автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Повышение эффективности способов и средств конвективной вентиляции в глубоких карьерах Крайнего Севера

РГ6 ол

На правах рукописи

_ О и л л ■■••■

V» I! V > •

Палатииская Ирина Петровна

УДК 622.864:622.4

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СПОСОБОВ И СРЕДСТВ КОНВЕКТИВНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ

В ГЛУБОКИХ КАРЬЕРАХ КРАЙНЕГО СЕВЕРА

Специальность 05.26.01—«Охрана труда»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Челябинск 1997

Работа выполнена в Челябинском государственном техническом университе!

Научный руководитель— кандидат технических наук, доце

Матвеев Г.И.

Официальные оппоненты : доктор технических наук Купнн А.Н.,

кандидат технических наук, доце Зеленков А.Т.

Ведущее предприятие — Научно-исследовательский и проект!

конструкторский институт по добы полезных ископаемых открыт! способом.

Защита диссертации состоится 30 октября 1997 в 11.30 часов, на заседании диссертационного совета Д 135.10 при Научно-исследовательском и проектно-конструкторском инстит по добыче полезных ископаемых открытым способом (НИИОГР) адресу: 454080, г.Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 83.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан ^и-лД ]997 П

Ученый секретарь

диссертационного совета, ,

канд. техн. наук /О^Т^С Н.Ю.Назарова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Карьеры кимберлитовых месторождений производственного объединения "Якуталмаз" характеризуются большой проектной глубиной (600...700 м)г углами откосов бортов до 49°, небольшими размерами в плане и высокими темпами углубки (до 100 м/год) Они оснащены современной высокопроизводительной горной и транспортной техникой, которая при большом объеме горных работ загрязняет атмосферу внутрикарьерного пространства. Концентрация вредных примесей зачастую превышает предельно допустимые нормы, что вызывает временное прекращение работы предприятия', сопровождаемое определенными экономическими потерями.

По мере интенсивного углубления увеличивается нагрузка на внут-рикарьерную атмосферу, т.к. с одной стороны - значительно увеличиваются объемы грузоперевозок, расстояния транспортирования, увеличивайся концентрация транспортных единиц И другого технологического оборудования на ограниченных пространствах карьера, работа которого :опровождаетоя пылегазовыделением; с другой стороны - происходят изменения в орографии карьера, что приводит к дальнейшей снижению жорости движения воздушных потоков, определяющих, в основном, вы-юс из атмосферы карьера вредностей, а также к ухудшению естеСтвенно-о воздухообмена и санитарно-гигиенических условий труда в нем. Кроле того, суровые климатические условия района расположения алмазодобывающих карьеров еще более усиливают нагрузку на естественный воз-(ухообмен в карьерах, а именно: отрицательная среднегодовая темпера-ура (-7,7°С); продолжительные штили в зимний период <73% составляют ¡етры со скоростью до 1 м/с), частые с ноября по март температурные [«версии - создают условия для накопления вредных примесей в атмо-фере кимберлитовых карьеров. Например, простои из-за загазованности арьера "Удачный" (330 м) составили 2345 часов в 1992 г., т.е. 98 дней ли 27% рабочего времени. В связи с этим создание нормальных атмо-ферпых условий труда в глубоких кимберлитовых карьерах является ажной народнохозяйственной задачей.

Актуальность настоящей работы подтверждается тем, что она вы-олнялась в соответствии с отраслевой (бывш. Минцветмет СССР, ВПО "оюззолото") программой по решению важнейшей научно-технической роблемы на 1986-1992 гг. "Теоретические и экспериментальные иссле-эвания с целью разработки и создания технологии общеобменной вен-шяции глубоких карьеров ПНО "Якуталмаз" (Л» 01860041221).

Целью работы является повышение эффективности способов и средств конвективной вентиляции в глубоких кимберлитовых карьерах Крайнего Севера путем обоснования параметров конвективной вентиляции.

Идея работы заключается в том, что повышение эффективности способов и средств конвективной вентиляции основывается на определении и оптимизации количества и состава вентиляционных установок в зависимости от объемов проветриваемого пространства и метеопараметров загазованной внутрикарьерной атмосферы.

