Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Обоснование технологии трубопроводного проветривания глубоких карьеров

ВАК РФ 25.00.22, Геотехнология(подземная, открытая и строительная)

Автореферат диссертации по теме "Обоснование технологии трубопроводного проветривания глубоких карьеров"

На правах рукописи

0050П'-»" .шго-

МОРИН АНДРЕЙ СТЕПАНОВИЧ

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ТРУБОПРОВОДНОГО ПРОВЕТРИВАНИЯ ГЛУБОКИХ КАРЬЕРОВ

Специальность 25.00.22 - "Геотехнология (подземная, открытая и строительная)"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

2 4 НОЯ 2011

Красноярск - 2011

005011735

Работа выполнена на кафедре "Горные машины и комплексы" федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет"

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Буткин Владимир Дмитриевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Алыменко Николай Иванович

доктор технических наук, профессор Коростовенко Вячеслав Васильевич

доктор технических наук, профессор Тимухин Сергей Андреевич

Ведущая организация: ООО Новационная фирма "Кузбасс-НИИОГР"

Защита состоится 23 декабря 2011 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.099.09 при ФГАОУ ВПО "Сибирский федеральный университет" по адресу: 660025, г. Красноярск, пр. им. газеты "Красноярский рабочий", д. 95, ауд. 200

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Сибирского федерального университета

Автореферат диссертации разослан 2 ноября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета канд. геол.-минерал. наук

Общая характеристика работы

Современное состояние и актуальность проблемы. Научно-технический прогресс в горной промышленности и комплексная механизация основных производственных процессов, осуществленная в 20-м столетии, определили главную тенденцию открытого способа разработки месторождений полезных ископаемых, заключающуюся в масштабном применении мощной высокопроизводительной техники, обеспечившей эффективную эксплуатацию карьеров глубиной 500+600 м и более.

С углублением открытых работ степень изоляции выработанного пространства от окружающей среды возрастает, а состав воздуха внутри карьера ухудшается. В некоторых глубоких карьерах до 25% годовых объемов горной массы отгружается и вывозится в условиях сверхнормативной загазованности рабочих зон. Это отрицательно сказывается не только на безопасности, но и на производительности персонала, а также на состоянии и эксплуатационных показателях горного оборудования, ресурс которого в неблагоприятной атмосфере заметно снижается. Наиболее остро проблема сверхнормативного загрязнения атмосферы проявляется на российских глубоких карьерах, расположенных в районах Урала, Восточной Сибири и Западной Якутии, где вынужденные простои производства по причине значительной запыленности и загазованности превышают 15+20% времени года. Такие катастрофические явления ставят перед специалистами в области технологии и проектирования открытых горных работ одну из самых сложных и трудно решаемых задач - необходимость управления пылегазовым режимом на рабочих местах и внутри карьерного пространства в целом. Существенной проблемой при решении этой задачи является отсутствие научно обоснованных методов и средств обеспечения искусственного воздухообмена глубоких горизонтов карьеров с внешней средой.

В настоящей работе обобщены исследования автора по обозначенной проблеме. Основная часть этих исследований была выполнена в рамках госбюджетной тематики ГБ 961-17 по государственной программе "Экологически чистое горное производство".

Основная идея работы состоит в том, что процессы воздухообмена в глубоких карьерах становятся управляемыми и могут быть оптимизированы с помощью современных технических средств при использовании вентиляционных каналов, связывающих рабочие зоны карьера с внешней средой.

Целью диссертации является определение целесообразных методов и схем искусственного проветривания глубоких карьеров с последующей разработкой средств их реализации, обеспечивающих повышение безопасности труда и сокращение простоев производства.

Основные задачи исследования. Указанная цель реализована посредством постановки и решения следующих основных задач:

- обобщить современные знания в области разработки способов и средств искусственного проветривания карьеров и дать их объективную сравнительную оценку;

- обосновать принципы совершенствования средств и схем общеобменного проветривания карьеров и реализовать их в виде рациональных технических предложений;

- разработать основы проектирования предложенных средств и схем проветривания и дать оценку их эффективности при применении в глубоких карьерах.

Методы исследований. Решение поставленных задач выполнялось на базе комплекса современных методов исследований, включающих критический анализ и научное обобщение специальной литературной и патентной информации, математическое, физическое и компьютерное моделирование, системный подход к оценке воздухообменных процессов в карьерах и к разработке новых средств искусственной вентиляции карьерных пространств при совокупном рассмотрении природно-климатических факторов и горнотехнических условий, технико-экономический анализ.

Научные положения, выносимые на защиту:

- искусственное проветривание глубоких карьеров при отсутствии вскрывающих нижние горизонты подземных горных выработок целесообразно осуществлять трубопроводным способом;

- при трубопроводной вентиляции глубокого карьера оптимальными являются динамические схемы комбинированного проветривания;

- повышение интенсивности выноса пылегазовых загрязнений за пределы карьера при заданной производительности трубопроводных систем, реализующих динамические схемы комбинированного проветривания, достигается попеременным действием всасывающих и нагнетательных средств в очаге загрязнения с частотой чередования до 8+12 раз в сутки и периодическим перераспределением вентиляционных потоков между рабочими зонами;

- рациональным средством искусственного проветривания глубоких карьеров являются полустационарные вентиляционные системы с гибкими аэростатическими трубопроводами.

Научная новизна результатов работы заключается в следующем:

- теоретически обоснована целесообразность трубопроводного способа общеобменной вентиляции глубоких и сверхглубоких карьеров;

- выявлены зависимости, позволяющие оценивать энергетическую эффективность вентиляционных систем при разрушении внутрикарьерных атмосферных инверсий;

- установлены принципы построения рациональных схем трубопроводного общеобменного проветривания карьеров;

- обоснована методология физического моделирования динамических схем трубопроводной вентиляции карьеров;

- установлены рациональные конструктивные признаки и принципы применения карьерных трубопроводных вентиляционных систем (ТВС);

- разработаны теоретические основы проектирования карьерных TBC с гибкими аэростатическими трубопроводами.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов н рекомендаций подтверждаются исходными предпосылками предшествующих работ отечественных и зарубежных специалистов в данной области; технико-экономическими показателями эксплуатации современных глубоких и сверхглубоких карьеров; корректностью постановки задач исследования; использованием методов математического, физического и компьютерного моделирования и сопоставительным анализом расчетных и опытных данных; представительным объемом разработанных конструктивных элементов предложенных вентиляционных систем и схем их применения в карьерах; положительными результатами технико-экономического анализа.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Выполненные исследования стали научной базой для методических указаний и методик, позволяющих устанавливать условия целесообразного применения средств общеобменного проветривания внутрикарьерных пространств, определять технические параметры и продолжительность работы TBC, необходимые для преобразования инверсионного состояния атмосферы карьера в адиабатическое, разрабатывать схемы и средства трубопроводной вентиляции глубоких карьеров, моделировать динамические схемы трубопроводного проветривания в лабораторных условиях, а также проектировать предложенные вентиляционные системы с применением ЭВМ. Ряд технических решений, обоснованных в диссертации, защищен патентами РФ. Результаты работы используются в Сибирском федеральном университете (СФУ) при курсовом и дипломном проектировании, в курсах лекций и на практических занятиях. Предложенные в диссертационной работе методы нормализации внутрикарьерной атмосферы приняты к использованию при разработке планов перспективного развития Мазульского известнякового рудника ОАО "Ачинский глиноземный комбинат", карьера "Восточный" ОАО "Полюс Золото" и карьеров Горевского и Озерного ГОК.

Обсуждение работы. Основные теоретические положения, результаты экспериментальных исследований и конкретные разработки докладывались на симпозиуме "Неделя горняка" (Москва, 1998 г.), на Международной конференции по открытым и подземным горным работам (Москва, 1998 г.), на двух Всероссийских научно-практических конференциях с международным участием "Достижения науки и техники - развитию сибирских регионов" (Красноярск, 1999, 2000 г.г.), на пяти Всероссийских конференциях "Перспективные материалы, технологии, конструкции, экономика" (Красноярск, 2000-2004 г.г.), на Международной научно-практической конференции "Актуальные проблемы разработки кимберлитовых месторождений: современное состояние и перспективы решения" (Мирный, 2001 г.), на двух межвузовских научно-практических конференциях "Инновационные процессы в современном образовании России как важнейшая предпосылка социально-экономического развития общества" (Красноярск - Ачинск, 2006-2007 г.г.), на научных семинарах кафедры "Горные

машины и комплексы" СФУ (Красноярск, 2004-2011 г.г.) и на техническом совещании в ОАО "Ачинский глиноземный комбинат" (Ачинск, 2004 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 45 работ, в том числе две монографии, 11 статей в журналах, аннотированных ВАК, и 10 патентов на изобретения.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка использованной литературы, содержащего 227 наименований. Работа изложена на 211 страницах с 30 таблицами и 107 рисунками.

Введение содержит обоснование актуальности работы, основные защищаемые положения диссертации.

В первой главе дана общая характеристика проблемы защиты воздуха в глубоких и сверхглубоких карьерах.

Во второй главе выполнен сравнительный анализ известных технических предложений по искусственному проветриванию карьеров.

В третьей главе изложены результаты теоретических и экспериментальных исследований по обоснованию рациональных схем трубопроводной вентиляции глубоких карьеров.

В четвертой главе приведены результаты разработки средств реализации динамических схем трубопроводной вентиляции карьеров и теоретические основы проектирования вентиляционных систем с гибкими аэростатическими трубопроводами.

В пятой главе дана оценка конструктивных параметров, эксплуатационных и технико-экономических показателей разработанных средств проветривания.

В заключении обобщены основные результаты, полученные в диссертационной работе.

Автор выражает искреннюю благодарность докт. техн. наук В.Д. Бут-кину и канд. техн. наук Ф.И. Борисову за помощь в выполнении настоящей работы.

Содержание работы

На современных предприятиях, разрабатывающих месторождения полезных ископаемых открытым способом, периодически складываются ситуации, когда действие природных сил не обеспечивает санитарно-гигиенические нормы в воздухе рабочих зон. Причиной тому, в первую очередь, являются массовые взрывы и другие окислительные процессы, гигантские объемы вредных выделений от работающего оборудования, обнаженных слоев горных пород и дренируемых вод, значительная глубина выработанного пространства при весьма неблагоприятном соотношении глубины к его размерам в плане и суровый климат с часто повторяющимися атмосферными инверсиями, снижающими интенсивность воздухообмена.

Практика эксплуатации глубоких и сверхглубоких карьеров показывает, что нарушения состава воздуха в нижних зонах рециркуляции, аккумули-

рующих большое количество вредных веществ, имеют хронический характер. Обычно это создает трудно преодолимые препятствия для безопасного и бесперебойного ведения горных работ. Ситуация осложняется концентрацией источников загрязнения на малых площадях и, как следствие, отсутствием широких возможностей в перераспределении пылегазовой нагрузки между рабочими зонами.

Существующая общепринятая концепция управления пылегазовым режимом карьеров основана на обеспечении приоритета охраны окружающей природной среды над производственными интересами карьера и на внедрении экологически менее вредных технологий как главного метода регулирования пылегазовых выбросов в выработанное пространство и за его пределы.

Вместе с тем, согласно требованиям "Единых правил безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом" (ПБ 03-498-02), при обнаружении на рабочих местах вредных газов в концентрациях, превышающих допустимые величины, горные работы должны быть приостановлены, а персонал выведен из опасных зон (§ 522). Этими иге правилами безопасности предусматривается необходимость искусственной вентиляции плохо проветриваемых и застойных зон объекта открытых горных работ (§ 512).

Вопрос о целесообразности искусственного проветривания карьеров при принятой концепции управления пылегазовым режимом вызвал продолжительную дискуссию. С одной стороны отмечался положительный опыт применения средств общеобменной вентиляции и всесезонного пылегазопо-давления на ряде отечественных карьеров. С другой стороны предполагалось, что санитарно-гигиенические параметры атмосферы карьера не имеют принципиального значения до тех пор, пока соблюдаются предельно допустимые выбросы вредных веществ во внешнюю атмосферу, и приводились аргументы, доказывающие экономическую несостоятельность искусственного проветривания объектов открытых горных работ объемом в сотни и тысячи миллионов кубических метров.

В настоящее время на карьерах принято выполнять комплекс технологических, технических и организационных мероприятий, направленных на обеспечение защиты экипажей горных машин от воздействия ядовитых газов и пыли и улучшение состава воздуха непосредственно в рабочих зонах, без использования методов вентиляции карьерных пространств. В этом отношении характерен пример алмазодобывающего карьера "Удачный" (проектная глубина 610 м; размеры выработанного пространства в плане: длина - 2000 м, ширина - 1600 м), горные работы на котором велись более 40 лет (1971-2012 г.г.). Начиная с 1988 года в карьере начались простои технологического оборудования по причине загазованности рабочих мест, а в первой половине 1990-х годов при глубине карьера свыше 300-^-350 м вынужденные простои превысили 2000 часов в год. На предприятии был внедрен аппаратно-программный контроль за состоянием воздуха в рабочих зонах,

усовершенствован комплекс выполняемых мер по пылегазоподавлению, технологический автотранспорт снабжен каталитическими нейтрализаторами выхлопных газов, а кабины операторов горного оборудования оснащены кондиционерами, системами пылегазоочистки и индивидуальными средствами дыхания. Учитывая степень риска рабочих, тарифы оплаты труда в загазованной атмосфере увеличили в 2-Ы раза. В итоге простои карьера сократились до 1200^-1900 часов в год, что не позволило отказаться от использования технологий, связанных с созданием промежуточных рудных и породных складов большого объема и резервированием дополнительного горнодобывающего оборудования и персонала.

Очевидно, что принятая на карьере стратегия управления пылегазовым режимом не достигла в полной мере своих целей и не может быть признана экономически успешной. Причины отсутствия ожидаемого эффекта заключаются в следующем:

- значительная часть известных методов уменьшения пылегазовыделений в атмосферу карьера или их перераспределения во времени становится малопродуктивной в стесненных и изолированных от внешней среды пространствах;

- работа в загазованной и запыленной атмосфере оказывает тяжелое психологическое воздействие на человека, осознающего или предполагающего недостаточную надежность индивидуальных защитных средств, стимулирует рост профессиональных заболеваний персонала, сокращает ресурс карьерных машин и механизмов и неизбежно наносит серьезный экологический ущерб в результате залповых высококонцентрированных пылегазовых выбросов из чаши карьера в периоды прекращения штилей и инверсий;

- эффективность работы противогазовых фильтров заметно снижается при многократном превышении ПДК ядовитых газов в очищаемом воздухе;

- гидравлическое подавление пылевых выделений, не обеспеченное их удалением из карьера, способствует образованию (в результате техногенного переизмельчения осевших фракций) и накоплению наиболее вредных для человека мелкодисперсных фракций пыли, легко переходящих во взвешенное состояние;

- производительная работа персонала в условиях запыленной и загазованной атмосферы не всегда возможна даже при наличии эффективных индивидуальных защитных средств, что в основном связано с плохой видимостью в карьере, особенно если учесть подверженность загрязненной атмосферы радиационному тумано- и смогообразованию.

Атмосфера глубокого карьера в периоды штилей и температурных инверсий имеет весьма высокую устойчивость и слабо взаимодействует с внешней средой. Нельзя игнорировать тот факт, что любая замкнутая система, имеющая мощные источники загрязнения, не способна долгое время сохранять свои функциональные характеристики за счет внутренних защитных ресурсов. В связи с этим представляется логичным, что предусмотренная для глубоких и сверхглубоких карьеров концепция защитных мероприятий

должна быть ориентирована не только на снабжение персонала воздухом нормативного состава и поддержание пылегазовой нагрузки на окружающую природную среду в пределах установленных норм, но и на улучшение общих санитарно-гигиенических параметров внутрикарьерной атмосферы до обоснованных значений методами искусственного проветривания.

Общеобменное проветривание глубокого карьера с рекомендованной для промышленных сооружений кратностью 4+12 ч"1 требует очень больших затрат. Однако такие значения кратности искусственного замещения воздушного объема для карьерных пространств не имеют четкого обоснования и существенную часть года являются неоправданными, что объясняется особыми свойствами внутрикарьерной атмосферы, которая под действием естественных факторов периодически переходит из устойчивого, замкнутого состояния в незамкнутое, а при устойчивом состоянии характеризуется весьма неравномерным распределением загрязнений.

При данных обстоятельствах процессы искусственного воздухообмена должны иметь адресный характер и быть направленными на замещение воздуха непосредственно в рабочих зонах карьера. Воздействие средств проветривания на выработанное пространство карьера может быть распределено во времени по отдельным участкам. В результате периодического оздоровления атмосферы технологических зон показатели загрязненности воздуха на рабочих местах, снабженных коллективными и индивидуальными средствами защиты, будут удерживаться на безопасном уровне в течение большего промежутка времени. Суммарный эффект от общеобменного проветривания обеспечивают и другие возможные положительные результаты, такие как снижение концентрации пыли и ядовитых газов в неконтролируемых выбросах из карьерных пространств, повышение прозрачности внутрикарьерной воздушной среды, уменьшение отрицательной нагрузки на карьерные машины и обслуживающий персонал и т.п.

Таким образом, одним из важных условий безопасной эксплуатации карьеров глубиной более 150+300 м, имеющих относительно небольшие размеры в плане (позволяющие отнести эти карьеры к категории глубоких или сверхглубоких) и, соответственно, значительный удельный объем рециркуляционной зоны, являются воздухоохранные мероприятия, включающие искусственное проветривание. При этом, требуемую интенсивность искусственного воздухообмена внутрикарьерной атмосферы с внешней средой следует регламентировать с учетом показателей применения всей совокупности инженерных средств защиты воздуха в карьере, включая пылегазоподавление, нейтрализацию отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, кондиционирование и очистку воздуха в кабинах рабочего оборудования, индивидуальные средства дыхания.

При рассмотрении вопроса о целесообразности применения известных способов и средств проветривания глубоких карьеров был выполнен обзор технических предложений, посвященных данной проблеме. Критическая оценка этих предложений позволила установить, что методы интенсифика-

ции естественного проветривания дают хороший результат при управлении пылегазовым режимом мелких и средних карьеров в ветреную погоду. На нижних горизонтах глубоких карьеров действие возмущающих атмосферу природных сил незначительно и для интенсификации естественного проветривания требуются большие материальные затраты с негарантированным эффектом. Для таких карьеров более продуктивными являются методы искусственной вентиляции, которые принято осуществлять в беструбном режиме или по воздухопроводным каналам с помощью механических или тепловых нагнетательных установок.

С 1950-х годов магистральное направление научного поиска эффективных средств вентиляции карьеров связывалось с использованием беструбного способа проветривания с помощью турбулентных свободных затопленных струй, создаваемых тепловыми, механическими или комбинированными побудителями (промышленными вентиляторами, авиационными двигателями, теплотронами и др.). Физической основой струйной вентиляции карьеров послужил известный факт, что упорядоченное движение свободных струй, возбуждаемое при тепловом или механическом воздействии, за счет эжекции и рассеивания импульса способно привести в движение громадные массы воздуха при сравнительно малой мощности источника этого импульса.

При анализе показателей применения беструбных вентиляционных систем (БВС) в карьерах наиболее высокие экспертные оценки получили карьерные БВС на базе самолетных и вертолетных винтов (УМП-1, АИ-20КВ, НК-12КВ, УМП-14, УМП-21, АВК-35 и др.), энергетические и аэродинамические характеристики которых находятся на уровне современных осевых вентиляторов, а масса и габариты позволяют создавать компактные передвижные (в том числе и самоходные) агрегаты.

Вентиляторы с авиационными винтами использовались на многих карьерах нашей страны. Результаты применения этих машин в целях местного проветривания и пылегазоподавления в основном признаются удовлетворительными. Вместе с тем, попытки организовать с помощью БВС эффективную общеобменную вентиляцию глубоких карьеров при устойчивом состоянии атмосферы оказались неудачными. Так, например, опытно-промышленная эксплуатация трех сверхмощных струйных вентиляторов НК-12КВ-1М на карьере "Мурунтау" в 1990 году ни на шаг не приблизила к решению обозначенной проблемы - в том году простои карьера из-за загазованности и запыленности атмосферы составили 3500 часов.

Как известно, общеобменная или местная вентиляция может быть эффективной только тогда, когда размеры области воздухообмена несопоставимо больше самого объекта проветривания, а места забора чистого воздуха и сброса загрязненного удалены друг от друга на достаточное расстояние. Важнейшей особенностью аэродинамических процессов, вызванных работой БВС, является наличие двух взаимосвязанных зон движения воздуха: воздух движется от вентилятора и к вентилятору. Действие объемных сил в указан-

ных зонах предопределяет образование в атмосфере карьера рециркуляционной ячейки, на границах которой происходит воздухообмен с окружающей средой. В тех случаях, когда эта ячейка полностью находится в пределах карьерного пространства, вентилятор осуществляет многократное перемешивание воздуха внутри карьера. Расширение рециркуляционной ячейки и вынос загрязнений за границы выработанного пространства достигаются увеличением дальнобойности вентилятора, что требует дополнительных энергетических затрат, причем на эффективность этих затрат сильно влияет температурная стратификация атмосферы.

