CC BY
20
1. Гончаров С.А., Чернегов Н.Ю. Нанотехнологии и нанок-ристаллические материалы в горной промышленности: уч.пособие; 2 изд., стер. М.: Изд-во МГГУ, изд-во «Горная книга», 2009. 100 с.
2. Пул Ч., Оуэнс Ф. Нанотехнологии. М.: Техносфера, 2005. 336 с.
3. http://catalysis.ru
4. http://www.technologiya.ru
5. Иванов Н.А., Ржечицкий А.Э., Кондратьев В.В. Наноча-стицы углерода в отходах производства алюминия и их модифицирующие свойства // Сб.тезисов докладов участников
)ский список
II международного конкурса научных работ молодых ученых в области нанотехнологий. М.: ГК Роснано, 2009, С. 515-516.
6. Елецкий А. В. Углеродные нанотрубки // Успехи физических наук. Т.167, №9. С. 945-971.
7. Hui Hu, Bin Zhao, Mikhail E. Itkis, Robert C. Haddon. Nitric Acid Purification of Single-Walled Carbon Nanotubes // J. Phys. Chem. B 2003, 107, 13838-13842.
8. Кондратьев В.В. Исследование и разработка комплексной технологии утилизации твердых фторуглеродсодержа-щих отходов алюминиевого производства: дис. ... канд. техн. наук. Иркутск, 2007.
УДК 622.458
ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ СХЕМ КОМБИНИРОВАННОГО ТРУБОПРОВОДНОГО ПРОВЕТРИВАНИЯ КАРЬЕРОВ
А.С.Морин1, Ф.И.Борисов2, И.В.Корзухин3
Сибирский федеральный университет,
660025, г. Красноярск, проспект имени газеты "Красноярский рабочий", 95.
Отмечено, что наиболее эффективным является динамическая схема трубопроводного проветривания глубоких карьеров с поочередным воздействием всасывания и нагнетания на очаги загрязнения. Описана экспериментальная модель, разработанная с использованием чисел Re, Fr и St. Приведены результаты: эффективность проветривания (коэффициент выноса) возрастает с увеличением числа циклов воздействия средств в сутки, а после 6-12 циклов наступает стабилизация, обеспечивая нормативные величины загрязнения. Ил. 5. Табл. 4. Библиогр. 9 назв.
Ключевые слова: динамическая схема; модель проветривания; коэффициент выноса.
THE STUDY OF DYNAMIC CIRCUITS OF COMBINED PIPELINE VENTILATION OF PITS A.S.Morin, F.I.Borisov, I.V.Korzuhin
Siberian Federal University,
95, Avenue named after the newspaper "Krasnoyarsk worker", Krasnoyarsk, 660025.
It is noted that the most effective is the dynamic circuit of pipeline ventilation of deep pits with the alternate impact of suction and pumping on the sites of the pollution. The authors describe the experimental model, developed with the use of Re, Fr and St numbers. The results are presented: the efficiency of ventilation (loss coefficient) increases with the number of impact cycles a day, and after 6-12 cycles the stabilization is achieved providing normative values of pollution. 5 figures. 4 tables. 9 sources.
Key words: dynamic circuit; ventilation model; loss coefficient.
Целесообразность принятого метода искусственной вентиляции глубокого карьера во многом зависит от того, насколько этот метод способствует расширению области воздухообмена объекта проветривания с внешней средой в безветренную погоду. С учетом того что непосредственное эффективное воздействие вентиляционных средств на рабочие зоны карьера имеет приоритет над задачей нормализации состава общекарьерной атмосферы [1], наиболее рациональным способом вентиляции карьеров является трубопроводный. При этом способе проветривания может быть организована очистка вентиляционных выбросов, что обеспечивает ощутимый природоохранный
эффект за счет уменьшения концентрации пыли и ядовитых газов в неконтролируемых выбросах из карьерных пространств [2].
Проветривание карьера стационарными трубопроводными системами в избирательном для каждого участка режиме требует чрезвычайно больших затрат. По многим параметрам стационарные схемы вентиляции несовместимы с динамично изменяющимися внутрикарьерными и внешними условиями. В результате теоретических исследований было установлено [2], что максимальный эффект от мероприятий по трубопроводной вентиляции глубокого карьера достигается применением динамических схем комбинирован-
1Морин Андрей Степанович, кандидат технических наук, заведующий кафедрой инженерной графики, профессор кафедры горных машин и комплексов, тел.: (3912)348759.
