Управление аэрогазодинамическими и тепломассообменными процессами при нормализации атмосферы карьеров (стр. 8 )

Система всесезонного пылегазоподавления карьера ЦГХК состояла из двух вентиляторов‑оросителей НК‑12КВ (без кожуха) и НК‑12КВ‑1М. На основании анализа проб воздуха в лаборатории ВГСЧ было установлено, что в течение одного часа работы система обеспечивала снижение концентрации вредных примесей в 4 раза (до ПДК) при инверсионной стратификации в атмосфере карьера. Сопоставление результатов лабораторных и промышленных экспериментов (рис.9), выполненное математико‑аналитическими методами, показало их хорошую сходимость (85%).

При испытаниях системы всесезонного пылегазоподавления, состоящей из двух вентиляторов‑оро-сителей НК‑12КВ‑1М, на карьере ПГХК установлена высокая эффективность подавления вредных примесей с помощью твердых осадков (снега): снижение концентрации по NОx в 2–3 раза; по СО в 1,5–2 раза; скрытой энергии () в 2 раза; спецгаза в 1,5 раза; по пыли в 6 раз. Дальность переноса снежных осадков с применением гидравлического сопла новой конструкции составила 350–500 м, интенсивность выпадения осадков стала близкой к экспоненциальной. Промышленные эксперименты показали также, что при распространении воздушно‑газо-жидко-стных струй в карьерном пространстве происходит интенсивное (до 50%) испарение воды. При этом процессы, происходящие в атмосфере обрабатываемой зоны, аналогичны процессам, протекающим в аппаратах для кондиционирования воздуха с применением воды.

Анализ экспериментов на карьере ГБРУ показал, что при работе вентилятора НК‑12КВ происходит изменение как относительной влажности f на 10–15%, так и температуры воздуха Т на 2-4 К. Если время обработки не превышало 30-40 минут, то как скорость изменения температуры , так и скорость изменения относительной влажности , приобретали ход на уровнях, отличающихся от естественных. Так устанавливалась на уровне (1,5-2,5)0К ниже, а на 5-12 % выше, по сравнению с естественным ходом.

Еcли время обработки увеличивалось до 1 часа, то увеличивалась в 2 раза, а в 4 раза, по сравнению с естественным ходом метеоэлементов.

Оценка результатов экспериментов по кондиционированию воздуха в атмосфере карьера ГБРУ, произведенная с помощью диаграммы комплексных температур, и пылеподавлению показала, что после обработки атмосферы карьера воздушно-газожидкостной струей НК‑12КВ‑1М в течение 0,42 ч почти на всех рабочих местах обеспечиваются комфортные условия, а запыленность воздуха снижается в 4 раза (рис.10).

На основании зондирования атмосферы карьера ЦГХК с помощью привязного радиозонда А‑22 установлено, что в теплые периоды года при расходе воды в струе вентилятора НК-12КВ-1М Qв=0,05 м3/с относительная влажность воздуха в атмосфере карьера может быть увеличена на 3-6% за 10‑15 минут работы, а температура снижена на 0,6-1°С. Режимы кондиционирования зон карьера можно варьировать в широком диапазоне за счет изменения расхода воды, режимов работы ТВД и скорости перемещения струй.

При работе НК-12КВ-1М в режиме генерирования парогазовоздушных струй («термиков») для определения количества воды необходимо учитывать ее фазовые превращения:

, (33)

где: СГ, Сж – удельные теплоемкости газов реактивной струи и введенной в гидравлическое сопло воды, Дж/кг К; DТж=Тк-Тж0 – изменение температуры воды, К; l - удельная теплота парообразования, Дж/кг; Тк=373 К – температура кипения воды; Тж0 – начальная температура воды, вводимой в гидравлическое сопло, 0К; mГ – расход газов, кг/с. При Тж0 = 303–313 К; mГ=48 кг/с; ТГ=650 К по формуле  33 mж£15 кг/с

5. Исследования аэрогазодинамических и тепломассообменных процессов при массовых взрывах в карьерах

Основными интегральными параметрами, характеризующими взорванную горную массу и образующуюся при взрывах пыль, являются – коэффициент разрыхления, средняя крупность кусков, средний диаметр пылинок и объем взрываемого блока. Для описания функциональной зависимости количества пыли, попадающей в ПГО, от этих параметров предложена феноменологическая модель процесса пылеобразования при производстве массовых взрывов в карьерах.

На основании допущения о пространственной однородности и масштабной инвариантности взорванного блока масса пыли, проникшей в ПГО, описывается формулой:

(34)

где Voбл – объем взрываемого блока, м3; x – безразмерный коэффициент, зависящий от структуры и других механических свойств пород (в первом приближении x = 1,0 ); – средняя плотность горных пород, кг/м3; kр– коэффициент разрыхления; – средний размер пылинок, м; Dк – средний характерный размер, или крупность куска во взорванном блоке, м.

В предельных случаях количество пыли составляет:

(35)

 

где: D0 – средний характерный размер куска, принятый в модели, м.

В результате анализа соотношений, полученных на основе I-го начала термодинамики, установлено, что задача расчета основных параметров ПГО (начальной температуры Тi0 и объема) сводится к определению показателя политропы (nm) неравновесного процесса расширения взрывных газов после детонации и «закалки». При рассмотрении процесса взрыва и последующего неравновесного перехода системы «газы – окружающая среда» в состояние равновесия определяющим является принцип максимального возрастания энтропии. Изменение энтропии всей системы описывается формулой:

(36)

где: А=Тц/Т*; Тц – температура цепной реакции, К; М3 – масса ВВ, кг; R – газовая постоянная, Дж/кгК; – относительное давление в момент взрыва; r3 – плотность ВВ кг/м3; DSГ, DScр –изменение энтропии газов и среды, Дж/К; c – показатель равновесной адиабаты. Параметрами процесса являются – c, Н, М3, R, r3, Тц; неизвестными, подлежащими определению – A и n. Анализ формулы 36 показал, что SSS имеет максимум по переменным n и A. При определении DSSmax следует учесть условия:

где: Т* – температурная константа, К; Тw – температура окружающей среды, К.

На основе решения уравнения 36 установлено, что в интервале Тц = (2500–3000) К, Тw=(240–300)0К, rw=(1,3¸1,25) кг/м3, Н=(5000¸8400), lnH=8,52¸9,04 nm=1,38¸1,36.

После вычисления nm, соответствующего DSSmax определяются объем газов (VГ) и температура (Ti0) ПГО: (37)

.

При расчетах количества вредных газовых выбросов следует учитывать, что в пылегазовое облако (ПГО) попадает лишь часть взрывных газов, поскольку взорванная горная масса является своеобразным задерживающим и фильтрующим слоем. С учетом этого суммарный объем газов, проникающих в ПГО после первичного и вторичного выбросов, составит:

Для пород I–II категорий суммарный объем газов, выброшенных в ПГО, составляет 49-56 %, а для пород III–V категорий – 31– 41%.

Начальный радиус ПГО определяется на основании формулы:

(38)

После выравнивания давления взрывных газов до атмосферного начинается динамический этап – подъем и развитие ПГО, параметры которого рассчитываются на основе I начала термодинамики и уравнений Мещерского (движение тел с переменной массой) с учетом эффекта смешения. Система уравнений, представляющая модель формирования и подъема ПГО как осесимметричного изотропного «термика» (пылегазовоздушного пузыря) после перехода к новой переменной (y=1+z/z*) принимает вид: