WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

 

   На правах рукописи

НЕСТЕРЕНКО  ГЕННАДИЙ  ФИЛИППОВИЧ

 

 

 

 

УПРАВЛЕНИЕ  АЭРОГАЗОДИНАМИЧЕСКИМИ  И

ТЕПЛОМАССООБМЕННЫМИ  ПРОЦЕССАМИ 

ПРИ  НОРМАЛИЗАЦИИ  АТМОСФЕРЫ  КАРЬЕРОВ

Специальность  25.00.20
«Геомеханика, разрушение горных пород,

рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика»

Автореферат диссертации

на соискание ученой степени доктора технических наук

                       

Пермь 2008 г.

Работа выполнена в Институте горного дела Уральского отделения Российской академии наук.


Научный консультант доктор технических наук, с.н.с.
  Конорев Михаил Максимович

Официальные оппоненты:   доктор технических наук, профессор

Ермолаев Александр Иванович

доктор технических наук

Казаков Борис Петрович

доктор технических наук, профессор

Мохирев Николай Николаевич

Ведущая организация Московский государственный горный

университет

Защита диссертации состоится  «____» __________ 2008 г. в ______ на заседании диссертационного совета Д004.026.01 при Горном институте УрО РАН по адресу: 614007, г.Пермь, ул.Сибирская, 78а.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Горного  института  УрО РАН. 

Автореферат разослан  «____» _____________  2008 г.

Учёный секретарь 

диссертационного совета,

к.г.-м.н., доцент Б.А. Бачурин 

Общая характеристика работы

Актуальность темы.

В развитии горнорудной промышленности прослеживается устойчивая ориентация на открытый способ разработки как наиболее экономичный и высокопроизводительный. За последние 30 лет доля руд черных и цветных металлов, добытых на карьерах, увеличилась соответственно с 56 до 86% и с 40 до 55%. Исследованиями на многих карьерах установлено, что при высокой интенсификации и концентрации производства, с увеличе­нием глубины происходит загрязнение вредными примесями атмосфе­ры, превышающее ПДК: по запыленности воздуха на рабочих местах в 3–5 раз, по оксидам углерода в 1,5–3 раза, по оксидам азота в 5–7 раз. Это приводит к появлению профессиональных заболеваний горнорабочих, снижению производительности труда и производственному травматизму.

С ухудшением экологической обстановки на открытых горных работах в  50-60-х годах ХХ века начала интенсивно развиваться новая область горной науки – «Аэрология карьеров», основоположником которой был академик А.А. Ско-чинский. Теоретической базой новой науки явились рудничная аэрогазодинамика, горная теплофизика, метеорология и др. Боль­шое влияние на решение теоретических и практических вопросов проблемы оздоровления условий труда на карьерах и сокращения вредного воздействия на окружающую среду открытых горных работ оказали труды члена-корреспондента АН УССР Ф.А. Абрамова; докторов наук Н.З. Битколова, П.В. Бересневича, Л.Д. Вассермана, Г.В. Калабина, Л.Г. Качурина, М.М. Конорева, К.В. Кочнева, А.А. Кулешова, В.А. Михайлова, В.С. Никитина. В.В. Силаева, К.З. Ушакова, С.С. Филатова; кандидатов наук Я.З. Бухмана, А.А. Вершинина, Ю.В. Гуля, И.И. Иванова, Л.А. Козакова, Н.В. Ненашева, А.И. Павлова, Г.А. Радченко, С.М. Рослякова, Ю.Д. Хечуева и других.

Основными причинами загрязнения атмосферы карьеров являют­ся несовершенство технологических процессов и оборудования, ухуд­шение условий естественного воздухообмена с ростом глубины карьеров.

Следует отметить, что при «нормальном» (естественном) воздухообмене регулирование и управление пылегазовым и климатическим режимами в атмосфере карьеров осуществляется за счет природных аэрогазодинамических и тепломассообменных процессов. Применяемые организационно-технические и технологические мероприятия обеспечивают лишь частичное  сокращение выбросов загрязняющих веществ (ЗВ) в окружающую среду. Однако при отсутствии осадков (дождь, град, снег, иней) выделяющиеся при работе технологического комплекса вредные примеси выносятся ветровыми потоками и загрязняют прилегающие к карьерам территории – почву, воздушную и водную среды. При мороси и тумане в атмосфере карьеров может возникнуть «смог» вследствие адсорбции частицами переувлажненного воздуха токсичных веществ (оксиды азота, бенз(а)пирен, сажа и др.), выделяющихся с отработавшими газами автотранспорта. Кроме того, при происходит загрязнение почвы и поверхностных вод при выносе ЗВ с адсорбированными осадками, а также подземных вод через поверхности выработанного карьерного пространства. Поскольку ПДК ЗВ для окружающей природной среды, в частности, для «селитебных зон», значительно (~ на порядок) ниже, чем для атмосферы карьеров и промплощадок, то в данном случае следует учитывать экологический ущерб, который не может быть скомпенсирован в виде платы за выбросы ЗВ.

При неблагоприятных метеоусловиях (НМУ – сочетание штилей с инверсиями) происходит лишь усугубление экологической ситуации, когда в соответствии с требованиями ЕПБ возникает необходимость прекращения производства горных работ. Продолжительность НМУ для карьеров Якутии, Восточной Сибири, Северо-Запада и Урала составляет соответст­венно 3500, 2720, 1650 и 1220 часов в год. Вынужденные простои карьеров вследствие превышения ПДК ЗВ приводят к экономическому ущербу предприятий и свидетельствуют о низкой эффективности организационно-технических мероприятий и средств по регулированию пылегазового режима. В связи с этим, необходимость применения технических способов и средств, позволяющих эффективно регулировать и управлять пылегазовым и климатическим режимами в атмосфере карьеров путем искусственного формирования аэрогазодинамических и тепломассообменных процессов для нормализации ее состава и предотвращения выброса ЗВ в окружающий воздушный бассейн является обязательным условием обеспечения безопасности жизнедеятельности экосистемы «карьер – окружающая среда», в т.ч. и при нормальном (естественном) воздухообмене.

Серьезную опасность для существования экосистемы «карьер – окружающая среда» представляют массовые взрывы. Образующееся при взрывах пылегазовое облако (ПГО) при выходе за пределы карьера под воздействием ветра перемещается, загрязняя почву, поверхностные воды и значительные объемы окружающего воздушного бассейна. Кроме того, до 40-60 % вредных примесей остается во взорванной горной массе, что при отсутствии эффективных средств и способов их подавления может привести к отравлению горнорабочих при экскавации и транспортировании. В связи с этим, с экологической точки зрения производство массовых взрывов при высокой ветровой активности является недопустимым без применения эффективных средств и способов подавления ЗВ в ПГО и взорванной горной массе.

На основании предшествующих исследований установлено, что для обеспечения экологической безопасности на открытых горных работах одним из перс­пективных направлений является использование свободных турбу­лентных струй.

Состояние научных исследований, опытно-конструкторских работ и результаты испытаний различных типов вентиляторов на основе авиационных винтов и двигателей позволили перейти от испытаний единичных образцов вентиляторов к созданию систем всесезонного пылегазоподавления.

Однако, в теоретическом и практическом планах в предшествующих научных работах не было уделено достаточно внимания исследованиям аэрогазодинамических и тепломассообменных процессов, происходящих в атмосфере карьеров и окружающей среде при воздействии газовоздушных и многофазных струй и при массовых взрывах, а также обоснованию параметров конструктивных элементов и устройств средств пылегазоподавления.

Следует отметить, что Государственной программой РФ в ближайшее время предусмотрено развитие сырьевой базы в районе «Малого БАМа» (на юге Якутии) с уникальным растительным и животным миром. В связи с этим проблема обеспечения безопасности жизнедеятельности экосистемы «карьер – окружающая среда» потребует кардинального решения при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом в сложных горно-геологичес-ких и суровых природно-климатических условиях.

Объектом исследования является атмосфера карьера и окружающая среда, санитарногигиенические параметры которых формируются под воздействием метеорологических, горногеологических и технологических факторов. Аэрогазодинамические и тепломассообменные процессы, протекающие в атмосфере карьера и окружающей среде при воздействии многофазных струй и при массовых взрывах, составляют предмет научного исследования.

Цель работы – формирование рациональных аэрогазодинамических и тепломассообменных процессов для нормализации атмосферы карьеров и обеспечения экологической безопасности окружающей среды.

Идея работы заключается в искусственном формировании в атмосфере карьеров аэрогазодинамических и тепломассообменных процессов с применени­ем генераторав осадков на базе турбовинтовых двигателей (ТВД) для повышения экологической безопасности открытых горных работ.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следуюшие задачи:

1. Определить аэрогазодинамические параметры турбулентных газовоз-душных и многофазных потоков, создаваемых в атмосфере карьера генераторами на основе турбовинтовых двигателей.

2. Установить эффективность процессов восстановления естественного воздухообмена методом физического моделирования и промышлеиного эксперимента.

3. Теоретически и в промышленнык условиях определить эффективность тепломассообменньх процессов с применением генераторов осадков при поло-жительных и отрицательных температурах в атмосфере карьера.

4. Обосновать и разработать рациональные конструктивные элементы и устройства мощных средств пылегазоподавления.

5.  Разработать теоретические основы азрогазодинамических и тепломас-сообменных процессов, происходящих при массовых взрывах в карьерах;

6. Обосновать необходимый состав комплекса средств нормализации со­става атмосферы карьеров.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

  1. Искусственное формирование в атмосфере карьеров рациональных аэрогазодинамических и тепломассообменных процессов обеспечивает нормализацию ее состава за счет разрушения температурных инверсий, активного пылегазоподавления и кондиционирования воздуха с применением генераторов газовоздушных и многофазных турбулентных струй и средств экологического мониторинга.
  2. Повышение эффективности искусственного формирования в атмосфере карьеров аэрогазодинамических и тепломассообменных процессов с применением генераторов осадков на базе турбовинтовых двигателей (ТВД) достигается за счет оптимальных параметров входного коллектора и кожуха (насадка), применения конструктивных элементов и устройств – входных водораспылительных контуров, гидравлических бесфорсуночных сопел, газовыводящих патрубков и систем ­– шумоглушения, сканирования струй и регулирования их степени неизотермичности.
  3. Пылегазовое облако (ПГО) формируется и поднимается как изотропный осесимметричный термик («пузырь») до уровня конвекции zК за время τК. При этом изменение температурного перегрева, скорости и времени подъема описываются соответственно – линейногиперболической, тригонометрическигипер-болической и тригонометрической зависимостями. После уровня конвекции увеличение относительного радиуса и уменьшение относительной концентрации примесей во времени характеризуются соответственно параболической и гиперболической зависимостями.
  4. За счет предварительной обработки зоны взрыва и последующего активного воздействия на ПГО многофазных струй турбовентиляторов в атмосфере карьера и облаке возникает инверсия, предотвращающая выход облака за пределы карьера и обеспечивающая условия для активного его рассеяния и подавления.