На протяжении многих лет считалось, что общеобменное проветривание глубокого карьера при температурной инверсии может быть обеспечено последовательной работой нескольких мощных БВС (каскадная схема вентиляции). Многочисленные технические предложения в этой области обосновывались возможностью организовать взаимодействие между рециркуляционными ячейками вентиляционных установок каскада с выносом загрязнений по "воздушному коридору". Численный анализ каскадных схем проветривания, выполненный учеными Кольского научного центра РАН, позволил установить, что для активного выноса загрязненного воздуха из карьера глубиной 450 м и при инверсии у = - 0,03 К/м понадобятся 7 вентиляторных установок суммарной мощностью 340 тыс. кВт. Такие большие затраты энергии на нужды вентиляции обесценивают технико-экономические преимущества открытого способа разработки недр. Следует особо отметить, что и при этих затратах не всегда удается организовать качественный воздухообмен с внешней средой. При продолжительном безветрии, когда в атмосфере длительное время отсутствуют сдвиговые и вихревые течения, обеспечивающие снос поднимаемых загрязнений в сторону от карьера, область воздухообмена стабилизируется над выработанным пространством и начинает аккумулировать загрязняющие вещества. Вызванная работой БВС рециркуляция воздушных масс в данных условиях не может дать положительного эффекта из-за ограниченных размеров зоны разбавления вредностей.

Выявленные недостатки БВС при их использовании в глубоких карьерах послужили основанием обратить внимание на известные способы вентиляции по воздухопроводным каналам, и в первую очередь, на трубопроводный способ, так как проветривание карьера через подземные горные выработки возможно лишь в ограниченных случаях. При перекачивании свежего или загрязненного воздуха по трубам область воздухообмена глубокого карьера с окружающей средой может быть расширена простыми техническими средствами и удалена от карьерного пространства на расстояние в несколько сотен и тысяч метров. Рециркуляция воздушных масс внутри карьера, когда удаляемые вредности повторно возвращаются в проветриваемый объем, при использовании трубопроводных вентиляционных систем (TBC) сводится к минимуму. Наиболее радикально проблема рециркуляции пыли и ядовитых газов решается применением всасывающего способа проветривания, который позволяет

локализовывать загрязненные объемы воздуха. Разбавление остаточных концентраций вредных выделений может быть обеспечено оперативным переходом с всасывающего проветривания на нагнетательное.

В 1970-х годах учеными Ленинградского горного института были установлены следующие критерии сравнения карьерных вентиляционных систем (в порядке значимости): степень полезного использования энергии вентиляционного устройства в пределах карьерного пространства; энергетическая эффективность на выходе устройства; мобильность устройства и его струи; показатель загрязнения окружающей среды; шумовой показатель; стоимость эксплуатации, отнесенная к производительности вентиляционного устройства; степень оперативности при подготовке устройства к работе; стоимость изготовления устройства, отнесенная к его производительности; степень универсальности для различных карьерных пространств и климатических зон; степень разработанности (проект, рабочие чертежи, опытный агрегат, серийное производство); степень загромождения рабочего пространства; управляемость процессом и автоматизация. По четырем из пяти наиболее значимым критерием эффективности TBC успешно конкурируют с БВС:

- высокая степень полезного использования энергии в TBC обеспечивается применением современных рудничных вентиляторов и гарантированной подачей заданных объемов воздуха по трубам независимо от метеорологической ситуации и глубины карьера;

- мобильность TBC достигается за счет применения труб из современных легких и прочных материалов, причем схему проветривания карьера можно оперативно изменять не только передвижением TBC, но и путем реверсирования потока в воздухопроводном канале;

- всасывающие TBC в комплексе с системами пылегазоочистки откачиваемого воздуха оказывают минимальное отрицательное воздействие на окружающую природную среду;

- шумовое воздействие TBC на персонал карьера может быть снижено до минимума при размещении воздуходувных машин вдали от рабочих зон (за пределами выработанного пространства).

Лишь по одному из важнейших критериев сравнения вентиляционных систем, а именно по критерию энергетической эффективности (производительность, отнесенная к затрачиваемой мощности), TBC заметно уступают БВС. Это во многом и определяло более низкую оценку трубопроводного способа вентиляции карьеров. Однако, как было показано выше, создаваемые БВС мощные струи имеют существенные физические ограничения и не обеспечивают вынос загрязнений с глубоких горизонтов при устойчивом состоянии атмосферы, что обесценивает результаты сравнения эффективности вентиляционных систем по данному критерию. Так как результатом работы БВС в указанных условиях является перемешивание воздуха в карьерном пространстве, способствующее снижению дефицита тепловой энергии на нижних горизонтах, целесообразно оценить эффективность энергетических за-

трат сравниваемых вентиляционных систем (рис. 1) в целях разрушения устойчивого состояния внутрикарьерной атмосферы и восстановления естественного воздухообмена.

Для такой оценки был использован показатель эффективности энергетического воздействия вентиляционных систем на атмосферу карьера

N

К = — (1)

N ' У '

где Ые - мощность механического и теплового воздействия вентиляционной системы на атмосферу карьера, Вт; N - мощность, потребляемая приводом вентиляционной системы, Вт.

я б \(/

ч

Рис. 1. Беструбная (в) и трубопроводная (б) вентиляционные системы

У БВС, схематично показанной на рис. 1, а, вся потребляемая мощность N преобразуется в механическую (кинетическую) энергию воздушной струи NMex = Pd-Q{pd- динамическое давление, развиваемое вентилятором, Па; О - объемный расход воздуха в начальном сечении струи, м3/с) и тепловую энергию Nmen={\ - \\)-N (т| - общий КПД вентилятора с электродвигателем). Поэтому у этой вентиляционной системы К = 1.

Мощность, потребляемая TBC (рис. 1, б), определяется из известного уравнения

H=P-Q АРг+РН+Р*У0 Л л

где р - полное давление, развиваемое вентилятором, Па; рг - гидростатическая составляющая полного давления вентилятора, Па; р„ - полные потери давления в воздуховодной сети, Па.

А = #•£■( Рк-Рт), (3)

где рк и рт - средние плотности двух сообщающихся столбов воздуха одинаковой высоты Н (м), расположенных соответственно в карьерном пространстве и в трубопроводе, кг/м3; g = 9,8 м/с2 - ускорение свободного падения.

Ия D я -D ' W

где X - коэффициент сопротивления трению; Lp - расчетная длина трубопровода, м; D - внутренний диаметр трубопровода, м; л ~ 3,14159 - отношение длины окружности к ее диаметру; A=X-LP/D\ В = 8-рт • 02/(k2-D4).

к -и

После подстановки выражений (3), (4) и (5) в выражение (2), получаем Л7 = (Я^-(рк-Рт) + Л-£ + £)-(2_с Q ti

где C=[tf-я-(рк-рт) + (Л + 1)-B]/r\.

Мощность воздействия TBC на атмосферу карьера

Ne = NMex+Nm

.воз Nm-mp + Nm .вен ? (7)

где N„ex - механическая мощность воздушной струи на выходе из TBC, Вт; NmMn - тепловая мощность воздушной струи, Вт; Nm.mp - тепловая мощность потерь энергии в трубопроводе, Вт; Nm.em - тепловая мощность потерь энергии в вентиляторном агрегате, Вт.

Нмех =Рд ■ Q = B -Q. (8)

Nm.eo, = су pr-AT-О, (9)

где ср - удельная изобарная теплоемкость воздуха, Дж/(кг-К); А7' = 1) - Т-

2 ■

разность температур атмосферного воздуха в точках входа и выхода из трубопроводной сети, К.

Nm.mp =р„ -Q=A-B-Q. (10)

A^„=(l-ri)-jV=(l-Ti)-C-e. (И)

Подставляя формулы (8), (9), (10) и (11) в формулу (7), получаем

JVe = [ с^ • рт • ДГ + (Л + 1) • В + (1 - г|) ■ С ] • Q. (12)

Наконец, подставляя выражения (6) и (12) в выражение (1), получаем

Я = I--J.-1--—• (13)

Уравнение (13) позволило оценить показатель эффективности энергетического воздействия К для различных условий применения нагнетательных TBC (рис. 2) при стандартном состоянии атмосферного воздуха, имеющего температуру Г; = 293,15 К, давление pi = 101325 Па, плотность pi = 1,204 кг/м3, кинематическую вязкость v

= 15-Ю"6 м2/с и удельную изобарную теплоемкость ср = 1005 Дж/(кг-К). Дополнительно использовались следующие расчетные выражения: ¿, = 1,1 - Я/sin 45°; Я = 0,11 • (KJD + 68/Re)0,25; Т2=Т, + у- Я; P2=Pr (т, /Т2Г 2ПЪЛТ); Р2 = P2/(R-T2y, Рт =Рь Рк = (PI + р2)/2, где Кэ = 0,001-0 -эквивалентная шероховатость внутренней поверхности трубопровода, м; Re = 4-<2/(v-ti-D) - число Рейнольдса; Т2 и р2 и рг - соответственно температура (К), статическое давление (Па) и плотность (кг/м3) атмосферного воздуха в точке выхода из вентиляционной сети; у - вертикальный температурный градиент, К/м; R = 287,1 Дж/(кг-К) - газовая постоянная для воздуха.

1 1 \ Я-300м г - -0,05 КЛ

1 / K-HQ1 N-/TQ) / /

2м 1 ,0-2 и V 3 1 t

1 1 / ^

\ / ✓

J / ✓ <*

О 100 200 300 400 500 Q, м'/С

/^600 и

300 и.

у * х-

L 600м 300 м_ ___

У 7 — к-т ■—N-m. D~5 м 0-300 м'/с

/

М

кВт 500

400

300

200

100

О 100 200 300 400 500 60Ö Дм

-0,01 -0,02 -0,03 -0,04 -0,05 у, К/м

Рис. 2. Зависимость показателя эффективности энергетического воздействия К и потребляемой мощности трубопроводной вентиляционной системы от расхода воздуха Q (а), внутреннего диаметра трубопровода D (б), геодезической высоты вентиляционной сети Н (е) и вертикального температурного градиента у (г) при общем КПД вентиляторного агрегата г| = 0,75

Результаты сравнительной оценки показывают, что эффективность энергетического воздействия TBC на атмосферу карьера с инверсионным распределением температур в десятки раз превосходит аналогичный показатель использования БВС (К = 1). Это объясняется тем, что TBC обеспечивают приток значительного количества тепловой энергии в карьерное пространство за счет подачи воздуха, имеющего более высокую температуру по отношению к средневзвешенной температуре воздушного бассейна карьера.

Дополнительно была выполнена оценка временных затрат, требующихся для разрушения атмосферных инверсий в глубоких карьерах с помощью TBC или БВС. Время, необходимое для ликвидации устойчивости внутрикарьер-ной атмосферы, определялось по формуле:

Еп

t =

(т.' Kq, ~ У)

1.-1

N-K„„

(14)

где Е0 - дефицит энергии неустойчивости атмосферы карьера, кВт-ч; уа = 0,01 К/м -адиабатический вертикальный температурный градиент; Кср - усредненный показатель эффективности энергетического воздействия вентиляционной системы на атмосферу карьера при изменении вертикального температурного градиента с инверсионного у до изотермического у„.

При работе TBC, обеспечивающей подачу воздуха с расходом Q = 300 м3/с и КПД "П = 0,75 по магистральному каналу с внутренним диаметром D = 5 м в карьер глубиной Я = 300 м, атмосфера которого характеризуется инверсионным распределением температуры у = - 0,05 К/м и дефицитом энергии неустойчивости Еа = 9,6-Ю3 кВт-ч, показатель эффективности энергетического воздействия вентиляционной системы будет снижаться с Ki = 25 до /Г? = 1 (см. рис. 2, г) по мере разрушения инверсии. Так как характер этого изменения близок к линейному, то с некоторым приближением можно принять Кср = (К1 + /<0)/2 = 13. Мощность, потребляемая TBC, была определена из соответствующего графика на рис. 2: N= 230 кВт.

Время работы TBC, необходимое для разрушения устойчивого состояния атмосферы карьера с восстановлением естественных воздухообменных процессов, составило

9'6-1°3 -(0,01-13 + 0,05) 0,01 + 0,05 _^ = 96ч

230-13

Для получения аналогичных результатов при применении БВС понадобился бы агрегат мощностью N = Еа/1 = 9,6-103/9,6 = 1000 кВт, что в 4,3 раза больше мощности силовой установки TBC.

Выполненная оценка известных технических предложений позволила сделать вывод о том, что искусственное проветривание глубоких карьеров при отсутствии вскрывающих нижние горизонты подземных горных выработок целесообразно осуществлять трубопроводным способом. Использование воздухопроводных каналов, в отличие от вентиляции свободными струями, исключает рециркуляционный режим обмена внутрикарьерной атмосферы с внешней средой в безветренную погоду, дает возможность подавать свежий воздух с поверхности непосредственно к рабочим местам независимо от дальности его доставки и погодных условий, позволяет локализировать загрязненные зоны и очищать организованные вентиляционные выбросы, а при инверсионном состоянии атмосферы карьера энергетическое воздействие TBC на проветриваемый объем многократно превышает количество потребляемой в целях вентиляции энергии. Карьерные БВС на базе авиационных винтов могут использоваться в качестве нагнетательных машин, присоединяемых к трубопроводной сети, или для наддува загрязненного воздуха в область всаса трубопроводов.

Последующее обоснование рациональных схем трубопроводной вентиляции, под которыми подразумевается порядок размещения и действия вентиляционных средств на проветриваемый объем, осуществлялось с учетом особенностей газодинамических процессов при разбавлении, удалении и перемешивании вредностей, а также горно-геологических, горнотехнических, климатических и метеорологических факторов, сопутствующих воздухообмену в карьере.

При сравнении известных схем трубопроводной вентиляции карьеров было отмечено, что при применении всасывающих схем исключается процесс подачи свежего воздуха непосредственно в рабочие зоны, а при нагнетательных схемах для нормализации проветриваемого объема требуется весьма высокая производительность вентиляционных средств. Например, для разбавления до безопасной концентрации Сз = 2 мг/м3 витающей пыли, поступающей в проветриваемый объем с интенсивностью Z = 50000 мг/с, требуется подача свежего воздуха с расходом О = 2/{Сз - С0) = 50000 / (2 - 0,1) = 26316 м3/с (где С0 = 0,1 мг/м - концентрация пыли в приточном воздухе).

Наиболее оптимальный баланс между процессами разбавления, удаления и перемешивания может быть установлен при комбинированных схемах проветривания, когда TBC, расположенные в очагах загрязнения, работают во всасывающем режиме, уменьшая интенсивность поступления вредных веществ в атмосферу карьера, а TBC, размещенные вне очагов, используются в качестве нагнетательных средств, нормализующих состав воздуха в зоне активного действия исходящей струи и, попутно, прогревающих карьерное пространство.

Рассмотрим одну из возможных схем комбинированного трубопроводного проветривания, при которой текущий расход вытяжных и приточных вентиляционных потоков одинаков (уравновешен). При уравновешенном комбинированном проветривании компактных зон скопления пыли с концентрацией 50+200 мг/м3 требуемая интенсивность воздухообмена составит ö = Z/ (Су + Сз-С0-Сп) = 50000 / (100 + 2 - ОД - 1,9) = 500 м3/с (здесь Су = 100 мг/м3 - усредненная концентрация пыли в локализируемых объемах воздуха; Сп = 1,9 мг/м3 - концентрация пыли в неорганизованном замещающем притоке воздуха из внешней среды в зону действия всасывающих TBC), т.е. суммарная производительность (2-Q) вентиляционных средств будет в 26,3 раза меньше, чем при рассмотренной выше нагнетательной схеме.

Реализация преимуществ комбинированных схем проветривания становится возможной при высоких значениях Су, обеспечение которых при использовании стационарных TBC потребует решения ряда сложных технических и организационных задач. В условиях, когда источники выделения вредных примесей в большинстве своем мобильны и рассредоточены по всему карьеру, а некоторые из них проявляют себя периодически, необходимо многоточечное проветривание протяженных и удаленных друг от друга рабочих участков и всех транспортных коммуникаций. Многоточечное проветривание карьерного пространства в избирательном для каждого его участка режиме можно обеспечить большим количеством вентиляторов, работающих на индивидуальную стационарную трубопроводную сеть. Однако реализация такого проекта требует огромных затрат и по многим параметрам несовместима с горнодобывающим технологическим комплексом. Дополнительно необходимо отметить, что в ветреную погоду стационарные схемы трубопроводной вентиляции становятся малоуправляемыми. Это связано с отсутствием возможности реверсировать режим работы TBC в соответствии с изменениями местоположения внутрикарьерных пылегазовых скоплений относительно устья воздуховодов из-за следующих ограничений: воздуховоды, размещенные на наветренном борту карьера в зоне выноса загрязненного воздуха вет-

ровым потоком, целесообразно эксплуатировать во всасывающем режиме, а воздуховоды, расположенные на подветренном борту, - в нагнетательном, так как работа в противоположном режиме в обоих случаях может приводить к рециркуляции некоторой части удаляемых вредных веществ.

Перечисленные недостатки стационарных схем являются весомым аргументом в пользу динамических схем проветривания, основанных на использовании передвижных воздуховодов. При реализации этих схем регулируют во времени и перераспределяют в пространстве всасывающие и нагнетательные потоки, а также изменяют продолжительность и последовательность активных воздействий на очаги загрязнения. Такой порядок общеобменной вентиляции позволяет обеспечить интенсивное удаление вредных веществ за пределы карьера или достаточную степень их разбавления в проветриваемом объеме с использованием минимальных технических средств. При периодическом воздействии на тот или иной участок карьера с помощью мобильных вентиляционных средств упрощается решение задачи оптимального размещения TBC для работы в нагнетательном или всасывающем режимах. При этом месторасположение устья воздуховода относительно источника загрязнения может быть оперативно изменено в зависимости от конкретной обстановки, в том числе с учетом силы и направления ветра над карьером.

Для опытного изучения искусственного воздухообмена при динамическом трубопроводном проветривании глубоких карьеров было выполнено физическое моделирование этого процесса. Воздушный бассейн карьера был заменен водным, воздушные потоки всасывания и нагнетания - водяными, а загрязняющие вещества - водными растворами солей натрия или меди. 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.

В качестве натурного объекта моделирования рассматривался карьер объемом = 150 млн. м3, максимальный размер в плане (972 м) которого превышает глубину (294 м) в 3,3 раза. Характерный линейный размер такого карьера

LH=l¡VH= ^1,5-108 = 531,3293 м. (15)

Анализ важнейших показателей процесса проветривания внутрикарьер-ной атмосферы выполнялся по пылевому фактору, связанному с подачей максимальных объемов воздуха. Было принято, что в условиях отсутствия естественного воздухообмена через верхнюю границу выработанного пространства и внутреннем пылевыделении ZH = 30000 мг/с общеобменное проветривание натурного карьера интенсивностью Q„ = 210 м3/с обеспечивается мобильными TBC с индивидуальной производительностью 0ои = 105 м3/с при диаметре отверстия воздухопроводной магистрали DOH = 2,5 м.

Физическая модель карьера представляла собой заполненную водой емкость объемом VM= 0,025 м3. Характерный размер модели карьера

1^=3^ = 3/0,025 = 0,2924 м. (16)

Коэффициент пропорциональности (масштаб моделирования) линейных размеров

Мь=и ЬМ = 5Ъ\,3293/0,2924= 1817. (17)

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 (Яе) и Фруда (Рг), т.е. для обеспечения пропорциональности явлений требуется соблюдение двух условий: Яе,, = Лем; Рг„ = Ргм.

Как правило, добиться одновременного выполнения этих условий очень трудно или даже невозможно. В таких случаях при решении инженерных задач в исследуемом явлении выделяют наиболее значимые силы и обеспечивают физическое подобие их действия в лабораторном процессе. При имитации общеобменной вентиляции карьера на гидравлической модели, когда рассматриваются безнапорные потоки жидкости, целесообразно соблюдать подобие действия сил инерции и тяжести. Поэтому при расчете параметров модели (табл. 1) наиболее удобным для физической интерпретации оказался критерий Фруда. Построение модели при данном критерии подобия основывается на равенстве

отношений следующих параметров реальных и лабораторных процессов:

2 2 и„„ и„„

—=Рг1, = Ргм=7^-' (18)

Он он ом ом

где и0 - средняя скорость потока в начальном сечении трубы, м/с; g - ускорение силы тяжести, м/с2.

