Искусственная вентиляция карьера применяется в том случае, когда исчерпаны все возможные меры борьбы с вредностями, поступающими в карьерное пространство и меры, обеспечивающие интенсификацию естественного воздухообмена.
При расчете искусственной вентиляции карьеров основной задачей является определение типов вентиляторных установок, их количества, схемы расположения и работы. Решение этой задачи вытекает из условий загрязнения карьера и его параметров, интенсивности источников вредных примесей, наличия воздушных потоков внутри карьера.
При расчетах искусственной вентиляции следует ориентироваться на применение установок, создающие свободные турбулентные струи как наиболее эффективные при проветривании карьеров.
Характеристики вентиляционных установок представлены в табл. 14. Их основные параметры рассчитываются по следующим зависимостям:
1. Скорость воздуха на оси струи на расстоянии x от начального сечения, м/с:
(23)
где: U 0- средняя скорость в начальном сечении свободной струи, м/с; 
- коэффициент, учитывающий изменение количества движения воздуха в начальном сечении ( 
); α – коэффициент структуры струи (α=0,07-0,63); x – расстояние до сечения, в котором определяется скорость струи, м; D 0 – диаметр начального сечения струи, м.
2. Средняя скорость струи на удалении x
(24)
3. Дальнобойность струи, м
(25)
где: U к – средняя скорость воздуха в конечном сечении струи. Для горизонтальных струй U к = 0,25 м/с, для вертикальных струй U к=0,6 м/с.
4. Расход воздуха в сечении струи, удаленном на расстояние x от начального сечения, м3/с:
(26)
где: Q 0 – начальный расход воздуха, м3/с.
5. Диаметр струи, м, на расстоянии x от начального сечения
(27)
Из возможных вариантов подбора и расчета средств искусственной вентиляции карьера можно выделить следующие основные случаи, когда:
- количество воздуха, осуществляющее естественное проветривание карьера недостаточно для выноса вредных примесей (Q ос <Q необх);
- в пределах карьерного пространства за определенный промежуток времени требуется снизить концентрацию вредных веществ до ПДК в объеме загрязнения карьера;
- продолжительность штиля t шт или инверсии t инв больше времени загрязнения карьера.
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, DС м | Начальный расход, Q0 м3/с | Мощность, N кВт
| Параметры активного участка струи | Часовой расход топлива, кг | |
| Дально-бойность L с м | Расход в конце струи, Q м3/с | |||||||
| 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 = Нгр = 0,5·349,8 = 174,9 м
Предельная глубина отработки карьера на II этапе:
Н2 = Нгр = 349,8 м
Глубина отработки на третьем этапе:
Н3 > Нгр = 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 βп1 = 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 βп2 = 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 βп = 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 βп, 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: ni = 15; nip = 13
ЭКГ-4,6: ni = 12; nip = 9
БелАЗ-549: ni = 28; ni х = 4; ɳ = 75%; Qгi = 1,25 м3/с
Т-180: ni = 3; ni х = 3; ɳ = 70%; Qгi = 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
| |
| 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:
=44·6001,08=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 Lc 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 Lc 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.
Дата: 2019-02-02, просмотров: 755.