Научная новизна работы заключается в:

    • теоретическом обосновании параметров конструктивных элементов и устройств мощных средств пылегазоподавления;
    • обосновании комплекса средств при искусственном формировании рациональных аэрогазодинамических и тепломассообменных процессов для нормализации состава атмосферы карьеров;
    • разработке на основе лабораторных исследований и промышленных испытаний эффективных способов интенсификации искусственного воздухообмена в атмосфере карьеров;
    • установлении новых закономерностей процессов формирования, развития и распада ПГО на базе разработанных теоретических основ аэрогазодинамических и тепломассообменных процессов, происходящих при массовых взрывах;
    • разработке теоретических основ аэрогазодинамических и тепломассообменных процессов, происходящих в атмосфере карьеров и ПГО при формировании, развитии и рассеянии последнего во влажной стратифицированной атмосфере;
    • разработке аналитических способов расчета параметров облака, зон возможного загрязнения (ЗВЗ) и оценки эффективности воздействия на подавление ПГО многофазных струй.

Методы исследования. При выполнении работы использова­н комплекс методов, включающий: анализ и обобщение ранее выполненных исследований по проблеме; лабораторные и промышленные эксперименты; приборные и инструментальные измерения; математическое моделирование, вычислительная математика; объемное физическое моделирование при исследовании параметров струй и процессов искусственного воздухообмена; опытно-промышленные испытания средств и систем всесезонного пылегазоподавления.

Личный вклад автора заключается в: 

    • обосновании параметров конструктивных элементов и устройств мощных средств пылегазоподавления, обеспечивающих улучшение аэрогазодинамических и санитарногигиенических характеристик;
    • разработке и обосновании новой технологии тепломассообменных процессов с применением перемещающихся в карьерном пространстве турбулентных струй;
    • разработке аналитических зависимостей для расчета дефицита энергии неустойчивости атмосферы карьеров при температурных инверсиях;
    • разработке теоретических основ процессов формирования, развития и рассеяния ПГО при массовых взрывах в карьерах;
    • разработке теоретических основ процессов развития ПГО во влажной стратифицированной атмосфере карьеров и активного подавления облака с применением многофазных струй;
    • непосредственном участии в разработке, внедрении и промышленных испытаниях средств и систем всесезонного пылегазоподавления на карьерах Урала, Казахстана, Средней Азии и Забайкалья.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается соответствием и непротиворечивостью теоретических выводов фундаментальным законам физики; достаточно высокой степенью сходимости (85%) результатов лабораторных и промышленных экспериментов по разрушению температурных инверсий; представительным объемом лабораторных экспериментов и промышленных испытаний средств искусственного воздухообмена и пылегазоподавления на карьерах; разработкой теоретических основ аэрогазодинамических и тепломассообменных процессов, происходящих при массовых взрывах.

Научная значимость работы заключается в систематизации, обобще­нии и развитии научных исследований в области аэрологии карьеров, рудничной аэрогазодинамики, горной теплофизики и разработке на этой основе научной методо­логии экологически-оптимального управления пылегазовым и климатическим режимами в атмосфере карьеров с целью обеспечения нормальных санитарно-гигиенических условий и снижения вредного воздействия открытых горных работ на окружающую среду.

Практическое значение работы состоит в обосновании рациональных условий применения средств искусст­венного воздухообмена и подавления вредных примесей в атмосфере глубо­ких карьеров; технико-экономическом обосновании выбора типа привода карьерных вентиляторов; разработке аэродинамических схем и конструкций карьерных вентиляторов-оросителей на базе ТВД; разработке конструкций устройств для генерирования многофазных струй и твердых осадков; разработке и внедрении в производство средств и систем всесезонного пылегазоподавления; разработке и испытании в промышленных условиях способов интенсификации искусственного воздухообмена и  по­давления пылегазового облака с помощью многофазных струй; разработке теоретических основ для расчета пераметров ПГО и зон возможного загрязнения (ЗВЗ).

Реализация выводов и рекомендаций работы.

Результаты исследований доведены до промышленного приме­нения и вошли в проекты реконструкции карьеров трубка "Мир" (1980), Тейского (1986), Оленегорского (1984, 1990), Качарского (1990), Костомукшского (1992) ГОКов.

Средства и системы всесезонного пылегазоподавления прошли промыш-ленные испытания на карьерах Урала (ГБРУ, НТМК, комбинат «Ураласбест»), Казахстана (ЦГХК), Средней Азии (НГМК, карьер «Мурунтау») и Забайкалья (ПГХК и ЗабГОК).

Внедрение систем всесезонного пылегазоподав­ления на карьерах Целинного (ЦГХК) и Приаргунского горно-химических комбинатов позволило получить годовой экономический эффект 330 тыс. руб. (в ценах 1990 г.).

Апробация работы. Основные положения диссертации и ее результаты докладывались и получили одобрение на технических совещаниях институтов Гипроруда, ВНИПИпромтехнология, Уралгипроруда, ВНИИпроектасбест, ВНИИБТГ, всесоюзных научных конференциях и совещаниях по проблемам аэрологии карьеров и охраны труда «Физико-технические проблемы управления воздухообменом в горных выработках больших объемов»  (1976, 1979, 1983 гг.), «Проблемы аэрологии современных горно­добывающих предприятий» (1980), «Теоретические и прикладные вопросы воздухообмена в глубоких карьерах» (1985), «Эффек­тивные технологии, способы и средства, обеспечивающие современ­ные требования к экологии при разработке месторождений полез­ных ископаемых» (1990), Международном симпозиуме «Про­блемы безопасности при эксплуатации месторождений полезных ископаемых в зонах градопромышленных агломераций» (1995), Международной конференции «Горные науки на рубеже XXI века» (1997), «Международной конференции по открытым и подземным горным рабо­там» (1998), Международной конференции «Проблемы геотехнологии и недроведения» (1998), на второй международной конференции «Ресурсо-воспроизводящие малоотходные и природоохранные технологии освоения недр» (2003), ежегодных конференциях «Неделя горняка» (1997–2008 гг.).

Результаты разработок экспонировались на ВДНХ СССР и были отмечены тремя бронзовыми медалями. Внедрение технических решений отмечено  знаком «Изобретатель СССР».

Диссертация обобщает разработки плановых научных исследова­ний ИГД УрО РАН (ИГД МЧМ СССР), выполненных с 1970 по 2008 гг.

Публикации. Основные положения диссертации отражены в 115 печатных работах: 95 статей, в том числе 21 – в научных изданиях, входящих в Перечень ВАК, одна монография, 18 авторских свидетельств на изобретения, один патент РФ.

Объём и структура работы. Диссертация состоит из 6 глав, изложенных на 355 страницах машинописного текста, содержит 21 таблицу, 87 рисунков и список литературы из 221 наименования.

Автор выражает глубокую и искреннюю благодарность докторам технических наук А.В. Гальянову, М.М. Конореву, кандидатам наук А.А. Вершинину, А.И. Павлову, С.М. Рослякову, О.Г. Страшникову; инженерам М.В. Блонскому, А.А. Киенко, В.Н. Макарову, Ю.Л. Калифатиди, Т.Г. Петровой, В.И. Прибылеву за помощь при проведении исследований и подготовке к диссертации к защите.

Основное содержание работы

1. Современное состояние исследований по проблеме нормализации

атмосферы глубоких карьеров

Технологические процессы на карьерах характеризуются интенсивным выделением вредных примесей, загрязняющих как атмосферу карьера, так и окружающую среду.

Одним из основных источников мгновенного выделения в атмосфе­ру карьеров пыли и вредных газов являются массовые взрывы. Коли­чество одновременно взрываемых ВВ в рудных карьерах колеблется от 200 до 1000 т и более. При производстве массовых взрывов концентрация вредных приме­сей как в облаке, так и в атмосфере карьера, а также в горной мас­се достигает значительных величин. Удельный выброс пыли в пылегазовое облако достигает 0,027-0,17 кг/м3 горной массы; 63-80% осевшей в карьере пыли имеет дисперсность менее 1-4 мкм. Количест­во образовавшейся пыли и её дисперсность изменяются в широких пре­делах и зависят в основном от типа и крепости горных пород, степе­ни их обводнённости, удельного расхода ВВ и др.

Важнейшими климатообразующими факторами, определяющими санитарно-гигиеническое состояние атмосферы карьеров, являются радиационный и ветровой режимы районов расположения, а также си­ноптическая обстановка.

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:

ΔЕу = (Еп+Ев)а - (Еп+Ев)u , (1)

где:  индексы  а  -  относятся  к  адиабатическому  состоянию (γ =γа≅0,01 К/м); u – к инверсионному (γ<0); Еп – потенциальная энергия системы, Дж; Ев – внутренняя энергия системы, Дж.

Поскольку на величину ΔЕу определяющее влияние оказывает γ, то при γ=idem, H к=idem, γНк/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; ρ0 – плотность воздуха у дна карьера, кг/м3; γ - 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; α - 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:

Анализ расчетов показал, что для перевода атмосферы ряда карьеров из глубокого инверсионного состояния (γ =-0,05 К/м) в адиабатическое (γ =0,01 К/м) потребуется (5,31-13,03)⋅1011Дж. Это эквивалентно количеству тепла, выделяющегося при полном сгорании 12,3-30 т керосина. Однако, такие ситуации возможны только в районах крайнего Севера и Якутии.

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; η - к.п.д. процессов сгорания в ТВД (η = 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: ΔEу – дефицит энергии неустойчивости атмосферы карьера, Дж; mτ – 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; ΔТж – 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 (Я.З. Бухман); 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. М.М. Федорова 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 АИ20КВ (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 «Диспетчер2», у современных средств и систем экологического мониторинга нет;
  • самыми надежными и точными являются многокомпонентные газоанализаторы и комплексы производства ЗАО «Украналит» (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 «Диспетчер2», 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.

Опыт промышленной эксплуатации экспериментального образца вентилятора НК-12КВ показал необходимость доработки его конст­рукции с целью улучшения аэродинамических, гигиенических и экс­плуатационных характеристик. Следует отметить, что в выполненных В.И. Шайдаковым исследованиях системы «винт–насадок», имеются неточности, приведшие к ошибочным выводам. В связи с этим возникла необходимость в дополнительных теоретических исследованиях качеств системы «винт–насадок», излагаемых ниже.

Определяющим фактором, входящим во все расчетные интегральные формулы, является разность давлений в любой точке эквипотенциальных поверхностей кольца:

  (8)

где: pa – атмосферное давление, Па; pк – давление на поверхности кольца, Па; ρ – плотность воздуха, кг/м3; dS – элемент дуги, на радиусе Rφ; Vк – средняя скорость по поверхности равного потенциала, проходящей по поверхности кольца, м/с.

На рис.1 представлена расчетная схема для вычисления интеграла, входящего в формулу 8.

После перехода к безразмерным величинам

и интегрирования получим: 

На основании уравнения неразрывности и интегрирования в системе сферических координат –  

В итоге имеем общее решение уравнения 8:

В интегральной форме тягу кольца можно представить в виде:

где: m=ρπR2v1 – массовый  расход  воздуха  в  плоскости  вращения  винта, кг/с; К – коэффициент тяги винта.

После преобразований с переходом к новой переменной и интегрирования общее решение исходного уравнения для коэффициента тяги кольца представится в виде:

.  (11)

В результате расчетов по формуле 11 установлено, что относительная ширина кольца=0,5 () является оптимальной Кmax=0,25 (рис.2). Для определения оптимальной глубины расположения винта в насадке необходимо учесть, что при любых , графики функции имеют точку перегиба при φк=120. Наличие этой точки свидетельствует о зоне максимальной степени эжекции на поверхности кольца.