Задачи исследований :

- исследовать процессы энергомассообмена, протекающие в атмосфере глубоких карьеров в зимний период при низкой ветровой активности (штиль);

- исследовать процессы распространения тепловой струи, создаваемой одной тепловой установкой типа УТ-СМ, взаимодействующей и не взаимодействующей со средствами местного проветривания типа УМП-1, или несколькими, действующими совместно или порознь тепловыми установками УТ-СМ; "

- на основании теоретических исследований и с учетом экспериментальных данных создать методику, позволяющую определять количество вентиляционных установок, время и режимы их работы в конкретных случаях загазования атмосферы карьера, схему расположения средств вентиляции в пространстве карьера.

Методы исследования. В процессе выполнения работы использован комплекс методов, включающий научное обобщение, теоретические исследования энергомассообменных процессов, математическое моделирование, аналитические исследования, опытно-промышленные испытания.

Научные положения, разработанные лично автором, и их новизна :

- начальные основные параметры тепловой струи, создаваемой тепловыми установками типа УТ-СМ , а именно: скорость, температура и начальный расход струи, диаметр начального сечения струи можно определять исходя из геометрических размеров теплового источника, характеристик применяемого топлива, его расхода в единицу времени и коэффициентов, характеризующих процесс сгорания топлива;

- определение дальнобойности, производительности струи, ее зависимость от метеорологических параметров атмосферы карьера возможно на основе результатов исследования процесса распространения неизотермической турбулентной струи в стратифицированной атмосфере;

- производительность и пробивную способность тепловой струи ожно регулировать исходя из принципов взаимодействия тепловых груи, устанавливающих связь между процессом ззаимодействия тепло-ых струи, создаваемых работающими одновременно вентиляционными :т;шопками, и расстоянием между ними;

- моделирование общеобменной искусственной вентиляции тепло-,1ми установками типа УТ-СМ в глубоких карьерах различной конфи-■рации осуществляется на базе описания нестационарных энергомассо-Змениых процессов, происходящих в пространстве карьера при работе кдетв вентиляции, и позволяет определять необходимое количество ¡пловых установок, схемы их расположения в пространстве карьера, оп-шальное время вентиляции и количество топлива, необходимого для готы установок в каждом конкретном случая искусственной вентиляции.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов рекомендаций подтверждается комплексным характером проведенных гследований, включающих: аналитические исследования с использова-1ем исходных положений газодинамики, математическое моделирова-1е; -экспериментальные исследования, подтверждающие адекватность сработанных математических моделей.

Значение работы. Научное значение работы заключается в созда-1и математических моделей, описывающих проведение общеобменной нтиляции гепловы.ми установками типа УТ-СМ в глубоких кимберли-■вых карьерах Крайнего Севера, а именно, в установлении зависимостей менения дальнобойности тепловой струи, расхода загазованного возду-, тжектируемого в струю, времени работы установки (или установок) во емя вентиляции в зависимости от инверсионного состояния атмосферы рьера, его объемов и глубины; в разработке схем взаимодействия теп-вы\ установок между собой, а также со средствами местного проветривания.

Практическое значение работы заключается в создании методи-, позволяющей проводить экономически целесообразную ббщеобмен-ю искусственную вентиляцию атмосферы глубоких кимберлитовых рьеров, а именно, для конкретного случая загазования атмосферы карь-а определять количество установок, необходимых для проветривания -азованного объема, схему их расположения во внутрикарьерном про-эанстве, оптимальное время конвективной вентиляции атмосфер!»! карь-I, а также количество топлива, необходимого для данного способа вентиляции.

Реализация выводов н рекомендаций работы. Научные положе-я, выводы и рекомендации использованы

троизводсгвенным объединением "Якугалмаз" (гМирный) - "Рекомендации по юшеобменной вентиляции карьера "Удачный" установками типа УТ-СМ";

• филиалом института промэкологии УрО РАН (г.Челябинск) при разработке методики расчета для промышленных предприятий выбросов загрязняющих веществ в атмосферу;

• Научно-исследовательским и проектно-конструкторским институтом по добыче полезных ископаемых открытым способом (г.Челябинск) ■ "Методика проведения общеобменной конвективной вентиляции тепловыми установками УТ-СМ".