Morin Andrey Stepanovich, a candidate of technical sciences, the head of the Chair of Engineering Graphics, a professor of the Chair of Mining Machinery and Complexes, tel.: (3912) 348759.
2Борисов Федор Иванович, кандидат технических наук, профессор кафедры горных машин и комплексов, тел.: (3912)342182. Borisov Fyodor Ivanovich, a candidate of technical sciences, an associate professor, a professor of the Chair of Mining Machinery and Complexes, tel.: (3912) 342182.
3Корзухин Игорь Васильевич, ассистент кафедры инженерной графики, тел.: 89135761394, е-mail: [email protected] Korzuhin Igor Vasiljevich., an assistant of the Chair of Engineering Graphics, tel.: 89135761394, e-mail: [email protected]
ного проветривания, основанных на использовании передвижных вентиляционных систем. Целесообразность комбинированных схем трубопроводной вентиляции карьеров по сравнению с нагнетательными и всасывающими схемами была подтверждена экспериментально [3, 4].
Эффективность динамических схем трубопроводной вентиляции в сравнении со стационарными схемами также должна быть подкреплена результатами опытных исследований. С этой целью было выполнено физическое моделирование воздухообменных процессов в карьере при динамическом трубопроводном проветривании. Воздушный бассейн карьера был заменен водным, воздушные потоки всасывания и нагнетания - водяными, а загрязняющие вещества -водным раствором хлорида натрия (NaCl). Такая замена позволила простыми средствами создавать и измерять необходимые потоки и концентрацию растворов, а циклические воздействия всасывающих и нагнетательных вентиляционных систем и их перемещения между пунктами погрузки горной массы имитировать стационарными водяными струями из патрубков у моделируемых очагов загрязнения.
Описание модели. В качестве натурного объекта моделирования был принят карьер глубиной h„ = 400 м и объемом V„ = 138 млн. м3. Характерный линейный размер такого карьера
Lh = iJV = ^1,38 -108 = 516,76493 м.
Анализ важнейших показателей процесса проветривания внутрикарьерной атмосферы выполнялся по пылевому фактору, связанному с подачей максимальных объемов воздуха. Было принято, что при отсутствии естественного воздухообмена через верхнюю границу выработанного пространства и внутреннем пы-левыделении Z„ = 10000+70000 мг/с общеобменное проветривание натурного карьера интенсивностью Q„ = 440 м3/с обеспечивается мобильными трубопроводными вентиляционными системами с индивидуальной производительностью Qон = 220 м3/с при диаметре воздухопроводной магистрали йон = 3,5 м.
Физическая модель карьера представляла собой заполненную водой емкость объемом 0,06 м3. Характерный размер модели карьера LM = 3VM = -^0,06 = 0,39149 м. Коэффициент пропорциональности (масштаб моделирования) линейных размеров ML = L„ / LM = 516,76493 / 0,39149 = 1320, что находится в пределах его рекомендуемых значений [5]. Высота слоя воды в рабочей емкости hM = h„ / ML = 400 / 1320 = 0,303 м.
При устройстве экспериментальной модели кроме геометрического подобия соблюдались условия кинематического и динамического подобия.
Для аэрогидромеханических явлений определяющими критериями динамического подобия натурных и лабораторных процессов являются числа Рейнольдса (Re) и Фруда (Fr), т.е. для обеспечения пропорциональности явлений требуется соблюдение двух условий: Reh = ReH; Frh = FrH. Как правило, добиться одновременного выполнения этих условий очень трудно
или даже невозможно [6, 7]. В таких случаях при решении инженерных задач в исследуемом явлении выделяют наиболее значимые силы и обеспечивают физическое подобие их действия в лабораторном процессе.
В механике жидкости учитываются следующие весьма общие силы: силы тяжести, упругости, давления, инерции, вязкости и поверхностного натяжения. При имитации общеобменной вентиляции карьера на гидравлической модели, когда рассматриваются безнапорные потоки жидкости, целесообразно соблюдать подобие действия сил инерции и тяжести [6, 8]. Поэтому при расчете параметров модели был использован критерий Фруда.