Исходя из тригонометрических соотношений (рис.3), оптимальная глубина расположения винта в насадке может быть определена по формуле:

(12)

При

Суммарная тяга системы «винтнасадок» составит: .

При , т.е. на 25% больше тяги изолированного винта.

Положительный опыт эксплуатации карьерных вентиляторов-оросителей АИ-20КВ  позволил реализовать идею создания мощных модульных вентиляторов на их базе. При компактном расположении модулей входные коллекторы насадков симметрично расположенных 4х модулей необходимо профилировать с отклонением плоскости  входа  воздуха  в  коллектор от  плоскости вра­щения винта на угол α ≈20°. Отклонение плоскости входа коллек­тора позволяет обеспечить, не только компактность модулей и созда­ваемого потока струй, но и предотвратить ухудшения условий подтекания воздуха к винтам.

Кроме этих параметров для модуля вентилятора ВОКМ4-2500 (рис.4)  дано обоснование  следующим конструктивным элементам: величине относительного зазора  между концами лопастей и кожухом (); относительного расширения насадка относительной длины кожуха спрямляющего аппарата – из 6-ти лопаток с относительной шириной относительной ширины хорды конца лопасти  

При проектировании кольца-насадка НК12КВ1М были рекомендованы следующие параметры: зазор между стенкой насадка и концом лопасти =0,0213 (s=50 мм); относительный радиус  кольца насадка =0,212; ширина кольца =0,35; длина насадка =3,6; расстояние от средней плоскости вращения винтов  до  передней  кромки кольца =0,68 (C=1,900 м).  Несущественные  отличия и от оптимальных значений были обусловлены конструктивными и эксплуатационными причинами.

Результаты сравнительных промышленных испытаний вентиляторов НК12КВ (без кожуха) и НК12КВ1М (с кожухом) показали, что выбранные геометрические параметры кожуха позволили значительно улучшить аэродинамические характеристики струй в начальном сечении. Так средняя скорость в начальном сечении струи увеличилась с 48 до 61 м/с, расход с 1160 до 1690 м3/с, профиль скорости стал более равномерным. По сравнению с идеальным винтом применение профилированного кожуха позволило увеличить к.п.д. в 1,3 раза. 

При температурных инверсиях в атмосфере карьеров дальнобойность газовоздушных струй карьерных вентиляторов уменьшается и может оказаться недостаточной  для  воздействия  на слои  воздуха  у  дна  карьера. В  связи  с  этим определение рационального размещения установок относительно дна карьера следует производить с учетом температурной стратификации.

Расчет параметров неизотермических струй вентилятора можно производить по формуле, полученной Г.Н. Абрамовичем  и А.А. Вершининым  на основе теоремы о количестве движения тела переменной массы. Траектория оси струи описывается уравнением:

(13)

где: – безразмерные координаты траектории  струи в вертикальной плоскости; d0 – диаметр струи в начальном сечении, м; α - угол наклона струи в вертикальной плоскости (от  горизонтали вниз α <0, вверх α >0), град.; Ar – критерий Архимеда.

Характер температурной стратификации воздуха в атмосфере карьера можно учесть для струй  критерием Архимеда:

(14)

где:  ΔТс – избыточная температура струи, К; g – ускорение свободного падения, м/с2; U0 – средняя скорость струи в начальном сечении струи м/с; Тh – температура воздуха в карьере на уровне размещения установки, К.

После подстановки значений параметров, определяющих критерий Архимеда, уравнение 13 приобретает вид: (15)

где: . 

 

Из  уравнения 15 определим координаты точки перегиба струи: 

 

 

Точка пересечения оси струи с осью ОХ определяется из  исходного  уравнения при  

Из анализа коэффициента В, входящего в расчет основных параметров траектории струи, можно установить, что при больших отрицательных  значениях γ целесообразно выводить часть газов реактивного выхлопа. Это будет способствовать увеличению глубины проникновения струи в атмосферу, а также уменьшит ее токсичность. К примеру, при γ= –0,01 К/м и α= –20 за счет вывода 50% газов струи реактивного выхлопа (Тг=377К) глубину проникновения струи можно увеличить в 1,8 раза (yП= –150 м).

При работе карьерных вентиляторов в динамическом режиме происходит искривление траекторий осей струй, которое оказывает существенное влияние на дальнобойность. Исследования параметров струй, перемещающихся в пространстве, производились на специальном стенде с применением графометрической обработки фотографий задымленных струй. При этом для имитатора вентилятора типа НК-12КВ скорость истечения струй из насадка изменялась в диапазоне U0=(20÷50) м/с при скоростях поступа­тельного перемещения W=(0,1÷0,8) м/с; угол атаки струи – между вектором скорости истечения воздуха в началь­ном сечении U и скоростью поступательного перемещения W – изменялся в ин­тервале с  шагом α0=π /12 (15).

Степень искривления траекторий осей струй, вытекающих из насадков имитаторов, d0=(4÷20)⋅10-3 м определялась при α0=π /2 (90°) при Q0=10-3 м3/с. Скорость поступательного перемещения изменялась в интервале W=(0,1÷0,5) м/с с шагом ΔW=0,1 м/с.

В результате анализа экспериментальных данных была получена обобщенная эмпирическая формула траектории оси при поступательном перемещении струи:

где: W- скорость поступательного перемещения, м/с;U0 – средняя скорость воздуха в начальном сечении струи, м/с;а – коэффициент структуры струи; α0 – угол атаки струи, рад; – безразмерные координаты траектории. Результаты расчетов по ф.16 приведены на рис.5.

При α0 < π/2 из 16 можно определить глубину проникновения струи по направлению О перемещения при условии:

  ,

и ординату точки с макси­мальной глубиной проникновения в направлении :

Абсцисса точки определится при подстановке  в уравнение 16. Точка пересечения траектории оси струи, перемещающейся под углом с осью , определится из уравнения 16 при :

Глубину проникновения струи по оси определяем, исходя из условия Um=3 м/с.

В зависимости от отношения W/U0 оптималь­ный угол атаки перемещающейся струи находится в интервале . При этом определение точек изотахи Um=3 м/с на траекториях осей перемещающихся  струй  можно  производить по формуле:

(17) 

где: - безразмерная длина траектории оси струи.

Ввиду того, что дальнобойность струи , в практических расче­тах для заданного отношения W/Uo значение αопт можно определить по формуле:  (18)

При исследовании параметров струй, создаваемых имитаторами вентилятора НК-12КВ (d0=5,6⋅10-3 м), cкорость истечения изменялась в диапазоне 20≤U0≤50 м/с, а скорость углового перемещения  1≤ω≤6 рад/с.

Для имитаторов d0=(4,8,12,16,20)⋅10-3 м скорость углового перемещения изменялась в интервале 1≤ω≤5 рад/с при Q0=10-3  м3/с.

На основании анализа экспериментального материала по методике было получено обобщенное эмпирическое уравнение траектории оси струи при угловом перемещении имитаторов вентиляторных установок:

,  (19)

где:- скорость истечения струи в начальном сечении, м/с;ω - скорость углового перемещения имитатора, рад/с; а - коэффициент структуры струи; d0 - диаметр имитатора, м;  полярные координаты точек траектории.

Значение функции, при котором струя превращается в след, т.е. , определится из уравнения:

  (20)

Откуда:

После подстановки  φi в 19 получим:

Анализ результатов исследований параметров струй при угловом перемещении  свидетельствует о том, что в зависимости от места расположения установок целесообразно изменять режим работы авиадвига­телей. Расчетами было установлено, что при =90 обеспечивается эффективный искусственный воздухообмен Центрального карьера комбината "Ураласбест" в интервале скорости углового пере­мещения 10-3≤ ωH ≤5⋅10-3 рад/с на режиме работы авиадвигателя HK-I2KB 0,7 номинала (Uо= 40 м/с). Для обеспечения условий формирования струй в этом интервале ωH  необходимо, чтобы  φmin≥ 7/45π (рис. 6а). При работе двигателя вентилятора на режиме 0,85 номинала (Uo = 50 м/с) обеспечивается проветривание карьера с =108, 10-3≤ ωH ≤ 6⋅10-3 рад/с, φmin≥ 5/36 π   (рис. 6б).

Аналогичные расчёты можно произвести для других средств ис­кусствен-ного воздухообмена, создающих изотермические струи.

С учетом экономико-экологического фактора и многообразия параметров карьеров к средствам общеобменной искусственной вентиляции должны предъявляться следующие основные требования:  максимальная начальная производительность и дальнобойность струй;  высокая надежность и экономичность;  соответствие гигиенических характеристик санитарным нормам;  оснащённость устройствами для активного подавления вредных  примесей в атмосфере карьера; широкий диапазон изменения ориентации струй в процессе пылегазоподавления.

На основании выполненных  исследований и опыта промышленных испытаний различных средств вентиляции и пылегазоподавления предложен  типажный ряд карьерных вентиляторов, адаптированный к условиям открытых горных

работ: мобильные вентиляторы - оросители многоцелевого назначения с дизельным и дизель-электрическим приводом; мобильные вентиляторы с дизель-электрическим приводом на базе вертолетных винтов со складывающимися лопастями ( вертолеты серии "Ка" ) для проветривания воронкообразных ка­рьеров

и застойных зон восходящими вертикальными и наклонными струями; передвижные вентиляторы большой производительности (Qc = 10000–12000 м3/с) на базе несущих вертолетных винтов с электрическим и газотурбинным приводом; передвижные вентиляторы-оросители на базе ТВД. Вентиляторы на базе несущих винтов вертолетов должны комплектоваться воздухоочистительными экранами, устанавливаемыми со стороны подсоса воздуха под винт.

Технические характеристики карьерных вентиляторов, входящих в рекомендуемый типажный ряд, приведены в таблице 1.

Таблица 1. Характеристики карьерных вентиляторов

Показатель

УМП-

-1А (Б)

ВОКМ

-1(2) -300

УМП-14

УМП-

21

АВК-

-35/Э

ВК -2000

АИ-20КВ

НК-12KB

ВОКМ

-4-2500

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Движитель

воздуха

Авиационные винты

Несущие вертолетные винты

серии «Ми» и «Ка»

Турбовинтовые

двигатели

Диаметр винта, м

3,6

3,6 (2х2,5)

14,5

21

35

15,74

4,5

5,6

9

Тип привода

Дизель­ный

Дизель-

электр.

Электрический

Газотурбин.

электр.

Дизель- электр.

Газотурбинный

Мощность

привода, кВт

368

600

320

1000

2х4050 /8000

600

2550-3000

9400-11000

10200-12050


Продолжение табл. 1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Средняя скорость воздуха в началь­ном сечении струи, м/с

24

24

7,2

8,15

12,6

10,3

40

61

40

Начальный расход воздуха, м3/с

240

300

1050

2520

11000-12000

2000

640

1680

2500

Дальнобойность  струи в равновес­ной атмосфере до сечения со средней скоростью 0.6 м/с

180

250

200

250

640

230

320

520

600

Высота подъема  вертикальной струи в устойчи­вой атмосфере при температур­ном градиенте

γ = +0,5 5

-

-

290-150

374-200

600-329

300-170

270-170

450-265

600-300

Базовое

транс­портное

основа­ние

БелАЗ-

548

БелАЗ -7519

Ходовая тележ­ка бурового станка

Ходо­вая те­лежка ЭКГ-8И

БелАЗ-7519

Шасси

авт.