Таблица 1

Расчетные параметры модели карьерного вентиляционного комплекса № 1

Параметры Значения

Геометрические размеры емкости, имитирующей глубокий карьер:

- объем, дм3 25

- глубина, мм 162

Внутренний диаметр нагнетательных и вытяжных патрубков, мм 1,4

Высота горизонтальной оси патрубков относительно дна рабочей емкости, мм 3

Расход воды в патрубке, мл/с 0,773

Длина рабочих патрубков (нагнетательных/вытяжных), мм 30/88

Расстояние от очага загрязнения до среза патрубков (нагнегательных/вьпжкных), мм 63/5

Необходимый напор перед входом в нагнетательный патрубок, мм 218

Необходимый подпор на выходе вытяжного патрубка, мм 54

Начальная загрязненность рабочего объема модели, мг/л 2,2

Количество очагов загрязнения, шт. 4

Высота размещения очага загрязнения относительно дна рабочей емкости, мм 3,6

Расход загрязняющего раствора в одном очаге, мл/с 0,025

Суммарный расход загрязняющего раствора, мл/с од

Концентрация сульфата меди (Си504) в загрязняющем растворе, мг/л 22000

Интенсивность поступления Си8С>4 в рабочий объем модели, мг/с 2,2

Необходимый напор перед входом в нагнетательные патрубки и в очагах загрязнения (рис. 3) устанавливался в процессе монтажа, отладки и пробных

испытаний за счет превышения геометрического уровня атмосферного давления в сосудах Мариотта над уровнем поверхности воды в рабочей емкости модели (рис. 4). Подпор на выходе вытяжного патрубка регулировался дросселированием сливной трубки, отводящей загрязненную воду от патрубка, путем введения внутрь нее тонкого длинного стержня.

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 - Нм = 0,162 м. Для этого в стенке модели карьера на высоте Нм от дна было оборудовано сливное отверстие, через которое избыток жидкости направлялся по трубке в емкость приема воды (рис. 4). Ниже сливного (на 30 мм) располагалось приточное отверстие, соединенное трубкой с заполненным свежей водой сосудом Мариотта. Геометрический уровень атмосферного давления в этом сосуде соответствовал заданному уровню поверхности воды в рабочей емкости ЯЛ„ что обеспечивало автоматическое компенсирование удаляемых объемов воды в модели при работе всасывающих патрубков.

12 2 1

II I I

1 [н""-, {„) г 2 (/£";&,.) шг, у 1

Рис. 3. Схема размещения водяных патрубков в рабочей емкости модели: Н1, Н2, НЗ и Н4 - нагнетательные патрубки; В1, В2, ВЗ и В4 - вытяжные патрубки; 01, 02, 03 и 04 - очаги загрязнения

Перед каждым опытом в заполненной свежей водой емкости создавалась фоновая загрязненность Сначм = 2,2 мг/дм3, соответствующая принятой фоновой запыленности натурного глубокого карьера Стчм = 0,22 мг/м3. Для этого в рабочую емкость подавался раствор сульфата меди при заданном расходе £<2^ = 0,1 мл/с в течение времени 1фппм = 25 с. Полученный раствор тщательно перемешивался и после некоторой паузы, когда движение жидкости в емкости прекращалось, выполнялся очередной опыт.

Экспериментальная модель карьерного вентиляционного комплекса (рис. 4) позволила имитировать воздухообменные процессы при различной суммарной производительности нагнетательных и вытяжных

патрубков и соответствующих расходах жидкости через верхние сливное Ост.и и приточное Опрм отверстия.

Рис. 4. Экспериментальная установка № 1, моделирующая карьерный вентиляционный комплекс; I - рабочая емкость; 2 - емкость приема загрязненной (сливной) жидкости от вытяжных патрубков и верхнего сливного отверстия; 3 - сосуды Мариотта, питающие нагнетательные патрубки Н1, Н2, НЗ и Н4; 4 - сосуд Мариотта с загрязняющей жидкостью; 5 - сосуд Мариотта, питающий верхнее приточное отверстие; б - трубопровод для подвода жидкости к верхнему приточному отверстию; 7 - трубопровод для отвода жидкости от верхнего сливного отверстия; 8 - зажимы вытяжных трубопроводов В1, В2, ВЗ и В4

При заданных значениях У„, Он, 1Н (и соответствующих им Ум, Ом, 2„) основными факторами, влияющими на содержание вредных веществ в про-

ветриваемом пространстве, являются соотношение подач нагнетательных и всасывающих средств (первый фактор), продолжительность и последовательность активных воздействий на очаги загрязнения (второй фактор). Оба фактора контролируемы и управляемы.

Для реализации первого фактора на модели были назначены четыре схемы трубопроводного проветривания: нагнетательная (10 = <2М; = 0; Опрм= 0;

Ос,,, = Ом + т,.<1 всасывающая (1{?Г = 0; ШТ = &,; 0„Р,, = 0« - 26»; Осл.м = 0), комбинированная уравновешенная (= 1.(2""" = ; 0„ри = 0; Оса, = Ш-ш) и комбинированная неуравновешенная (2(2"' = 0,5 • (¿м; 1(7*™ =6»м; О при = 0,5-а, - 1(2,.,,; Оам — 0). Интенсивность водообмена рабочей емкости модели с внешней средой во всех схемах близка к <2Л = 1 ,546 мл/с (расход загрязняющей жидкости 26>г,, составлял около 6% от Ом и определяющего влияния на водообменный баланс не оказывал). Температура воды контролировалась термометром и поддерживалась в пределах 20 ± 0,5° С.

Рабочий процесс экспериментальной установки обеспечивался циклическим воздействием водяных нагнетательных и вытяжных патрубков на очаги загрязнения. Полный модельный цикл воздействия продолжительностью при различных схемах состоял из четырех стадий (что соответствует количеству очагов загрязнения в модели) продолжительностью !стм = /1(Л,/4. Каждая стадия цикла характеризовалась работой определенных патрубков, порядок включения которых приведен в табл. 2.

Таблица 2

Последовательность работы водяных патрубков модели № 1 в течение одного цикла продолжительностью

Водообменные схемы (расходы потоков, формирующих заданный водообмен Qм между емкостью и внешней средой) Патрубки, используемые на различных стадиях цикла в течение времени 1Ст.м= 1ц«/4

1 -я стадия 2-я стадия 3-я стадия 4-я стадия

Нагнетательная (£<2™" = 1,546 мл/с; Н1+Н4 Н2+НЗ Н1+Н4 Н2+НЗ

бел.« = 1,646 мл/с; Юм = 0,1 мл/с)

Всасывающая (£(22" =1,546мл/с; В2+ВЗ В1+В4 В2+ВЗ В1+В4

()„р.м = 1,446 мл/с; 10-,и = 0,1 мл/с)

Комбинированная уравновешенная Н1+Н4+ Н2+НЗ+ Н1+Н4+ Н2+НЗ+

(Х£С = ЩТ = 1,546 мл/с; б«* =0,1 ми'с; +В2+ВЗ +В1+В4 + В2+ВЗ + В1+В4

=0,1 мл/с)

Комбинированная неуравновешенная Н1+В2+ВЗ Н2+ВЗ+В4 НЗ+В1+В4 Н4+В1+В2

(ЩГ = 0,773 мл/Ч ЩГ =1,546 и*;

О „р., = 0,673 мл/с; 10,„ = 0,1 мл/с)

Для определения временных параметров воздействия на очаги загрязнения (цм и 1стм, связанных со вторым фактором моделируемого процесса, использовался критерий гомохронности Струхаля который регламен-

тирует равенство отношений следующих параметров двух подобных нестационарных гидроаэродинамических явлений:

= (19)

м

После преобразования выражения (19) при Ь„ /Ьм -- Мг, и ион /иш= л/м, было получено уравнение для определения продолжительности одного модельного цикла:

= (20) При проведении опытов рассматривались варианты, в которых вентиляционные средства осуществляют 3, 6 и 12 циклов проветривания в течение времени (и. При /„ = 86400 с (полные сутки) продолжительность натурных циклов 1Ц11 составила 28800, 14400 и 7200 с, а продолжительность модельных циклов г1(Л) (рассчитанных по уравнению (20) и округленных до целых, кратных количеству стадий, значений) - 672, 336 и 168 с (соответственно (стм = 168, 84 и 42 с). Временные затраты на водообменные операции при проведении одного опыта = 2016 с (условные сутки для модели), а продолжительность подачи загрязнителя /"„, = + цюнм = 2041 с (за это время в рабочую емкость модели поступало 204,1 мл водного раствора сульфата меди, содержащего 4490 мг СиБОД Количественные параметры процессов, моделирующих искусственный воздухообмен атмосферы карьера с внешней средой, приведены в табл. 3.

Таблица 3

Расчетные объемы водообмена при проведении опыта продолжительностью = 2016 с

Объем свежей воды, поступаю- Объем загрязненной воды, уда-

Моделируемые схемы щей в рабочую емкость, мл ляемой из рабочей емкости, мл

проветривания через через верхнее через через верхнее

при = 0,1 мл/с нагнетательные приточное вытяжные сливное

патрубки отверстие патрубки отверстие

Нагнетательная 3116,7 0 0 3318,3

Всасывающая 0 2915,1 3116,7 0

Комбинированная

уравновешенная 3116,7 0 3116,7 201,6

Комбинированная

неуравновешенная 1558,3 1356,8 3116,7 0

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 I Ослм (см. табл. 3) 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 катионов меди (Си2+) выполнялся на атомно-

абсорбционном спектрофотометре ААгЫувМОО. Результаты опыта признавались достоверными, когда суммарное фактическое количество Си804 (в сливе и в рабочей емкости) отличалось от расчетного (4490 мг) не более чем на 10%.

Полученные экспериментальные данные показали, что общеобменное проветривание глубоких карьеров по нагнетательной схеме не позволяет удалять из выработанного пространства достаточно большое количество загрязняющих веществ (коэффициент выноса Си804 за пределы рабочей емкости кв = 2,8+3,6%). Наиболее эффективное удаление загрязнений наблюдается при всасывающей схеме, которая для рассмотренных условий физической модели обеспечивала коэффициент выноса вредных веществ в пределах 26,8+33,6%. Несколько ниже эти показатели у комбинированной неуравновешенной (кв = 19,5+25,2%) и комбинированной уравновешенной (к„ = 13,1+16,3%) схем. Сравнивая показатели выноса загрязнений при указанных комбинированных схемах, можно сделать вывод о том, что периодическое перераспределение вентиляционных потоков между очагами загрязнения позволяет повысить эффективность воздухообменных процессов (суммарная производительность вентиляционных средств при реализации комбинированной неуравновешенной схемы ниже, чем при уравновешенной, а коэффициент выноса к„ выше).

С целью наглядной интерпретации качественных показателей водооб-менных схем был проведен эксперимент, где загрязняющие вещества имитировались темно-синими чернилами. Эксперимент состоял из трех опытов, выполненных по нагнетательной, всасывающей и комбинированной неуравновешенной схемам. Расходы моделируемых потоков и последовательность работы патрубков назначались прежними (см. табл. 2), но продолжительность опыта была сокращена до 12 мин, в течение которых осуществлялись три цикла водообмена (одна минута на каждую стадию). Относительную интенсивность удаления загрязнений из рабочей емкости при указанных схемах можно визуально оценить по прозрачности сливной жидкости на рис. 5.

Рис. 5. Жидкость, удаленная из рабочей емкости в процессе проведения опытов с чернилами:

1 - при нагнетательной схеме; 2 - при всасывающей схеме; 3 - при комбинированной неуравновешенной схеме

Вместе с тем, опыты с использованием чернил показали, что при всасывающих схемах концентрация загрязняющих веществ у источников их образования (т.е. там, где находятся люди) остается весьма значительной (рис. 6).

Рис. 6. Действие вытяжного патрубка на очаг загрязнения через 10 (а) и 60 с (б) после начала опыта

Улучшение ситуации в очагах загрязнения наблюдается при переходе на нагнетательные схемы, в кратчайшее время нормализующие условия в зоне действия исходящей струи. Этот процесс иллюстрируют выполненные с периодичностью 8 с фотографии на рис. 7.

Рис. 7. Действие нагнетательного патрубка на очаг загрязнения

Поэтому при трубопроводной вентиляции глубокого карьера оптимальными являются динамические схемы комбинированного проветривания, объединяющие достоинства всасывающего и нагнетательного способов вентиляции. Сравнительный анализ фотографий модели, размещенных на рис. 8, показывает, что именно комбинированные схемы обеспечивают относительно комфортные санитарно-гигиенические условия в рабочих зонах при интенсивном сдерживании пылегазовоздушного баланса атмосферы карьера от изменений в сторону вредных составляющих.

Рис. 8. Картина загрязненности рабочей емкости на первой стадии третьего водообменного цикла (00:08:30) при проведении опытов с использованием чернил:

а - при нагнетательной схеме (работают патрубки № и Н4); б - при всасывающей схеме (работают патрубки В2 и ВЗ); в - при комбинированной неуравновешенной схеме (работают патрубки Н1,В2иВЗ)

С целью изучения влияния динамических свойств комбинированных схем трубопроводного проветривания на эффективность удаления загрязняющих веществ из атмосферы карьера была проведена вторая серия опытов на более крупной физической модели вентиляционного комплекса.

В качестве натурного объекта моделирования рассматривался карьер глубиной Н„ = 400 м и объемом V,, = 138 млн. м3. Характерный линейный

размер такого карьера = = ^1,38 -108 = 516,76493 м.

Было принято, что в условиях отсутствия естественного воздухообмена через верхнюю границу выработанного пространства и внутреннем пылевыде-лении 2Н = 10000-^70000 мг/с комбинированное проветривание натурного карьера интенсивностью Он = 440 м3/с обеспечивается тремя мобильными трубопроводными вентиляционными системами с индивидуальной производительностью Оо„ = 220 м3/с при диаметре воздухопроводной магистрали ¡)ш = 3,5 м.

Физическая модель карьера представляла собой заполненную водой емкость объемом 0,06 м3 с линейным размером Ьм =у^" = \/0,06 =0,39149 м. Линейные размеры натурного карьера и модели определили масштаб моделирования Мь=Ьи/Ьм= 516,76493 / 0,39149 = 1320.

Устройство и регулирование экспериментальной установки (рис. 9, 10) осуществлялось по вышеизложенной методике с соблюдением условий геометрического, кинематического и динамического подобия (табл. 4).

Рис. 9. Схема размещения водообменных средств в рабочей емкости модели № 2: Н1, Н2, НЗ и Н4 - нагнетательные патрубки; В1, В2, ВЗ и В4 - вытяжные патрубки; 01, 02, 03 и 04 - очаги загрязнения; ВПО - верхнее приточное отверстие; ВСО - верхнее сливное отверстие, расположенное выше ВПО на 20 мм; ДСО - донное сливное отверстие

Таблица 4

Расчетные параметры модели карьерного вентиляционного комплекса № 2

Параметры Значения

Геометрические размеры емкости, имитирующей глубокий карьер:

- объем, дм3 60

- глубина, мм 303

Внутренний диаметр нагнетательных и вытяжных патрубков, мм 2,65

Высота горизонтальной оси патрубков относительно дна рабочей емкости, мм 4

Расход воды в патрубке, мл/с 3,47

Интенсивность водообмена рабочей емкости с внешней средой, мл/с 6,94

Расстояние от очага загрязнения до среза патрубков (нагнегательных^ытяжных), мм 130/7

Количество очагов загрязнения, шт. 4

Высота размещения очага загрязнения относительно дна рабочей емкости, мм 5

Расход загрязняющего раствора в одном очаге, мл/с 0,1

Суммарный расход загрязняющего раствора, мл/с 0,4

Рис. 10. Экспериментальная установка № 2, 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, НЗ и Н4; 4 - сосуд Мариотта с загрязняющей жидкостью; 5 - сосуд Мариотта, питающий верхнее приточное отверстие; б - трубопровод для подвода жидкости к верхнему приточному отверстию; 7 - трубопровод для отвода жидкости от верхнего сливного отверстия; 8 - зажимы вытяжных трубопроводов В1, В2, ВЗ и В4; 9~ краны нагнетательных трубопроводов Н1, Н2, НЗ и Н4; 10 - кран трубопровода с загрязняющей жидкостью; 11 - регулятор подачи загрязняющей жидкости; 12 - распределитель загрязняющей жидкости; 13 - секундомер; 14 - кондуктометр "Эксперт-002 "

В качестве загрязнителя, имитирующего пылевую аэрозоль, использовался водный раствор хлорида натрия (ЫаС1). Принятая интенсивность 1М достигалась при заданном расходе загрязняющего раствора ЕО,Л, с концентрацией №С1 Сж = 1м!ЪОш (табл. 5).

Таблица 5

Расчетная концентрация ЫаС1 в загрязняющей жидкости, поступающей в рабочий объем модели с расходом £<2Ш = 0,4 мл/с

Интенсивность поступления загрязняющих веществ в атмосферу натурного карьера мг/с Интенсивность поступления NaCl в рабочий объем модели ZM, мг/с Концентрация NaCl в загрязняющей жидкости Сш, мг/дм3

10000 0,158 395

30000 0,473 1183

50000 0,789 1973

70000 1,104 2760

Температура воды и растворов контролировалась кондуктометром "СОМ-ЮО" и термометром и поддерживалась в пределах 20±0,5° С. Концентрация ИаС1 в рабочей и сливной емкостях регистрировалась с помощью кондуктометров "Эксперт-002" и "СОМ-ЮО".

Перед каждым опытом рабочая емкость модели и сосуды Мариотта 3 и 5 (см. рис. 10) заполнялись подогретой до 20° С и подсоленной водопроводной водой. Водяной объем модели и приточная вода считались условно свободными от солевых примесей, если их содержание составляло 94,5+96,5 мг/дм3. При обработке экспериментальных данных эти исходные примеси исключали из итогового баланса загрязняющих веществ.

При проведении опытов рассматривались комбинированные неуравновешенные схемы, в которых вентиляционные средства осуществляют 0,25 (стационарная схема), 3, 6, 12 и 24 цикла проветривания в течение времени /„. При („ = 86400 с (полные сутки) продолжительность натурных циклов /,,„ составила 345600, 28800, 14400, 7200 и 3600 с, а продолжительность модельных циклов (щ, (рассчитанных по уравнению (20) и округленных до целых, кратных количеству стадий, значений) - 9600, 800, 400, 200 и 100 с (соответственно ¡„„м = 2400, 200, 100, 50 и 25 с). Последовательность работы нагнетательных и вытяжных патрубков модели в течение одного цикла приведена в табл. 6. При исследовании стационарной схемы проветривания {пт = 0,25) во-дообменный процесс обеспечивался патрубками Н1, В2 и ВЗ.

Таблица 6

Последовательность работы водяных патрубков модели № 2 в течение одного цикла продолжительностью

Схема водообмена (расходы потоков, формирующих заданный водообмен (¿ы рабочей емкости с внешней среяой) Патрубки, используемые на различных стадиях цикла в течение времени (0„..„== (ч.„/4

1-я стадия 2-я стадия 3-я стадия 4-я стадия

Комбинированная неуравновешенная (ЩГ =3,47 мл/с; =6,94 мл/с; Опри = 3,07 мл/с; = 0,4 мл/с) Н1+В2+ВЗ Н2+ВЗ+В4 Ш+В1+В4 Н4+В1+В2

Расчетный объем загрязненной воды, удаляемой из рабочей емкости через вытяжные патрубки за время /„ = 2400 с (условные сутки для модели), составил 16,656 дм3, что соответствует сумме расчетных объемов свежей воды, поступавшей в рабочую емкость через нагнетательные патрубки (8,328 дм ) и верхнее приточное отверстие (7,368 дм3), и водного раствора ЫаС1, подаваемого через форсунки в очагах загрязнения (0,96 дм3).

При анализе проб жидкости, взятых из рабочей и сливной емкостей после завершения водообменных процессов, оказалось, что коэффициент выноса №С1 из рабочего объема модели возрастает с увеличением суточного количества циклов действия водообменных средств (рис. 11).

кв,% 50

40

30

20

10

0 4 8 12 16 20 пЦм

Рис. 11. Изменение коэффициента выноса к„ NaCl за пределы рабочего объема модели с увеличением суточного количества циклов действия пт водообменных средств на источники подачи NaCl с интенсивностью Z„= 0,158 (/), 0,473 (2), 0,789 (5) и 1,104 мг/с {4)

Вместе с тем, нужно отметить, что большая частота преобразований динамических схем трубопроводного проветривания не всегда является целесообразной - увеличение количества циклов действия пцм водообменных средств с 12 до 24 в рассматриваемой модели вызывало весьма незначительное изменение коэффициента выноса кв.