Апробация работы. Материалы диссертационной работы доклады вались на научно-практической конференции "Охрана.труда в цветной металлургии" (г.Челябинск, 1990 г.) , а также на ежегодных научно технических конференциях Челябинского государственного техническо го университета в 1986- 1990 гг. и в 1995-1997 гг.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано I 12 работах, в том числе получено одно авторское свидетельство на изо бретение.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, за ключения, 12 приложений и содержит 148 страниц машинописного тек ста, 42 рисунка, 10 таблиц, список использованной литературы из 99 на именований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Алмазные месторождения Якутии представлены множеством кру топадающих рудных тел (кимберлитовых трубок) различной формы. Ос новными внутренними источниками загазования атмосферы таких карье ров (97% объема выброса загрязняющих веществ) являются взрывны работы и дизельные двигатели большегрузных карьерных автосамосвало и бульдозеров, при этом количество вредных компонентов зависит от ре жимов работы, т.к. состав выхлопа существенно меняется от нагрузки: увеличением ее значительно возрастают концентрация сажи, оксидо азота и оксида углерода. При неблагоприятных метеорологических усгк виях, это вызывает длительные простои карьеров (табл. 1).

Задача интенсификации естественного воздухообмена в глубоки алмазодобывающих карьерах является весьма актуальной. Решение это задачи ведется по различным направлениям:

- применение оригинальных технологических решений и организ; ций ведения горных работ;

- применение комбинированного автомобильно-конвейерного тран спорта с конвейернсмявальным комплексом производительностью 8000 т/час;

-применение средств искусственной вентиляции во время загазов; ния атмосферы карьера.

Таблица 1

Величина простоев из-за загазованности карьера "Удачный"

Месяц Глубина карьера м

230(1988г.) 255 (1989г.) 280 (1990г.) 305 (1991г.) 330 (1992г.)

январь 10 5 94 129 228 374

февраль 0 209 230 313 . 466

март 27 143.5. 217 238 308

апрель 0 0 22 57 71

май 0 0 !00 39 0

июнь 0 0 84 13 56

июль 0 0 24 6 22 ••

август 0 3 110 9 135

сентябрь 4.5 5.5 . 232 139 92

октябрь 0 133 165 1*22 231

ноябрь 13 240 87 362 158

декаорь 90 280 131 368 432

Итого, ч 145 1105 1529 1894 2345

Теоретические и практические рекомендации по нормализации санитарно-гигиенических условий труда в карьерах даны в трудах академических, отраслевых, учебных и проектных институтов: ИГД им. А.А.Скочинского, ИГД МЧМ, ЛГИ, ДГИ, МГМИ, МГИ, ин-т "Унипромедь", НИИОГР, ЧПИ, Якутнипроалмаз, Средазнипроцветмет и др. Значительный вклад в решение основных вопросов этой проблемы внесли ААСкочинский, ВА. Михайлов, В.С.Ниюгпш,. К.З.Ушаков, НЗ.Битколов, С.С.Филатов, П.В. Бересневич, В.П. Куликов, Г.ИМатвеев, и др.

В настоящее время одним из способов обеспечения безопасных условий труда в кимберлитовых карьерах является применение общеобменной конвективной вентиляции, проводимой установкой УТ-СМ, которая эксплуатируется в объединении "Якуталмаз" с 1985 г.

Однако проблема искусственной вентиляции тепловыми установка-. ми в карьерах Крайнего Севера в полном объеме не решена, поскольку с увеличением глубины отработки карьеров (более 400 м) появилась необходимость в новых технических решениях. Например, для эффективного проветривания карьера "Мир" глубиной до 450 м и объемом внутрикарь-ерного пространства 160 млн.м3 одной установки УТ-СМ мощностью 110 МВт недостаточно, необходимо не менее двух таких установок. Но простое увеличение количества тепловых установок, работающих одновременно, может привести к непроизводительным затратам. Так, при выносе загрязненных масс воздуха из карьера "Мир" (300 м) с дально.

бойностыо, превышающей требуемую на ЮО м, КПД конвективной ве тиляции уменьшался на 40%.