Построение модели при этом критерии подобия основывается на равенстве отношений следующих параметров реальных и лабораторных процессов:
8н ' Do,
■ = F^ = F^ =
Ям • D,,,
(1)
где ио - средняя скорость потока в начальном сечении трубы, м/с; д - ускорение свободного падения, м/с2. Внутренний диаметр водяных патрубков
йом = йон / Мь = 3,5/1320 = 0,00265 м. (2)
Средняя скорость движения воздуха в выходном сечении натурного трубопровода
ион = 4 ■ Оон / (п ■ О2он) = 4 ■ 220/(п ■ 3,52) = 22,866
м/с.
Тогда из (1) при дн = дм = 9,8 м/с с учетом (2) скорость движения воды в начальном сечении всасывающих и нагнетательных патрубков модели
иом = ион ■ >/1/М1_ = 22,866 ■>/1/1320 = 0,629 м/с. Расход воды через патрубок Оом = иом ■ п ■ Э0М /4 = 0,629 ■ п ■ 0,002652/4 =
= 3,4710-6 м3/с. Высота горизонтальной оси патрубков относительно дна рабочей емкости модели
Иом = Ион / Мь = 5,35/1320 = 0,004 м, где Ион = 5,35 м - принятая высота горизонтальной оси натурных воздухопроводов относительно дна карьера.
Расстояние от среза нагнетательного патрубка до очага загрязнения (м/с) было определено из уравнения [9]:
их = 0,61-Оо ■ й-2 -р 0'5 / (ах / йо + 0,145), (3) где а - коэффициент турбулентной структуры свободной струи; ро - поправочный коэффициент, учитывающий неравномерность распределения скоростей воздуха в начальном сечении (при равномерном поле скоростей ро = 1).
После преобразования уравнения (3) получаем
0,61-Q
;_он
a - ин - DH
0,145 - Dh
м.
(4)
При а = 0,078 и ихн = 2,75 м/с (исходя из условия предупреждения пылеобразования)
0,61-220 0,145 - 3,5
унаг —
Хн ~ '
■ = 172,2 м.
0,078 • 2,75 • 3,5 0,078 В этом случае расстояние от среза нагнетательного патрубка до очага загрязнения в модели
2
2
u
u
он
ом
х7 = х7г / М|_ = 172,2/1320 = 0,130 м. Расстояние от среза вытяжного (всасывающего) патрубка до очага загрязнения в модели
выт выт ... л/^ллл л л л-?
хм = хн / Мь = 9/1320 = 0,007 м,
выт
где хн = 9 м - принятое расстояние от среза натурных мобильных патрубков до пункта погрузки карьерных автосамосвалов.
Нагнетательные и вытяжные патрубки были изготовлены из коррозионно-стойкой стали и закреплены в стенке рабочей емкости радиально относительно очагов загрязнения.
Создание необходимого напора свежей воды перед входом в нагнетательные патрубки обеспечивалось за счет превышения геометрического уровня атмосферного давления в сосудах равномерного слива (сосуд Мариотта) над уровнем поверхности воды в рабочей емкости модели. Требуемый расход воды в вытяжном патрубке, отводящем загрязненную воду от очага загрязнения, регулировался дросселированием сливной трубки путем введения внутрь нее тонкого гибкого стержня.
Интенсивность водообмена в модели Ом = 2-Оом = 6,94-10"6 м3/с.
Рис. 1. Схема размещения водообменных средств в рабочей емкости модели: Н1, Н2, Н3 и Н4 - нагнетательные патрубки; В1, В2, В3 и В4 - вытяжные патрубки; О1, О2, О3 и О4 - очаги загрязнения; ВПО - верхнее приточное отверстие; ВСО - верхнее сливное отверстие; ДСО - донное сливное отверстие
В качестве загрязнителя, имитирующего пылевую аэрозоль, использовался водный раствор хлорида натрия (№01), поступавший в рабочую емкость модели с суммарным расходом Юзм = 0,4 мл/с через четы-
ре закрепленные в днище вертикальные форсунки О1, О2, О3 и О4 (рис. 1). Они имитировали пункты погрузки горной массы и примыкающие к ним участки автодорог. Высота размещения оголовка форсунок над дном емкости
= ^н / Мь = 6,5/1320 = 0,005 м, где hзн = 6,5 м - принятая высота разгрузки ковша экскаватора в автосамосвал.
Результаты расчетов геометрических параметров модели приведены в табл. 1.