КрАЗ

спец.

Изгот.

Ходовая тележка ЭКГ-4,6

Ходовая тележка ЭКГ-8И

Назначение

Универсальные установки

мест­ного

проветрива­ния

Вентиляторы для создания вертикальных и наклонных

струй

Вентиляторы -воздухоочистители для создания вертикальных и наклонных струй

Вентиляторы -оросители -

генераторы осадков

Состояние работ

Серийное про­извод-ство

Рабо­чие черте­жи

Опытные

образ­цы

Рабо­чие черте­жи

Эскиз­ный проект

Промышленные

образцы

Рабочие чертежи

3. Теоретические и экспериментальные исследования процессов

  генерирования и переноса осадков воздушногазовыми струями

карьерных вентиляторов

Значительные объемы выработанного пространства карьеров (>108 м3) потребовали разработки мощных средств подавления вредных примесей, выделяющихся в атмосферу при работе технологического комплекса.

При гидрообеспыливании загрязненной атмосферы карьеров необходимо применение эффективных способов распыления воды или водных растворов для обеспечения достаточной дальности переноса осадков.

Большая кинетическая энергия газов реактивной струи ТВД позволила отказаться от существующих способов распыления жидкости (дисковые, электростатические, акустические, центробежнофорсуночные), отличающиеся конструктивной сложностью и низкой производительностью.

В основу устройств для генерирования и переноса осадков карьерными вентиляторами был положен пневматический способ распыления воды и водных растворов. При этом распыление (дробление) жидкости производится за счет энергии газов высокоскоростной реактивной струи, а перенос спутной воздушногазовой струей.

Процесс пневматического распыления жидкости достаточно сложен, и его механизм еще полностью не исследован. Ряд исследователей, занимавшихся изучением этого процесса, отмечает, что в ходе дробления жидкой струи под действием газового потока можно выделить три стадии.

В первый момент на поверхности жидкости возникают небольшие возму­щения в виде местных пульсаций. Под действием аэродинамических сил эти по­верхности возмущения развиваются далее, и из жидкости начинают вытягивать­ся отдельные нити, которые распадаются затем под действием поверхностного натяжения.

Исследования производились путем измерения отпечатков при осаждении на пластинку, покрытую сажей по методике Стокера.

Промышленные испытания карьерных вентиляторов выявили несовершенство конструкций гидравличеких устройств, в связи с этим были разработаны новые водораспылительные гидравлические сопла. При относительных массовых расходах жидкости следует учитывать силы гравитационного оседания. В связи с этим при переносе струями карьерных вентиляторов  жидких или твердых  осадков, можно использовать  законы баллистики. В частности, траекторию оси струи можно описать системой параметрических уравнений:  (21)

   

где:  х – абсцисса траектории оси, м; у – ордината траектории оси, м; g – ускорение свободного падения, м/с2; – угол наклона струи, в вертикальной плоскости, град.; t – время, с; hУ – высота расположения генератора осадков от дна карьера, м; Vo – скорость в начальном сечении струи, м/с.

После исключения параметра получим уравнение траектории оси струи:  (22)

Абсцисса оси струи,  при которой  высота  подъема (ордината) максимальна, определяется после  дифференцирования  уравнения 22: 

  (23)

После подстановки 23 в 22 получим максимальную высоту подъема  струи  относительно  дна карьера: . (24)

Максимальная дальность переноса осадков из уравнения 22 при  у = 0:

(25)

       Площадь карьера, обрабатываемая одним генератором осадков, определится по условию: . 

В  результате  расчетов  установлено, что при =20о, β = 45о, hy = 100 м, Vo= 60 м/с максимальная высота подъема осадков от уровня дна карьера составляет 120 м, Хmax = 370 м, объем обрабатываемой зоны V3 = 15⋅106 м3, площадь обрабатываемой зоны 107000 м2. При тех же условиях, но при угле наклона генератора осадков = 45о дальность переноса возрастает на 20 %, высота подъема осадков и площадь обрабатываемой зоны увеличиваются на 60 %, а объем обрабатываемой зоны достигает 32⋅106 м3.

Анализ экспериментальных и теоретических данных о процессах естественного образования осадков, а также выполненных ранее экспериментов и визуальных наблюдений по искусственному генерированию и переносу осадков с помощью газовоздушных струй карьерных вентиляторов НК12КВ и АИ20КВ, позволяет предложить следующую теоретическую модель процессов искусственного образования и переноса осадков.

На начальном участке струи вентилятора перенос образующейся в процессе распыления капельной смеси осуществляется за счет кинетической энергии реактивной составляющей струи, при этом смесь движется в четко локализованном конусе реактивных газов. Для этого участка струи характерны очень большие,  недостижимые в обычных природных условиях скорости тепло и массообмена. Граница начального участка зависит от секундного массового расхода и температуры нагнетаемой жидкости. Для вентиляторов на базе ТВД размеры активной, начальной части струи составляют примерно 56 калибров. При движении капель жидкости в струе реактивных газов интенсивность теплообмена , в частности процесса испарения и насыщения смеси паром, на один-два порядка больше, чем на основном участке. Связано это с тем, что взаимодействие жидкости с высокотемпературной (tR  ≥ 320C) высокоскоростной струей газов вызывает весьма интенсивное нагревание и испарение образовавшихся капель жидкости. Если расход жидкости достаточно велик, то смесь жидких капель и пара уже в конце начального участка оказывается в состоянии перенасыщения водяным паром. Температура перенасыщенной смеси определяется секундным расходом и температурой подаваемой жидкости. При этом температура капельной смеси будет всегда выше температуры жидкости, но меньше температуры кипения воды при данном давлении.

Из уравнения тепломассообмена между нагнетаемой жидкостью и водогазовоздушными компонентами струи на основном участке переноса определится температура жидкости, обеспечивающая работу вентилятора в режиме генерирования твердых осадков:

.                        (26)

где: - соответственно секундный массовый расход реактивных газов, жидкости, образующегося водяного пара, вовлекаемого в водяной конус струи воздуха, (кг/с); - соответственно удельные теплоемкости газа, жидкости пара и воздуха (Дж/кг К);  -  удельная теплота парообразования воды (Дж/К);  - температура газов, жидкости, воздуха и равновесной насыщенной паром капельной смеси (С); – зависимость упругости насыщения пара от температуры и атмосферного давления.

Экспериментальные наблюдения показали, что угол раскрытия газо-водяного конуса зависит в основном от массового расхода и температуры вводимой в струю жидкости. Угол раскрытия конуса в спутном воздушном потоке составляет 10-12, а масса вовлекаемого в него воздуха – 35-40% от массового расхода воздуха в начальном сечении струи.

       Таким образом .

       Из условия, что максимальный секундный расход воды составляет 100 кг/с, , а , по формуле 26 находим: . Это соотношение определяет предельно допустимую температуру жидкости при ее максимальном расходе и заданной температуре окружающего воздуха, когда вентилятор может эффективно работать в режиме генерирования твердых осадков: температура капельной смеси в конусе струи вентилятора . В этом случае подавляющая часть капель, выпадающая из струи, будет охлаждена до 0С, а мелкие капли будут выпадать в виде ледяных частиц. Для того, чтобы процессы кристаллизации, формирования и роста снежинок полностью завершились, необходимо, чтобы время свободного падения переохлажденных капель превышало время их кристаллизации. На основании расчетов установлено, что повышение температуры воздуха на 1,5-2oC в объеме интенсивного выпадения твердых осадков порождает восходящий поток, выносящий связанные и нейтрализованные вредные примеси  из атмосферы карьера. Кроме того, встречный восходящий поток уменьшает среднюю скорость падения осадков, т.е. увеличивает время контакта, а значит и вероятность захвата вредностей.

Из общего выражения 26 получаем:

Это соотношение определяет секундный массовый расход жидкости для заданной температуры воздуха (tw) и жидкости (tg), обеспечивающий работу вентиляторов в режиме генерирования твердых осадков. Подставляя численные значения постоянных параметров системы, находим условия:

.

Наблюдения показали, что в ряде случаев даже при неработающем оборудовании происходит загрязнение атмосферы карьеров пылью, которое увеличивается по мере возрастания скорости ветра.

Предотвращение срыва пыли с поверхности земли может быть достигнуто путем поддержания ее влажности в нужных пределах или укрепления связующими составами. Наиболее приемлемым закрепителем является битумная эмульсия 50-60%-ной концентрации с удельным расходом битума 0,50,6 кг/м2. Обладая хорошей устойчивостью против ветровой эрозии (при скоростях ветра до 15 м/с) и способностью восстанавливать свои первоначальные свойства после увлажнения поверхности, эмульсия образует на поверхности устойчивую пленку. Результаты проведенных экспериментов на карьерах ССГОКа позволили сделать вывод о целесообразности использования мобильных установок типа АИ-20КВ для укрепления откосов отвалов из песчаных и глинистых грунтов с помощью различных химических реагентов, а также для гидропосева семян трав с одновременным внесением минеральных удобрений и связующих эмульсий.

4. Исследование эффективности средств и систем управления

процессами нормализации состава атмосферы карьеров

Гидравлические и диффузионные процессы, происходящие при искусственном проветривании карьеров, весьма сложны, и теоретический расчет их без проведения предварительных экспериментальных исследований практически невозможен. Однако качественную и количественную оценку этих процессов можно дать на основе метода объемного физического моделирования. Он позволяет произвести выбор комплекса средств пылегазоподавления и режимов их работы при восстановлении естественного воздухообмена путем разрушения температурных инверсий с минимальными затратами. Тем самым можно избежать нерационального расхода материальных ресурсов на создание комплекса средств пылегазоподавления.

Исследования эффективности методом объемного физического моделирования проводились для многих предприятий и предшествовали внедрению систем всесезонного пылегазоподавления на карьерах ГБРУ НТМК, ЦГХК и ПГХК.

Объемному физическому моделированию предшествуют: энергетическая оценка атмосферы карьеров и экологическая – технологического комплекса. Первая производится по методике, изложенной в главе 1. При этом предварительно определяется состав комплекса для восстановления естественного воздухообмена путем разрушения температурных инверсий (формулы 1, 4, 5, 7).

При экологической оценке технологического комплекса определяется количество пылегазовых выбросов в атмосферу карьера и окружающую среду. На основе этого можно рассчитать расход воздуха (Qн) на выходе струй для поддержания концентрации примесей на оптимальном уровне, меньшем ПДК:

, (27)

где: – потребность карьера в свежем воздухе (по пылевому и газовому факторам) для разжижения вредных примесей до ПДК, м3/с; =0,15 – относительная концентрация вредных примесей в окружающем карьер воздушном бассейне; – оптимальный уровень снижения относительной концентрации примесей в цикле общеобменного проветривания, для ориентировочных расчетов =0,5; К – коэффициент эффективности проветривания, К=0,5÷0,7; – коэффициент обмена; τв – время проветривания, с; Vк – объем атмосферы карьера, м3; FΣ – суммарная интенсивность выделения вредных примесей кг/с; [c] – ПДК, кг/м3.