Изложенная методология экспериментального изучения воздухообмен-ных процессов при трубопроводном проветривании карьеров позволила создать две работоспособные физические модели карьерного вентиляционного комплекса и выполнить на них опыты. Результаты этих опытов показали целесообразность применения динамических схем комбинированного проветривания глубоких карьеров по вентиляционным каналам. При этом было установлено, что повышение интенсивности выноса пылегазовых загрязнений за пределы карьера при заданной производительности трубопроводных систем, реализующих динамические схемы комбинированного проветривания, достигается попеременным действием всасывающих и нагнетательных средств в очаге загрязнения с частотой чередования до 8+12 раз в сутки и периодическим перераспределением вентиляционных потоков между рабочими зонами.

Выполненные теоретические и экспериментальные исследования дали возможность ориентировочно оценить величину целесообразной производительности TBC, реализующих комбинированные схемы проветривания, при стандартной для большого количества современных глубоких карьеров интенсивности пылевыделения Z= 15000+125000 мг/с: интенсивность искусственного воздухообмена в безветренную погоду Q = 200+800 м3/с; суммарная производительность TBC - 300+1200 м3/с.

Для рационального технического обеспечения динамических схем проветривания были проведены изыскания, направленные на разработку надежной и подвижной конструкции вентиляционного трубопровода с диаметром проходного отверстия в несколько метров, позволяющей без сложных подготовительных работ оперативно создавать в карьерном пространстве мобильную воздухопроводную связь между стационарными воздуходувными машинами и загрязненными рабочими зонами. В результате был предложен принцип совмещения традиционных свойств наземных вентиляционных каналов с их аэростатическим качеством. Техническим воплощением этого принципа является запатентованный способ искусственной вентиляции карьеров на основе применения мобильных систем с гибкими трубопроводами легче воздуха.

Подвижная часть трубопроводной сети в указанных вентиляционных системах состоит из отдельных звеньев с внутренним фиксированным цилиндрическим отверстием. Звенья выполнены в виде надувных баллонов, заполненных аэростатным газом с обеспечением плавучести собранного трубопровода в окружающей атмосфере, и герметично соединены между собой с возможностью изгиба трубопровода в местах сочленений звеньев (рис. 12). Одной из наиболее простых схем сочленения является фланцевое соединение через промежуточную гофрированную секцию. При этом фланцы могут быть надувными (рис. 12, а) или выполняться из пористой резины (рис. 12, б), приклеенной или приваренной к торцевым частям аэростатного баллона. Элементы многочисленных болтовых соединений изготовляют из легкого материала, например из прочной пластмассы или алюминия.

й б

Рис. 12. Вентиляционный плавучий трубопровод с надувными (а) и резиновыми (б) фланцами: /- надувное звено трубопровода; 2 - внешняя стенка аэростатного баллона; 3 - внутренняя стенка аэростатного баллона; 4 - аэростатный газ; 5 - проходное отверстие; 6 - фланец надувного звена; 7 - фланец промежуточной гофрированной секции; 8 - болтовое соединение; 9 - аппендикс баллона

Эксплуатационная жесткость звеньев плавучего трубопровода обеспечивается избыточным (манометрическим) давлением р„ в несущем газовом слое 4

(см. рис. 12) за счет постоянного или периодического подключения надувных баллонов к источнику сжатого аэростатного газа.

На постоянной основе заданный перепад давлений р„ может быть поддержан работой следующей системы (рис. 13): емкости со сжатым аэростатным газом 3 - редуктор 4 - гибкие трубчатые рукава 5 - клапаны б. Данная система автоматически реагирует на падение давления в аэростатных баллонах и восстанавливает его. Величину диффузионных потерь через стенки надувных звеньев / контролируют по расходу газа из баллонов высокого давления 3 манометром или расходомером.

Рис. 13. Схема подключения надувных баллонов трубопровода к источнику сжатого аэростатного газа:

1 - надувное звено трубопровода; 2 - аппендикс; 3 - баллон со сжатым аэростатным газом; 4 - редуктор; 5 - гибкий трубчатый рукав; б - клапан (обратный или редукционный); 7 - предохранительный клапан

Компенсирование сил избыточного давления на стенку воздухопроводного канала, особенно при работе TBC во всасывающем режиме, когда статическое давление перемещаемого воздуха становится меньше атмосферного ра, обеспечивается путем перераспределения статических усилий на наружную и внутреннюю стенки надувных баллонов посредством радиальных перегородок, выполненных, например, из прочной перфорированной аэростатной ткани (рис. 14).

Рис. 14. Надувной баллон с перфорированными радиальными перегородками

Необходимо учитывать, что статическое разряжение рв в протяженном всасывающем трубопроводе существенно изменяется по его длине. Поэтому давление р„ в несущем газовом слое отдельных надувных баллонов по мере их удаления от вентилятора следует уменьшать на определенную расчетную величину. Такое ступенчатое изменение можно обеспечить с помощью редукционных клапанов, последовательно устанавливаемых на трубчатом рукаве, соединяющем емкости со сжатым аэростатным газом и аппендиксы надувных звеньев, или размещаемых непосредственно на аппендиксах совместно с предохранительными клапанами (см. рис. 13).

Для использования гибкого плавучего трубопровода по основному назначению один из его концов сочленяют через переходной элемент (протяженность этого элемента, представляющего собой наземный воздухопровод, может быть значительной) со стационарной вентиляторной установкой (рис. 15), а другой конец крепят к поворотному кольцу жесткого патрубка, размещаемого на самоходной пневмоколесной или гусеничной тележке (рис. 16). Вентиляторную установку располагают в удалении от рабочих зон карьера - на верхних горизонтах или на поверхности. Зоны действия мобильных концевых частей ТВС освобождают от воздушных электропередающих линий. При наличии вскрывающих карьер подземных горных выработок возможна реализация схем проветривания, предусматривающих сочленение аэростатических трубопроводов с подземными коммуникациями.

з-

Рис. 15. Карьерные вентиляционные системы с гибкими трубопроводами легче воздуха:

1 - гибкий плавучий трубопровод; 2 - переходной элемент; 3 - стационарная вентиляторная установка, 4 - система пылегазоочистки; 5 - подвижная концевая часть трубопровода; 6 - крепежное поворотное кольцо; 7 - самоходное устройство

При нормальном монтаже и правильной эксплуатации предлагаемое устройство долгое время сохраняет высокую надежность при температурах воздуха от -60 до +60° С. Легкая надувная конструкция аэростатического

трубопровода не создает препятствий ведению открытых горных работ, безопасна для работающих в карьере людей и в случае необходимости быстро выводится на поверхность. Устойчивость плавающей конструкции обеспечивается двумя точками крепления к наземным объектам, избытком аэростатической подъемной силы относительно веса трубопровода, упругостью узлов сочленения звеньев и значительной изолированностью выработанного пространства глубоких карьеров от динамичной внешней среды.

ГТЛ1И

Рис. 16. Концевая часть трубопровода на гусеничном ходу: 1 - жесткий патрубок; 2 - гусеничная ходовая тележка; 3 - крепежное поворотное кольцо; 4 - гибкий плавучий трубопровод; 5 - калорифер; б - канал вывода выхлопных газов двигателя самоходного устройства

Вентиляционная система с гибким аэростатическим воздуховодом за счет высокой мобильности позволяет реализовывать динамические схемы общеобменного проветривания, а при достаточной производительности - целенаправленно и продуктивно управлять состоянием общекарьерной атмосферы. В большинстве случаев целесообразно использовать несколько вентиляторных установок, размещенных с разных сторон выработанного пространства. При штиле на поверхности часть вентиляционных систем должна работать во всасывающем режиме в наиболее загрязненных зонах. Откачиваемый воздух следует очищать от пыли и ядовитых газов, например путем его продувки через водяную завесу, вихревые адсорберы, электрофильтры или другие сооружения и устройства для пылегазоочистки, или транспортировать по трубам в зону, удаленную от карьера на безопасное расстояние. Масштабы применения нагнетательного способа проветривания в устойчивой атмосфере карьера устанавливают, исходя из потребностей отдельных рабочих зон в свежем воздухе и текущего дефицита тепла в нижней части выработанного пространства. В ветреную погоду целесообразно ориентировать вентиляционные потоки по направлению ветра - TBC, расположенные с подветренной стороны карьера, следует эксплуатировать в нагнетательном

режиме, а TBC, размещенные на наветренном борту, - во всасывающем. При такой схеме вентиляции предотвращается рециркуляция удаляемых объемов воздуха и существенно упрощается использование ветровой энергии для увеличения напора в трубопроводной сети. В случае необходимости режим работы TBC может быть изменен и адаптирован к конкретной пылегазовой обстановке независимо от направления ветра.

При применении систем с гибкими аэростатическими воздуховодами в карьерах с технологическим автотранспортом желательно, чтобы движение автомобилей осуществлялось в секторе действия мобильных концевых частей TBC. В определенных условиях целесообразно последовательно-параллельное присоединение нескольких стационарных воздухопроводов к вентиляторному агрегату и их прокладка к рабочим площадкам карьера (рис. 17).

чие гибкие трубопроводы

Основную часть вентиляционных средств следует направлять в нижнюю зону выработанного пространства. Поэтому их наземные коммуникации, соединяющие вентилятор с гибким аэростатическим трубопроводом, могут быть проложены по борту карьера на значительную глубину, что уменьшает стоимость вентиляционного комплекса и затраты на проветривание.

Проектирование карьерных полустационарных вентиляционных систем с гибкими аэростатическими трубопроводами большей частью основано на известных теоретических положениях и нормативных инструкциях, адаптированных к конструктивным особенностям и правилам рационального применения рассматриваемых TBC. Вместе с тем, разработка мобильной аэростатной составляющей вентиляционных систем представляет собой комплекс принципиально новых межотраслевых инженерных задач.

Для обеспечения плавучести гибкого трубопровода в атмосфере карьера необходимо правильно обосновать конструктивные параметры входящих в его состав надувных баллонов с диаметром основания Д, длиной Ь6 и внутренним сквозным цилиндрическим отверстием диаметром Д

При заполнении аэростатной оболочки газом, плотность которого меньше плотности воздуха, все ее элементы находятся под воздействием сил внутреннего и внешнего давления. Направленная вверх равнодействующая сил аэростатического давления в оболочке называется полной аэростатической подъемной силой которую без учета объема материала оболочки, пренебрежимо малого по сравнению с объемом заключенного в ней газа, можно представить выражением

^ =(Рв-Рг)-^-Кб, Н, (21)

или }'л =/• Уб, КГС, (22)

где рв и рг - плотность атмосферного воздуха и газа, наполняющего аэростат, кг/м3; Уб - газовый объем аэростатного баллона, м3;/- удельная подъемная сила аэростатного газа, кгс/м3.

Конструкция надувных трубопроводов становится наиболее компактной при заполнении несущих баллонов водородом или гелием.

Отработанные методы получения водорода (химические, электролизные и др.) позволяют производить его в достаточных количествах с помощью относительно негромоздкого оборудования непосредственно у мест дислокации аэростатических аппаратов. Однако попытки решения проблемы флегма-тизации водородо-воздушных смесей оказались малоэффективны. Поэтому, в целях безопасности, несущий газовый слой аэростатических трубопроводов следует наполнять гелием, добываемым из природного газа на газоперерабатывающих заводах и поставляемым к месту использования в металлических емкостях под высоким давлением.

Заполненные гелием несущие баллоны должны удерживать трубопровод во взвешенном состоянии и иметь резерв плавучести, т.е. полная подъемная сила Ра одного баллона должна быть больше веса О одного звена с соединительными элементами. Так как газовый объем баллона

У6=^-Ьб-фн2-В2), м3, (23)

то с учетом уравнения (22), условие плавучести трубопровода выполняется при следующем соотношении конструктивных параметров его основных элементов:

Д> ^Вг+А-01{/-п-Ь6). (24)

В первом приближении геометрические размеры надувного баллона Д и ¿6 при заданном диаметре проходного отверстия О можно определить с помощью "золотой пропорции" т : 1, где т = ( л/5 +1 )/2. В табл. 7 приведены параметры несущих баллонов при следующем соотношении их размеров:

Д = т -Д м, (25)

Ь6 = т • п ■ Д, м. (26)

Таблица 7

Рациональные размеры несущих баллонов трубопроводных вентиляционных систем

Параметры Диаметр проходного отверстия Д м

2,0 2,5 3,0

Внешний диаметр £>„, м 3,236 4,045 4,854

Длина Ьб, м 16,449 20,562 24,674

Газовмещающий объем Кб, м3 83,608 163,303 282,182

Полная подъемная сила аэростатных оболочек может изменяться под действием метеорологических факторов или в результате диффузионных процессов. Допустимый диапазон этих изменений устанавливают в процессе проектирования с учетом конкретных условий эксплуатации ТВС. Если весовые характеристики материалов, принятых для изготовления составных элементов трубопровода, не позволяют обеспечить условие ^ > С при рекомендуемых размерах баллонов, увеличивают их проектную длину Ьб или (в крайнем случае) внешний диаметр £>„.

Конструкция плавучего вентиляционного трубопровода может быть существенно облегчена при использовании качественных газодержащих тканей с низкой удельной массой. В настоящее время можно рассчитывать на аэростатные ткани с удельной массой 0,07-Ю,42 кг/м2, газопроницаемостью по гелию не более 0,0001+0,003 м3/(м2-сут) и сроком службы от 3 до 10 лет при эксплуатации в температурных режимах от -60 до +60° С.

При предварительной оценке безвозвратных потерь гелия через оболочку несущих баллонов вентиляционного трубопровода следует пользоваться формулой

<2, = Ь-п6 -я- [ьб ■ (Д, + 0)+ 0,5 • (о] - В2)], м3/сут, (27)

где Ь - расчетная газопроницаемость оболочки аэростатного баллона, м3/(м2- сут); щ - количество надувных звеньев в вентиляционном трубопроводе.

Величину избыточного давления ри в несущем газовом слое определяют для условий всасывающего режима работы, когда в проходном отверстии аэростатического трубопровода создается разряжение и его форма обеспечивается перфорированными радиальными перегородками (см. рис. 14).

Стабилизирующее действие радиальных перегородок основано на взаимном компенсировании сил статического давления на поверхности разной площади. Перегородки КМ и Ш (рис. 18), передавая усилие от дуги КЬ к дуге МЫ, уравновешивают силы, возникающие при разряжении р„ во внутреннем канале трубопровода, силами избыточного давления р„ в газодержащем слое:

п-Б . . я-Ц,

--(А+А) =---А» (28)

п п

сек сек

где псек - количество секторов.

Из уравнения (28) следует, что при известном статическом вакууммет-рическом давлении рв в воздухопроводном канале величину минимально не-

обходимого избыточного давления в несущем газовом слое аэростатного баллона можно определить по формуле:

Ре

(29)

Рис. 18. Схема, поясняющая стабилизирующее действие радиальных перегородок

В тех случаях, когда £>„/£> = т, избыточное давление в газовом слое надувных баллонов должно быть не менее

Ри = 1,618 ' р6 . (30)

Оценка веса рассматриваемого фиксирующего приспособления была выполнена для баллона с проходным отверстием диаметром D = 2,5 м (размеры баллона приведены в табл. 7). При удельной массе 0,166 кг/м2 радиальная перегородка с размерами сторон 20,562*0,773 м весит 2,6 кгс, а с учетом перфорации - 1+1,5 кгс. Вес 12-ти перфорированных перегородок составит 7+11% от полной подъемной силы FA баллона при практически неизменном газовмещающем объеме V6.

Аэродинамические нагрузки на внешнюю поверхность аэростатического трубопровода, создающие разрывные, опрокидывающие и тормозящие усилия, прогнозируют исходя из величины максимальной скорости перемещения концевой части TBC и вероятных ветровых воздействий. Для их достоверной оценки потребуются специальные экспериментальные исследования. Важно отметить, что с увеличением глубины карьера отрицательное влияние внешних аэродинамических факторов на нижнюю мобильную часть вентиляционной системы сводится к минимуму, а верхний, наиболее доступный для ветровых потоков участок воздухопроводной сети имеет наземное базирование (см. рис. 17). Следует также принять во внимание достаточно высокую адаптивную способность привязных аэростатических аппаратов к ветровым нагрузкам. Научно-исследовательскими организациями ВМС и армии США успешно испытывались аэростатно-канатные транспортные системы,

обеспечивавшие переброску многотонных грузов с судна на скалистый берег при ветре 15 м/с. Вместе с тем, скорость перемещения крупных привязных аэростатов при выполнении с их помощью транспортных или монтажных операций может достигать 5 м/с. Применительно к карьерным вентиляционным системам такая быстроходность не требуется, но она является возможной. При движении концевой части TBC со скоростью 5 м/с средневзвешенная скорость набегания воздуха на плавучий трубопровод составит 2,5+4 м/с.

Для обеспечения устойчивости самоходной тележки TBC при ветровых нагрузках ее масса должна быть достаточно большой, а в некоторых соединительных секциях аэростатического трубопровода следует предусмотреть предохранительные швы с предельным разрывным усилием, рассчитанным на ветровые воздействия со скоростью 15+20 м/с.

Внешние аэродинамические нагрузки на мобильный воздухопровод в определенной мере можно компенсировать с помощью тросовых или рези-нотросовых растяжек. Закрепленные на карьерных площадках растяжки могут быть использованы для удержания аэростатического трубопровода в вертикальной плоскости, а также для перевода всего трубопровода или его части в наземное положение.

Для апробации изложенной методики проектирования TBC с гибкими аэростатическими трубопроводами была создана трехмерная анимационная модель карьера глубиной 400 м (размеры выработанного пространства в плане: по поверхности - 1450 м, по дну - 400 м) с действующим технологическим оборудованием (буровые станки, экскаваторы, автосамосвалы, системы водоотлива и вентиляции). При создании модели использовались программные модули 3D Studio МАХ 7.

В процессе компьютерного моделирования были отмечены участки для размещения воздушных электропередающих линий внутри карьера, конкретизировано местоположение стационарных элементов вентиляционной установки (вентилятор ВОД-21 и два участка наземного магистрального воздуховода с диаметром проходного отверстия 2,5 м, один из которых соединял вентиляторную станцию с очистными сооружениями и имел протяженность 400 м, а другой, при длине 150 м, был расположен в выработанном пространстве), определены карьерные площадки для наземного базирования аэростатического трубопровода.

При разработке анимационной модели TBC предполагалось, что для свободного доступа мобильной концевой части вентиляционной системы к проветриваемым рабочим зонам необходим аэростатический трубопровод длиной LT = 445 м. В результате суммарная протяженность стационарных и подвижных участков воздухопроводной сети, проложенных внутри и вне карьера, составила 1000 м.

Геометрические параметры модульных элементов аэростатического трубопровода были определены согласно данным табл. 7: внешний диаметр надувного баллона Д, = 4,045 м при длине L6 = 20,562 м и газовме-щающем объеме V6 = 163,303 м3. Количество баллонов в плавучем трубо-

проводе п6 = 20, а количество соединительных секций пс = 21. Длина одной соединительной секции

1С = (¿г - «б • Ьб) / яс = (445 - 20 • 20,562) / 21 = 1,6 м. (31)

При компьютерных испытаниях вентиляционной установки отрабатывались схемы ее перемещения по транспортным бермам и методы маневрирования в призабойных зонах при всасывающем и нагнетательном режимах работы (рис. 19). Кроме этого, были обоснованы целесообразные методы эвакуации мобильной части вентиляционной системы к местам стационарного базирования в верхней части карьера и приемы укладки аэростатического трубопровода на внутрикарьерной площадке (рис. 20).

/ А А " ''// МП*.,» / шШ

•>гй I

**** т**

-~ 'I г I ■> * "

Рис. 19. Всасывающий (а) и нагнетательный (б) режимы работы вентиляционной системы (фрагменты анимационного фильма)

Рис. 20. Укладка аэростатического трубопровода на внутрикарьерной площадке

Для оценки основных рабочих параметров карьерной вентиляционной системы (см. рис. 19) были приняты дополнительные исходные условия, при которых гидростатическая составляющая рг полного давления, развиваемого вентилятором на воздухопроводную сеть, изменялась в пределах 0-200 Па. Графический анализ параметров возможных рабочих режимов вентиляционной системы показал, что максимальная производительность вентилятора ВОД-21 в зоне устойчивой и экономичной эксплуатации достигается при установке лопаток на рабочих колесах под углом 0 = 45°. В этом случае ожидаемая подача воздуха составит ()0 = 103+106 м3/с при давлении р0 = 2680-2630 Па и КПД г\0 = 0,71-0,7.

В качестве привода вентилятора был принят высоковольтный (6000 В) асинхронный электродвигатель с короткозамкнугым ротором 2АДО-500-6000-8У1 мощностью 500 кВт, частотой вращения 742 об/мин, КПД 94,2 % и массой 3890 кг, оснащенный комплексной аппаратурой автоматизации и устройством плавного пуска. Расчетные годовые энергетические затраты на работу вентиляционной системы в течение 2880 ч составили 1,3 млн. кВт-ч.

