лишь в единичных случаях. Тем не менее, случаи загрязнения атмосферы карьеров углеводородами, выделяющимися из отбитой горной массы и грунтовых вод, неоднократно отмечались на серном месторождении Шорт-Су в Средней Азии, где на 1 т отбитой руды выделяется более 700 г углеводородов, а углекислым газом - на угольном карьере Тарнобжик (Польская Народная Республика).

Состав атмосферы глубоких карьеров достаточно сложен и к его оценке следует подходить, исходя из медико-биологических требований, учитывая концентрации вредных примесей, направление их действия, степень токсичности. Медико-биологические требования к составу воздуха в карьерах определены предельно допустимыми концентрациями (ПДК). Однако содержание токсичных веществ в воздухе на уровне ПДК не может рассматриваться в качестве оптимального состава воздушной среды. Учитывая одновременное присутствие в атмосфере карьеров большого числа аэрозольных и газообразных примесей, необходимо стремиться к тому, чтобы достичь концентраций значительно более низких, чем предельно допустимые.

Состав атмосферы объектов открытых горных работ должен отвечать установленным нормативам по содержанию основных составных частей воздуха и вредных примесей (пыль, газы) с учетом действующих государственных стандартов. Воздух рабочей зоны должен содержать по объему 20 % кислорода и не более 0,5 % углекислого газа; содержание других вредных газов не должно превышать установленных санитарных норм.

ПДК и классы опасности газообразных примесей, наиболее часто встречающиеся в атмосфере карьеров, представлены в табл. 1.

Таблица 1

Дата: 2019-02-02, просмотров: 844.

12 3 4 5 6 7 8 9 Следующая ⇒