Аэрология

АЭРОЛОГИЯ в горном деле (от греч. aer — воздух и logos — слово, учение * а. mining aerology; н. Aerologie im Bergbau; ф. aerologie des mines; и aerologia de minas) — отрасль горной науки, изучающая свойства атмосферы шахт и карьеров, законы движения воздуха, переноса газообразных примесей, пыли и тепла в горных выработках, внутрикарьерном пространстве и прилегающем к ним массиве горных порд. Базируется на законах общей аэромеханики и термодинамики; использует применяемые в них методы исследований, метеорологических наблюдений состояния атмосферы и метеорологические прогнозы.

Научные основы вентиляции шахт разрабатывает шахтная аэрология. Систематизированные сведения о шахтной аэрологии впервые изложены в работе М. В. Ломоносова "О вольном движении воздуха в рудниках примеченном" (1745). Быстрое развитие её началось в конце 19 — начале 20 вв. в странах Европы, в том числе в России. Основатель отечественной школы шахтной аэрологии — А. А. Скочинский. Основные разделы шахтной аэрологии — шахтная атмосфера, шахтная аэродинамика, шахтная газодинамика, динамика шахтных аэрозолей, шахтная термодинамика.

Главные проблемы научной дисциплины — снижение аэродинамического сопротивления выработок, совершенствование методов расчёта шахтных вентиляционных сетей, повышение эффективности дегазации шахт, разработка эффективных методов и средств теплового кондиционирования шахтного воздуха, разработка научно обоснованных методов расчёта количества воздуха для вентиляции шахт, создание научных основ автоматизированого управления вентиляцией шахт, повышение надёжности шахтных вентиляционных систем.

Шахтная аэродинамика изучает аэродинамическое сопротивление горных выработок, их систем и распределение воздушных потоков в сети выработок, разрабатывает аэродинамические основы управления вентиляцией шахт, методы снижения аэродинамического сопротивления выработок и расчёта энергии, необходимой для перемещения воздуха в шахте.

Газовая динамика рассматривает: законы перемещения газообразных примесей воздушными потоками в выработках шахт и газов в прилегающем к выработкам массиве горных пород, в том числе фильтрацию газов в массиве пород, диффузию лёгких (тяжёлых) газов в воздушном потоке выработок; переходные газодинамические процессы в выработках, вызываемые резким регулированием расхода воздуха. Разрабатывает научные основы расчёта количества воздуха для вентиляции шахт, дегазации шахт, борьбы с внезапными выбросами, газодинамические основы управления вентиляцией шахт. Динамика шахтных аэрозолей изучает законы перемещения твёрдых и жидких механических примесей воздушными потоками в выработках. Основное развитие получила применительно к случаю переноса шахтной пыли. Разрабатывает научные основы обеспыливающей вентиляции выработок. Шахтная термодинамика рассматривает процессы теплообмена между воздушными потоками в горных выработках, окружающим массивом горных пород и источниками тепла в выработках. Разрабатывает методы прогнозирования тепловых условий в выработках, методы и средства теплового кондиционирования шахтного воздуха.

Аэрология карьеров разрабатывает научные основы прогноза атмосферных условий и проветривания открытых горных разработок. Первые исследования по аэрологии карьеров относятся к 50-м гг. 20 в.; в CCCP как научная дисциплина аэрология карьеров оформилась в начале 70-х гг. 20 в. Основные разделы аэрологии карьеров: атмосфера и микроклимат карьеров, аэродинамика, термодинамика, газопылевая динамика атмосферы карьеров.

Раздел атмосфера и микроклимат карьеров рассматривает состав атмосферы карьеров, источники её загрязнения, климат в районе расположения карьера и специфические изменения его характеристик (скорости, температуры, влажности). Аэродинамика атмосферы карьеров изучает процесс движения воздуха во внутрикарьерном пространстве, его турбулентные характеристики, схемы движения, а совместно с термо- и газопылевой динамикой карьеров — теоретические основы проветривания карьеров. Устанавливает структуру и закономерности изменения скорости движения воздушных потоков в карьере в зависимости от пространственных координат и геометрии карьера.

Аэродинамика атмосферы карьеров подразделяется на аэродинамику естественного проветривания и искусственной вентиляции карьеров. Первая изучает процесс движения воздуха в карьере за счёт ветра в приземном слое атмосферы или термических сил, оценивая эффективность естественного проветривания карьера.

Аэродинамика искусственной вентиляции карьеров рассматривает вопросы развития во внутрикарьерном пространстве воздушных струй, создаваемых вентиляционными карьерными установками. Её задача — определение мест расположения и схем совместной работы установок, обеспечивающих эффективную общую или местную вентиляции карьера. Термодинамика атмосферы карьеров изучает термодинамическое состояние атмосферы, источники тепла в карьерах, термические силы в атмосфере карьеров и их влияние на движение воздуха во внутрикарьерном пространстве. В этом разделе рассматриваются закономерности изменения температуры воздуха во внутрикарьерном пространстве, влияние температурной стратификации атмосферы карьера на её крупномасштабные и пульсационные движения, рассеивание и вынос вредных примесей, развитие туманов. Термодинамической характеристики атмосферы карьеров должны учитываться при оценке возможностей их естественного проветривания, особенно в периоды штилей. Газопылевая динамика рассматривает вопросы движения вредных примесей (газов, пыли) в атмосфере карьеров и за её пределами, закономерности распространения и параметры газопылевых потоков, образующихся в карьере в результате технологических и естественных процессов, методы активного воздействия на очаги загрязнения, теоретические основы разработки комплекса мероприятий по нормализации состава воздуха в карьерах и определения размеров санитарно-защитных зон.

Основной метод исследования аэрологии — теоретический анализ в сочетании с экспериментальным изучением и натурными наблюдениями.