Необходимо провести исследования на основе обобщения и а на; за накопленного экспериментального материала но вентиляции атмос<1 ры карьеров тепловой установкой УТ-СМ для того, чтобы определи энергетическую целесообразность и затраты на проведение общеобмс ной конвективной искусственной вентиляции для кимберлитовых кар1 ров, различных по объему внутреннего пространства.

В качестве метода исследования процессов, протекающих в ат\ сфере глубоких карьеров при проведении искусственной вентиляш было выбрано математическое моделирование. Рабочим инструмент при исследовании этих процессов являются специально разработанн математические модели, которые основаны на фундаментальных закон сохранения массы, энергии, количества движения и на начальных до! щениях. Модели получены путем применения операций обечразмери: ния, метода факторного анализа, операций осреднения по бесконечно ? лому объему к поставленным обобщенным краевым задачам (рис. 1).

Вфхности дне карьера, К; Ц - глубина карьера, м; ДУ,-объем ¡-го стоя, Т1+, Т," - температуры водцуха проходящего через верхнее и нижнее 5

еечгнияобьема К; Ть(^р[-средигитегралышетшпфа1ура, махов

* »

дш)-оЙ1ЧЖмесиидшшшевн»1СЛое1К,%м3Д1;Щ+, Щ- массовые [

ходы ващуха через 5+ и 5, сечения, м/с, Дл\,р. - массовый расход воздуха,

• •

ступивший в тепловую струю ю ЛЧ/| лг/с; ГП,^, ПТ,"^- массовые расходы г ляюй струи 'крез сечения и 53,", иУс

Дискретный аналог модели карьера:

Гат, ....

I— = ТМР: М ■ Вар-Ст,* - т Г - Лт ку>,). |<^t

ис,

(тГ + Дп\тр)),

j— = Str,"1'(--т,+ -

^dt Pi+rPi+l

N-

1С,- 1.

H

Pi'p2l

m r = (Vyi-OY- m Г + PirTrAm lcip.)), p, = const,

Tj+ = Ti+I, схема "против потока",

Tf=T,. • •

m, = тм+.

Am,

'стр.

rrv

- mi(

Начальные условия : I = О Т,(0) = Т,0. С„(0) = С,,0.

(1)

(2)

Эта система уравнений является незамкнутой по граничным условиям, которые относятся к тепловой струе (рис.2), создаваемой системой сонвективной вентиляции, состоящей из одной, или двух взаимодейст-¡ующих или не взаимодействующих во время проведения искусственной ¡ентиляции тепловых установок УТ-СМ, или из взаимодействующих установок - УТ-СМ и двух УМП-1 (рис.3).

Рйс2. Принципиальная схема течения тегшопой струи:

Го-начальный радиус струи; г,-текущий радиус дпраструцг-текуцдай радиус струи; Г№ г„ -радиусы в конце начального и переходного участке®; I, II, Ш -начальный, переход ный, основной участки струи

стр

Рис.3. Схема взаимодействия во пиля иконных установок УТ-СМ и УМП-1:

a) двух тепловых установок УТ-СМ: 1- установка УТ-СМ; А-расстояиия между установками;

b) установок УТ-СМ и УМП-1: 2 - установки УМП-1

Математическая модель, описывающая процесс распространения в стратифицированной атмосфере тепловой струи, создаваемой системой конвективной вентиляции :

1.Начальный участок

Начальные условия: Х=0 [Ь„с(0)-=0, гя(0)= г0. иП1(0)- и0 ,Т,„(0)- Т0,

]0 = (Тга-Тв)/Тв, Тв= ф(у), . |Т0 = (т)г/ср(1 + кга)(1 + к^.)) + Т., (3)

Ч и0 = тДо'К' ^.(1 + кга) (1 + кра,.)/Р0- ро-цо-

Профили скорости и температуры:

О < г < г„: и = иш, Т = Т„,

г. < г ^ Г£Тр. : { и = ит - ии-(1 - Пн1'5)2.

{ Т = Тв + (Тт - ТВ)Л„,

^ П»= (Гстр-0/(Гс1р-Г»).

