В связи с тем, что полная энергия атмосферы карьера остается постоянной при адиабатических переходах системы из одного состояния в другое, дефицит энергии неустойчивости может быть рассчитан на основании уравнения:
DЕу = (Еп+Ев)а - (Еп+Ев)u , (1)
где: индексы а - относятся к адиабатическому состоянию (g =gа@0,01 К/м); u – к инверсионному (g<0); Еп – потенциальная энергия системы, Дж; Ев – внутренняя энергия системы, Дж.
Поскольку на величину DЕу определяющее влияние оказывает g, то при g=idem, H к=idem, gНк/Т0=idem, Vк=idem, объем любого карьера может быть аппроксимирован усеченным конусом. При этом величины Еп и Ев определяются из уравнений:
где: g – ускорение силы тяжести, м/с2; r0 – плотность воздуха у дна карьера, кг/м3; g - температурный градиент, К/м; Сv – удельная теплоемкость воздуха при постоянном объеме, Дж/кг К; Т0 – температура воздуха у дна карьера, 0К; R – универсальная газовая постоянная, Дж/кг. К; r0 – радиус дна карьера, м; a - средний угол наклона борта карьера, град.
Значения ЕП и ЕВ вычисляются путем разложения первых сомножителей под знаком интегралов в ряды и последующего их свертывания.
В результате получены итоговые уравнения для вычисления внутренней и потенциальной энергий:
| |
 |
|
Время разрушения температурной инверсии можно рассчитать по формуле:
|
где: n – количество установок; GT – часовой расход топлива ТВД одной установки, кг/ч; НИ - теплотворная способность топлива, Дж/кг; h - к. п.д. процессов сгорания в ТВД (h = 0,97¸0,98).
По технологическим причинам для разрушения температурных инверсий целесообразно применение средств большой единичной мощности.
Следует отметить, что при разрушении инверсий с помощью твердых осадков необходимо учитывать энергию, выделяющуюся в результате фазовых переходов воды в снег. Время обработки атмосферы карьера можно существенно сократить (на 10-15 %):
(7)
где: DEу – дефицит энергии неустойчивости атмосферы карьера, Дж; mt – расход топлива кг/с; Ну – теплотворная способность топлива, Дж/кг; n – количество генераторов осадков, шт; Сж, Сл – удельная теплоемкость жидкости и льда (снега), Дж/кг К; mж – расход жидкости, кг/с; DТж – разность температуры жидкости и снега, К.
Значительный объем исследований в решении проблемы пылегазоподав-ления при технологических процессах и производстве буровзрывных работ выполнен институтом ВНИИБТГ. Практический и научный интерес представляют разработки КазПТИ, ЦНИЛ ВГСЧ бывш. Минцветмета, НИИКМА, ЦНИИПП по применению для этих целей пены на основе различных составов ПАВ. Применение пены уменьшает подъем ПГО в 2-3 раза, в 3-4 раза быстрее осаждается образующаяся пыль.
Для подавления пыли при добыче, погрузке и транспортировании полезных ископаемых, а также при их дроблении, измельчении и т. д. в России и за рубежом применяют пену и различные составы на основе нефтяных смол, отходов целлюлозно-бумажного производства. Эти и другие растворы применяются для пылеподавления на автодорогах, закрепления пылящих поверхностей хвостохра-нилищ, штабелей руды, обработки площадок для кучного выщелачивания.
Значительный объем исследований по снижению вредных выбросов ОГ дизельных двигателей выполнен в ИГД УрО РАН. Особый интерес представляет система снижения токсичности отработавших газов (ССТОГ), в основе которой лежит пропуск ОГ через перевозимую горную массу. ССТОГ прошла большой объем промышленных испытаний на карьерах ПО «Апатит» (ЦНИДИ), Качарском, Оленегорском, "Мурунтау", комбинатов "Магнезит", "Ураласбест".
По мере углубления карьеров происходит трансформация ветровых потоков и резкое снижение скорости у дна и придонных слоев атмосферы. Для предотвращения снижения интенсивности естественного воздухообмена рядом авторов и организаций предложены различные способы: установка с наветренной стороны карьеров заграждений с проранами (); установка с наветренной стороны карьера вращающегося цилиндра для обеспечения безотрывного течения (ВНИИгалургии); устройство покрытий черного типа для усиления естественной конвенции (КазПТИ ); размещение отвалов с максимальной отметкой в виде терриконов (ВостНИГРИ). Перспективным является предложение о создании на дне карьеров водоемов, над которыми распыляется вода. Образующиеся при этом "термики" обеспечивают очистку циркулирующего в районе бассейна воздуха. Поскольку в условиях штилей и инверсий способы интенсификации естественного воздухообмена не эффективны, целесообразно использовать в эти периоды мощные средства всесезонного пылегазоподавления в режиме генерирования твердых и жидких осадков.