Было также учтено, что при трубопроводной вентиляции реального карьера через его верхнее сечение перемещаются неорганизованные потоки приточного или вытесняемого воздуха в зависимости от принятой схемы проветривания. Такой же механизм обмена соблюдался и в модели, причем уровень жидкости в емкости, имитирующей карьер, при любых условиях оставался неизменным - hм = 0,303 м. Для этого в стенке модели карьера на высоте hм от дна было предусмотрено сливное отверстие ВСО (рис. 1), через которое избыток жидкости направлялся по трубке в емкость приема воды (рис. 2). Несколько ниже сливного (на 20 мм) располагалось приточное отверстие ВПО (рис. 1), соединенное трубкой с заполненным свежей водой сосудом Мариотта. Геометрический уровень атмосферного давления в этом сосуде соответствовал заданному уровню поверхности воды в рабочей емкости hм, что обеспечивало автоматическое компенсирование удаляемых объемов воды в модели при работе всасывающих патрубков.
Экспериментальная модель карьерного вентиляционного комплекса (рис. 2) позволяет имитировать воздухообменные процессы при различной суммарной
производительности нагнетательных ¿ОМ и вытяжных ¿ОТ патрубков и соответствующих расходах жидкости через верхние сливное Осл.н и приточное Опр.м отверстия. В настоящем исследовании рассматривались комбинированные схемы трубопроводного
проветривания (¿ОМ = 0,5 • Ом ; ¿ОГ = Ом; Опр.м = 0,50 - Юзм; Осл.ш = 0), технико-экономическая и санитарно-гигиеническая целесообразность которых была показана в [2-4].
Опытные исследования и результаты. При заданных значениях Ун, Он (и соответствующих им Ум, Ом) основными факторами, влияющими на содержание вредных веществ в атмосфере карьера при комбинированном трубопроводном проветривании, являются интенсивность поступления загрязняющих ве-
Таблица 1
Геометрические параметры основных элементов модели карьерного вентиляционного комплекса
Параметры Значения
Геометрические размеры заполненного водой пространства, имитирующего глубокий карьер:
- глубина, мм 303
- объем, дм3 60
Высота горизонтальной оси патрубков относительно дна, мм 4
Внутренний диаметр патрубков, мм 2,65
Расстояние от очага загрязнения до среза патрубков (нагнетательных/вытяжных), мм 130/7
Высота очага загрязнения относительно дна, мм 5
ществ (первый фактор), продолжительность, частота и последовательность активных воздействий на очаги загрязнения (второй фактор). Оба фактора контролируемы и управляемы.
Рис. 2. Экспериментальная установка, моделирующая карьерный вентиляционный комплекс: 1 - рабочая емкость; 2 - емкость приема загрязненной (сливной) жидкости от вытяжных патрубков и верхнего сливного отверстия; 3 - сосуды Мариотта, питающие нагнетательные патрубки Н1, Н2, Н3 и Н4; 4 - сосуд Мариотта с загрязняющей жидкостью; 5 - сосуд Мариотта, питающий верхнее приточное отверстие; 6
- трубопровод для подвода жидкости к верхнему приточному отверстию; 7 - трубопровод для отвода
жидкости от верхнего сливного отверстия; 8 - зажимы вытяжных трубопроводов В1, В2, В3 и В4; 9 - краны нагнетательных трубопроводов Н1, Н2, Н3 и Н4; 10
- кран трубопровода с загрязняющей жидкостью; 11 -регулятор подачи загрязняющей жидкости; 12 - распределитель загрязняющей жидкости; 13 - секундомер; 14 - кондуктометр
Для реализации первого фактора на модели изменялась интенсивность 2м подачи №0! в рабочую емкость. Величину 2м определяли исходя из условия
1И • 1И/Ун = Сн = См = 2М • и/Ум , (5) где Сн , См - концентрация вредных примесей в объеме натурного карьера и модели в момент времени I, мг/м3; 1н, 1м - интенсивность поступления загрязняющих веществ в атмосферу натурного карьера и в рабочую емкость модели, мг/с. Из уравнения (5) получаем
1м = 1н• Ум/Ун = 1н ■ Ом/Он. (6) При такой интенсивности поступления N80! в рабочий объем модели возникают технические затруднения, в частности, при анализе концентраций получаемых растворов. Поэтому интенсивность 2м была увеличена в 1000 раз. В связи с этим при оценке санитарно-гигиенической эффективности полученных результатов значения концентрации пыли в атмосфере моделируемого карьера пересчитывались по формуле Сн = См • 10-3 . (7)
Принятая интенсивность 2м достигалась при заданном расходе загрязняющего раствора Юзм с концентрацией N80! Сзм = 2м / Юзм (табл. 2). Для визуализации водообменных процессов в загрязняющую жидкость добавлялись чернила пропорционально концентрации N80!.