(4)

ах

= 0.54 (0.54 г„ + 0.18ЬПС )[(г„ + Ь„.с. + е-1Ь,,,) Ь(1 + 0) - Ьис.]/

/е-(г„+0.5 Ь,,с.) [0.5 (8 В7-8-Ва+ В,- В3) Ь„,. +0.5 (В,-8 В8) г„],

— = ((04 -05-0,-02-1)-(07-(Об -ОзОзОг"1)))"'— . «Ьс ах

.ах ах ' ах

(5)

¿.Переходный участок-

Начальные условия: г1Т()= г„

íxn - 1.491хн ,

< и,„ 1.39иП1„,

1Тт = Т„+ (Тп/(0.18-(гстр2-и,„Т0)-(г02'ио)'1,(То-Т„)"' - 0.697» 3.Основной участок Профили скорости и температуры:

( и(г> ^ ит-(1 —

< Т(г) = Тт+(Тт-Та)- пЧ I 1 = Г/Гетр,- О $ »1 5 1;

Г ^Г

I—=0.11-(Тт+Т,)Т,-\

|ах

ЫТт Тт ¿Тв ¿г {-—--(Аув---0.601А2)---(вг'У--->

| <1х та ах ах.

Аз-02-ит-')-(А,-0 ~А2)Л

1<Ч, атга аг атв

I—= иЛА,— - г1— - Агтт-ту'- —] + А3-е.

1ах ¿х ах ах

Для переходного участка профили скорости и температуры определяются по тем же зависимостям, что и для основного участка.

Для совместно работающих вентиляционных установок разработаны условия взаимодействия струй, создаваемых этими установками."

1) тепловые струи, создаваемые установками УТ-СМ, не взаимодействуют в процессе вентиляции (установки удалены одна от другой на расстояние 100 и более метров). В этом случае рассматриваются две не взаимодействующие между собой струи, распространяющиеся в атмосфере карьера во время вентиляции:

2) тепловые струи двух установок УТ-СМ или струи, создаваемые совместно работающими двумя установками местной вентиляции УМП-1 и одной УТ-СМ взаимодействуют в процессе вентиляции, образуя единую струю (см. рис.3, оптимальное расстояние между УТ-СМ 6...70°м; оптимальное расстояние между установками УМП-1 и УТ-СМ 50... 100 м).

Для математического моделирования совместно работающих вентиляционных установок по данным условиям взаимодействия струй, создаваемых этими установками, были разработаны принципы слияния струй:

(7)

(8)

1. 6 м £ ууС. < 2-k„.-r0 , то

Rz = 2b(a + yyc.)/(b + а + уу,). (9)

Профили скорости итемпературы определяются по зависимостям (4)

2. гстрЛ > yyc./2-k„, то

iR£ = (Z-lr^i2 - S!/^)«-5.

f Гя£ = TH '

^umS=2-uror(r„<>.J/Ri)2, (lOj

lTmi =Tmj,

где

Sj = 0.5rCTp iz-(a — sina),

a = 2-arccos(kCJ1). ' (Ii;

Профили температуры и скорости:

(Т а Tm- (1 - (гСТр 1 - ri)/(rCTp., - гя1)) (Тт-Тв),

[и^иш-иж-О-^., -0/(^,-0)1-5)2. (12

3. k„-r„ <; 0.5-уус < 2-k^.Tn , то

iR£ = (2 (rn2- ^/тсй05.

i Um£ ~ <P(Umi, Гстр.1, Rz, Tmi, Тв), (13

ф(Гстр.1- Rx. Tmi, Т.),

где

Sj = 0.5-rn2-(a - sina), a = 2-arccos(0.5-yyc./rnl). (14

4. 0.5yyc. г , то

f Rr = (2*(r2 — Si/я))0-5,

i Umr = 2-umr(rCTp.i/Rz)2. (15

tTmx- 2-(rctp.i/Ri)2,(Tmi+0.3423'TB) - 0.3423 TB.'

Профили скорости и температуры для случаев 3 и 4 определяют по зависимостям (7).

На основе разработанных математических моделей, алгоритме расчета этих моделей созданы пакеты прикладных программ, позволяв щие моделировать для глубоких карьеров различной конфигурации д| намику состояния внутрикарьерной атмосферы во время проведения ко

вективной вентиляции при использовании различных схем взаимодействия вентиляционных установок (рис.4, 5).

