CC BY
37
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ “НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА-97” МОСКВА, МГТУ, 3.02.97 - 7.02.97 СЕМИНАР 4 “ГОРНАЯ ТЕХНИКА: ПРОБЛЕМЫ И ТЕНЦЕДНЦИИ РАЗВИТИЯ"
Г.А. Яковлев, И.И. Логачев,
В.И. Морозов
Московский государственный горный университет
ПРИНЦИПЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ПОВЕЛЕНИЯ КАРЬЕРОВ В УСЛОВИЯХ КРАЙНЕГО СЕВЕРА
-_едение горных работ открытым спосо-Г^бом в карьерах Крайнего Севера характеризуется сложными горно-геологиче-скими и климатическими условиями. Алмазные трубки "Удачная", "Аихал" и "Юбилейная" расположены в приполярной области, в зоне вечной мерзлоты, где годовой перепад температур составляет около 100 °С. Средняя температура значительно ниже нуля. Так как некоторые карьеры эксплуатируются уже в течение нескольких десятков лет (карьер "Удачный" функционирует с 1967 г.) глубина карьеров достигает в настоящее время нескольких сот метров (глубина карьера "Удачный" превышает 400 м) Развитие карьера "Удачный" в течение последних 25 лет представлено на рис.
1.
Рис.1.
Разработка богатых трубок связана с существенным углублением карьеров до 700-800 м более. На таких глубинах естественный воздухообмен резко снижается. Увеличение концентрации горного обору-
дования и транспорта из-за уменьшения площади дна карьера приводит к увеличению простоев из-за загазованности карьера [1] Увеличение глубины карьера "Удачный" до 400 м привело к росту простоев по причине загазованности до 30% рабочего времени в течение года.
Таблица I
Продолжительность, ч, простоев карьера "Удачный" по причине загазованности
1993 г. 1994 г. 1995 г. 1996 г.
январь 496/135 129/126 55/33 277/216
февраль 444/208 377/279 346/228 358/237
март 357/170 454/325 401/245 428/272
апрель 14/0 33/15 24/13 28/13
май 9/0 46/16 6/6 3/3
июнь 3/2 38/21 22/5 7/3
июль 13/- 70/39 24/14 24/14
август .3/- 128/87 58/38 48/38
сентябрь 54/20 195/97 69/66 73/67
октябрь 79/51 137/66 182/132 194/139
ноябрь 270/209 199/137 156/144 355/287
декабрь 217/149 179/113 -/- 240/215
итого: 1959/944 1985/1321 1343/924 2037/1506
Для контроля за состоянием воздуха ! в карьере "Удачный" был разработан специальный комплекс (рис. 2) [1]. Он позволит оперативно контролировать наличие вредных веществе в атмосфере карьера и в кабинах оборудования, контролировать наступление загазованности или проветривания карьера.
Решение широкого круга научных и практических задач, возникающих при проектировании и эксплуатации карьеров, расположенных в районах Крайнего Севера, а также оценка их экологического поведения привели к необходимости создания математической модели, описывающей движение воздушных масс с учетом тепловых явлений.
I I &ггм****
43?
щятюнлд стлшод
юпшипаш!
шгижг
Рис. 2. Комплекс контроля за состоянием воздуха в рабочих зонах
Атмосфера карьера может рассматриваться как сплошная среда, которая подчиняется законам аэродинамики. Поэтому для описания движения воздуха в карьерах воспользуемся следующими уравнениями
И:
уравнением непрерывности;
Ф + ^1 = 0
д( дх(-
уравнениями движения (уравнения Нанье-Стокса):
ди, ди,
—». + «—і.
ді дх,
1 дР 1 17 Л
+ -^+ цД«(
рдх, р
Здесь приняты следующие обозначения: и - скорость некоторого единичного объема воздуха, р - его масса, Р - давление,
І7/ - внешние силы, которые включают в себя силу тяжести и силу Корнолиса. Последний член характеризует силу молекулярного трения.
д = —, где X - динамический коэф-Р
фициент вязкости
Термодинамика воздушных масс описывается уравнением состояния:
р = рЯТ.
Я - газовая постоянная, Т - абсолютная температура.
В горной теплофизике существенными являются процессы теплопередачи в атмосфере, их учет необходим при решении вопросов микроклимата и проветривания глубоких карьеров, а также формирования инверсий. Поэтому приведенные выше уравнения необходимо дополнить уравнениями, описывающими перенос и диффузию тепла.
Уравнением сохранения энергии (первый закон термодинамики)
сІТ
</£ ЛТ с1Р (ІІ Р (ІІ
и уравнением переноса влажности
^ л <?Ч т
— + и -2- = -Ф + X-~~ + Ja ді дх, дх,
где Ср - теплоемкость воздуха при постоянном давлении,
Я - газовая постоянная, д<0
ді
- приток тепла в единицу времени,
q - удельная влажность,
Ф - скорость образования жидкой фазы,
- искусственные источники влажности.
Приведенная выше система уравнений должна быть дополнена граничными условиями. Вид граничных условий определяется для конкретной задачи с учетом геометрии карьера.
При создании модели экологического поведения карьеров в условиях Крайнего Севера необходимо учитывать ряд отличительных особенностей.
1. Наличие массива вечной мерзлоты, достигающего глубины 400 м. Температура массива составляет от -10 до -12 °С.
2. Большие глубины карьеров, которые затрудняют естественное вентилирование их атмосферы, вместе с интенсивными источниками загрязнения приводят к значительной и продолжительной загазованности карьеров.
3. Можно ожидать стабилизации или даже улучшения атмосферы карьера после прохождения вечной мерзлоты, когда начнет сказываться интенсивное выделение тепла земли.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Яковлев Г.А., Морозов В.И., Разуменко В.Н., Павленко В,В., Итин П.Г. Опыт создания системы оперативного управления горным оборудованием с применением комплекса приборов контроля состояния атмосферы глубоких карьеров. Труды международного симпозиума 'Торная техника на пороге XXI", стр. 166, Москва, 1996 г.
2. Н.З.Битколов, И.И.Медведева. Аэрология карьеров. М.; Недра, 1992 г.
Г.А. Яковлев, И.И. Логачев, В.И. Морозов
