Проветривание карьеров

ПРОВЕТРИВАНИЕ КАРЬЕРОВ (а. open pit ventilation, quarry ventilation; н. Tagebaubeluftung; ф. aerage des carrieres, aerage dans les mines а ciel ouvert; и. ventilacion de minas а cielo abierto) — процесс удаления из карьера естественными или искусственно создаваемыми воздушными потоками газообразных и пылевых вредностей, образующихся при ведении горных работ.

Проветривание карьеров как область инженерной деятельности сформировалась в 60-х гг. 20 в. Различают естественное и искусственное проветривание карьеров. Естественное проветривание карьеров осуществляется энергией ветра и термическими силами. Соответственно существуют ветровые и термические схемы проветривания карьеров, а также их комбинации. Ветровые схемы (прямоточные и рециркуляционные) реализуются при скорости ветра на поверхности v_в = 1 — 2 м/с и более. Прямоточная схема имеет место при углах откоса подветренного борта карьера не более 15° (рис. 1). Ветровой поток отклоняется в карьер и движется по подветренному борту, дну и наветренному борту. Скорость воздуха, минимальная на бортах и дне карьера, увеличивается с высотой, достигая значения скорости ветра vв на некоторой высоте над карьером. Направление движения воздуха в карьере совпадает с направлением ветра на поверхности. Вынос вредностей из карьера осуществляется от подветренного борта к наветренному. Схема характерна для неглубоких карьеров. Рециркуляционная схема реализуется при углах откоса подветренного борта более 15° (рис. 2). Ветровой поток отрывается от борта, образуя свободную струю, в пределах которой воздух движется от подветренного к наветренному борту. У последнего одна часть воздушных масс поворачивает в обратном направлении, образуя зону рециркуляции, вторая вдоль наветренного борта выходит на поверхность. Скорость ветра в карьере с высотой вначале уменьшается, достигая нуля на линии раздела воздушных потоков, затем возрастает. Наличие рециркуляции воздуха способствует накоплению вредностей в карьере; их вынос осуществляется лишь через верхнюю часть свободной струи. Схема характерна для глубоких карьеров. При переменном угле наклона бортов карьера возможна прямоточно-рециркуляционная ветровая схема.

Термические схемы проветривания карьеров реализуются при скорости ветра на поверхности менее 1-2 м/с. Конвективная схема имеет место при прогретых бортах карьера (рис. 3). Скорость восходящих конвективных потоков вдоль бортов увеличивается с высотой и у верхней бровки карьера может составлять 1-1,5 м/с. Вынос вредностей осуществляется вдоль бортов. Инверсионная схема проветривания карьеров возникает при охлаждении бортов карьера. Прилегающие к бортам более холодные массы воздуха опускаются вниз, заполняя придонную часть и вытесняя тёплый воздух вверх (рис. 4). Скорость воздуха у бортов не превышает 1 м/с; под уровнем инверсии движение воздуха практически отсутствует, что приводит к скоплению вредностей и может вызвать остановку работ.

Искусственное проветривание карьеров (вентиляция карьера) применяется для создания таких атмосферных условий в карьере, которые необходимы для нормального ведения работ, когда естественное проветривание карьеров этого не обеспечивает. Способы искусственного проветривания карьеров: интенсификация естественного проветривания, местная и общеобменная вентиляция карьера. Интенсификация естественного проветривания карьеров, которая возможна при достаточно высоких скоростях ветра на поверхности, осуществляется расположением длинной оси карьера по направлению господствующего ветра, т.е. с учётом розы ветров; уменьшением углов откоса бортов карьера и отношения его глубины к ширине; устройством на поверхности сооружений, турбулизирующих ветровой поток и увеличивающих скорость ветра на подходе к карьеру; некоторыми другими способами. Местная вентиляция применяется при загрязнении небольших объёмов внутрикарьерного пространства (экскаваторные забои, перегрузочные пункты, места взрывных работ и др.). Для её обеспечения используют вентиляторы с трубопроводами, специальные карьерные вентиляторные установки. Общеобменная вентиляция применяется при больших зонах загрязнения в карьере или при загрязнении карьера в целом. Для её осуществления используют мощные вентиляционные установки на базе авиационной техники (АИ-20-КВ, НК-12-КВ, УВУ-1), а также тепловые установки (УТ-ЛФИ-2, УКПК-1). Общеобменная вентиляция карьера требует больших затрат энергии.

Уменьшение общего загрязнения атмосферы карьеров обеспечивается подавлением вредностей в источниках их образования (орошением, поливкой автодорог пылесвязывающими растворами, очисткой выхлопных газов автомашин и др.); применением способов и средств ведения работ с минимальным загрязнением атмосферы; включением вентиляционных установок до наступления штилевого или инверсионного состояния атмосферы. В зависимости от объёмов зон загрязнения и геометрии карьера используется одиночная (небольшие зоны загрязнения), параллельная (широкие зоны загрязнения, округлые карьеры); последовательная (узкие протяжённые зоны загрязнения, вытянутые в плане карьеры) и комбинированная работа вентиляционных установок.

Проектирование проветривания карьеров состоит в оценке природных условий в районе заложения карьера и эффективности (в т.ч. экономической) применения вентиляции, выборе технологических основ горных работ по фактору вентиляции и способов интенсификации естественного проветривания карьеров, определении параметров естественного проветривания карьеров, количества и содержания вредностей в атмосфере карьера, периодов и масштабов использования средств вентиляции, расхода воздуха для вентиляции карьера, выборе типа и количества вентиляционных установок, мест их расположения, схем вентиляции.