Рис.4. Влияние инверсионного состояния атмосферы карьера на дальнобойность тепловой струи, создаваемой различными схемами взаимодействия вентиляционных установок

0 0000 -0,005 -0.01 43,015 -0,02 -0.025 -0,03 -0,035 -0,04

Рис.5. Влияние инверсионного состояния атмосферы карьера на производительность тепловой струи, создаваемой различными схемами взаимодействия вентиляционных установок

Оценка адекватности результатов математических экспериментов результатам натурных испытаний (рис.6,7), обобщение накопленного опыта

эксплуатации тепловых установок в кимберлитовых карьерах и результа тов мэтешгических экепериметов, проведенных на базе пакетов прикладныэ программ, позволили разработать методику определения и оптимизации па раметров конвективной вентиляции глубоких кимберлитовых карьеров Мете дика основана на математическом моделировании искусственной вентиляцш доя конкретного случая загазования атмосферы конкретного карьера и вы боре наиболее приемлемой схемой взаимодействия вентиляционных установок.

400

390

380

370

360

350 -

340

330

320

310

300

Двипбойтсть струи, м

Я Эксперимент О Расчет

— - — -траницм доверительного интервала при альфа*0.0$ -—Среднее значение по эксперименту

о_ а

Номер »мера

Рис.6. Сравнение результатов эксперимента и теоретических расчетов

по определению дальнобойности тепловой струи установки УТ-СМ

о

о

о

120 НО 100 90 80 70 60 $0 40

Время вентиляции, мин

■

а о

я Эксперимент О Расчет

Номер эксперимента

Рис.7.Сравненне результатов расчетов и испытаний тепловой установки ^ СМ, проводимых в карьере "Мир"

В

Основные этапы методики:

1- введение данных по геометрическим параметрам внутрикарьериого пространства н по метеопараметрам конкретного состояния загазованности атмосферы карьера в файлы данных пакетов прикладных программ:

2- предварительный выбор вентиляционных установок в зависимости от объемов загазованного пространства;

3- проведение расчетов с помощью пакетов прикладных программ с целью определения количества установок, их состава, возможных схем взаимодействия, времени, необходимого для вентиляции карьера, а также количества топлива, сжигаемого установками за это время;

4- выбор, с учетом полученных результатов, наиболее эффективного способа искусственного проветривания карьера по следующим критериям: время работы установок, количество топлива и электроэнергии, необходимых для вентиляции, стоимость часа простоя данного карьера.

В качестве примера использования методики определения и оптимизации параметров конвективной вентиляции на рис.8 приведены результаты математического моделирования искусственной вентиляции карьера ч ипа "Удачный" глубиной 440 м с применением различных схемам взаимодействия вентиляционных установок. Допустим в карьере находятся следующие вентиляционные установки УТ-СМ 70 МВт, УТ-СМ НО МВт, УМП-1. Возможные схемы конвективной вентиляции: 1 - две УТ-СМ ПО МВт, 2 - две УТ-СМ 70 МВт, 3 - УТ-СМ 110 МВт и две У МП-1,4- УТ-СМ 70 МВт и две У МП-1,5- УТ-СМ 110 МВт, 6 - УТ-СМ 70 МВт. Согласно методике, время вентиляции ограничено - 2 ч, концентрация вредных веществ (в/в) после вентиляции должна быть не более 0,5-ПДК (ПДК).

В данном случае для схемы ! (с наименьшим временем проветривания - 77 мин) необходимо - топлива 23,47 т и электроэнергии - 256,7 кВт-ч, для схемы 2 - 17,98 т и 186 кВт-ч (время вентиляций - 93 мин), для схемы 3 - 17.33 т и 185,5 кВт-ч (111,3 мин), для схемы 4 - 12 т и 120 кВт-ч (120 чин), для схемы 5 - 18,29 т и 200 кВт-ч (120 мин). В схемах 3 и 4 оптимальное расстояние между установками УМП-1 и УТ-СМ выбрано 70 м. Зхема 6 для данного случая ззгазования карьера не приемлема (время юнтиляшш более 2 ч). Наиболее эффективными являются схемы 2 и 3.