При исследованиях микроклимата в атмосфере карьеров используются данные многолетних метеонаблюдений по ветровым потокам, температуре и влажности воздуха. С учетом розы ветров и профиля сечения карьера определяется характер схем естественного воздухообмена – прямоточная, рециркуляционная и рециркуляционнопрямоточная. Это позволяет предварительно определить место расположения средств общеобменного проветривания и пылегазоподавления при объемном физическом моделировании.

При большой глубине карьеров необходимо учитывать неравномерность распределения вредных примесей по высоте. В связи с этим в состав вентиляционного комплекса должны входить установки, создающие как наклонные и горизонтальные струи, так и вертикальные.

В работе приведены результаты исследований эффективности массообменных процессов при искусственной вентиляции методом физического моделирования на примере карьера ЦГХК. При моделировании соблюдались геометрическое, кинематическое и динамическое подобие модельных и натурных объектов. Вследствие нестационарности процесса диффузии определяющим частичное динамическое и диффузионное подобие является критерий гомохронности:

, (28)

где: U – скорость воздуха в сходственных  точках  модели и натуры, м/с; L – характерный линейный размер, м; τ – время процесса, с; Fo=L2/Dτ – диффузионный критерий Фурье; Pe=D/UL – диффузионный критерий Пекле; D – коэффициент турбулентной диффузии, м2/с.

С учетом того, что mt=τн/τм, из формулы 28 можно определить временной масштаб протекающих в карьере и его модели диффузионных процессов при искусственной вентиляции:

, при mu=1  mτ=mL.

Для «динамических» схем искусственного воздухообмена карьеров – с поступательным или угловым перемещением струй внутри карьерного пространства – критерий гомохронности позволяет определить масштабы скоростей перемещения турбулентных струй.

В результате обработки лабораторных исследований получены значения функций изменения безразмерной концентрации примесей во времени – и рассчитывались скорости снижения концентрации (рис. 7, 8а), по значениям которых определялись наиболее эффективные схемы искусственного воздухообмена. Экспериментально установлено, что эффективность процессов искусственного воздухообмена с применением перемещающихся в карьерном пространстве турбулентных струй повышается на (25 – 30)%.

Для схем, обеспечивающих максимальную текущую среднюю скорость снижения концентрации, определялись рекомендуемые режимы работы системы пылегазоподавления (рис. 8б).

Время работы комплекса в режиме общего воздухообмена рассчитывается по формуле:  , (29)

где: – продолжительность штилевых периодов продолжительностью 3, 6, 9, 12 ....., ч; mi – количество штилевых периодов одинаковой продолжительности; –        время накопления вредных примесей от ф=0,2 до опт=0,4, ч; τнц – время накопления примесей в цикле, ч; τвц – время работы комплекса в цикле, ч.

Значение τнц определяется по формуле: (30)

где:  τнк – время  накопления  примесей  в карьере от ф=0,2 до к=1,0, ч; τнрз – время накопления примесей в рабочей зоне, ч;        τмв – время работы средств местного проветривания при единичном включении в процессе накопления примесей, ч.

Время τнк рассчитывается по условию: 

где: Vк – объем карьера, м3; [с] – ПДК примесей, кг/м3; FΣ – суммарная интенсивность выделения примесей, кг/с. При Vрз=(0.3÷0,4)Vк τнрз =(0.3÷0.4) τнк . Значение        

       Время τмв определяется из условия: что соответствует 3–5 включениям средств местной вентиляции в процессе накопления примесей от опт до =1. Суммарное время работы средств местного проветривания слагается из двух периодов работы – в режимах местного и общего  воздухобмена:  (31)

где  fц –количество циклов, которое определяется по формуле: .

Значения τшi и mi получены на основе метеорологических исследований.

Первые эксперименты по применению систем искусственного воздухообмена на базе авиационных ТВД были проведены на Центральном карьере Гороблагодатского рудоуправления (ГБРУ) НТМК. Объем карьера составлял 90⋅106 м3. При проведении экспериментов загрязнение атмосферы карьера имитировалось дымовыми шашками типа БДШ-15. Концентрация вредных примесей определялась как с помощью экспрессного метода приборами ИЗВ-3, так и  химическим анализом проб воздуха в лаборатории ВГСЧ. В результате экспериментов установлено, что за 30 минут активного проветривания одним вентилятором НК12КВ концентрация вредных примесей снижалась в 12–15 раз и достигала ПДК при инверсии  γ=-0,02 К/м.  Эксперименты по разрушению температурных инверсий с помощью двух АИ20 КВ и одного НК12КВ, работающих в «динамическом» режиме, показали реальную возможность восстановления естественного воздухообмена: температурный градиент изменился с γ=-0,02К/м  до γ=-0,005 К/м, а концентрация примесей достигала ПДК через 40 минут работы системы.

Система всесезонного пылегазоподавления карьера ЦГХК состояла из двух вентилятороворосителей НК12КВ (без кожуха) и НК12КВ1М. 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 математикоаналитическими методами, показало их хорошую сходимость (85%).

При испытаниях системы всесезонного пылегазоподавления, состоящей из двух вентилятороворо-сителей НК12КВ1М, 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 воздушногазо-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 НК12КВ 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 НК12КВ1М 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 А22 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 1015 минут работы, а температура снижена на 0,6-1С. 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; ΔТж=Тк-Тж0 – изменение температуры воды, К; λ - 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; ξ – безразмерный коэффициент, зависящий от структуры и других механических свойств пород (в первом приближении ξ = 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:

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; ρ3 – плотность ВВ кг/м3; ΔSГ, ΔScр –изменение энтропии газов и среды, Дж/К; χ – показатель равновесной адиабаты. Параметрами процесса являются – χ, Н, М3, R, ρ3, Тц; неизвестными, подлежащими определению – A и n. Анализ формулы 36 показал, что ΣSΣ имеет максимум по переменным n  и A. При определении ΔSΣmax 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, ρw=(1,3÷1,25) кг/м3, Н=(5000÷8400), lnH=8,52÷9,04 nm=1,38÷1,36.

После вычисления nm, соответствующего ΔSΣmax 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:

где: γa – сухоадиабатический градиент температуры воздуха, К/м (γa≈0,01К/м); – начальный радиус ПГО, м; α – коэффициент вовлечения окружающего воздуха в ПГО, м-1; β=g/T – параметр плавучести, м/с2К; g – ускорение свободного падения, м/с2; Т – средняя температура в атмосфере карьера, К; Wi – скорость подъема ПГО, м/с;  γ –  температурный градиент в атмосфере карьера, К/м;  – начальный температурный перегрев ПГО, К; Т0 – температура воздуха в месте взрыва, К; y=1+z/z* – новая переменная.

Однородные линейные уравнения с правой частью системы (39, 40) решаются путем замены каждой переменной на произведение двух функций (Ti=uv, ), а правой части на функцию . 

В результате интегрирования получим изменение перегрева ПГО в процессе его подъема гиперболическилинейную зависимость:

где:

  Из уравнения 41 определится уровень выравнивания температуры ПГО с атмосферной  (δTi=0):

где:    – максимальный подъем ПГО в политропической атмосфере, м.

Поскольку  то уровень выравнивания температуры составит:

.  (42)

Уравнение 40 решается аналогично после подстановки в него значения В результате получим общее решение уравнения скорости подъема ПГО – гиперболическитригонометрическую зависимость:

(43)

При y=y0, на уровне выравнивания температуры, скорость подъема ПГО имеет максимальное значение: . 

Уровень  конвекции (zк), на котором ПГО останавливается и начинается его рассеяние, можно рассчитать по формуле: . (44)

После подстановки значения Wi из формулы 43 получим:

  (45)

После преобразования подкоренного выражения в формуле 45 получим общее решение времени подъема ПГО – тригонометрическую зависимость:

По формуле 46 время подъема ПГО до уровня выравнивания температур zт и конвекции zк составит соответственно: , .

После подстановки значений zт и zк в начальные условия (39, 40)  определим  радиус ПГО на этих уровнях:    

По приведенным формулам произведены расчеты при следующих условиях: Тц=3000 0К; ρ3=750 кг/м3; kр=1,3; Т0=240 0К; γ=-0,021 К/м; R=287 Дж/кгК;  β=0,04 м/с2К; nm=1,38. Результаты расчетов приведены на рис. 11.

Аналогичные расчеты можно выполнить при других условиях: к примеру, при прочих равных усло-виях, но при изотермии в атмо-сфере карьера (γ=0), уровни вырав-нивания температур (zт) и конвек-ции (zк) увеличиваются на 5565%, время достижения облаком этих уровней возрастает соответственно до 78,5 с и 157 с, объем ПГО на этих уровнях увеличивается в 2,2 раза, по сравнению с инверсионной страти-фикацией в атмосфере.

На основании расчетов с ис-пользованием закона Стокса уста-новлено, что в интервале М3=(105÷106) кг максимальный размер пылинок на уровне выравнивания температур составляет dnmax=(1,22÷1,64)10-4 м. Перед уровнем конвекции размер пылинок не превышает 2,1⋅10-5 м (21 мк), более крупные частицы по мере подъема облака осаждаются. На уровне конвекции масса пыли, проникшей в ПГО, не превышает 40%. Скорость гравитационного оседания пылевых частиц dn=2,1⋅10-5  м составляет 0,05 м/с, частицы меньших размеров имеют значительно меньшую скорость и могут длительное время витать в воздухе.

Условия равновесия легких (СО) и тяжелых (СО2, NОx) газовых примесей на уровне выравнивания температур определяются условиям:

.  (47)

.

где: g – ускорение свободного падения, м/с2; ρСО, ρСО2, ρNO2 – плотность СО, СО2, NO2, кг/м3; VCO, VCO2, VNO2 – объем CO, СО2, NO2, м3; ρн – плотность газовоздушной смеси в облаке на уровне zт, кг/м3; zт – уровень выравнивания температур, м; Wimax – скорость ПГО на уровне zт, м/с; Vн – объем облака на уровне zт, м3.

       Следует учесть, что за счет активного вовлечения окружающего воздуха происходит активное окисление оксида азота и практически на уровне zт в ПГО остаются тяжелые оксиды азота (NO2, N2O4, N2O5).

Левая часть уравнений 47 представляет собой силу плавучести газовых примесей внутри облака, а правая  – ускорение облака  на уровне zт .

Так как  , то существование  СО  в облаке на уровне  zт обусловлено силой плавучести, направленной вверх. Двуокиси азота и углерода, имеющие примерно одинаковые плотности на уровне zт  начинают перемещаться в арьергардную часть (вниз) под действием отрицательной силы плавучести.

Время оседания тяжелых газовых примесей (NOх, CO2) из остановившегося облака можно определить по условию:

.

Для описания процессов рассеяния и распада ПГО после достижения им уровня конвекции была принята модель рассеяния и распада под действием диффузии осесимметричного изотропного «термика» (пылегазовоздушного пузыря), образовавшегося при движении тела переменной массы.

В рамках рассматриваемой модели принято, что на уровне конвекции действует закон сохранения массы, а коэффициент диффузии  D = const.

На основании этого имеем:  , (48) где: – радиус ПГО на уровне  zк (за время  ), м; r – радиус облака за счет диффузии на уровне  zк  по истечении времени  > к, м.