Объем гелия, требующийся для заполнения несущих оболочек трубопровода K = n6-V6 = 20-163,303 = 3266 м3. (32)

Ожидаемые суточные диффузионные потери гелия через оболочку несущих баллонов были определены по уравнению (27):

- при газопроницаемости оболочки b = 0,0001 м3/(м2- сут):

Q,г =0,0001-20-7Г-[ 20,562-(4,045+ 2,5)+0,5-(4,0452-2,52) ] = 0,88м3/сут;

- при газопроницаемости оболочки Ъ = 0,003 м3/(м2- сут):

Q.г = 0,003 • 8773,482 = 26,32 м3/сут.

Сила внешнего аэродинамического давления Re на плавучий трубопровод рассчитывалась при вероятных, средневзвешенных по длине трубопровода значениях скорости набегания воздушного потока иср. Например, при иср= 2 м/с:

R=Cy . s = 0,35 ■ УН- ■ 1800 = 154 кгс, т)

е ' 2-g 2-9,8 ( J

где Сд = 0,35 - коэффициент сопротивления давления для цилиндрических тел при Re = 5,4-105; S = 1800 м2 - площадь миделевого сечения плавучего трубопровода.

При иср= 5 м/с - Re = 964 кгс.

Расчетное избыточное давление в газодержащем слое аэростатических баллонов ри = 556,3+2157,4 Па (максимальное значение ри относится к ближайшему к вентиляторной станции баллону).

Допустимое изменение полной подъемной силы аэростатического трубопровода было установлено в пределах 3200+3800 кгс. Суммарный вес оболочек несущих баллонов (с учетом веса 12-ти перегородок в каждом баллоне) Go6= 1600+2350 кгс при удельной массе 0,15+0,22 кг/м2. Проектный вес конструкции плавучего трубопровода От = 2200+2800 кгс.

Оценка экономической эффективности мероприятий по трубопроводному проветриванию была проведена на примере карьерного комплекса, включающего четыре вентиляционные системы, аналогичные представленной на рис. 19. Суммарная производительность данных систем - 420 м3/с. Капитальные затраты на создание вентиляционного комплекса - 74,03 млн. руб. (в ценах 2006 года), а годовые эксплуатационные расходы - 43,78 млн. руб. Было установлено, что минимальный предотвращенный ущерб, при котором предлагаемая программа вентиляционных мероприятий окупается в пределах 10 лет с экономическим эффектом, должен ежегодно составлять не менее 72,5 млн. руб. Учиты-

вая реальные затраты горнодобывающих предприятий на содержание простаивающего парка выемочно-транспортного оборудования и на переэкскавацию вскрышных и продуктивных пород в сумме с денежными потерями из-за недо-везенной на склады руды (на карьере "Удачный" эти затраты составляли сотни миллионов рублей в год), можно сделать вывод о том, что динамические схемы трубопроводного проветривания имеют большую область эффективного применения. Выполненные оценки указывают и на то, что рациональным средством искусственного проветривания глубоких карьеров являются полустационарные вентиляционные системы с гибкими аэростатическими трубопроводами, позволяющие создавать мобильные воздухопроводные связи между глубокими горизонтами карьера и поверхностью с высокой надежностью и при экономически оправданном уровне затрат.

Заключение

В диссертации на основании выполненных автором исследований разработаны теоретические положения, совокупность которых можно квалифицировать как научно обоснованные технические и технологические решения по проветриванию глубоких карьеров, внедрение которых вносит значительный вклад в развитие горнодобывающей промышленности страны.

Основные научные и практические результаты, полученные в работе, заключаются в следующем:

1. Одним из важных условий безопасной эксплуатации карьеров глубиной более 150+300 м, имеющих относительно небольшие размеры в плане (позволяющие отнести эти карьеры к категории глубоких или сверхглубоких) и, соответственно, значительный удельный объем рециркуляционной зоны, являются воздухоохранные мероприятия, включающие искусственное проветривание. При этом, требуемую интенсивность искусственного воздухообмена внутрикарьерной атмосферы с внешней средой следует регламентировать с учетом показателей применения всей совокупности инженерных средств защиты воздуха в карьере, включая пылегазоподавление, нейтрализацию отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, кондиционирование и очистку воздуха в кабинах рабочего оборудования, индивидуальные средства дыхания.

2. Струйный способ искусственного проветривания имеет существенные физические ограничения. Для выноса пыли и ядовитых газов с глубоких горизонтов карьера на поверхность свободными струями требуются значительные энергетические затраты, а при продолжительном безветрии, когда в атмосфере длительное время отсутствуют сдвиговые и вихревые течения, обеспечивающие снос поднимаемых загрязнений в сторону от объекта проветривания, общеобменная вентиляция карьера с помощью БВС становится непродуктивной из-за ограниченных размеров зоны разбавления вредностей. В связи с этим, искусственное проветривание глубоких карьеров при отсутствии вскрывающих нижние горизонты подземных горных выработок целесообразно осуществлять трубопроводным способом. Использование воздухопроводных каналов, в отличие от вентиляции свободными струями, исключает рециркуляционный режим обмена внутри-

карьерной атмосферы с внешней средой в безветренную погоду, дает возможность подавать свежий воздух с поверхности непосредственно к рабочим местам независимо от дальности его доставки и погодных условий, позволяет локализировать загрязненные зоны и очищать организованные вентиляционные выбросы, а при инверсионном состоянии атмосферы карьера энергетическое воздействие TBC на проветриваемый объем многократно превышает количество потребляемой в целях вентиляции энергии. Карьерные БВС на базе авиационных винтов могут использоваться в качестве нагнетательных машин, присоединяемых к трубопроводной сети, или для наддува загрязненного воздуха в область всаса трубопроводов.

3. Основными факторами, определяющими целесообразные схемы трубопроводной вентиляции карьера и закономерности их преобразования, являются текущее состояние горных работ, пылегазовая и температурная динамика внут-рикарьерной атмосферы, ветровая и пылегазовая динамика внешней среды.

4. При трубопроводной вентиляции глубокого карьера оптимальными являются динамические схемы комбинированного проветривания. Эти схемы позволяют обеспечить относительно комфортные санитарно-гигиенические условия в рабочих зонах при интенсивном сдерживании пылегазовоздушного баланса атмосферы карьера от изменений в сторону вредных составляющих.

5. Повышение интенсивности выноса пылегазовых загрязнений за пределы карьера при заданной производительности трубопроводных систем, реализующих динамические схемы комбинированного проветривания, достигается попеременным действием всасывающих и нагнетательных средств в очаге загрязнения с частотой чередования до 8+12 раз в сутки и периодическим перераспределением вентиляционных потоков между рабочими зонами.

6. Выполненные теоретические и экспериментальные исследования дали возможность ориентировочно оценить величину целесообразной производительности TBC, реализующих комбинированные схемы проветривания, при стандартной для большого количества современных глубоких карьеров интенсивности пылевыделения.

7. Рациональным средством искусственного проветривания глубоких карьеров являются полустационарные вентиляционные системы с гибкими аэростатическими трубопроводами.

8. Обоснованные в диссертации схемы и средства трубопроводной вентиляции защищены патентами РФ.

9. Представленные методические указания и методики позволяют устанавливать условия целесообразного применения средств общеобменного искусственного проветривания внутрикарьерных пространств, определять технические параметры и продолжительность работы TBC, необходимые для преобразования инверсионного состояния атмосферы карьера в адиабатическое, разрабатывать схемы и средства трубопроводной вентиляции глубоких карьеров, моделировать динамические схемы трубопроводного проветривания в лабораторных условиях, а также проектировать предложенные вентиляционные системы с применением ЭВМ.

10. Разработанная в диссертации технология проветривания позволяет создавать мобильные воздухопроводные связи между глубокими горизонтами

карьера и поверхностью с высокой надежностью и при экономически обоснованном уровне затрат. Использование представленных методов и средств искусственного проветривания глубоких карьеров повышает безопасность труда и обеспечивает значительный экономический эффект за счет сокращения вынужденных простоев производства.

Опубликованные работы по теме диссертации:

1. Буткин В.Д., Морин A.C. Изыскание эффективных аэростатно-канатных систем для технологических комплексов открытых горных работ / В сб.: Вопросы теории открытых горных работ. - М.: МГТУ, 1994. - С. 193-208.

2. Butkin V.D., Gilyov A.V., Morin AS. New Types of Pneumatic and Aerostatic Hoisting Installations for Deep Mines and Open Pits / Int. Proceedings Fourth International Symposium on Mine Mechanisation and Automation. - Brisbane (Queensland, Australia), 1997. Vol. l.-P. 27-32 (B4).

3. Патент № 2099537 E21F 1/00 (РФ). Способ интенсификации воздухообмена в карьере / Морин A.C. -№95119616/03; заявл. 21.11.1995; опубл. 20.12.1997,- Бюл. № 35.

4. Морин A.C., Буткин В.Д., Стовманенко А.Ю. Новые системы проветривания карьеров с использованием аэростатических аппаратов и устройств легче воздуха / В сб. докладов Международной конференции по открытым и подземным горным работам. - М.: ЦНИИОМТП, 1998. - С. 63-65.

5. Морин A.C., Буткин В.Д. Проветривание глубоких карьеров гибкими воздуховодами легче воздуха / В сб.: Перспективные технологии и техника для горно-металлургического комплекса. - Красноярск: ГАЦМиЗ, 1999. Ч. 1. - С. 223-228.

6. Морин A.C., Иванова Т.Г., Касьянова E.H. Новое решение проблемы проветривания глубоких алмазодобывающих карьеров Якутии / В сб. тезисов докладов Всероссийской научно-практической конференции с международным участием: Достижения науки и техники - развитию сибирских регионов. - Красноярск: КГТУ, 1999. Ч. 3. - С. 288-289.

7. Буткин В.Д., Морин A.C., Плютов Ю.А. Новые решения проблемы удаления пылега-зовых выбросов из глубоких карьеров / В сб. тезисов докладов Международной конференции "Москва - Санкт-Петербург": Проблемы безопасности и совершенствования горных работ (Мельниковские чтения). - Пермь: ГИУрОРАН, 1999. - С. 24-26.

8. Патент № 2133341 Е21С 41/26 (РФ). Транспортный комплекс для открытых горных работ / Буткин В.Д., Морин A.C., Кравцов В.В., Демченко И.И. - № 96100893/03; заявл. 11.01.1996; опубл. 20.07.1999. - Бюл. № 20.

9. Буткин В.Д., Морин A.C., Качан В,В. Об использовании аэростатических аппаратов и устройств легче воздуха для проветривания карьеров / Горный информационно-аналитический бюллетень. - 1999. - № 6. - С. 54-56.

10. Морин A.C., Касьянова E.H. Использование геометрических методов при проектировании систем искусственной вентиляции глубоких карьеров / В сб. тезисов докладов Всероссийской научно-практической конференции: Педагогические проблемы и информационные технологии в системе непрерывного образования. - Красноярск: ГАЦМиЗ, 2000. - С. 184-185,

11. Буткин В.Д, Морин A.C., Бартель А.Я., Зимаков Е.А. Надежные комплексы для решения проблемы удаления пылегазовых загрязнений из глубоких карьеров сибирского региона / В сб. тезисов докладов 2-ой Всероссийской научно-практической конференции с международным участием: Достижения науки и техники - развитию сибирских регионов (инновационный и инвестиционный потенциалы). - Красноярск; КГТУ, 2000. Ч. 1.-С. 235-236.

12. Патент № 2148717 E21F 1/00 (РФ). Способ проветривания карьеров / Морин A.C., Буткин В.Д.-№98104351/03; заявл. 16.02.1998; опубл. 10.05.2000. - Бюл. № 13.

13. Морин A.C. Обзор технических предложений по естественному и искусственному проветриванию карьеров / В сб. науч. трудов 6-ой Всероссийской конференции: Перспективные материалы, технологии, конструкции, экономика. - Красноярск: ГАЦМиЗ,

2000. - С. 458-460.

14. Патент № 2150583 E21F 1/04 (РФ). Вентиляционный гибкий трубопровод / Морин A.C., Буткин В.Д., Бартель А.Я., Иванова Т.Г., Касьянова E.H. - № 99103465/03; заявл. 22.02.1999; опубл. 10.06.2000. -Бюл. № 16.

15. Патент № 2164602 E21F 1/00 (РФ). Способ проветривания глубоких карьеров / Морин A.C., Буткин В.Д.-№ 99110111/03; заявл. 12.05.1999; опубл. 27.03.2001. - Бюл. №9.

16. Морин A.C., Буткин В.Д., Зимаков Е.А., Новоселов Р.Г. Вентиляционный комплекс для глубоких карьеров / В сб. науч. трудов 7-ой Всероссийской конференции: Перспективные материалы, технологии, конструкции, экономика. - Красноярск: ГАЦМиЗ,

2001.-С. 419-421.

17. Патент № 2169269 E21F 1/00 (РФ). Вентиляционный комплекс / Морин A.C., Буткин В.Д., Бартель А.Я., Зимаков Е.А., Касьянова E.H. - № 2000100546/03; заявл. 10.01.2000; опубл. 20.06.2001. - Бюл. № 17.

18. Морин A.C., Буткин В.Д. Воздухопроводный комплекс для вентиляции глубоких карьеров / В сб. тезисов докладов Международной научно-практической конференции "Мир-ный-2001": Актуальные проблемы разработки кимберлптовых месторождений: современное состояние и перспективы решения. - Мирный: Якутнипроалмаз, 2001. - С. 61-63.

19. Патент № 2172838 E21F 1/00 (РФ). Устройство для проветривания карьеров / Морин A.C., Буткин В.Д., Бартель А.Я., Касьянова E.H., Зимаков Е.А. - № 2000111293/03; заявл. 06.05.2000; опубл. 27.08.2001. - Бюл. № 24.

20. Патент № 2172839 E21F 1/00 (РФ). Способ искусственной вентиляции глубоких карьеров / Морин АС, Буткин В.Д - № 2000111294/03; заявл. 06.05.2000; опубл. 27.08.2001. -Бюл. № 24.

21. Морин A.C. Обоснование целесообразности применения трубопроводных вентиляционных систем на глубоких карьерах / В сб. науч. трудов 8-ой Всероссийской конференции: Перспективные материалы, технологии, конструкции, экономика. - Красноярск: ГАЦМиЗ, 2002. Ч. 1. - С. 386-392.

22. Морин A.C. Трубопроводная вентиляция на карьерах / Горная промышленность. - 2002. - № 3. - С. 40-43.

23. Патент № 2186219 E21F 1/04 (РФ). Вентиляционный гибкий трубопровод / Морин A.C., Борисов Ф.И., Буткин В.Д, Рыжов С.В., Бартель А.Я. - № 2000113811/03; заявл. 30.05.2000; опубл. 27.07.2002. - Бюл. № 21.

24. Морин A.C., Буткин В.Д. Воздухопроводный комплекс для вентиляции глубоких карьеров / В сб. докладов Международной научно-практической конференции "Мирный 2001": Актуальные проблемы разработки кимберлптовых месторождений: современное состояние и перспективы решения. - М.: Издательский дом "Руда и металлы",

2002.-С. 123-125.

25. Морин A.C. Изыскание оптимальных схем и средств искусственной вентиляции глубоких карьеров / Безопасность труда в промышленности. - 2002. - № 12. - С. 43-47.

26. Морин A.C., Буткин В.Д., Новоселов Р.Г., Плютов Ю.А. Принципы совершенствования известных решений проблемы искусственного проветривания карьеров / В сб. тезисов докладов Международной научно-практической конференции: Ресурсы недр России: экономика и геополитика, геотехнологии и геоэкология, литосфера и геотехника. - Пенза: МНИЦ ПГСХА, 2003. - С. 90-92.

27. Морин A.C., Новоселов Р.Г. Обоснование схем трубопроводной вентиляции карьеров / В сб. науч. трудов 9-ой Всероссийской конференции: Перспективные материалы, технологии, конструкции, экономика. -Красноярск: ГАЦМиЗ, 2003. Ч. 1. - С. 188-193.

28. Морин A.C. Вентиляционный гибкий трубопровод / Информационный листок № 29-366-03. - Красноярск: ЦНТИ, 2003. - 3 с.

29. Морин A.C. Основы проектирования карьерных вентиляционных систем с гибкими плавучими трубопроводами/Безопасность труда в промышленности. -2003. -№ 10. -С. 31-34.

30. Патент № 2215157 E21F 1/00 (РФ). Способ искусственной вентиляции карьеров / Морин A.C., Буткин В.Д., Нехорошева Л.В., Новоселов Р.Г., Бартель А.Л. -№ 2002114371/03; заявл. 31.05.2002; опубл. 27.10.2003. - Бюл. № 30.

31. Морин A.C., Буткин В.Д., Новоселов Р.Г. Энергосберегающие схемы и средства искусственного проветривания глубоких карьеров / Известия вузов. Горный журнал. - 2003. - № 6. - С. 21-27.

32. Морин A.C. Устройство для проветривания карьеров / Информационный листок № 29-002-04. - Красноярск: ЦНТИ, 2004. - 3 с.

33. Морин A.C. Способ искусственной вентиляции глубоких карьеров / Информационный листок № 29-019-04. - Красноярск: ЦНТИ, 2004. - 3 с.

34. Морин A.C. Вентиляционный гибкий трубопровод / Информационный листок № 29-035-04. - Красноярск: ЦНТИ 2004. - 3 с.

35. Морин A.C., Буткин В.Д., Кравцов В.В., Нехорошев Д Б. Развитие методов и средств проветривания глубоких карьеров. - М.: МАКС Пресс, 2004. - 136 с.

36. Морин A.C., Дубровский A.B. Характеристика области целесообразного применения способов и средств трубопроводной вентиляции карьерных пространств / В сб. науч. трудов 10-ой Всероссийской конференции: Перспективные материалы, технологии, конструкции, экономика. - Красноярск: ГУЦМиЗ, 2004. Ч. 1. - С. 231-234.

37. Косолапов А.И., Морин A.C., Совмен В.К., Протасов С.И. О нормализации состава атмосферы глубоких карьеров методами искусственного проветривания / Горное оборудование и электромеханика. - 2005. - № 3. - С. 45-49.

38. Морин A.C., Александров В.А. Оптимизация проектных решений по трубопроводной вентиляции карьера / В сб. науч. трудов межвузовской научно-практической конференции: Инновационные процессы в современном образовании России как важнейшая предпосылка социально-экономического развития общества. - Красноярск: ГУЦМиЗ, 2006.-С. 180-182.

39. Морин A.C. Технология проветривания глубоких и сверхглубоких карьеров. - М.: МАКС Пресс, 2006. - 160 с.

40. Морин A.C. Роль методов искусственного проветривания в комплексе мероприятий по управлению пылегазовым режимом карьеров / Известия вузов. Горный журнал. - 2007. - № 1. - С. 24-28.

41. Буткин В.Д., Касьянова E.H., Морин A.C. О применении аэростатических аппаратов на открытых разработках / Горная промышленность. - 2008. - № 1. - С. 85-88.

42. Морин A.C. Методология и результаты физического моделирования динамических схем трубопроводного проветривания глубоких карьеров / В сб. тезисов докладов 28-ой Российской школы: Наука и технологии. - Миасс: МСНТ, 2008. - С. 129.

43. Борисов Ф.И., Косолапов А.И., Морин A.C. Исследование динамических схем трубопроводного проветривания карьеров на физической модели / Известия вузов. Горный журнал. - 2008. - № 4. - С. 8-18.

44. Морин A.C., Борисов Ф.И. Физическое моделирование динамических схем трубопроводного проветривания глубоких карьеров / Горное оборудование и электромеханика. -2008,-№7.-С. 52-55.

45. Морин A.C., Борисов Ф.И., Корзухин ИВ. Исследование динамических схем комбинированного трубопроводного проветривания карьеров / Вестник Иркутского государственного технического университета. -2010. -№ 1. -С. 174-179.