Окончательный выбор вентиляционных установок и схемы их взаимодействия определяется из условия минимальности затрат на вентиля-шю (затраты на топливо; электроэнергию; на транспортировку, разме-цение, подключение и эксплуатацию вентиляционных установок) и за-рат, связанных с простоем карьера во время проведения искусственной ¡ентиляции.

225 г

1.75 !.5 1.25 1

0,7S 0.5 025

О 20 «> 60 80 100 120

Рис.8. Изменение концентрации вредных веществ на рабочих горизонтах е время конвективной вентиляции карьера "Удачный" (стратификащ-равномерная,у - - 0,01°С/м): 1...6 - различные схемы взаимодейст вентиляционных установок

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научн технической задачи нормализации атмосферных условий труда в глуб ких кимберлитовых карьерах Крайнего Севера путем повышения эффе тивности конвективной вентиляции, заключающееся в обосновании ' параметров. Выполненные теоретические и экспериментальные исслед вания позволяют сделать следующие выводы:

1. Разработаны математические модели, описывающие нестационарш энергомассообменные внутри карьерные процессы, происходящие п] проведении общеобменной искусственной вентиляции тепловыми уст новками {средствами конвективной вентиляции).

2. Предложено новое описание процесса распространения вертикальн тепловой турбулентной струи, которое в отличие от известных описыва распространение вертикальной тепловой струи в стратифицированн атмосфере.

3. Разработана обобщенная математическая модель, описывающая pj пространение в стратифицированной атмосфере вертикальной теплов турбулентной струи.

4. Получены зависимости для определения основных параметров нача ного сечения сгруи, создаваемой установкой УТ-СМ.

5. Разработаны принципы, определяющие условия взаимодействия теп -НОВЫХ струй при совместной работе нескольких вентиляционных уст а но вок УТ-СМ, УТ-СМ и УМП-1, позволяющие использовать их при математическом моделировании взаимодействия средств вентиляции.

6. Па основе математических моделей, предложенной расчетной схемы внутри карьер: юго пространства (модели карьера) и алгоритмов расчета этих моделей созданы пакеты прикладных программ, которые позволяют моделировать для глубоких карьеров различной конфигурации динамику состояния внутрикарьерной атмосферы во время проведения искусственной общеобменной вентиляции :

- одной тепловой установкой УТ-СМ;

- двумя тепловыми установками, работающими совместно и порознь, изменяя расстояния между ними;

- тремя вентиляционными установками, а именно, УТ-СМ и две УМП-1, изменяя расстояние между УТ-СМ и УМП-1.

7. Разработана методика определения и оптимизации параметров конвективной вентиляции глубоких кимберлитовых карьеров, основанная на математическом моделировании искусственной вентиляции для конкретного случая загазования атмосферы конкретного карьера и выборе наиболее приемлемой для данного случая схемы работы установок УТ-СМ.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Палатинская И.П. Математическое моделирование процесса распространения струи, создаваемой установкой УТ-СМ//Охрана труда в про-мышлечности. - Челябинск: ЧПИ, 1989,- С. 124-130. 2 A.c. 1571269 СССР МКИ Е21 Fl/00. Способ вентиляции карьеров. Г.И.Матвеев, А.С.Гриднев, С.В.Луцишин, И.П.Палатинская. №4468568/31-03, Заявл. 15.06.88; Опубл. 15.06.90.Бюл. N22.

3. Матвеев Г.И., Палатинская И.П. Повышение эффективности конвективной вентиляции путем оптимизации энергозатрат//Тезисы докладов научно-практической конференции - Челябинск: ЧПИ, 1990. - С.43-45.

4. Палатинская И.П. Теоретические исследования процесса распространения тепловой турбулентной струи во внутрикарьерном пространстве// Тезисы докладов научно-практической конференции.-Челябинск. ЧПИ, 1990-С.45-47.

5. Палатинская И.П. Математическое моделирование процесса рзаимо-действия вертикальной неизотермической струи с внутри карьерным пространством заданного объема и конфигурации// Безопасность жизнедеятельности: Сб.науч.трудов.-Челябинск: ЧГТУ, 1992.* С.73-82. .

\

«."Матвеев Г.И., Палатинская И.П.Теоретические исследования воздейст вия средств системы конвективной вентиляции на знергомассообме! внутрикарьерного пространства// Безопасность жизнедеятельности Сб.научн.трудов,- Челябинск:ЧГТУ, 1995.-С.75-80.