В 1960 г. Криворожским горнорудным институтом (КГРИ) была разработана первая в СССР вентиляторная установка на базе турбореактивного авиадвигателя (ТРД) ВК-1 и автомобиля ЗИЛ-130. Результаты испытаний вентилятора показали, что он позволяет создавать воздушно-водяные струи и тем самым активно подавлять витающую пыль и растворимые газы. На Сибайском карьере применялась модернизированная турбореактивная установка УВУ-1 на шасси автомобиля БелАЗ-540, спроектированная институтом "Унипромедь" и Казанским проектным бюро машиностроения. Экспериментальные исследования послужили основой для разработки институтами НИИОГР, ВНИИГМ им. и Донгипроуглемаш специального вентилятора ПВУ-6.
В результате большого объема экспериментальных и опытно-конструк-торских работ ИГД МЧМ СССР и институтом НИПИГОРМАШ были созданы и доведены до промышленного внедрения вентиляторные установки УМП-14 (ВУ-1), УМП-21 (ВУ-2) на базе несущих винтов вертолетов Ми-1 и Ми-4. Установка УМП-1 на шасси автомобиля БелАЗ-548 с воздушным винтом диаметром 3,6 м находится в серийном производстве.
Промышленная проверка эффективности вентиляторных установок АИ‑20КВ (ТВД самолета ИЛ-18), предназначенных для искусственного воздухобмена атмосферы проветривания карьеров объемом до 20х106 м3 и глубиной до 100 м, послужила основой для разработки мощных карьерных вентиляторов-оросителей НК-12КВ и создания на их базе на ряде крупных карьеров систем всесезонного пылегазоподавления.
Обязательным элементом комплекса средств нормализации атмосферы карьеров должны быть средства и системы экологического мониторинга.
Анализ характеристик различных средств и систем экологического мониторинга воздуха рабочих зон и атмосферы показал:
– для условий карьеров характерна высокая мобильность фронта горных работ, вследствие чего системы и средства пылегазового контроля должны включать средства передачи информации по радиоканалу;
– существенными недостатками стационарных и передвижных комплексов являются высокая стоимость вследствие комплектации однокомпонентными газоанализаторами и отсутствие средств радиотелекоммуникаций;
– средств радиотелекоммуникаций, как у системы «Диспетчер‑2», у современных средств и систем экологического мониторинга нет;
– самыми надежными и точными являются многокомпонентные газоанализаторы и комплексы производства (Украина);
– для условий карьеров пригодны приборы, имеющие цифровые выходы (интерфейсы RS232 или RS485), позволяющие адаптировать пылегазоанализаторы путем преобразования информации в радиосигналы.
В результате анализа также установлено, что в настоящих условиях существует реальная возможность внедрения модернизированной системы «Диспетчер‑2», разработанной ИГД МЧМ СССР и проходившей испытания на карьерах «Мурунтау» (Узбекистан) и комбината «Магнезит» (г. Сатка, Челябинская область). Наличие радиотелеметрических устройств в модернизированной системе «Диспетчер-2», современных многокомпонентных газоанализаторов атмосферного воздуха и радиотехнических средств в кабинах горнотранспортного оборудования позволяет реально использовать систему спутниковой навигации GPS – «ГЛОНАС» для экологического мониторинга и управления средствами и системами пылегазоподавления
2. Обоснование рациональных конструктивных параметров
и элементов средств нормализации атмосферы карьеров
Работами, выполненными в ИГД УрО РАН (ИГД МЧМ СССР), было установлено, что из имеющихся технических средств для целей искусственной вентиляции и пылегазоподавдения в карьерах наиболее приемлемыми являются вентиляторы на базе ТВД, объединяющих в себе воздушные винты изменяемого шага и газотурбинный привод, имеющий малый вес и габариты, при этом отпадает необходимость в большом резерве установленной мощности карьерных электрических подстанций.
При работе на земле ТВД имеют максимальное значение тяги и минимальный удельный расход топлива. Эти параметры могут быть улучшены за счет наддува компрессора, впрыска воды (или 3-7% смеси метанол-вода) непосредственно в камеру сгорания или воздухозаборник компрессора. При введении 5% воды в компрессор двигателя прирост тяги газотурбинного двигателя составляет 33%, снижение удельного расхода топлива – 7%. Для реализации этих способов предложены конструкции воздухозаборника и водораспыляющих контуров, защищенные авторскими свидетельствами.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 |