Из закона сохранения массы примесей на уровне  zк имеем:

  .  (49)

где: Ск  – концентрация примесей в облаке на уровне  zк  , кг/м3; Cr  – концентрация примесей в сфере ПГО радиусом  r , во время  > к, .

Таким образом, из 48 получим изменение относительного радиуса облака во времени в результате диффузии примесей после уровня конвекции – параболическую зависимость: .  (50)

С учетом (50) из (49) определяется гиперболическая зависимость изменения относительной концентрации примесей от времени в результате диффузии после достижения облаком уровня  zк  за время  к :

.(51)

При условии, что концентрация примесей не превысит ПДК ([C]) из 51 следует:  , ,

где:   – время достижения концентрации примесей в ПГО уровня ПДК.

В результате расчетов (при М3=100 т) определим время  снижения концентрации примесей до ПДК (к =88 с):  с,

с, с.

При наличии фонового ветра  (Vф) облако дрейфует на расстояние: .

Критическая скорость ветра, при которой может произойти разрыв сплошности и распад ПГО, определится по условию:  . 

Значение D для  нашего примера (М3=100 т, Rк=47,5 м, τк=88 с):

, а критическая  скорость ветра (струи) на уровне конвекции составит: м/с.

       При исследовании изменения параметров ПГО в результате воздействия на него многофазных струй  необходимо учесть изменение удельной влажности в облаке и атмосфере. В связи с этим при переходе к новой переменной (y=1+z/z*) исходная система уравнений движения ПГО во влажной стратифицированной атмосфере принимает вид:

где: – виртуальная температура ПГО, 0К; – изменение температуры ПГО, К; – изменение температуры воздуха в атмосфере карьера, К; γ – средний температурный градиент в атмосфере карьера  до обработки, К/м; α – коэффициент вовлечения, м-1; – начальный радиус ПГО, м; К/м – сухоадиабатический градиент; – изменение температурного перегрева ПГО, К; – виртуальная температура в атмосфере карьера, К;  – удельная влажность воздуха у дна карьера (поверхности взрываемого  блока), кг/кг; – градиент удельной влажности в атмосфере карьера, м-1; – удельная влажность воздуха на уровне генераторов осадков, кг/кг; – изменение удельной влажности в атмосфере карьера, кг/кг; – скорость подъема ПГО, м/с; – изменение дефицита удельной влажности при подъеме ПГО, кг/кг; – параметр виртуальной плавучести в атмосфере карьера, м/с2К; g – ускорение свободного падения, м/с2; – изменение удельной влажности в ПГО, кг/кг.

Все уравнения 52 – 55 решаются путем замены каждой переменной на произведение двух переменных (uv) и представлении правых частей в виде функции Q(y), аналогично решению уравнений 39, 40.

Изменение дефицита удельной влажности описывается гиперболическилинейной зависимостью:  (57)

где: .

На основе решения уравнения 52 получим изменение виртуального перегрева ПГО во влажной атмосфере:   (58)

где: , К/м. 

Начальный виртуальный перегрев ПГО определится по условию:

Виртуальный температурный градиент в ПГО, К/м определится из уравнения:  (59)

В результате обработки атмосферы карьера воздушногазожиднокостными  струями в ней устанавливается инверсионный температурный градиент:

.                (60)

При <0 и <0  , т.е. происходит углубление инверсии в атмосфере. В результате сравнения 59 и 60 следует: . 

Выравнивание температурного градиента в ПГО и атмосферного происходит на уровне:              

       При на уровне поверхности блока () т.е. . При , , т.е. после достижения уровня выравнивания температурных градиентов в ПГО происходит углублении инверсии.

       Для повышения точности  необходимо принять в качестве среднего значения температурного градиента в ПГО на уровне выравнивания градиентов (), тогда из 59 получим:      

(61)

Коэффициент B3  в 58 определится из условия:.

Из уравнения 58 определим значение y  на уровне выравнивания температуры ПГО ( 

где: – предельный уровень подъема ПГО во влажной политропической атмосфере, м. Поскольку , то абсолютная величина уровня выравнивания температур составит:   (62)

Общее решение уравнения 53 скорости подъема ПГО во влажной атмосфере следующее: (63)

Из 63 следует, что на уровне выравнивания температуры zт (y=y0) ПГО имеет максимальную скорость подъема – 

Из 63 также следует, что уравнение имеет два корня (Wi=0) при y1=1 (у земли) и (на уровне конвекции). Так как , то уровень конвекции определится по формуле: (64)

Время подъема ПГО во влажной стратифицированной атмосфере до уровней выравнивания температуры и конвекции составит соответственно:

,

Из уравнения 61 следует, что в результате предварительной обработки в ПГО происходит углубление инверсии на величину а последующая обработка приводит к еще большему ее углублению (b1<0) на величину вследствие чего av>a.        

Из сравнения 41 и 58 следует, что в результате предварительной обработки зоны взрыва начальный перегрев ПГО на величину 0,61q0T0.

Вследствие уменьшения начального перегрева и увеличения av=γа-γv, по сравнению с  и  а поэтому  zT и zк  (ф.62, 64) будут меньшими, чем без обработки зоны взрыва и ПГО.

К примеру, при

Без обработки зоны взрыва и ПГО h=350 м, zT=96,8 м, zК=132 м, т.е. уровни конвекции и выравнивания температур выше на (2023)%, чем после обработки.

Максимальная скорость подъема ПГО в результате обработки соcтавит на уровне zT=78,6 м  – Wimax=1,89 м/с, а без обработки атмосферы и ПГО на уровне zT=96,8 м – 1,83 м/с. Однако при достижении уровня  z=109,7 м скорость подъема увлажненного ПГО снижается до 0, а необработанное облако продолжает подъем до zк=132 м. Время подъема увлажненного ПГО, рассчитанное до одинакового уровня z=109,7 м увеличивается на 40% (66,8 с / 47,2 с = 1,41).

Из анализа формул 59  и 60 следует, что при изотермии (γ=0) и положительных температурах (Т0>273 K) за счет интенсивной обработки (b1<0) ПГО  можно обеспечить одинаковый инверсионный градиент в атмосфере карьера и ПГО ( В результате расчетов по формулам 62 и 64 установлено, что при γ=0, b1= –0,0001 м-1, z*=100м, Т0=290 К  уровни  выравнивания температур (zT) и конвекции (zк) обработанного ПГО уменьшаются на 40%. Время подъема увлажненного ПГО до одинакового уровня (z=145 м) увеличивается в 1,6 раза.

Предварительную обработку зоны взрыва и ПГО можно производить мобильными вентиляторамипеногенераторами ВОКМ2300П, а последующее активное подавление облака с помощью мощных дальноструйных установок на основе ТВД и двухконтурных турбореактивных двигателей, которые располагаются над зоной взрыва на расстоянии 200-300 м. При этом целесообразно использовать водные растворы безвредных солей кремниевой (Na2SiO3) и угольной (Na2CO3) кислот или цеолиты.

Время предварительной обработки  можно определить по формуле:

  (65)

где: – плотность воздуха, кг/м3; V3 – объем обрабатываемой зоны, м3; mж – cуммарный массовый расход жидкости у средств местного пылегазоподавления, кг/с,        q0 – удельная влажность воздуха после предварительной обработки, кг/кг. Углубление температурных инверсий в ПГО и атмосфере в результате обработки многофазными струями создает реальные предпосылки для предотвращения выхода облака за пределы карьера и активного его подавления.

На основе этих исследований разработан способ пылегазоподавления при массовых взрывах в карьерах.

Процессы вымывания пыли и вредных газов из ПГО при их взаимодействии с каплями жидкости или твердыми осадками можно считать аналогичными скрубберным процессам очистки.

На основании расчетов установлено, что эффективность многофазных струй при воздействии на ПГО составляет 65–90%.

Промышленные эксперименты на карьере ЦГХК показали реальную возможность подавления ПГО с помощью воздушногазожидкостных струй. Повысить эффективность процессов подавления ПГО можно за счет введения в гидравлические сопла водных растворов солей угольной (Na2CO3) и кремниевой (Na2SiO3, K2SiO3) кислот. При этом с вредными газами (NOx, CO, СО2), адсорбированными пылевыми частицами, содержащими полярные адсорбенты, происходят химические реакции нейтрализации с образованием геля кремниевой кислоты, который связывает пылевые частицы в крупные агрегаты и быстро осаждается. В процессе оседания гель H2SiO3 высыхает и превращается в пористый хороший адсорбент – силикагель. Удельная поверхность силикагеля 200-600 м2/г, объемная удельная пористость – 0,4 см3/г (0,4 г воды/г), размер «входных окон» – (5-20)⋅10-10 м (5-20 ангстрем). Это позволяет адсорбировать молекулы СО, NO, CO2, NO2, диаметр которых составляет соответственно 2,8⋅10-10 м, 3⋅10-10 м, 4,4⋅1010 м, 4,8⋅10-10 м. Процесс адсорбции у силикагеля необратимый.

Водные растворы солей кремниевой и угольной кислот (23)-х процентной концентрации необходимо использовать для пылегазоподавления при работе технологического комплекса – для нейтрализации взорванной горной массы при экскавации и транспортировании.

Более высокими адсорбционными свойствами, чем силикагель, обладают природные цеолиты  – фожазит, шабазит и др.

Природные цеолиты мелких фракций ≤100 мк целесообразно использовать в горном деле – для обработки автодорог, перевозимой горной массы, подготовленных к взрыву блоков, рекультивации отвалов и хвостохранилищ, подавления ПГО.

6. Экологоэкономическая оценка средств нормализации

атмосферы карьеров

Исследования санитарногигиенических характеристик карьерных вентиляторов на основе турбовинтовых двигателей включали: оценку состава отработавших газов (ОГ) и сравнение токсических показателей карьерных вентиляторов с различными видами привода; анализ источников шума, возникающего при работе ТВД; разработку рекомендаций и мероприятий по улучшению санитарногигиенических характеристик.

Для оценки токсических показателей ОГ производился отбор проб, химический анализ которых производился в лабораториях ВГСЧ. Результаты химического анализа и расчеты по теории Абрамовича Г.Н. показали, что уже на расстоянии 5-ти калибров (5-ти диаметров винта) концентрация всех токсичных компонентов не превышает ПДК.

Сравнительный анализ токсических показателей ТВД и дизельного привода показал, что НК12КВ1М по валовому (приведенному к СО) выбросу эквивалентен двум автосамосвалам БелАЗ7519, а по удельной токсичности меньше в 5 раз. Однако, в связи с тем, что основные режимы работы вентиляторов предусматривают введение воды и растворов в гидравлические сопла струи реактивных газов, обеспечивается очистка ОГ от токсичных компонентов за счет абсорбции их жидкостью, адсорбции на поверхности твердого вещества (пыль, сажа) или химической нейтрализации в безвредный газ при использовании водных растворов солей угольной (Na2CO3) и кремниевой (Na2SiO3) кислот. Химические реакции протекают с образованием адсорбентасиликагеля.

Основными источниками шума, возникающего при работе наземных установок на базе авиационных ТВД, являются: воздушный винт, внутренние агрегаты двигателя и струя выхлопных газов.

Вследствие того, что уровень громкости шума этих источников превышает предельно допустимые значения, возникает необходимость в соблюдении пауз после определенного периода работы установок, что снижает эффективность их использования.