Таблица 2
Расчетная концентрация ЫаОI в загрязняющей жидкости, поступающей в рабочий объем моде---------.а«., «-о - 0,4 мл/с
Интенсивность поступления загрязняющих веществ в атмосферу натурного карьера 1н, мг/с Интенсивность поступления N80! в рабочий объем модели 1м, мг/с Концентрация N80! в загрязняющей жидкости Сзм, мг/дм
10000 0,158 395
30000 0,473 1183
50000 0,789 1973
70000 1,104 2760
Перед каждым опытом рабочая емкость модели заполнялась водопроводной водой с электрической проводимостью ф = 164 мкСм (при этом значении ф было принято считать водяной объем модели условно свободным от примесей). Концентрация N80! в рабочей и сливной емкостях регистрировалась с помощью кондуктометра "Эксперт-002", который позволяет измерять электрическую проводимость и температуру солевых растворов. Путем предварительных опытов на модели был построен тарировочный график показаний кондуктометра ф в зависимости от концентрации №С1 Сн (рис. 3).
мг/дм1 80
60
40
20
/
/
/
/ с,= < Ч'—164)/ 186
/
160 200 24 а 280 320 Ч1. и^м
Рис. 3. Тарировочная линия показаний кондуктометра «Эксперт-002»
После заполнения рабочего объема модели водой в нем создавалась фоновая загрязненность, соответствующая принятой фоновой запыленности натурного глубокого карьера Снач.н = 0,2 мг/м3. Для этого в рабочую емкость добавлялся раствор, содержащий 12 мг N80!. Полученный раствор тщательно перемешивался, и после некоторой паузы, когда движение жидкости в емкости прекращалось, выполнялся очередной опыт. Таким образом, начальная (фоновая) загрязненность рабочего объема модели составляла Снач.м = 12 / Ум = 12/(0,06-103) = 0,2 мг/дм3.
Подача раствора N80! к четырем очагам загрязнения осуществлялась из сосуда Мариотта (рис. 4), обеспечивавшего постоянство расхода Юзм при понижении уровня жидкости в нем в пределах высоты |1ра6. Горловина этого сосуда закрыта пробкой, через которую внутрь введена жесткая воздухозаборная трубка диаметром 5 мм. Сосуды Мариотта были использованы также для подачи воды к нагнетательным патрубкам и к верхнему приточному отверстию.
Таблица 3
Последовательность работы водяных патрубков модели в течение одного цикла продолжительностью
Схема водообмена (расходы потоков, формирующих заданный водообмен Qм рабочей емкости с внешней средой) Патрубки, используемые на различных стадиях цикла в течение времени ^т.„= tuм,/4
1-я стадия 2-я стадия 3-я стадия 4-я стадия
Комбинированная неуравновешенная ( бонш = 3,47 мл/с; бо'ыт = 6,94 мл/с; Qпpм = 3,07 мл/с; Щм = 0,4 мл/с) Н1+В2+В3 Н2+В3+В4 Н3+В1+В4 Н4+В1+В2
Рис. 4. Гидравлическая схема подачи раствора хлорида натрия к очагам загрязнения: 1 - сосуд Мариотта; 2 - герметичная пробка; 3 - воздухозаборная трубка; 4 -геометрический уровень атмосферного давления в сосуде Мариотта; 5 - магистральный трубопровод с вентилем; 6 - распределитель; 7 - трубки для подвода загрязняющей жидкости к очагам; 8 - форсунки, имитирующие очаги загрязнения; 9 - рабочая емкость; 10 - донное отверстие для слива жидкости в канализацию; 11 - штуцер верхнего сливного отверстия; 12 - штуцер верхнего приточного отверстия
В процессе монтажа, отладки и пробных испытаний экспериментальной установки обеспечивалось равенство расходов загрязнителя во всех четырех
очагах (Озм = Юзм/4 = 0,1 мл/с).