Подписано в печать 23.09.2011 г. Формат 60x84/16. Уч.-изд. л. 2,0 Тираж 120 экз. Заказ № 4909

Отпечатано:

Полиграфический центр Библиотечно-издательского комплекса Сибирского федерального университета 660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 82а

Содержание диссертации, доктора технических наук, Морин, Андрей Степанович

ВВЕДЕНИЕ

1. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОБЛЕМЫ ЗАЩИТЫ ВОЗДУХА В ГЛУБОКИХ И СВЕРХГЛУБОКИХ КАРЬЕРАХ

1.1. Естественное проветривание карьеров и причины накопления вредностей в их атмосфере

1.2. Актуальность и задачи искусственного проветривания глубоких и сверхглубоких карьеров

2. ОБОСНОВАНИЕ ТРУБОПРОВОДНОГО СПОСОБА ПРОВЕТРИВАНИЯ ГЛУБОКИХ КАРЬЕРОВ

2.1. Способы и средства интенсификации естественного воздухообмена в карьерах

2.2. Способы и средства искусственной вентиляции карьеров

2.3. Сравнительная оценка способов и средств искусственного проветривания карьеров

3. ИССЛЕДОВАНИЕ И ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ СХЕМ ТРУБОПРОВОДНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ КАРЬЕРОВ

3.1. Теоретическое обоснование динамических схем трубопроводной вентиляции глубоких карьеров

3.2. Исследование динамических схем трубопроводной вентиляции глубоких карьеров на физической модели

4. РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ РЕАЛИЗАЦИИ ДИНАМИЧЕСКИХ СХЕМ ТРУБОПРОВОДНОГО ПРОВЕТРИВАНИЯ КАРЬЕРОВ

4.1. Общая характеристика карьерных вентиляционных систем с гибкими аэростатическими трубопроводами

4.2. Теоретические основы проектирования карьерных вентиляционных систем с гибкими аэростатическими трубопроводами

5. ОЦЕНКА КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ И ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРИМЕНЕНИЯ КАРЬЕРНЫХ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ СИСТЕМ

С ГИБКИМИ АЭРОСТАТИЧЕСКИМИ ТРУБОПРОВОДАМИ 172 5Л. Анимационная модель карьерного вентиляционного комплекса с гибкими аэростатическими трубопроводами

5.2. Эксплуатационный расчет карьерных вентиляционных систем с гибкими аэростатическими трубопроводами

5.3. Технико-экономическая оценка динамических схем трубопроводной вентиляции карьеров

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование технологии трубопроводного проветривания глубоких карьеров"

Актуальность и современное состояние проблемы, решаемой в диссертационной работе. К числу важнейших требований, предъявляемых к современным физико-техническим геотехнологиям, относится обеспечение безопасности рабочего персонала [1]. Для поддержания оптимального ритма работ, снижения частоты травматизма и случаев появления профессиональных заболеваний на горнодобывающих предприятиях решаются разнообразные организационные, технологические и технические задачи, связанные с улучшением условий труда.

Научно-технический прогресс в горной промышленности и комплексная механизация основных производственных процессов, осуществленная в 20-м столетии, определили главную тенденцию открытого способа разработки месторождений полезных ископаемых, заключающуюся в масштабном применении мощной высокопроизводительной техники, обеспечившей эффективную эксплуатацию карьеров глубиной 500-ИЮ0 м и более.

С углублением открытых работ степень изоляции выработанного пространства от окружающей среды возрастает, а состав воздуха внутри карьера ухудшается. Это отрицательно сказывается не только на безопасности, но и на производительности персонала (вследствие появления неприятных ощущений, неудовлетворительной видимости и т.д.), а также на состоянии и эксплуатационных показателях горного оборудования, ресурс которого в неблагоприятной атмосфере заметно снижается. Наиболее остро проблема сверхнормативного загрязнения атмосферы проявляется на российских глубоких карьерах, расположенных в районах Урала, Восточной Сибири и Западной Якутии, где штилевые периоды в сочетании с температурной инверсией составляют 1220-^2720 часов в год [2], а вынужденные простои производства по причине значительной запыленности и загазованности превышают 15^20% времени года. Такие катастрофические явления ставят перед специалистами в области охраны труда, технологии и проектирования открытых горных работ одну из самых сложных и трудно решаемых задач - необходимость защиты воздуха на рабочих местах и внутри карьерного пространства в целом.

В нашей стране актуальность изыскания эффективных решений проблемы нормализации состава атмосферы карьеров впервые была обоснована в середине 1950-х годов. Перспективная область поиска связывалась, в первую очередь, с методами общеобменного проветривания [3, 4]. В это время получила развитие новая отрасль горной науки - аэрология карьеров, особую роль в формировании которой сыграл академик A.A. Скочинский. С 1956 года под его руководством началось комплексное изучение проблем по санитарно-гигиенической оценке атмосферных условий, естественному проветриванию и его интенсификации, искусственной вентиляции карьеров, разработке инженерных средств подавления, локализации и нейтрализации вредностей, кондиционированию воздуха в кабинах горнотранспортной техники [5]. К этой работе был привлечен ряд научно-исследовательских и учебных институтов страны. A.A. Скочинский лично формулировал отдельные задачи исследований по проблеме нормализации атмосферы карьерных пространств и оказывал большую научную и практическую поддержку исследователям, взявшимся за их решение. Достаточно вспомнить, что он был научным руководителем B.C. Никитина - автора первой диссертации, посвященной аэрологии карьеров [4], и крупнейшего ученого в своей области.

Большое внимание к вопросам безопасности на открытых разработках и к созданию систем регулирования загазованности и запыленности атмосферы глубоких карьеров уделяли академики Н.В. Мельников [6], В.В. Ржевский [5, 7] и К.Н. Трубецкой [7].

Значительный вклад в решение теоретических и практических вопросов проблемы искусственного проветривания карьеров внесли Ф.А. Абрамов, B.C. Азаров, A.A. Бакланов, В.И. Белоусов, П.В. Бересневич, Н.З. Битколов, М.В. Блонский, Я.З. Бухман, А.Д. Вассерман, A.A. Вершинин, О.С. Гершун, Ю.В.Гуль, Б.Я. Дробот, В.М.Дубенюк, В.И.Еремеев, В.В.Забелин, А.В.Збе-ровский, В.И. Звяга, И.И.Иванов, Г.В.Калабин, М.М.Конорев, К.В.Кочнев, В.И. Куликов, О.Б. Левинский, С.И. Луговский, Е.Г. Максимов, В.А. Михайлов, Е.Г. Морозов, П.И. Мустель, Г.Ф.Нестеренко, А.И.Павлов, Э.В.Парахон-ский, О.Ю.Ригина, В.А.Рогалев, С.М.Росляков, Б.А.Семененко, В.В.Силаев, В.И.Сытенков, К.З.Ушаков, Н.Г.Фатуев, С.С.Филатов, Б.Д. Чижов, П.Ч. Чудаков, Э.Я. Шмалько и многие другие.

В результате комплекса работ, посвященных изучению структуры воздушных потоков в карьерах, установлению факторов, определяющих естественный воздухообмен и причины его нарушения, прогнозированию явлений устойчивого состояния и загрязнения атмосферы, обоснованию принципов интенсификации воздухообмена, определению уровня потребности карьера в свежем воздухе, изысканию способов, средств и схем искусственного проветривания карьерных пространств и проверке их эффективности в производственных условиях, а также созданию средств и методов оперативной регистрации параметров состояния атмосферы в карьерах, отечественными и зарубежными исследователями был получен огромный фактический материал, позволивший представить сложность задачи обеспечения нормативного воздухообмена в глубоких карьерах и наметить возможные пути для ее практического решения.

Современная горная наука рассматривает проветривание карьеров как составную часть открытой геотехнологии и относит к общим вспомогательным процессам, способствующим производству горных работ [2, 8, 9]. Существенным отличием этого процесса от вентиляции шахт, тоннелей и производственных помещений является большой объем проветриваемого пространства. Кроме того, воздушный бассейн карьеров не обособлен от окружающей атмосферы в такой степени, как в шахтах и т.п. Эти особенности предопределили магистральное направление научного поиска, связанное с использованием беструбного способа проветривания с помощью турбулентных свободных затопленных струй [10], создаваемых тепловыми, механическими или комбинированными побудителями (промышленными вентиляторами, авиационными двигателями, теплотронами и др.). Физической основой струйной вентиляции карьеров послужил известный факт, что упорядоченное движение свободных струй, возбуждаемое при тепловом или механическом воздействии, за счет эжекции и рассеивания импульса способно привести в движение громадные массы воздуха при сравнительно малой мощности источника этого импульса.

На базе обширных теоретических и экспериментальных исследований был разработан и испытан в действующих карьерах ряд струйных вентиляторных установок различного назначения: УПК-4, ПРВУ-РД-ЗМ, ОВ-1,

ATI Л ЛТПЛ I П Г 1 ЛТ ГТЛ Л ТЛ il~T Л Л Л тгр тт ^ Т I Л Т Т

АИ-zujvb, ruw2Kb, yiviu-l4, У l-Ji4Jyi-z и др. началось серииное производство карьерного вентилятора местного проветривания УМП-1. Ожидалось, что проблема общеобменной вентиляции глубоких карьеров из стадии поисковых работ скоро перейдет в область практического внедрения эффективных инженерных решений [11]. Однако этот прогноз не сбылся. Результаты промышленного опробования предлагаемых средств общеобменной вентиляции оказались более чем скромными. Так, например, опытно-промышленная эксплуатация трех сверхмощных струйных вентиляторов НК-12КВ-1М на карьере "Му-рунтау" в 1990 году [12] ни на шаг не приблизила к решению проблемы - в том году простои карьера из-за загазованности и запыленности атмосферы составили 3500 часов [13].

Среди причин отсутствия эффективных решений проблемы искусственного проветривания глубоких карьеров указывались следующие [4, 13, 14]:

- недостаточно изучены процессы, происходящие в атмосфере карьеров при попытках интенсифицировать воздухообмен техническими средствами;

- медленно внедряются достижения научно-технического прогресса, а возможности существующих технологий и средств используются не полностью;

- выбору наиболее предпочтительных способов и средств проветривания препятствует отсутствие объективных методов их сравнения по различным показателям;

- предложенные решения ориентированы на оздоровление внутрикарь-ерного пространства, но ухудшают экологическую обстановку за его пределами, что не позволяет компенсировать затраты на вентиляцию уменьшением ущерба природной среде.

В 1990-х годах наметился кризис идеи "искусственного проветривания карьеров". Исследования, выполненные сотрудниками Кольского научного центра АН СССР, поставили под сомнение целесообразность беструбного способа вентиляции глубоких карьеров, исходя из энергоемкости процесса [15]. Многие научные коллективы переориентировались на разработку методов и средств очистки воздуха в застойных зонах за счет распыления воды и генерирования снега, а также на внедрение систем автономного воздухоснабжения горнорабочих [16]. Получили дальнейшее развитие работы по созданию специальных покрытий поверхностей уступов, отвалов и автомобильных дорог, по совершенствованию систем местной вентиляции и средств нейтрализации отработавших газов двигателей внутреннего сгорания. В то же время были пересмотрены номенклатура организационных и технологических воздухоохранных мероприятий в горной промышленности и требования к ним. Последующая практическая реализация этих работ в глубоких и сверхглубоких карьерах не позволила в достаточной степени сократить продолжительность вынужденных простоев. Такое положение дел является весомым основанием для более широких научных изысканий в области разработки эффективных технологий проветривания карьерных пространств.

В настоящей работе обобщены исследования автора по обозначенной проблеме. Основная часть этих исследований была выполнена в рамках госбюджетной тематики ГБ 961-17 по государственной программе "Экологически чистое горное производство".

Основная идея работы состоит в том, что процессы воздухообмена в глубоких карьерах становятся управляемыми и могут быть оптимизированы с помощью современных технических средств при использовании вентиляционных каналов, связывающих рабочие зоны карьера с внешней средой.

Целью диссертации является определение целесообразных методов и схем искусственного проветривания глубоких карьеров с последующей разработкой средств их реализации, обеспечивающих повышение безопасности труда и сокращение простоев производства.

Основные задачи исследования. Указанная цель реализована посредством постановки и решения следующих основных задач:

- обобщить современные знания в области разработки способов и средств искусственного проветривания карьеров и дать их объективную сравнительную оценку;

- обосновать принципы совершенствования средств и схем общеобменного проветривания карьеров и реализовать их в виде рациональных технических предложений;

- разработать основы проектирования предложенных средств и схем проветривания и дать оценку их эффективности при применении в глубоких карьерах.

Методы исследований. Решение поставленных задач выполнялось на базе комплекса современных методов исследований, включающих критический анализ и научное обобщение специальной литературной и патентной информации, математическое, физическое и компьютерное моделирование, системный подход к оценке воздухообменных процессов в карьерах и к разработке новых средств искусственной вентиляции карьерных пространств при совокупном рассмотрении природно-климатических факторов и горнотехнических условий, технико-экономический анализ.

Научные положения, выносимые на защиту:

- искусственное проветривание глубоких карьеров при отсутствии вскрывающих нижние горизонты подземных горных выработок целесообразно осуществлять трубопроводным способом;

- при трубопроводной вентиляции глубокого карьера оптимальными являются динамические схемы комбинированного проветривания;

- повышение интенсивности выноса пылегазовых загрязнений за пределы карьера при заданной производительности трубопроводных систем, реализующих динамические схемы комбинированного проветривания, достигается попеременным действием всасывающих и нагнетательных средств в очаге загрязнения с частотой чередования до 8-И 2 раз в сутки и периодическим перераспределением вентиляционных потоков между рабочими зонами;

- рациональным средством искусственного проветривания глубоких карьеров являются полустационарные вентиляционные системы с гибкими аэростатическими трубопроводами.

Научная новизна результатов работы заключается в следующем:

- теоретически обоснована целесообразность трубопроводного способа общеобменной вентиляции глубоких и сверхглубоких карьеров;

- выявлены зависимости, позволяющие оценивать энергетическую эффективность вентиляционных систем при разрушении внутрикарьерных атмосферных инверсий;

- установлены принципы построения рациональных схем трубопроводного общеобменного проветривания карьеров;

- обоснована методология физического моделирования динамических схем трубопроводной вентиляции карьеров;

- установлены рациональные конструктивные признаки и принципы применения карьерных трубопроводных вентиляционных систем (TBC);

- разработаны теоретические основы проектирования карьерных TBC с гибкими аэростатическими трубопроводами.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются исходными предпосылками предшествующих работ отечественных и зарубежных специалистов в данной области; технико-экономическими показателями эксплуатации современных глубоких и сверхглубоких карьеров; корректностью постановки задач исследования; использованием методов математического, физического и компьютерного моделирования и сопоставительным анализом расчетных и опытных данных; представительным объемом разработанных конструктивных элементов предложенных вентиляционных систем и схем их применения в карьерах; положительными результатами технико-экономического анализа.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Выполненные исследования стали научной базой для методических указаний и методик, позволяющих устанавливать условия целесообразного применения средств общеобменного проветривания внутрикарьерных пространств, определять технические параметры и продолжительность работы TBC, необходимые для преобразования инверсионного состояния атмосферы карьера в адиабатическое, разрабатывать схемы и средства трубопроводной вентиляции глубоких карьеров, моделировать динамические схемы трубопроводного проветривания в лабораторных условиях, а также проектировать предложенные вентиляционные системы с применением ЭВМ. Ряд технических решений, обоснованных в диссертации, защищен патентами РФ. Результаты работы используются в Сибирском федеральном университете (СФУ) при курсовом и дипломном проектировании, в курсах лекций и на практических занятиях. Предложенные в диссертационной работе методы нормализации внутрикарьерной атмосферы приняты к использованию при разработке планов перспективного развития Мазуль-ского известнякового рудника ОАО "Ачинский глиноземный комбинат", карьера "Восточный" ОАО "Полюс Золото" и карьеров Горевского и Озерного ГОК.

Обсуждение работы. Основные теоретические положения, результаты экспериментальных исследований и конкретные разработки докладывались на симпозиуме "Неделя горняка" (Москва, 1998 г.), на Международной конференции по открытым и подземным горным работам (Москва, 1998 г.), на двух Всероссийских научно-практических конференциях с международным участием "Достижения науки и техники - развитию сибирских регионов" (Красноярск, 1999, 2000 г.г.), на пяти Всероссийских конференциях "Перспективные материалы, технологии, конструкции, экономика" (Красноярск, 2000-2004 г.г.), на Международной научно-практической конференции "Актуальные проблемы разработки кимберлитовых месторождений: современное состояние и перспективы решения" (Мирный, 2001 г.), на двух межвузовских научно-практических конференциях "Инновационные процессы в современном образовании России как важнейшая предпосылка социально-экономического развития общества" (Красноярск - Ачинск, 2006-2007 г.г.), на научных семинарах кафедры "Горные машины и комплексы" СФУ (Красноярск, 2004-2011 г.г.) и на техническом совещании в ОАО "Ачинский глиноземный комбинат" (Ачинск, 2004 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 45 работ, в том числе две монографии, 11 статей в журналах, аннотированных'ВАК, и 10 патентов на изобретения.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка использованной литературы, содержащего 227 наименований. Работа изложена на 211 страницах с 30 таблицами и 107 рисунками.

Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Морин, Андрей Степанович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации на основании выполненных автором исследований разработаны теоретические положения, совокупность которых можно квалифицировать как научно обоснованные технические и технологические решения по проветриванию глубоких карьеров, внедрение которых вносит значительный вклад в развитие горнодобывающей промышленности страны.

Основные научные и практические результаты, полученные в работе, заключаются в следующем:

1. Одним из важных условий безопасной эксплуатации карьеров глубиной более 150+300 м, имеющих относительно небольшие размеры в плане (позволяющие отнести эти карьеры к категории глубоких или сверхглубоких) и, соответственно, значительный удельный объем рециркуляционной зоны, являются воздухоохранные мероприятия, включающие искусственное проветривание. При этом, требуемую интенсивность искусственного воздухообмена внутрикарьерной атмосферы с внешней средой следует регламентировать с учетом показателей применения всей совокупности инженерных средств защиты воздуха в карьере, включая пылегазоподавление, нейтрализацию отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, кондиционирование и очистку воздуха в кабинах рабочего оборудования, индивидуальные средства дыхания.

2. Струйный способ искусственного проветривания имеет существенные физические ограничения. Для выноса пыли и ядовитых газов с глубоких горизонтов карьера на поверхность свободными струями требуются значительные энергетические затраты, а при продолжительном безветрии, когда в атмосфере длительное время отсутствуют сдвиговые и вихревые течения, обеспечивающие снос поднимаемых загрязнений в сторону от объекта проветривания, общеобменная вентиляция карьера с помощью БВС становится непродуктивной из-за ограниченных размеров зоны разбавления вредностей. В связи с этим, искусственное проветривание глубоких карьеров при отсутствии вскрывающих нижние горизонты подземных горных выработок целесообразно осуществлять трубопроводным способом. Использование воздухопроводных каналов, в отличие от вентиляции свободными струями, исключает рециркуляционный режим обмена внутри-карьерной атмосферы с внешней средой в безветренную погоду, дает возможность подавать свежий воздух с поверхности непосредственно к рабочим местам независимо от дальности его доставки и погодных условий, позволяет локализировать загрязненные зоны и очищать организованные вентиляционные выбросы, а при инверсионном состоянии атмосферы карьера энергетическое воздействие TBC на проветриваемый объем многократно превышает количество потребляемой в целях вентиляции энергии. Карьерные БВС на базе авиационных винтов могут использоваться в качестве нагнетательных машин, присоединяемых к трубопроводной сети, или для наддува загрязненного воздуха в область всаса трубопроводов.

3. Основными факторами, определяющими целесообразные схемы трубопроводной вентиляции карьера и закономерности их преобразования, являются текущее состояние горных работ, пылегазовая и температурная динамика внут-рикарьерной атмосферы, ветровая и пылегазовая динамика внешней среды.

4. При трубопроводной вентиляции глубокого карьера оптимальными являются динамические схемы комбинированного проветривания. Эти схемы позволяют обеспечить относительно комфортные санитарно-гигиенические условия в рабочих зонах при интенсивном сдерживании пылегазовоздушного баланса атмосферы карьера от изменений в сторону вредных составляющих.

5. Повышение интенсивности выноса пылегазовых загрязнений за пределы карьера при заданной производительности трубопроводных систем, реализующих динамические схемы комбинированного проветривания, достигается попеременным действием всасывающих и нагнетательных средств в очаге загрязнения с частотой чередования до 8^12 раз в сутки и периодическим перераспределением вентиляционных потоков между рабочими зонами.

6. Выполненные теоретические и экспериментальные исследования дали возможность ориентировочно оценить величину целесообразной производительности TBC, реализующих комбинированные схемы проветривания, при стандартной для большого количества современных глубоких карьеров интенсивности пылевыделения.

7. Рациональным средством искусственного проветривания глубоких карьеров являются полустационарные вентиляционные системы с гибкими аэростатическими трубопроводами.

8. Обоснованные в диссертации схемы и средства трубопроводной вентиляции защищены патентами РФ.

9. Представленные методические указания и методики позволяют устанавливать условия целесообразного применения средств общеобменного искусственного проветривания внутрикарьерных пространств, определять технические параметры и продолжительность работы TBC, необходимые для преобразования инверсионного состояния атмосферы карьера в адиабатическое, разрабатывать схемы и средства трубопроводной вентиляции глубоких карьеров, моделировать динамические схемы трубопроводного проветривания в лабораторных условиях, а также проектировать предложенные вентиляционные системы с применением ЭВМ.

10. Разработанная в диссертации технология проветривания позволяет создавать мобильные воздухопроводные связи между глубокими горизонтами карьера и поверхностью с высокой надежностью и при экономически обоснованном уровне затрат. Использование представленных методов и средств искусственного проветривания глубоких карьеров повышает безопасность труда и обеспечивает значительный экономический эффект за счет сокращения вынужденных простоев производства.