Исследования акустических характеристик производились на карьере ЦГХК у карьерных вентиляторов НК12КВ (без кожуха) и НК12КВ1М (в кожухе, насадке). При этом было установлено, что с изменением режима работы двигателя от малого газа до номинального приращение уровня громкости на 11 Дб дает воздушный винт, поскольку обороты двигателя остаются постоянными, а скорость истечения газов реактивного выхлопа изменяется незначительно.

На основании исследований была разработана система снижения уровня громкости шума вентиляторов на базе ТВД. Основными элементами системы являются: размещение ТВД в профилированном кожухе с двойными стенками, пространство между которыми заполнено вспененным пенополиуретаном; обработка внутренней поверхности кожуха вибродемпфирующей мастикой; установка специальных глушителей шума реактивной струи; введение водных растворов на вход компрессора и реактивную струю; применение индивидуальных средств защиты для машинистовоператоров. Разработанная система снижения уровня громкости шума обеспечила уменьшение интенсивности звука на 3-11 Дб, а звуковой мощности в 2-5 раз, что позволило уменьшить радиус дискомфортной зоны до 120 м. Результаты интегральной оценки уровней интенсивности звука, замеренных в карьере Целинного горно-химического комбината (ЦГХК), позволили определить рациональные режимы эксплуатации вентиляторов. Установлено, что за счет размещения винтомоторной группы в звукоизолирующем кожухе допустимое время непрерывной работы увеличивается в 2,4 раза, интегральный уровень интенсивности звука (Вт/м2) снижается в 3 раза.

Важнейшими показателями систем пылегазоподавления являются экономические. Из выполненного нами анализа на примере карьера «Мурунтау» при использовании для привода карьерных вентиляторов энергии природного газа, авиационного керосина или электроэнергии установлено, что предпочтение следует отдать природному газу. Разработкой энергетических газоперекачивающих станций на базе авиадвигателей занимается НПО «Энергия». В связи с этим перевод ТВД на природный газ проблемой не является.

На основе  сравнения систем с применением пылегазоочистки (СПГО) на рабочих местах и всесезонного пылегазоподавления для карьера «Мурунтау» установлено, что по капитальным и эксплуатационным  затратам, они  сопоставимы, однако первые не решают экологическую проблему – сокращение ущерба, наносимого окружающей среде деятельностью технологического комплекса карьеров: СПГО предназначены только для кабин горного оборудования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основная цель выполненной диссертационной работы – формирование рациональных аэрогазодинамических и тепломассообменных процессов для нормализации атмосферы карьеров и обеспечения экологической безопасности окружающей среды.

Результаты теоретических, лабораторных исследований и промышленных испытаний средств и систем всесезонного пылегазоподавления на базе ТВД в условиях карьеров Урала, Казахстана, Средней Азии и Забайкалья, разработанные теоретические основы аэрогазодинамических и тепломассообменных процессов, происходящих в атмосфере карьеров при воздействии газовоздушных и многофазных турбулентных струй  и при массовых взрывах вносят существенный научный и практический вклад в решение проблем обеспечения безопасности жизнедеятельности экосистемы «карьер-окружающая среда»  и развитие аэрологии карьеров, рудничной аэрогазодинамики и горной теплофизики.

Основные научные и практические результаты исследований заключаются в следующем:

1. На основании теоретических исследований, лабораторных и промышленных экспериментов установлено, что искусственное формирование в атмосфере карьеров рациональных аэрогазодинамических и тепломассообменных процессов обеспечивает нормализацию ее состава за счет разрушения температурных инверсий, активного пылегазоподавления и кондиционирования воздуха с применением генераторов газовоздушных и многофазных турбулентных струй.

2. Установлено, что регулирование и управление искусственно создаваемыми процессами и их интенсивностью при нормализации пылегазового и климатического режимов в атмосфере карьеров и в воздухе прилегающих к ним территорий достигается при включении в состав технологического комплекса средств и систем экологического мониторинга и управляемых по полученной от них  информации (по радио-телеканалам связи средств и систем экологического мониторинга. Предложена кардинальная модернизация системы экологического мониторинга «Диспетчер–2», прошедшей промышленные испытания на карьерах НГМК (Узбекистан) и комбинате «Магнезит»».

3. Установлено, что повышение эффективности аэрогазодинамических и тепломассообменных процессов  при нормализации  атмосферы карьеров с применением генераторов газовоздушных и многофазных турбулентных струй на основе ТВД достигается за счет оптимальных параметров входного коллектора («кольца») и кожуха («насадка»), применения конструктивных элементов и устройств – входных водораспылительных контуров, гидравлических бесфорсуночных и газовыводящщих сопел и систем – шумоглушения, сканирования струй и регулирования их степенью неизотермичности.

4. Теоретически установлено, что при оптимальных значениях - ширине кольца (Вк = 0,5Rв), глубине расположения винта в «насадке» (С = 0,654Rв) и длине «насадка» (кожуха Lн=3,6 Rв) достигается увеличение тяги системы «винт – насадок» и увеличение скорости, расхода воздуха в начальном сечении и дальнобойности на 50%. Результаты исследований подтверждаются промышленными экспериментами.

5. Лабораторными исследованиями процессов искусственного воздухообмена на моделях карьеров трубка «Мир», ЦГХК, НГМК, ССГОКа и комбината «Ураласбест» установлено, что применение перемещающихся турбулентных струй («динамические схемы») обеспечивает повышение эффективности на 25-30% за счет эффекта «перемежаемости» (наложение вихревых и турбулентных потоков). Результаты экспериментов подтверждены промышленными испытаниями средств и систем всесезонного пылегазоподавления на карьерах Урала, Казахстана и Забайкалья, а также удовлетворительной степенью сходимости (85%) результатов лабораторных и промышленных экспериментов (карьер ЦГХК).

6. На базе разработанных теоретических основ аэрогазодинамических и тепломассообменных процессов, происходящих при массовых взрывах, установлено, что пылегазовое облако (ПГО) формируется и поднимается как изотропный осесимметричный «термик» (пузырь) до уровня конвекции zк за время  .  При этом изменение температурного перегрева, скорости и времени подъема описываются соответственно – линейно-гиперболической, гиперболически-тригономет-рической и тригонометрической зависимостями.

7. Теоретически установлено, что после уровня конвекции происходит диффузионное рассеяние и распад ПГО. При этом увеличение относительного радиуса (объема) и уменьшение относительной концентрации вредных примесей во времени характеризуются соответственно – параболической и гиперболической зависимостями. Критическая скорость ветрового потока или турбулентной струи, достаточная для рассеяния ПГО пропорциональна корню квадратному из частного от деления коэффициента диффузии на время достижения облаком уровня конвекции.

8. Для расчета параметров зон возможного загрязнения (ЗВЗ) прилегающих к карьерам территорий  установлены новые закономерности процессов рассеяния, распада ПГО и оседания вредных примесей, а также влияния многофазных турбулентных струй на эти процессы.

9. Установлено, что по сравнению с инверсионной стратификацией в атмосфере карьера при изотермии происходит увеличение уровней выравнивания температур и конвекции на 60% и объема в 2,2 раза. Эти обстоятельства определяют необходимость создания искусственными способами и средствами температурной инверсии в атмосфере карьеров.

10. На базе разработанных теоретических основ аэрогазодинамических и тепломассообменных процессов, происходящих при формировании, развитии и распаде ПГО во влажной стратифицированной атмосфере карьеров, установлено, что за счет предварительной обработки зоны взрыва и последующего активного воздействия на ПГО многофазных струй турбовентиляторов в облаке и атмосфере создается искусственная инверсия. Тем самым предотвращается выход облака за пределы карьера и создаются  условия для его активного подавления с применением мощных генераторов многофазных струй. Реальная возможность активного подавления ПГО с применением генераторов осадков на базе ТВД подтверждается промышленными экспериментами на карьере ЦГХК.

11. Установлено, что существенное влияние на изменение виртуальных характеристик – температурного перегрева, скорости и времени подъема ПГО во влажной инверсионной стратифицированной атмосфере, определяющих основные параметры ПГО (уровень конвекции, объем, концентрацию вредных примесей) оказывает инверсионный температурный градиент, искусственно создаваемый генераторами осадков на базе ТВД. Искусственное формирование в атмосфере карьеров и ПГО температурной инверсии многофазными струями при положительных температурах приводит к уменьшению уровней выравнивания температур и конвекции на 40% и увеличению времени подъема до этих уровней на 60%.

12. Разработанные с непосредственным участием автора средства и системы всесезонного пылегазоподавления на базе ТВД прошли промышленные испытания на карьерах Урала (ГБРУ НТМК, комбината «Ураласбест», Казахстана (ЦГХК), Средней Азии (НГМК, карьер «Мурунтау») и Забайкалья (ПГХК и Заб. ГОК). Внедрение систем искусственного воздухообмена и всесезонного пылегазоподавления с применением генераторов осадков НК-12КВ-1М позволило за счет нормализации состава атмосферы отработать запасы руды на двух уранодобывающих предприятиях (ЦГХК и ПГХК) и получить экономический эффект в  размере 330 тыс. руб. в год (в ценах 1990 г.). 

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Нестеренко Г.Ф. Формализация процессов активного подавления пылегазового облака  при массовых взрывах в карьерах / Нестеренко Г.Ф. // Известия ВУЗов. Горный журнал. – 2004. – № 2. – С.33-38.

2. А.с. 1756579 СССР. МКИ5 Е 21 F 1/00. 5/02. Устройство для пылегазоподавления в карьерах / Нестеренко Г.Ф., Крючков В.Н., Конорев М.М., Росляков С.М. (СССР). – № 4815034/03; Заяв.16.04.90, опубл. 23.08.92. – Бюллетень изобретений. – 1992. – № 31.

3. Нестеренко Г.Ф. Координатник для исследования аэродинамических параметров струй карьерных вентиляторов / Нестеренко Г.Ф. // Межвузовский сборник «Вентиляция шахт и рудников». Вып. 9. – Л.: – 1982. – С.45–47.

4.  А.с. 1271979 СССР. МКИ4 Е 21 F 1/00. Способ проветрива­ния карьеров /Нестеренко Г.Ф., Макаров В.Н., Терещенко Г.Л., Конорев М.М. (СССР). – № 3701253/22-03; Заяв. 15.02.84; опубл. 23.11.86. – Бюллетень изобретений. – 1986. – № 43.

  5. Нестеренко Г.Ф. Сравнительная оценка карь­ерных вентиляторов на базе авиационных газотурбинных двигателей / Нестеренко Г.Ф., Конорев М.М. // Наземное применение авиадвигателей в народном хозяйстве: Мате­риалы межотраслевой выставки. – М.: ВИМИ. – 1977. – Вып. 2(4). – С.15-17.

6. Нестеренко Г.Ф. Отечественный опыт в области разработки средств и систем экологического мониторинга воздушной среды в атмосфере карьеров и прилегающих к ним территорий // Известия ВУЗов. Горный журнал. – 2007 – № 3 –С.60-64.

  7. Нестеренко Г.Ф. Исследование процессов оседания вредных примесей при подъеме пылегазового облака (ПГО). / Нестеренко Г.Ф. // Сб. научных трудов «Аэрология» по материалам симпозиума «Неделя горняка–2007». Отдельный выпуск Горного информационно-аналитического бюллетеня. – 2007.– № 0В12. –С.161–166.

