Технология импульсного струйного проветривания глубоких карьеров Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 622 ББК 33.13

ТЕХНОЛОГИЯ ИМПУЛЬСНОГО СТРУЙНОГО ПРОВЕТРИВАНИЯ ГЛУБОКИХ КАРЬЕРОВ

С.Н. Кузьмин1

Санкт-Петербургский государственный университет сервиса и экономики (СПбГУСЭ), 192171, Санкт-Петербург, ул. Седова 55/1

Рассмотрены известные технические решения обеспечивающие поддержание санитарногигиенических параметров атмосферы глубокого карьера горнодобывающей промышленности на нормативном уровне. Разработан принципиально новый взрывной способ проветривания, основанный на каскадном применении взрыва топливно-воздушной смеси.

Ключевые слова: горные работы, проветривание глубоких карьеров, каскадный взрыв.

Продолжающееся увеличение объемов, интенсивности и глубины горных работ в сочетании с такими метеорологическими факторами как температурная инверсия и штиль, при которых турбулентный воздухообмен выработанного пространства карьера с окружающей средой затрудняется, неизбежно ведут к сверхнормативному загрязнению атмосферы карьера.

Для своевременного принятия мер, обеспечивающих безопасность персонала карьера и, как следствие производственное функционирование, необходима методика надежного прогнозирования параметров атмосферы, надежные способы проветривания и надежные технические устройства.

Воздухообмен выработанного пространства с окружающей средой является необходимым условием поддержания санитарно-гигиенических параметров атмосферы карьера на нормативном уровне, поскольку за его пределы в этом случае выносится загрязненный воздух. С ростом глубины карьера этот процесс приобретает циклический характер, зависящий от интенсивности проветривания выработанного пространства естественными ветровыми потоками. При таком характере воздухообмена загрязненный воздух из карьера может выноситься полностью (турбулентный воздухообмен), частично (рециркуляционный воздухообмен) или не выноситься вообще (прекращение воздухообмена).

Усилия исследователей были направлены, в первую очередь, на поиск путей локального изменения метеорологических параметров карьера с помощью различных технических устройств, предназначенных для во-

зобновления или интенсификации воздухообмена с окружающей средой.

Большинство технических решений не пошло дальше стадии теоретических исследований и немногие вышли на уровень экспериментов, но ни одно не применяется широко на практике. В то же время основным направлением решения остается

струйная вентиляция

В.Н. Сытенков [2] сделал вывод о нецелесообразности искусственного проветривания карьера. Этот вывод справедлив при условии несоизмеримости энергии разрушения инверсии (108 - 1012 Дж) и?энергии воздушной струи (10 - 10 Дж), создаваемой самыми современными вентиляторными установками типа АВК-5, ПВУ-6 и др. Такие установки реализуют квазистатистический режим проветривания.

Как следует из сказанного выше, для решения проблемы проветривания необходимы высокоэнергетические установки, в том числе основанные на использовании энергии взрыва. На основе этого постулата предлагается использование энергии взрыва [3 -

5].

Сущность идеи заключена в формировании восходящей газовой струи каскадным взрывом топливовоздушной смеси. Эффективность идеи определяется следующими факторами: каскадностью взрывов; высокой энергоемкостью топливновоздушной смеси; минимальным воздействием на окружающую среду.

Для подтверждения осуществимости принципиально нового способа проветривания проведены крупномасштабные эксперименты [5] и численные расчеты [6]. В этих рабо-

60

НИИТТС

тах показано, что каскадность позволяет в 5 - 7 раз увеличить эффективность проветривания по сравнению с одиночным взрывом. Энергоемкость топливно-воздушной смеси до 10 раз выше энергоемкости основных типов промышленных взрывчатых веществ. При взрыве топливно-воздушной смеси основными продуктами является вода и углекислый газ.

Для технической реализации разработан комплект аппаратуры [7], состоящий из известных элементов и узлов.

В целом, можно заявить о новом направлении в аэрологии карьеров, расширив описанные в работе Битколова Н.З. [8] и представленные в табл. 1.

Таблица 1. - Характеристика способов нормализации атмосферы карьеров

Концепция Физиче- ский принцип Схема Способ реализации Характеристика способа реализации

Интенсифи- кация Ветровые потоки 1. Прораны 2. Щиты 3. Профили 1. Проран Увеличение скорости ветра

Тепловые потоки 1. Покрытие 2. Окраска 3. Увлажнение Развитие восходящих потоков и увеличение времени

Проветрива- ние Вентиля- ция 1. Нагнетание 2. Восходящие струи Подача свежнго воздуха Р= 300 кВт, У= 200 - 2000 м3/с 11000 кВт. Вынос отработанного воздуха

Тепловые потоки 1. Конвекция 1. Эл. Сеть 2. Теплогенератор 3. Термик Конвекционные потоки Р=30000 кВт, У= 1000 м3/с. Режим дефлаграции

Взрывы 1. Ударная волна 2. Конвекция 1. Взрыв каскада ТВС X д = Ю т бензина, У=107м7с.

Предлагаемый способ позволяет реализовать импульсный режим вентиляции при мощности выносимой струи воздуха более 10 Вт и при массе взрываемого топлива 30т. В то время, как аналогичные по мощности стационарные устройства не превышают величины 10 Вт.

ЛИТЕРАТУРА

2. Конорев М.М. Искусственная вентиляция и пылегазоподавление в атмосфере карьеров. Автореферат докт. дисс. - М: МГТУ, 1999.

3. Сытенков В.Н. О целесообразности искусственного проветривания глубоких карьеров // Горный журнал - 2003-№8, с. 8993.

4. Способ вентиляции рудника. Патент РФ №2162944, БИПМ №4, 2001. Авторы Кузьмин С.Н., Бригадин И.В. и др.

5. Способ вентиляции карьера. Патент РФ № 2319837. БИПМ №20. 2008. Авторы Кузьмин С.Н.. Фадин И.М. и др.

6. Кузьмин С.Н., Бригадин И.В. и др. Экспериментально-теоретическое обоснование вентиляции глубокого карьера каскадным взрывом юпливно-воздушноИ смеси. Физические проблемы разрушения горных пород.

7. Ст. тр. Четвертой международной научной конференции. - М.: ИПКОНРАН, 2005, с. 267-270.

8. Кузьмин С.Н. Совершенствование модели вентиляции глубокого карьера-Записки горного института, СПб, 2007, Т.171. с. 213 217.

9. Устройство вентиляции карьера. Патент РФ №57364. БИПМ №41. 2007. Авторы Кузьмин С.Н., Нестеров АЛ', и др.

10. Битколов Н.Э., Медведев И.И. Аэрология карьеров. - М.: Недра. 1992.

1 Сергей Николаевич Кузьмин доцент кафедры сервиса торгового оборудования и бытовой

техники, председатель постоянного комиссии по ЖКХ и ТЭК ЗАКСа Ленинградского области. Тел. (факс) (812) 362-44-13. E-mail: energy(a),lenoblzaks.ru

ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ СЕРВИСА №2(8) 2009

61