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора технических наук, Морин, Андрей Степанович, Красноярск

1. Трубецкой К.Н., Малышев Ю.Н., Пучков Л.А., Чаплыгин H.H., Каплунов Д.Р., Картозия Б.А., Чантурия В.А., Ямщиков B.C. и др. Горные науки. Освоение и сохранение недр Земли. М.: АГН, 1997. - 478 с.

2. Конорев М.М. Искусственная вентиляция и пылегазоподавление в атмосфере карьеров: Автореф. дисс. . докт. техн. наук. М.: МГГУ, 1999.-48 с.

3. Кузнецов И.П. Об улучшении условий труда на открытых горных разработках / Известия вузов. Горный журнал. 1958. - № 8. - С. 76-79.

4. Гуль Ю.В. Существующее состояние и перспективы решения проблемы проветривания глубоких карьеров / В межвуз. сб.: Вентиляция шахт и рудников. Ленинград: ЛГИ, 1975. - С. 134-137.

5. Силаев В.В. Аэрология карьеров и роль академика В.В. Ржевского в ее становлении / В сб.: Вопросы теории открытых горных работ. М.: МГГУ, 1994.-С. 30-35.

6. Мельников Н.В., Чесноков М.М. Вопросы безопасности на открытых разработках / Горный журнал. 1957. - № 10. - С. 56-60.

7. Ржевский В.В., Трубецкой К.Н. Задачи горной науки в области открытой разработки месторождений полезных ископаемых / Горный журнал. 1988.-№ 1.-С. 21-23.

8. Ржевский В.В. Открытые горные работы. Ч. 1. Производственные процессы. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1985. - 509 с.

9. Анистратов Ю.И. Технология открытых горных работ. М.: Недра, 1995.-216 с.

10. Парахонский Э.В. Способы и средства нормализации состава атмосферы карьеров / Горный журнал. 1993. - № 6. - С. 51-53.

11. Филатов С.С. Нормализация состава атмосферы в глубоких карьерах / Горный журнал. 1987. - № 2. - С. 35-37.

12. Мосинец В.Н., Лукьянов А.Н., Аверкин J1.A., Конорев М.М. Проблемы нормализации атмосферы на открытых горных работах отрасли / Горный журнал. 1991,-№ 1.-С. 48-52.

13. Сытенков В.Н. Решение экологических проблем карьера "Мурунтау" / Горный журнал. 1991. - № 7. - С. 56-57.

14. Силаев В.В. Проблемы аэрологии карьеров / Горный журнал. 1994.- № 8. С. 52-54.

15. Калабин Г.В., Вассерман А.Д., Бакланов A.A., Луковский В.Д. Энергоемкость искусственного проветривания глубоких карьеров / Горный журнал, 1991.-№ 1.-С. 53-55.

16. Сытенков В.Н. О целесообразности искусственного проветривания глубоких карьеров / Горный журнал. 1994. - № 12. - С. 47-49.

17. Никитин B.C., Битколов Н.З. Проветривание карьеров. 2-е изд., пере-раб. и доп. - М.: Недра, 1975. - 256 с.

18. Филатов С.С. Вентиляция карьеров. М.: Недра, 1981. - 206 с.

19. Ушаков К.З., Михайлов В.А. Аэрология карьеров. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1985. - 272 с.

20. Буткин В.Д., Морин A.C. Изыскание эффективных аэростатно-канатных систем для технологических комплексов открытых горных работ / В сб.: Вопросы теории открытых горных работ. М.: МГГУ, 1994.-С. 193-208.

21. Патент № 2133341 E21C 41/26 (РФ). Транспортный комплекс для открытых горных работ / Буткин В.Д., Морин A.C., Кравцов В.В., Демченко И.И. -№ 96100893/03; заявл. 11.01.1996; опубл. 20.07.1999. -Бюл. № 20.

22. Луговский С.И., Дымчук Г.К., Дробот Б.Я., Аврамчук Р.Н. Вентиляция шахт и карьеров. М.: Недра, 1964. - 308 с.

23. Селянин В.Г. Интенсификация горных работ в глубоких карьерах. М.: Недра, 1977.- 192 с.

24. Андросов А.Д. Технологические основы разработки глубоких кимбер-литовых карьеров в условиях многолетней мерзлоты: Дисс. . докт. техн. наук. Новосибирск: ИГД СО РАН, 1993.-367 с.

25. Тарасов П.И., Глебов A.B., Фурин В.О., Ворошилов А.Г., Лобанов C.B., Неволин В.М. Конструктивные схемы гусеничных самосвалов для работы в карьерах с повышенными уклонами выработок / Горная промышленность. 2008. - № 2. - С. 63-68.

26. Битколов Н.З. Улучшение условий труда на карьерах. М.: Недра, 1972.- 104 с.

27. Битколов Н.З., Медведев И.И. Аэрология карьеров. М.: Недра, 1992.- 264 с.

28. Битколов Н.З., Иванов И.И., Сытенков В.Н. К вопросу классификации карьеров по глубине / В сб.: Обеспечение безопасности персонала при работе в загрязненной атмосфере карьеров. Ташкент: ТашГТУ - РДЭНТП, 1992.

29. Сытенков В.Н. Стратегия управления пылегазовым режимом глубоких карьеров / Горный журнал. 1995. - № 1. — С. 58-62.

30. Сытенков В.Н., Абдуллаев У.М. Разработка сценария развития карьера "Мурунтау" на длительную перспективу / Горный журнал. 2002.- Специальный выпуск. С. 46-50.

31. Шеметов П.А., Коломников С.С. Развитие выемочно-транспортного комплекса карьера "Мурунтау" / Горный журнал. 2002. - Специальный выпуск. - С. 65-70.

32. Еремеев В.И., Забелин В.В. Прогнозная оценка простоев карьера из-за загазованности рабочей зоны / Горный журнал. 1995. - № 3. -С. 56-57.

33. Вассерман А.Д. Эффективно ли решается проблема оздоровления атмосферы глубоких карьеров? / Горный журнал. 1989. - № 11. - С. 49-51.

34. Сытенков В.Н. Управление пылегазовым режимом глубоких карьеров. М.: ООО "Геоинформцентр", 2003. - 288 с.

35. Конорев М.М. К вопросу вентиляции и пылегазоподавления в атмосфере карьеров / Горный информационно-аналитический бюллетень. -2006.-№ S3.-С. 107-126.

36. Сытенков В.Н. К проблеме нормализации санитарно-гигиенических условий труда в глубоких карьерах: осознанная реальность и пути решения / Горный журнал. 2009. - № 11. - С. 30-33.

37. Разуменко В.Н., Карасев В.И., Заостровцев В.Н., Зельберг A.C., Иванов Е.В. Опыт работы карьера "Удачный" в условиях загазованности атмосферы / Горный журнал. 1994. - № 9. - С. 57-59.

38. Ганченко М.В., Акишев А.Н., Бахтин В.А. Определение границ и оптимизация технологических параметров открытых горных работ / Горный журнал. 2005. - № 7. - С. 77-80.

39. Никитин B.C., Левинский О.Б., Суслов Н.В. Обеспыливание атмосферы карьеров. Ташкент: ФАН, 1974. - 160 с.

40. Филатов С.С., Михайлов В.А., Вершинин A.A. Борьба с пылью и газами на карьерах. М.: Недра, 1973. - 144 с.

41. Бересневич П.В., Михайлов В.А., Филатов С.С. Аэрология карьеров: Справочник. М.: Недра, 1990. - 280 с.

42. Каледина Н.О. Вентиляция производственных объектов. 2-е изд., стер. - М.: МГГУ, 2000. - 194 с.

43. Морин A.C. Обзор технических предложений по естественному и искусственному проветриванию карьеров / В сб. науч. трудов 6-ой Всероссийской конференции: Перспективные материалы, технологии, конструкции, экономика. Красноярск: ГАЦМиЗ, 2000. - С. 458-460.

44. Бошняков E.H. Вентиляция в цехах основных производств цветной металлургии. М.: Металлургия, 1985. - 160 с.

45. Морин A.C. Роль методов искусственного проветривания в комплексе мероприятий по управлению пылегазовым режимом карьеров / Известия вузов. Горный журнал. 2007. - № 1. - С. 24-28.

46. Белоусов В.И., Бухман Я.З. Влияние искусственного рельефа на естественное проветривание карьеров / В сб.: Опыт борьбы с загазованностью и запыленностью атмосферы карьеров. М.: НИИ Цветметинформация, 1968.-С. 86-87.

47. Авт. свид. № 1025899 E21F 1/00 (СССР). Способ проветривания карьеров / Белоусов В.И., Соболева И.А. № 3278547/22-03; заявл. 13.04.1981; опубл. 30.06.1983. - Бюл. № 24.

48. Рогалев В.А. Теоретическое исследование движения воздуха по борту карьера / В межвуз. сб.: Вентиляция шахт и рудников. Ленинград: ЛГИ, 1976.-С. 78-86.

49. Рогалев В.А. Моделирование процесса безотрывного обтекания борта карьера естественным потоком / В межвуз. сб.: Вентиляция шахт и рудников. Ленинград: ЛГИ, 1978. - С. 93-95.

50. Авт. свид. № 264310 Е21С 47/00 (СССР). Способ проветривания карьеров / Бухман Я.З., Белоусов В.И. № 1143811/22-03; заявл. 20.03.1967; опубл. 03.03.1970. -Бюл. № 9.

51. Авт. свид. № 1475248 E21F 1/00 (СССР). Способ интенсификации естественного воздухообмена в глубоких карьерах / Нестеренко Г.Ф., Киенко A.A., Конорев М.М. № 4265254/23-03; заявл. 18.06.1987 (ДСП).

52. Авт. свид. № 1006770 E21F 1/00 (СССР). Устройство для проветривания карьеров / Кременчуцкий Н.Ф., Зберовский A.B., Бескровный В.И., Хо-масуридзе В.Д. № 3326180/22-03; заявл. 16.07.1981; опубл. 23.03.1983. - Бюл. №11.

53. Авт. свид. № 1361347 E21F 1/00 (СССР). Способ проветривания карьеров / Белоусов В.И., Колотыгин А.Т., Шваб Р.Г. № 3991463/22-03; заявл. 16.12.1985; опубл. 23.12.1987. - Бюл. № 47.

54. Авт. свид. № 589420 E21F 1/00 (СССР). Способ проветривания карьеров / Филатов С.С., Росляков С.М., Павлов А.И. № 2170331/22-03; заявл. 08.09.1975; опубл. 25.01.1978. - Бюл. № 3.

55. Авт. свид. № 1035236 E21F 1/00 (СССР). Способ вентиляции глубоких карьеров / Битколов Н.З., Иванов И.И., Никитин B.C. № 3415162/22-03; заявл. 17.03.1982; опубл. 15.08.1983.-Бюл. № 30.

56. Авт. свид. № 636405 E21F 1/00 (СССР). Способ вентиляции глубоких карьеров / Энгель Я.Р., Ковальская A.A. № 2332615/22-03; заявл. 09.03.1976; опубл. 05.12.1978. - Бюл. № 45.

57. Авт. свид. № 1834439 E21F 1/00 (СССР). Способ проветривания карьера / Кондратьев Г.П. № 4719640/03; заявл. 04.04.1989 (ДСП).

58. Авт. свид. № 1162995 E21F 1/00 (СССР). Способ проветривания глубоких карьеров / Каминский Д.А. № 3723103/22-03; заявл. 10.02.1984; опубл. 23.06.1985. - Бюл. № 23.

59. Патент № 2172838 E21F 1/00 (РФ). Устройство для проветривания карьеров / Морин A.C., Буткин В.Д., Бартель А.Я., Касьянова E.H., Зимаков Е.А. № 2000111293/03; заявл. 06.05.2000; опубл. 27.08.2001.- Бюл. № 24.

60. Морин A.C. Устройство для проветривания карьеров / Информационный листок № 29-002-04. Красноярск: ЦНТИ, 2004. - 3 с.

61. Буткин В.Д., Касьянова E.H., Морин A.C. О применении аэростатических аппаратов на открытых разработках / Горная промышленность. -2008. -№ 1.-С. 85-88.

62. Авт. свид. № 1488517 E21F 1/00 (СССР). Устройство для проветривания карьеров / Рогалев В.А., Гуль Ю.В., Барышев A.C., Саблин Г.И., Коваленко В.Г.-№ 4351096/23-03; заявл. 26.11.1987; опубл. 23.06.1989. -Бюл. № 23.

63. Авт. свид. № 1244339 E21F 1/00 (СССР). Способ проветривания нагорных карьеров / Хван В.Е. № 3811772/22-03; заявл. 11.11.1984; опубл. 15.07.1986.-Бюл. №26.

64. Авт. свид. № 1219820 E21F 1/00 (СССР). Способ проветривания карьеров / Хван В.Е. -№ 3829473/22-03; заявл. 31.10.1984; опубл. 23.03.1986.- Бюл. №11.

65. Авт. свид. № 739244 E21F 1/00 (СССР). Способ проветривания карьера / Павлов А.И., Филатов С.С.^ Росляков С.М. № 2587030/22-03; заявл. 20.02.1978; опубл. 05.06.1980. - Бюл. № 21.

66. Авт. свид. № 945469 E21F 1/00 (СССР). Способ проветривания карьера / Росляков С.М., Павлов А.И., Филатов С.С., Линев В.П., Кумачев К.А., Козаков Л.А., Поташник ЭЛ. № 2998278/22-03; заявл. 29.10.1980; опубл. 23.07.1982. - Бюл. № 27.

67. Авт. свид. № 1002599 E21F 1/00 (СССР). Способ проветривания карьера / Мишин В.Ф., Калабин Г.В. № 3007897/22-03; заявл. 24.11.1980; опубл. 07.03.1983. - Бюл. № 9.

68. Авт. свид. № 1271980 E21F 1/00 (СССР). Способ проветривания карьера и устройство для его осуществления / Муравейник В.И., Здорнова JI.H.- № 3872887/22-03; заявл. 29.12.1984; опубл. 23.11.1986. -Бюл. № 43.

69. Конорев М.М., Росляков С.М., Страшников О.Г., Зайцев В.Ф. Система вентиляции и всесезонного пылегазоподавления / Горный журнал.- 1990.-№ 7.-С. 47-49.

70. Авт. свид. № 1128672 E21F 1/08 (СССР). Устройство для проветривания карьера / Когай М., Алмаев Р.Б., Шилов П.Д. № 3566935/22-03; заявл. 24.03.1983; опубл. 30.11.1986. - Бюл. № 44.

71. Битколов Н.З., Иванов И.И. Интенсификация воздухообмена в карьерах тепловым способом / В межвуз. сб.: Вентиляция шахт и рудников.- Ленинград: ЛГИ, 1978. С. 11-20.

72. Силин Ф.М., Бухман Я.3. Зависимость загазованности карьеров от метеорологических условий / В сб.: Опыт борьбы с загазованностью и запыленностью атмосферы карьеров. М.: НИИ Цветметинформация, 1968.-С. 60-68.

73. Авт. свид. № 448293 Е21С 47/00 (СССР). Устройство для проветривания карьеров / Битколов Н.З., Зенов С.И. № 1483907/22-03; заявл. 12.10.1970; опубл. 30.10.1974. - Бюл. № 40.

74. Патент № 2172839 E21F 1/00 (РФ). Способ искусственной вентиляции глубоких карьеров / Морин A.C., Буткин В.Д. № 2000111294/03; заявл. 06.05.2000; опубл. 27.08.2001. - Бюл. № 24.

75. Морин A.C. Способ искусственной вентиляции глубоких карьеров / Информационный листок № 29-019-04. Красноярск: ЦНТИ, 2004. - 3 с.

76. Авт. свид. № 1116175 E21F 1/00 (СССР). Способ проветривания карьеров / Битколов Н.З., Резниченко И.П., Соболевский В.В., Толстых В.В., Джунь В.А. № 3610485/22-03; заявл. 28.04.1983; опубл. 30.09.1984.- Бюл. № 36.

77. Патент № 2071565 E21F 1/00 (РФ). Способ проветривания карьеров / Лебедев A.B., Фомин В.М., Хайдаров C.B., Подзин В.Е. № 95101651/03; заявл. 02.02.1995; опубл. 10.01.1997.-Бюл. № 1.

78. Авт. свид. № 1681016 E21F 1/00 (СССР). Способ проветривания карьера / Верба Ю.В., Азаров B.C., Кижло Л.А., Володарский Ю.В., Еремеев В.И., Забелин В.В. № 4480700/03; заявл. 09.09.1988; опубл. 30.09.1991.-Бюл. №36.

79. Еремеев В.И., Забелин В.В., Луцишин C.B. Вопросы аэрологии глубоких карьеров ПНО "Якуталмаз" / В сб. трудов Международного симпозиума "Мирный-91": Проблемы разработки глубоких карьеров. Удачный: НИЦ "Мастер", 1991.-С. 515-519.

80. Патент № 2082010 E21F 1/00 (РФ). Способ проветривания открыто-подземных горных выработок / Зберовский A.B., Собко Б.Е., Сливной A.B. -№ 5067575/03; заявл. 07.08.1992; опубл. 20.06.1997. Бюл. № 17.

81. Куликов В.П., Соллогуб В.П. Возможные пути решения проблемы проветривания угольных карьеров / Уголь. 1967. - № 8. - С. 58-60.

82. Патент № 2006587 E21F 1/00 (РФ). Вентиляционная труба для отвода газов и пыли из карьера / Попов Ю.М. № 4779112/03; заявл. 28.11.1989; опубл. 30.01.1994.-Бюл. №2.

83. Патент № 2049918 E21F 1/08 (РФ). Устройство для очистки карьерного воздуха / Попов Ю.М. № 4873777/03; заявл. 31.05.1990; опубл. 10.12.1995.-Бюл. №34.

84. Авт. свид. № 1760128 E21F 1/00 (СССР). Устройство для проветривания карьера / Гуменников Е.С., Нурумов М.С., Козин О.М., Хван В.Е.- № 4757876/03; заявл. 13.11.1989; опубл. 07.09.1992. -Бюл. № 33.

85. Авт. свид. № 883492 E21F 1/00, F24F 7/06 (СССР). Устройство для проветривания карьера / Зябрев В.А., Кирия Р.В., Мишин В.В. № 2887983/22-03; заявл. 07.01.1980; опубл. 23.11.1981. -Бюл. № 43.

86. Авт. свид. № 943405 E21F 1/00 (СССР). Устройство для проветривания карьеров / Низовкин В.М., Алтаев Ш.А., Хван В.Е. № 2904525/22-03; заявл. 04.04.1980; опубл. 15.07.1982. - Бюл. № 26.

87. Авт. свид. № 1232819 E21F 1/00 (СССР). Устройство для проветривания глубоких карьеров / Акреев В.Д., Рева Н.П. № 3785585/22-03; заявл. 30.08.1984; опубл. 23.05.1986. - Бюл. № 19.

88. Авт. свид. № 1645545 E21F 1/00 (СССР). Способ проветривания карьера и устройство для его осуществления / Шапарь А.Г., Паршкин Э.М., Мацко Л.О. № 4266610/03; заявл. 23.06.1987; опубл. 30.04.1991.- Бюл. № 16.

89. Авт. свид. № 1742493 E21F 1/00 (СССР). Устройство для проветривания глубоких карьеров / Иванов Г.И. № 4808421/03; заявл. 17.01.1990; опубл. 23.06.1992. - Бюл. № 23.

90. Патент № 2128289 E21F 1/00 (РФ). Способ проветривания карьеров / Шваб A.A., Кузнецов В.В. № 93044595/03; заявл. 17.09.1993; опубл. 27.03.1999.-Бюл. №9.

91. Авт. свид. № 1745966 E21F 1/00 (СССР). Устройство для проветривания карьера / Иванов Г.И. № 4787662/03; 4787653/03; заявл. 31.01.1990; опубл. 07.07.1992. - Бюл. № 25.

92. Патент № 2122121 E21F 1/00 (РФ). Способ проветривания кимберлитовых карьеров, работающих в многолетнемерзлых породах / Изаксон В.Ю., Новопашин М.Д., Слепцов В.И., Власов В.Н. № 97107779/03; заявл. 13.05.1997; опубл. 20.11.1998. - Бюл. № 32.

93. Авт. свид. № 1044896 F23J 11/00 (СССР). Способ отвода отходящих газов и устройство для его осуществления / Каминский П.М., Степа-ненко А.П. № 3403923/29-33; заявл. 22.01.1982; опубл. 30.09.1983.- Бюл. № 36.

94. Патент № 2099537 E21F 1/00 (РФ). Способ интенсификации воздухообмена в карьере / Морин A.C. № 95119616/03; заявл. 21.11.1995; опубл. 20.12.1997. -Бюл. № 35.