  8. Конорев М.М.. Исследование и обоснование параметров модульного карьерного вентилятор ВОКМ42500./Конорев М.М., Нестеренко Г.Ф. // Горный информационноаналитический бюллетень. – 2000. – № 5. – С.206–208.

9. Конорев М.М. Исследование процессов пылегазоподавления в карьерах при производстве массовых взрывов / Конорев М.М., Нестеренко Г.Ф. // Горный информационноаналитический бюллетень. – 2000. – № 7. – С.81–83.

10. Конорев М.М. Исследование рабочих характеристик и рациональных режимов эксплуатации турбовинтовых двигателей (ТВД) карьерных вентиляторов / Конорев М.М., Нестеренко Г.Ф. // Горный информационноаналитический бюллетень. – 2000. – № 6. – С.209–211.

  11. Конорев М.М. Исследование санитарно-гигиенических характеристик турбовинтовых двигателей (ТВД) карьерных вентиляторов. / Конорев М.М., Нестеренко Г.Ф. // Горный информационноаналитический бюллетень. – 2000. – № 3. – С.188-190

  12. Конорев М.М. Исследование эффективности средств пылегазоподавления в карьерах при различных атмосферных условиях. / Конорев М.М., Нестеренко Г.Ф. // Горный информационноаналитический бюллетень. – 2000. – № 7. – С.83-87.

  13. Конорев М.М. К решению проблемы нормализации атмосферы глубоких кимберлитовых карьеров. / Конорев М.М., Нестеренко Г.Ф., Еремеев В.И., Забелин В.В. // Актуальные проблемы разработки кимберлитовых месторождений: современное состояние и перспективы решения: Сб. докл. Международ. научнопрактич. конф. Мирный–2001: – Мирный: ЯКУТНИПРОАЛМАЗ. – 2001. – С.117-122.

  14. Конорев М.М. Выбор вертолетного винта в качестве ротора  карьерного вентилятора. / Конорев М.М., Нестеренко Г.Ф., Блонский М.В.  // Горный информационноаналитический бюллетень. – 2002. – № 4. – С.196-198.

  15. Конорев М.М. Обоснование выбора схем проветривания и режимов работы систем вентиляции карьеров. / Конорев М.М., Нестеренко Г.Ф. // Горный информационноаналитический бюллетень. – 2002. – № 4. – С.73–76.

  16. Конорев М.М. Теоретические аспекты процессов формирования и подъема пылегазового облака при массовых взрывах в карьерах. / Конорев М.М., Нестеренко Г.Ф. // Горный информационноаналитический бюллетень. – 2002. – № 9. – С.88-91.

  17. Конорев М.М. К вопросу снижения негативного воздействия на окружающую среду массовых взрывов в карьерах. / Конорев М.М., Нестеренко Г.Ф. // Горный информационноаналитический бюллетень. – 2005. – № 1 – С.109-113.

  18. Конорев М.М.  Вентиляция и пылегазоподавление в атмосфере карьеров. / Конорев М.М., Нестеренко Г.Ф. – Екатеринбург: ИГД УрО РАН. – 2000. – 312 с.

  19. Конорев М.М. Установка для проветривания карьеров. /Конорев М.М., Блонский М.В., Нестеренко Г.Ф. // Патент на изобретение РФ № 2167302. – 2001.

  20. Конорев М.М. Теоретические исследования процессов подъема пылегазового облака при массовых взрывах в карьерах. / Конорев М.М., Нестеренко Г.Ф. // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2002. – № 4. – С.198-201.

21. Конорев М.М. Исследование процессов восстановления естественного воздухообмена, кондиционирования воздуха и пылегазоподавления в атмосфере карьеров. / Конорев М.М., Нестеренко Г.Ф. // Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр: Материалы 2-й международ. конф-ции. – М.: Изд-во РУДН. – 2003. – С.321-327.

  22. Конорев М.М. Теоретические исследования процессов взаимодействия пылегазового облака (ПГО) и воздушногазожидкостных струй при массовых взрывах в карьерах. / Конорев М.М., Нестеренко Г.Ф. // Горный информационноаналитический бюллетень. – 2003. – № 8. – С.76-79.

  23. Конорев М.М. Экологоэкономическая характеристика средств нормализации атмосферы карьеров. / Конорев М.М., Нестеренко Г.Ф.  // Геотехнологические проблемы комплексного освоения недр: Сб. науч.тр. ИГД УрО РАН. Вып. 2 (92). – Екатеринбург. – 2004. – С.231-244..

24. А.с. 1457517 СССР, МКИ4 Е 21 F 5/02. Способ пылегазоподавления  / Росляков С.М., Конорев М.М., Нестеренко Г.Ф., Филатов С.С., Страшников 0.Г., Киенко А.А., Зайцев В.Ф. (СССР). – № 4227757/22-03; Заяв. 13.04.87; опубл. 07.02.89. – Бюллетень изобретений. – 1989. – № 5. – С.259.

25. Нестеренко Г.Ф. О возможности повышения эффективности процессов  пылегазоподавления в карьерах // Проблемы предотвращения загрязнения воздушного бассейна при открытой разработке железных руд: Докл. Всесоюз. науч.-техн. семинара (Кривой Рог, 16-18 октября 1990). – М.: Черметинформация. – 1990. – С.17-20.

26. А.с. 1195014 СССР. МКИ4 Е 21 F 1/08. Карьерный турбовентилятор /Конорев М.М., Нестеренко Г.Ф., Филатов С.С., Крячков Н.Т., Зайцев В.Ф., Кац Б.А. (СССР). – № 3756646/22-03; Заяв. 19.03.84; опубл. 30.11.85. – Бюллетень изобретений. – 1985. – № 44.

27. Конорев М.М. Промышленные испытания системы искусственной вентиляции на базе авиадвигателей  НК-12МВ. / Конорев М.М.,Филатов С.С., Нестеренко Г.Ф. и др. // Наземное применение авиадвигателей в народ­ном хозяйстве: Материалы межотраслевой науч.-техн. конф. – М.: ВИМИ. – 1981. – Вып.2. - С.57-62.

28. Конорев М.М. Совершенствование конструктивных параметров карьерных вентиляторов-оросителей НК12 КВ / Конорев М.М., Филатов С.С., Нестеренко Г.Ф. и др. // Наземное применение авиадвигателей в народном хозяйстве: Материалы межотраслевой  выставки.– М.: ВИМИ. – 1981. Вып.2. – Ч.2. - С.63-70.

29. Конорев М.М. Конструктивные особенности и технико-экономические показатели карьерного вентилятора-оросителя НК-12 КВ-1М / Конорев М.М., Нестеренко Г.Ф., Филатов С.С. и др. // Горный журнал. – 1981. – № 6. – С.43–46.

30. A new Soviet ventilator - hamidifier opencast mines // Mining Magazine. - 1981. – Vol. 145. – № 6. – Р.505. – M.Konorev et al, Gornyi Zhurnal. № 6. 1981, рp. 43–46.

31. Конорев М.М. Исследова­ние параметров струй и эффективности схем проветривания карьеров при работе вентиляторов в динамическом режиме. / Конорев М.М., Нестеренко Г.Ф., Макаров В.Н. // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. – 1982. – № 1. – С.64-69.

32. Конорев М.М. Обос­нование проектных решений при разработке системы искусственной вентиляции и пылегазоподавления карьера трубки "Мир" / Конорев М.М., Макаров В.Н, Нестеренко Г.Ф. и др. // Горный журнал. – 1984. – № 9. – С.57-59.

33. Конорев М.М. Отработка режимов пылегазоподавления в атмосфере глубоких карье­ров с помощью вентиляторов-оросителей. / Конорев М.М., Нестеренко Г Ф., Макаров  В.Н., Киенко А.А. // Техническое перевооруже­ние железорудных карьеров: Сб. научн. тр. ИГД МЧМ СССР, № 86. – Свердловск. – 1988. – С.74-79.

34. Конорев М.М. Новые разработки в области карьерной аэро­логии / Конорев М.М., Нестеренко Г.Ф. // Проблемы безопасности при эксплуатации месторождений поле­зных ископаемых в зонах градопромышленных агломераций: Сб. докл. Междунар. симпозиум SРМ-95. –  Пермь: ГИ УрО РАН. – 1995. – С.69-71.

35. Конорев М.М.Термодинамика процесса формирования пылегазового облака (ПГО) при массовых взрывах. / Конорев М.М., Нестеренко Г.Ф. // Горные науки на рубеже XXI века: Материалы Международной конфе­ренции. – Екатеринбург: УрО РАН. – 1998. – С.220-226.

36. Конорев М.М. Исследование эффективности средств пылегазоподавления в карьерах. / Конорев М.М., Нестеренко Г.Ф. // Сб. докл. Международной конференции по открытым и подземным горным работам. - М.: МГИ. – 1998. – С.53-56.

  37. Конорев М.М. К обоснованию конструк­тивных параметров карьерных вентиляторов на базе авиационных турбовинтовых двигателей. / Конорев М.М., Нестеренко Г.Ф. // Проблемы геотехнологии и недроведе­ния (Мельниковские чтения): Докл. Междунар. конф. Т.2. – Екатеринбург: ИГД УрО РАН. – 1998. – С.218-227.

  38.  А.с. 508097 (СССР). МКИ2 Е 21 F 1/08. Карьерный турбовентилятор /Конорев М.М., Филатов С.С., Нестеренко Г.Ф. (СССР). – № 2063028/03; Заяв. 30.09.74, опубл. 25.03.76. – Бюллютень изобретений. – 1976. – № 11. – С.160.

  39. А.с. 596020 СССР, МКИ2 Е 21 F 1/08. Карьерный турбовентилятор / Конорев М.М., Филатов С.С., Нестеренко Г.Ф., Макаров В.Н. (СССР). – №2364804/22-03; Заяв. 24.05.76; опубл. 28.02.78. – Бюллютень изобретений. – 1978. – № 8. – С.230.

  40. А.с. 1023106 СССР. МКИ3 Е 21 F 1/08. Карьерный турбовентилятор / Конорев М.М., Филатов С.С., Нестеренко Г.Ф. (СССР). – № 3384827/22-03; Заяв. 23.12.81; опубл. 15.06.83. – Бюллютень изобретений. – № 22.

  41. Ventilating open pit mines during blasting // Mining Magazine. – 1973. –Vol.174. – № 8. – P.163. –  S.S.Filatov et al Gornyi Zhurnal. – № 5. – 1973, pp.13–17.

       42. Конорев М.М. Исследование процессов диффузионного рассеяния пылегазового облака (ПГО) / Конорев М.М., Нестеренко Г.Ф. // Сб. научных трудов «Аэрология» по материалам симпозиума «Неделя горняка–2007». Отдельный выпуск Горного информационно-аналитического бюллетеня. – 2007. – № 0В12. – С.154-160.

       43. Конорев М.М. Теоретические исследования качеств системы «винт – насадок» для карьерных вентиляторов. / Конорев М.М., Нестеренко Г.Ф. // Сб. научных трудов «Аэрология» по материалам симпозиума «Неделя горняка– 2007». Отдельный выпуск Горного информационно-аналитического бюллетеня. – 2007. – № 0В12. – С.92-100.






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.