CC BY
17
3. Zorin A.V., Petrov A.A., Andreev A.A. Metodika prognoza meteouslovij v kar'ere na osnove dannyh monitoringa atmosfery vnutrikar'ernogo prostranstva (Methodology of the forecast weather conditions in the quarry on the basis of data of monitoring of the atmosphere internal quarry space) // Sb. dokladov Vserossijskoj nauchno-tehnicheskoj konferencii s mezhdunarodnym uchastiem «Monitoring prirodnyh i tehnogennyh processov pri vedenii gornyh rabot», 24.09-27.09.2013 Apatity; SPb., pp. 403-408.
4. Revich B.A., Saet Ju.E., Smirnova R.S. Metodicheskie rekomendacii po ocenke stepeni zagrjaznenija atmosfernogo vozduha naselennyh punktov metallami po ih soderzhaniju v snezhnom pokrove i pochve (Guidelines for the assessment of the degree of pollution of atmospheric air of settlements metals on their content in snow cover and soil) / (Utv. 15 maja 1990. No 5174-90). Moscow: IMGRJe, 1990.
- © А.В. Зорин, А.А. Андреев, 2015
УДК 622.012.3: 519.86 (470.21) А.В. Зорин, А.А. Андреев
ВОЗМОЖНОСТИ МЕТОДОВ КОМПЬЮТЕРНОГО Э-Э МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ АТМОСФЕРЫ ВНУТРИКАРЬЕРНОГО ПРОСТРАНСТВА
Рассмотрена возможность применения информационной системы (ГГИС) ЫТМЕГЕАМЕ для исследования состояния атмосферы внутрикарьерного пространства на основе данных автоматизированной Системы комплексного мониторинга. Создан модуль расчета объема зон внутрикарьерной циркуляции воздуха и распространения загрязняющих веществ NОх и СО), определяющих состояние атмосферы внутрикарьерного пространства. Определены зоны минимальных скоростей ветра и высокого уровня загрязнения. Установлено, что зоны загрязнений, превышающих ПДК, находятся внутри зоны минимальных скоростей ветра в карьере. Построение моделей по распределению вредных примесей при проведении горных работ позволит перейти к прогнозным оценкам загрязнения атмосферы карьера. Ключевые слова: внутрикарьерное пространство, система мониторинга, компьютерное моделирование, 3-мерный графический редактор, зоны циркуляции, прямоточная и рециркуляционная зоны, замкнутый контур, загрязнение.
С увеличением глубины карьеров происходит ухудшение условий естественного воздухообмена, особенно при штилях и температурной инверсии, когда турбулентный воздухообмен выработанного пространства с окружающей природной средой затрудняется. Многократные и продолжительные формирова-
ния инверсионных процессов и штилевых условий в атмосфере карьеров способствуют значительным и длительным периодам ее загрязнения выше предельно-допустимых концентраций (ПДК).
Для принятия обоснованных управленческих решений по планированию горных работ с целью обеспечения промышленной безопасности разработана методика прогноза метеоусловий, на основе автоматизированной Системы комплексного мониторинга состояния атмосферы внутрикарьерного пространства[1].
Для комплексной оценки состояния атмосферы карьера целесообразно применение методов компьютерного моделирования. На базе 3-мерного графического редактора горно-геологической информационной системы (ГГИС) М^ЕРЯЛМЕ, предназначенной для автоматизированного планирования, проектирования и сопровождения горных работ (разработка Горного института КНЦ РАН) [2], создан модуль определения зон внутрикарьерной циркуляции воздуха и зон распространения загрязняющих веществ в атмосфере карьера на примере рудника «Железный» АО «Ковдор-ский ГОК» (рис. 1-5).
По направлению ветра над контуром определяется точка, в которой расположение плоскости меняется на 15°, и в результате пересечения плоскости с границами карьера определяются зоны внутрикарьерной циркуляции (прямоточная и рециркуляционная) и рассчитываются их объемы. На рис. 1 представлена схема зон циркуляции в атмосфере карьера.
Расчетный модуль в автоматическом режиме по плоскостям румбов может строить разрезы, позволяющие наглядно установить румбовые точки карьера по замкнутому контуру. Всего получается 8 разрезов по числу основных румбов.
На рис. 2 представлена 3-Э модель карьера с выделенными зонами циркуляции воздуха в карьере при СВ ветре над контуром карьера, позволяющая рассчитать их объемы.
Рис. 1. Схема зон циркуляции: А — зона рециркуляционных течений, В — зона прямоточной циркуляции. а - угол раскрытия струи ветрового потока. X — среднее значение абсциссы точки встречи внешней границы струи с наветренным бортом или дном карьера, м
щшшшшшш
X
Рис. 2. Зоны циркуляции в карьере рудника «Железный» при СВ ветре нал контуром карьера: 1 - прямоточная зона, 2 - рециркуляционная зона
Рис. 3. 3-Ю модель распределения скоростей ветра по глубине карьера контур карьера -гор. +295, дно карьера - гор. -185
По данным автоматизированной Системы комплексного мониторинга состояния атмосферы внутрикарьерного пространства за период 2012-2014гг, создана 3-Э модель распределения скоростей ветра по глубине карьера с выделением зоны минимальных скоростей ветра (от гор. -50 до гор.+100), представленной на рис. 3 темным цветом. Выше этой зоны ветровые потоки определяются внешним ветровым режимом, ниже - внутрикарьерными условиями.