Рабочий процесс экспериментальной установки, имитирующей процессы вентиляции карьерного пространства, обеспечивался циклическим воздействием водяных нагнетательных и вытяжных патрубков на очаги загрязнения (см. рис. 1). Полный модельный цикл воздействия продолжительностью Ъцм состоял из четырех стадий (что соответствует количеству очагов загрязнения в модели) продолжительностью Ъ™ = ^/4. Каждая стадия цикла характеризовалась работой определенных патрубков, порядок включения которых приведен в табл. 3.
Для определения временных параметров воздействия на очаги загрязнения tцм и связанных со вторым фактором моделируемого процесса, использовался критерий гомохронности Струхаля (БЪ), который регламентирует равенство отношений следующих параметров двух подобных нестационарных гидроаэродинамических явлений [8]:
он цн _ О! _ П! _ ом цм
= Б1м--
ьн
ь..
(8)
После преобразования выражения (8) при Lн / Lм
Экспериментальные показатели водообменной схемы при
- 6,94
Таблица 4 мл/с и ъонаг = 3,47 мл/с
а н -О п о р е Интенсивность подачи №01 в рабочую Количество циклов за усл. Концентрация №01, мг/дм3 Фактический объем слива, Количество №01, подлежащее выносу из рабочей емкости, мг Фактическое количество №01, поступившее Коэффициент выноса
в рабочей емкости
о X емкость, сутки дм3 расчет- факти- в сливную №01,
мг/с в сливе ное ческое емкость, мг %
1 0,158 3 12,63 2,85 16,2 391,2 375,6 204,6 54,5
2 0,158 6 13,98 2,42 16,1 391,2 370,3 225,1 60,8
3 0,158 12 14,41 1,99 16,2 391,2 352,8 233,4 66,2
4 0,158 24 14,78 1,94 16,3 391,2 357,3 240,9 67,4
5 0,473 3 29,95 9,41 16,8 1147,2 1067,8 503,2 47,1
6 0,473 6 36,51 7,96 16,2 1147,2 1069,1 591,5 55,3
7 0,473 12 40,43 8,33 17,0 1147,2 1187,1 687,3 57,9
8 0,473 24 40,70 7,85 16,2 1147,2 1130,3 659,3 58,3
9 0,789 3 53,33 18,06 16,7 1905,6 1974,2 890,6 45,1
10 0,789 6 56,67 15,38 16,2 1905,6 1840,9 918,1 49,9
11 0,789 12 62,90 15,81 16,4 1905,6 1980,2 1031,6 52,1
12 0,789 24 66,67 16,29 16,2 1905,6 2057,5 1080,1 52,5
13 1,104 3 71,29 26,18 16,8 2661,6 2768,6 1197,8 43,3
14 1,104 6 86,61 24,30 16,1 2661,6 2852,4 1394,4 48,9
15 1,104 12 82,74 22,15 16,3 2661,6 2677,7 1348,7 50,4
16 1,104 24 84,35 23,39 17,0 2661,6 2837,4 1434,0 50,5
= М|_ и ион / иом = было получено уравнение для
определения продолжительности одного модельного цикла, с:
?цм = Ц /^Ы^. (9)
При проведении опытов рассматривались варианты, в которых вентиляционные средства осуществляют 3, 6, 12 и 24 цикла проветривания в течение времени 1н. При 1н = 86400 с (полные сутки) продолжительность натурных циклов ц составила 28800, 14400, 7200 и 3600 с, а продолжительность модельных циклов 1цм (рассчитанных по уравнению (9) и округленных до целых, кратных количеству стадий, значений) - 800, 400, 200 и 100 с (соответственно 1стм = 200, 100, 50 и 25 с). Временные затраты на водооб-менные операции при проведении одного опыта 1м = 2400 с (условные сутки для модели). Расчетный объем загрязненной воды, удаляемой за это время из рабочей емкости модели через вытяжные патрубки, составил 16,656 дм3, что соответствует сумме расчетных объемов свежей воды, поступающей в рабочую емкость через нагнетательные патрубки (8,328 дм3) и верхнее приточное отверстие (7,368 дм3), и водного раствора №0!, подаваемого через форсунки в очагах загрязнения (0,96 дм3).