7. Матвеев Г.И., Мочалов В.А-., Палатинская И.П. Исследование возмож ности безопасной транспортировки установки УТ-СМ в карьера: "Якуталмаз"// Безопасность жизнедеятельности: Сб.научн.трудов - Челя бинск: ЧГТУ,1995.-С.84-91.

8. Луцишин C.B., Матвеев Г.И., Палатинская И.П. Методика определени количества и состава средств конвективной вентиляции// Безопасност жизнедеятельности : Сб.научн.трудов. Челябинск: ЧГТУ, 1995.-С.80-84.

9. Матвеев Г.И., Палатинская И.П. Систематизация искусственной bchw ляции установками УТ-СМ в карьерах Крайнего Севера// Безопасност жизнедеятельности: Сб.научн.трудов.-Челябинск: ЧГТУ, 1996.-С.39-40.

10. Палатинская И.П. Способы конвективной вентиляции кимберлитовы месторождений Крайнего Севера// Безопасность жизнедеятельности Сб.научн.трудов.-Челябинск:ЧГТУ,1996.-С.40-43.

11. Палатинская И.П. Пакет прикладных программ "Тепловая газовг струя", 1997, заявка №97027.

12. Палатинская И.П. Пакет прикладных программ "Вентиляция кары ров", 1997, заявка №97028.

j»

Принятые обозначения

- кшф(^аввп-.очхи1К1ви>ра811а«ис<хгояниятоабьа^Д\/|: £2,1 ~ (Тч/р,) { (рГГ)г!\/;

ЛУг

р], - приведенным коэффициент осреднения : Ру = Р"р/Р|+ ;

(3' * - коэффициент осреднения, учитывающий неравномерность распределения параметров потока "сплошной среды" и и Т по граничным сечениям й ,"

объема ДУ,. (V' = I Т р (и п)(1а/ ТГ'-т,*!; а..

р,сгр - кочффттс!гт осреднения, учитывающий неравномерность распределения параметров потока "сплошной среды" и и Т по боковой поверхности струи

РС1рб1 объема Л\Л: Р""'= /Тр (и п)с)а/ТГ'Ш*"; I - время, с;

Т,„, ига - осевые температура и скорость в струе. К, м/с; Т. - температура окружающей среды. К; Ьц.с. ~ толщина пограничного слоя Струи, м;

О - перегрев струи относительно температуры окружающей среды. у - градиент температуры атмосферы в карьере, "СУм; К - универсальная газовая постоянная, Дж/мольК;

Но - молекулярный вес газовоздушной смеси струи в начальном сечении, кг/моль;

\Л/М - мощность установки, МВт;

Пт - теплота сгорания 1 кг топлива, Дж/кг;

гпг - массовый расход горючего через всю установку, кг/с;

к,„() - коэффициент полноты сгорания топлива;

Го - площадь теплового источника, м2;

о

В, - интегралы вида В; =^сЬП11Ь/(1 + а Ь), 1 = 1...8;

О] - определенные интегралы, выселяемые на начальном и переходном участках распространи

ганттловойвертлолыюйструи: О, = Т(А],Тт ,Т„, г,, Гстр0. Ь„с. и,„, В;), ¡= 1...7; х», хп - высота окончания начального и переходного участков струи, м; Гн г„ - радиус в конце начального и переходного участков струи, м; и,„„ - осевая скорость в конце начального участка струи, м/с; А, ^) - определенные интегралы, вычисляемые на основном участке распростране-№ и тегшовой вертикальной струи: А12 = ((Т,„ ,Т,), ^А^Т,^ ,Т,, ч, ит):

<1 - ускорение свободного падения, ¡Л/с2. К,-.. - коэффициент слияния: к^, к 1 ... 0.5;

У)с - расстояние между центрами сечений двух тепловых струй, м; Яг - суммарный радиус единой струи, м; Ь, а - геометрические размеры теплового источника, м. 1, £ - обозначение параметров одиночной струи и суммарной (единой) струи. -1/2 площади пересечения поперечных, сечений взаимодействующих струй, создаваемых вентиляционными установками, м2.