По результатам анализа данных мониторинга газового состава внутрикарьерного пространства за зимние периоды 2012-2014 гг. (в зимний период метеоусловия в большей степени обуславливают скопление загрязнений) созданы 3-Э модели распространения окиси углерода и окислов азота в атмосфере карьера, рис. 4, 5.
Как следует из рис. 4 значительному загрязнению (>ПДК) подвержен гор. -35, выделенный темным цветом. Светло-серым цветом окрашена область с содержанием окиси углерода больше фонового, но меньше ПДК (от гор. - 200 до гор.+40), рис. 4.
На рис. 5 показано загрязнение атмосферы внутрикарьерного пространства окислами азота. Превышения ПДК отмечены на гор. -110, гор. - 35, гор.+40 (темный цвет). Светло-серым цветом обозначены уровни загрязнения ниже ПДК, но выше фонового.
Сопоставление моделей, представленных на рис. 3,4,5, свидетельствует, что выделенные уровни превышения ПДК по окиси углерода и окислам азота находятся, как правило, внутри зоны минимальных скоростей ветра в карьере.
Рис. 4. Зона распространения окиси углерода по глубине карьера
В дальнейшем предполагается дифференцированное построение моделей по распределению вредных примесей — при проведении взрывных работ, на основных внутри-карьерных транспортных магистралях и в отдельных забоях, что позволит определить степень влияния различных факторов на состояние атмосферы внутрикарьерного пространства для составления прогнозных оценок уровня загрязнения.
С целью получения прогнозной оценки загрязнения атмосферы карьера необходимо создание расчетной модели ветровых режимов по глубине карьера на основе данных автоматизированной Системы комплексного мониторинга состояния атмосферы внут-рикарьерного пространства.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Зорин A.B., Петров A.A., Андреев A.A. Методика прогноза метеоусловий в карьере на основе данных мониторинга атмосферы внутрикарьерно-го пространства // Сборник докладов Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Мониторинг природных и техногенных процессов при ведении горных работ» 24-27 сентября 2013 г. Апатиты; СПб.: «Реноме», 2013 г. С. 403-408.
2. Мельников H.H., Лукичёв C.B., Наговицын O.B. Компьютерные технологии — от разведки недр до планирования горных работ. // Компьютерные технологии при проектировании и планировании горных работ: Сб. тр. Всероссийской научной конференции с международным участием, 23-26 сентября 2008 г. — Апатиты; СПб.: «Реноме», 2009. С. 9-18. Е5Ш
Рис. 5. Зона распространения окислов азота по глубине карьера
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Зорин Александр Владимирович - кандидат географических наук, научный сотрудник,
Андреев Антон Алексеевич - программист,
Горный институт Кольского научного центра Российской академии наук.
UDC 622.012.3: 519.86 (470.21)
USE OF COMPUTER MODELING TO ASSESS STATE OF ATMOSPHERE WITHIN OPEN-PIT SPACE
Zorin A.V., Ph.D. (Geography), Mining Institute of the Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences, Russia,
Andreev A.A., software engineer, Mining Institute of the Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences, Russia.
The paper considers possible application of MINEFRAME software to study state of in-pit atmosphere based on automated complex monitoring system data. A module has been designed to calculate volume of in-pit air circulation zones and distribution of pollutants (NOx h CO) determining in-pit atmosphere state. The zones with minimal wind velocities and high pollution level have been identified. It has been identified that the zones of pollution exceeding MPC (maximum permissible concentration) are within an open-pit zone of minimal wind velocities. Construction of models on distribution of harmful impurities during mining operations will allow forecast assessments of the open-pit atmosphere pollution.
Key words: in-pit space, monitoring system, computer modeling, 3D graphic editor, circulation zones, straight-flow and recirculation zones, closed contour, pollution
REFERENCES
1. Zorin A.V., Petrov A.A., Andreev A.A. Metodika prognoza meteouslovij v kar'ere na osnove dannyh monitoringa atmosfery vnutrikar'ernogo prostranstva (Methodology of the forecast weather conditions in the quarry on the basis of data of monitoring of the atmosphere internal quarry space) // Sbornik dokladov Vserossijskoj nauchno-tehnicheskoj konferencii s mezhdunarodnym uchastiem «Monitoring prirodnyh i tehnogennyh processov pri vedenii gornyh rabot» 24-27 sentjabrja 2013. Apatity; SPb.:Renome, 2013. pp. 403-408.
2. Mel'nikov N.N., Lukichev S.V., Nagovitsyn O.V. Komp'juternye tehnologii — ot razvedki nedr do planirovanija gornyh rabot (Computer technologies — from prospecting to mine planning) // Komp'juternye tehnologii pri proektirovanii i planirovanii gornyh rabot: Sb. tr. Vserossijskoj nauchnoj konferencii s mezhdunarodnym uchastiem, 23-26 sentjabrja 2008, Apatity; SPb.:Renome, 2009. pp. 9-18.