При проведении опытов температура воды и растворов контролировалась кондуктометром и термометром и поддерживалась в пределах 20 ± 0,5° С.
При завершении каждого опыта объем воды, поступившей в емкость приема загрязненной жидкости, замерялся мерной колбой. Опыт считался успешным, когда фактический объем слива отличался от расчетного (16,656 дм3) не более чем на 10% (такая погрешность является допустимой для систем вентиляции). В этом случае после тщательного перемешивания осуществлялся забор проб воды из рабочей и сливной емкостей. Анализ проб на содержание в растворах N80! выполнялся с помощью кондуктометра. Результаты опыта признавались достоверными, когда суммарное фактическое количество N80! (в сливе и в рабочей емкости) отличалось от расчетного не более чем на 10%. Экспериментальные показатели исследуемой комбинированной схемы водообмена приведены в табл. 4.
Анализ проб жидкости, взятых из рабочей и сливной емкостей после завершения водообменных процессов, показал, что коэффициент выноса N80! из рабочего объема модели возрастает с увеличением суточного количества циклов действия водообменных
Библиографический список
средств, а затем стабилизируется (рис. 5). Характер
полученных зависимостей кв = 1 (пцм) в исследованной области и экстраполяция значений кв при пцм = 0,25 (стационарные схемы) подтверждают целесообразность отказа от стационарных схем общеобменной вентиляции в пользу динамических. Вместе с тем, экспериментальные данные позволяют сделать вывод о том, что большая частота перемещений трубопроводных средств проветривания между рабочими зонами нецелесообразна. В рассматриваемой модели каждый очаг загрязнения проветривался 75 % времени суток. При этом, сокращение времени непрерывного воздействия вентиляционных средств на очаг с 90 мин (пцм = 12) до 45 мин (пцм = 24) фактически не приводило к существенному изменению значений коэффициента выноса кв загрязняющих веществ. к„
65
6D
55
50
45
¿.а
--
/
1'
г
J
0 4 8 12 16 20 пцм Рис. 5. Изменение коэффициента выноса ke NaC! за пределы рабочего объема модели с увеличением суточного количества циклов воздействия ПцМ водообменных средств на источники подачи NaCl с интенсивностью ZM = 0,158 (1), 0,473 (2), 0,789 (3) и 1,104 (4) мг/с
Кроме этого, результаты опытов указывают на то, что при заданной интенсивности воздухообмена QH = 440 м3/с возможно снижение концентрации пыли в общекарьерном пространстве до нормативной величины: при интенсивности пылевыделения ZH = 10000 мг/с и концентрации пыли в удаляемом воздухе СУ свыше 14,4 мг/м3 ее остаточные концентрации в атмосфере карьера не превышают 2 мг/м3 (см. табл. 4, опыты 3 и 4). Для сравнения, в данных условиях для нормализации общекарьерной атмосферы с помощью средств струйной вентиляции требуемая подача свежего воздуха составляет около 5000 м3/с.
1. Морин А.С. Роль методов искусственного проветривания в комплексе мероприятий по управлению пылегазовым режимом карьеров / Известия вузов. Горный журнал. 2007. № 1. С. 24-28.
2. Морин А.С. Технология проветривания глубоких и сверхглубоких карьеров. М.: МАКС Пресс, 2006. 160 с.
3. Борисов Ф.И., Косолапов А.И., Морин А.С. Исследование динамических схем трубопроводного проветривания карьеров на физической модели / Известия вузов. Горный журнал. 2008. № 4. С. 8-18.
4. Морин А.С., Борисов Ф.И. Физическое моделирование динамических схем трубопроводного проветривания глубо-
ких карьеров / Горное оборудование и электромеханика. 2008. № 7. С. 52-55.
5. Нормализация атмосферы глубоких карьеров / А.Е.Алоян [и др.]. Л.: Наука, 1986. 296 с.
6. Альтшуль А.Д., Киселев П.Г. Гидравлика и аэродинамика. М.: Стройиздат, 1965. 275 с.
7. Чугаев Р.Р. Гидравлика. Л.: Энергия, 1975. 600 с.
8. Гидравлика и гидропривод / В.Г.Гейер [и др.]. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1981. 295 с.
9. Бересневич П.В., Михайлов В.А., Филатов С.С. Аэрология карьеров: справочник. М.: Недра, 1990. 280 с.