95. Авт. свид. № 1810573 E21F 1/00 (СССР). Устройство для вентиляции карьера / Голинько В.И., Кузнецов В.Г., Уркин H.H. № 4906747/03; заявл. 31.01.1991; опубл. 23.04.1993. - Бюл. № 15.

96. Авт. свид. № 1105657 E21F 1/00 (СССР). Устройство для проветривания карьеров / Штеле В.И. № 3571480/22-03; заявл. 18.02.1983; опубл. 30.07.1984.-Бюл. №28.

97. Авт. свид. № 1587212 E21F 1/00 (СССР). Способ проветривания карьера / Забелин В.В., Еремеев В.И. № 4398690/31-03; заявл. 29.03.1988; опубл. 23.08.1990. - Бюл. № 31.

98. Патент № 2121260 A01G 15/00 (РФ). Электрический способ вентиляции карьеров и воздушной массы в прилегающих к ним районах / Уйбо В.И. № 96110119/13; заявл. 21.05.1996; опубл. 10.11.1998.- Бюл. № 31.

99. Патент № 1831575 E21F 1/00 (СССР). Способ проветривания сверхглубоких кимберлитовых карьеров / Щукин В.П., Дюкарев В.П., Уркин H.H., Еремеев В.И. № 4843979/03; заявл. 28.06.1990; опубл. 30.07.1993.-Бюл. №28.

100. Звяга В.И. О применении всасывающего способа для проветривания глубоких карьеров / Известия вузов. Горный журнал. 1971. - № 8. -С. 75-79.

101. Битколов Н.З. К вопросу проветривания глубоких карьеров / Известия вузов. Горный журнал. 1959. - № 4. - С. 37-46.

102. Авт. свид. № 901560 E21F 1/00 (СССР). Способ проветривания карьеров / Фурсов Е.Г., Незговоров А.И., Кротенко Б.Н., Гусев В.П., Кашин В.И., Стружкин Н.И. № 2910360/22-03; заявл. 14.04.1980; опубл. 30.01.1982.-Бюл. №4.

103. Авт. свид. № 1583625 E21F 1/00 (СССР). Способ проветривания карьеров / Лапшин А.Е., Слюсаренко В.Г., Ошмянский И.Б. № 4410992/31-03; заявл. 15.04.1988; опубл. 07.08.1990. - Бюл. № 29.

104. Патент № 2036311 E21F 1/00 (РФ). Способ проветривания карьеров / Батманов Ю.К., Зельвянский М.Ш., Позняков Г.Г., Саратикянц С.А., Худяков А.Н. № 4888496/03; заявл. 05.12.1990; опубл. 27.05.1995.- Бюл. № 15.

105. Патент № 2357084 E21F 1/00 (РФ). Способ проветривания карьеров / Андреев A.B., Федоренко А.И., Залеская О.В. № 2007147491/03; заявл. 19.12.2007; опубл. 27.05.2009. - Бюл. № 15.

106. Авт. свид. № 246443 Е21С 47/00 (СССР). Способ вентиляции карьеров с газовыделениями / Берман Б.Ю., Филиппов В,И., Цюрупа П.В.- № 1111906/22-03; заявл. 09.11.1966; опубл. 20.06.1969. Бюл. №21.

107. Авт. свид. № 479873 E21F 1/08 (СССР). Устройство для проветривания карьера / Левин Е.М., Нечушкин Г.М., Суслин Ю.В., Куликов В.П., Соллогуб В.П., Демидов Ю.В. № 1442520/22-03; заявл. 25.05.1970; опубл. 05.08.1975. - Бюл. № 29.

108. Патент № 2066769 E21F 1/00 (РФ). Устройство для искусственной вентиляции в глубоких карьерах / Зберовский A.B., Собко Б.Е., Кривцун Г.П.- № 5067574/03; заявл. 07.08.1992; опубл. 20.09.1996. Бюл. № 26.

109. Патент № 2052126 E21F 1/00 (РФ). Способ проветривания карьеров / Гуляев Ю.Н., Толмачева Т.А., Гуляев А.Ю., Дорошенко И.И. № 5048515/03; заявл. 17.06.1992; опубл. 10.01.1996.-Бюл. № 1.

110. Авт. свид. № 775337 E21F 1/00 (СССР). Устройство для проветривания карьеров / Гвоздев Ю.А. № 2640960/22-03; заявл. 07.07.1978; опубл. 30.10.1980.-Бюл. №40.

111. Авт. свид. № 712509 E21F 1/00 (СССР). Способ проветривания карьера / Коршунов А.П., Клебанов Ф.С., Петросян А.Э. № 2648149/22-03; заявл. 26.07.1978; опубл. 30.01.1980. - Бюл. № 4.

112. Авт. свид. № 819357 E21F 1/00 (СССР). Устройство для вентиляции глубоких карьеров / Клубничкин Е.К., Рогач М.С., Павлов А.Ю., Про-плетин A.M., Демидов Ю.В. № 2763158/22-03; заявл. 08.05.1979; опубл. 07.04.1981.-Бюл. № 13.

113. Авт. свид. № 1525280 E21F 1/00, F24F 7/06 (СССР). Способ подачи чистого воздуха и устройство для его осуществления / Гаджиев Б.А., Кирш Б.А., Гурвич Г.М. № 4384901/23-29; заявл. 30.12.1987; опубл. 30.11.1989.-Бюл. №44.

114. Авт. свид. № 1767193 E21F 1/00, Е21С 41/26 (СССР). Устройство для проветривания глубоких карьеров / Калюжный В.В., Гудим С.Ф. № 4859515/03; заявл. 13.08.1990; опубл. 07.10.1992. - Бюл. № 37.

115. Авт. свид. № 608947 E21F 1/00 (СССР). Устройство для проветривания карьеров / Фадеев Б.В., Фадеев А.Б. № 1820967/22-03; заявл. 21.08.1972; опубл. 30.05.1978. - Бюл. № 20.

116. Авт. свид. № 1647150 E21F 1/00 (СССР). Устройство для проветривания карьеров / Стеблецов В.Н., Меркулов В.А., Калинин С.М., Сидорова А.Н. № 4652692/03; заявл. 20.02.1989; опубл. 07.05.1991. - Бюл. № 17.

117. Авт. свид. № 1521882 E21F 1/00 (СССР). Способ проветривания карьеров / Дмитриева Л.С., Федорко В.П., Емельянов И.В., Моисеенко И.В., Евстратов A.B., Малышева H.H., Чупин H.A. № 4327838/23-03; заявл. 13.11.1987; опубл. 15.11.1989. - Бюл. № 42.

118. Чулаков П.Ч. Теория и практика обеспыливания атмосферы карьеров. М.: Недра, 1973.- 160 с.

119. Куликов В.П., Рогалис Ю.П. Проветривание угольных разрезов. М.: Недра, 1973.-223 с.

120. Фатуев Н.Г., Ивашкин B.C., Дудырев А.Н. О принудительном проветривании карьеров средствами авиационной техники / Горный журнал.- 1964. -№ 12.-С. 59-60.

121. Авт. свид. № 514961 E21F 1/08 (СССР). Устройство для проветривания карьеров / Ецин Б.Ф., Полонский В.М., Корогодский Ш.А., Шакиров A.C. -№ 2044276/03; заявл. 23.07.1974; опубл. 25.05.1976. Бюл. № 19.

122. Авт. свид. № 848681 E21F 1/00 (СССР). Устройство для проветривания карьеров в периоды инверсий / Нестеренко Г.Ф., Филатов С.С., Конорев М.М. № 2797847/22-03; заявл. 16.07.1979; опубл. 23.07.1981.- Бюл. № 27.

123. Семененко Б.А., Богаевский O.A., Кибальников В.Г. Проветривание карьера турбореактивным двигателем / Горный журнал. 1962. - № 1. -С. 32.

124. Дубенюк В.М., Семененко В.И., Киковка И.Е., Шаблий В.И. Проветривание карьера реактивной вентиляционной установкой / Горный журнал. 1965,-№ 10.-С. 76-77.

125. Авт. свид. № 346486 Е21С 47/00 (СССР). Карьерный турбовентилятор / Филатов С.С., Конорев М.М. № 1468518/22-03; заявл. 16.09.1970; опубл. 28.07.1972. - Бюл. № 23.

126. Авт. свид. № 346487 Е21С 47/00, Е2\¥ 5/00 (СССР). Способ проветривания карьеров / Филатов С.С., Конорев М.М. № 1468519/22-03; заявл. 16.09.1970; опубл. 28.07.1972. - Бюл. № 23.

127. Авт. свид. № 508097 Е21Б 1/08 (СССР). Карьерный турбовентилятор / Конорев М.М., Филатов С.С., Нестеренко Г.Ф. № 2063028/22-03: заявл. 30.09.1974; опубл. 23.09.1981. - Бюл. № 35.

128. Зайцев В.Ф., Колесаев В.Б., Култышев В.И. Высокоэффективная система искусственной вентиляции и пылегазоподавления в глубоких карьерах / Горный журнал. 1993. - № 2. - С. 55-56.

129. Коркин Ю.М., Тарасов В.Н., Гущин В.В., Проплетин Б.М., Филатов С.С., Росляков С.М., Павлов А.И. Опыт искусственного проветривания Саамского карьера / Горный журнал. 1981. - № 5. - С. 59-60.

130. Конорев М.М., Блонский М.В., Нестеренко Г.Ф. Выбор вертолетного винта в качестве ротора карьерного вентилятора / Горный информационно-аналитический бюллетень. 2002. - № 4. - С. 196-198.

131. Авт. свид. № 307191 Е21С 47/00 (СССР). Устройство для проветривания карьеров / Балаболкин А.Н., Ецин Б.Ф., Корогодский Ш.А. -№ 1351145/22-03; заявл. 24.07.1969; опубл. 21.06.1971. Бюл. № 20.

132. Авт. свид. № 311009 Е21С 47/00 (СССР). Устройство для проветривания карьеров / Баранцев Б.И., Васильев В.Л., Кондратенко В.П., Коно-пасов Н.Г., Кунин В.Н., Матвеев Г.И., Ставров Ю.П. № 1471495/22-03; заявл. 08.09.1970; опубл. 09.08.1971. - Бюл. № 24.

133. Авт. свид. № 589421 E21F 1/00 (СССР). Установка для проветривания карьеров / Азаров B.C., Бордий А.П., Верба В.Н., Нестеренко В.И. -№2330279/ 22-03; заявл. 04.03.1976; опубл. 25.01.1978. Бюл. № 3.

134. Авт. свид. № 623978 E21F 1/00 (СССР). Установка для проветривания карьеров / Верба В.Н., Бордий А.П., Азаров B.C. № 2386585/22-03; заявл. 19.07.1976; опубл. 15.09.1978. - Бюл. № 34.

135. Патент № 1833475 E21F 1/00 (СССР). Способ проветривания карьеров / Тишин А.П., Шустов Г.Н. № 4942700/03; заявл. 24.04.1991; опубл. 07.08.1993.-Бюл. №29.

136. Авт. свид. № 901561 E21F 1/00 (СССР). Способ проветривания карьеров / Васильев М.В., Павлов А.И. № 2918342/22-03; заявл. 30.04.1980; опубл. 30.01.1982.-Бюл. №4.

137. Алоян А.Е., Бакланов A.A., Битколов Н.З., Вассерман А.Д., Зорин A.B., Иванова Л.И., Луковский В.Д., Пененко В.В. Нормализация атмосферы глубоких карьеров. Ленинград: Наука, 1986. - 296 с.

138. Гуль Ю.В., Мустель П.И. Анализ перспективности существующих способов активного воздействия на атмосферу карьерных пространств с привлечением мнений специалистов / В межвуз. сб.: Вентиляция шахт и рудников. Ленинград: ЛГИ, 1975. - С. 121-125.

139. Михайлов В.А., Бересневич П.В. Научно-технический прогноз развития способов и средств борьбы с пылью и вредными газами при открытой разработке / Горный журнал. 1975. - № 4. - С. 69-72.

140. Бересневич П.В., Лобода А.И., Ребристый Б.Н. Прогноз способов и средств нормализации атмосферы глубоких карьеров методом экспертной оценки / Горный журнал. 1990. - № 8. - С. 52-55.

141. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй. М.: Физматгиз, 1960. -624 с.

142. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. 4-е изд., исправл. и доп. - М.: Наука, 1976. - 888 с.

143. Куликов В.П., Рогалис Ю.П. Эффект низкотемпературного естественного нагрева воздуха в вентиляторных установках и его значение при принудительном проветривании карьеров / Уголь. 1970. - № 10. - С. 39-40.

144. Бакланов A.A., Ригина О.Ю. Численные расчеты эффективности каскадных схем искусственного проветривания карьеров / Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1993. - № 2. - С. 57-63.

145. Вершинин A.A. Об энергетической оценке воздухообмена в карьерах / В сб.: Воздухообмен и микроклимат в карьерах. Челябинск: НИИОГР, 1969.-С. 113-120.

146. Авт. свид. № 232900 E21F 1/00 (СССР). Способ беструбного проветривания карьеров / Энтелис М.А., Бухман Я.З. № 1082433/22-03; заявл. 13.06.1966; опубл. 18.12.1968.-Бюл. №2 за 1969 г.

147. Авт. свид. № 717368 E21F 1/00 (СССР). Способ проветривания карьера / Филатов С.С., Росляков С.М., Павлов А.И. № 2472881/22-03; заявл. 11.04.1977; опубл. 25.02.1980. - Бюл. № 7.

148. Авт. свид. № 1752975 E21F 1/00 (СССР). Способ искусственного проветривания карьеров / Зберовский A.B., Кременчуцкий Н.Ф., Репетило A.C. -№ 4672179/03; заявл. 03.04.1989; опубл. 07.08.1992. -Бюл. № 29.

149. Морин A.C. Трубопроводная вентиляция на карьерах / Горная промышленность. 2002. - № 3. - С. 40-43.

150. Морин A.C. Изыскание оптимальных схем и средств искусственной вентиляции глубоких карьеров / Безопасность труда в промышленности. 2002. - № 12. - С. 43-47.

151. Косарев Н.П., Тимухин С.А., Попов Ю.В., Потапова A.C., Камышева Н.Е. Аэродинамика струйно-всасывающей схемы вентиляции застойных зон / Известия вузов. Горный журнал. 2005. - № 6. - С. 16-18.

152. Батурин В.В. Основы промышленной вентиляции. М.: Профиздат, 1965.-608 с.

153. Патент № 2215157 E21F 1/00 (РФ). Способ искусственной вентиляции карьеров / Морин A.C., Буткин В.Д., Нехорошева J1.B., Новоселов Р.Г., Бартель А.Я. № 2002114371/03; заявл. 31.05.2002; опубл. 27.10.2003. - Бюл. № 30.

154. Бухман Я.З. Исследования и практика борьбы с запыленностью и загазованностью воздуха на карьерах СССР / В сб.: Опыт борьбы с загазованностью и запыленностью атмосферы карьеров. М.: НИИ Цветме-тинформация, 1968. - С. 5-18.

155. Семененко Б.А., Бухман Я.З., Симаков П.Г., Таращик А.Д., Макаров В.И. Борьба с пылью на карьерных автодорогах / В сб.: Опыт борьбы с загазованностью и запыленностью атмосферы карьеров. М.: НИИ Цветметинформация, 1968. - С. 69-75.

156. Морин A.C. Технология проветривания глубоких и сверхглубоких карьеров. М.: МАКС Пресс, 2006. - 160 с.

157. Морин A.C. Основы проектирования карьерных вентиляционных систем с гибкими плавучими трубопроводами / Безопасность труда в промышленности. 2003. - № 10. - С. 31-34.

158. Чугаев P.P. Гидравлика. Ленинград: Энергия, 1975. - 600 с.

159. Альтшуль А.Д., Киселев П.Г. Гидравлика и аэродинамика. М.: Стройиздат, 1965. - 275 с.

160. Гейер В.Г., Дулин B.C., Боруменский А.Г., Заря А.Н. Гидравлика и гидропривод. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1981. - 295 с.

161. Вильнер Я.М., Ковалев Я.Т., Некрасов Б.Б. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам. Минск: Вышэйшая школа, 1976. -416 с.

162. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение, 1975. - 560 с.

163. Морин A.C. Методология и результаты физического моделирования динамических схем трубопроводного проветривания глубоких карьеров / В сб. тезисов докладов 28-ой Российской школы: Наука и технологии. Миасс: МСНТ, 2008. - С. 129.

164. Борисов Ф.И., Косолапов А.И., Морин A.C. Исследование динамических схем трубопроводного проветривания карьеров на физической модели / Известия вузов. Горный журнал. 2008. - № 4. - С. 8-18.

165. Морин A.C., Борисов Ф.И. Физическое моделирование динамических схем трубопроводного проветривания глубоких карьеров / Горное оборудование и электромеханика. 2008. - № 7. - С. 52-55.

166. Морин A.C., Борисов Ф.И., Корзухин И.В. Исследование динамических схем комбинированного трубопроводного проветривания карьеров / Вестник Иркутского государственного технического университета. 2010. - № 1.-С. 174-179.

167. Морин A.C., Буткин В.Д., Новоселов Р.Г., Плютов Ю.А. Принципы совершенствования известных решений проблемы искусственного проветривания капьеров / В сб. тезисов ооклалов Международной научно

168. Г г г г 1 г 1 ' w j. • • *практической конференции: Ресурсы недр России: экономика и геополитика, геотехнологии и геоэкология, литосфера и геотехника. Пенза: МНИЦ ПГСХА, 2003. - С. 90-92.

169. Морин A.C., Буткин В.Д. Проветривание глубоких карьеров гибкими воздуховодами легче воздуха / В сб.: Перспективные технологии и техника для горно-металлургического комплекса. Красноярск: ГАЦМиЗ, 1999. Ч. 1.-С. 223-228.

170. Буткин В.Д., Морин A.C., Качан В.В. Об использовании аэростатических аппаратов и устройств легче воздуха для проветривания карьеров / Горный информационно-аналитический бюллетень. 1999. - № 6. -С. 54-56.

171. Патент № 2148717 E21F 1/00 (РФ). Способ проветривания карьеров / Морин A.C., Буткин В.Д. № 98104351/03; заявл. 16.02.1998; опубл. 10.05.2000. - Бюл. № 13.

172. Патент № 2150583 E21F 1/04 (РФ). Вентиляционный гибкий трубопровод / Морин A.C., Буткин В.Д., Бартель А.Я., Иванова Т.Г., Касьянова E.H. -№ 99103465/03; заявл. 22.02.1999; опубл. 10.06.2000. -Бюл. № 16.

173. Патент № 2169269 E21F 1/00 (РФ). Вентиляционный комплекс / Морин A.C., Буткин В.Д., Бартель А.Я., Зимаков Е.А., Касьянова E.H. -№2000100546/03; заявл. 10.01.2000; опубл. 20.06.2001.-Бюл. № 17.

174. Патент № 2186219 E21F 1/04 (РФ). Вентиляционный гибкий трубопровод / Морин A.C., Борисов Ф.И., Буткин В.Д., Рыжов C.B., Бартель А.Я. № 2000113811/03; заявл. 30.05.2000; опубл. 27.07.2002. - Бюл. № 21.

175. Морин A.C. Вентиляционный гибкий трубопровод / Информационный листок № 29-366-03. Красноярск: ЦНТИ, 2003. - 3 с.

176. Морин A.C., Буткин В.Д., Новоселов Р.Г. Энергосберегающие схемы и средства искусственного проветривания глубоких карьеров / Известия вузов. Горный журнал. 2003. - № 6. - С. 21 -27.

177. Морин A.C. Вентиляционный гибкий трубопровод / Информационный листок № 29-035-04. Красноярск: ЦНТИ, 2004. - 3 с.

178. Косолапое А.И., Морин A.C., Совмен В.К., Протасов С.И. О нормализации состава атмосферы глубоких карьеров методами искусственного проветривания / Горное оборудование и электромеханика. 2005. - № 3. -С. 45-49.

179. Патент № 2138647 E21F 1/04 (РФ). Устройство вытяжной вентиляции тупиковых горных выработок / Тярасов Г.П. № 98106365/03; заявл. 07.04.1998; опубл. 27.09.1999. - Бюл. № 27.

180. Патент № 2164602 E21F 1/00 (РФ). Способ проветривания глубоких карьеров / Морин A.C., Буткин В.Д. № 99110111/03; заявл. 12.05.1999; опубл. 27.03.2001. - Бюл. № 9.

181. Морин A.C., Новоселов Р.Г. Обоснование схем трубопроводной вентиляции карьеров / В сб. науч. трудов 9-ой Всероссийской конференции: Перспективные материалы, технологии, конструкции, экономика. Красноярск: ГАЦМиЗ, 2003. Ч. 1. - С. 188-193. '

182. Морин A.C., Буткин В.Д., Кравцов В.В., Нехорошев Д.Б. Развитие методов и средств проветривания глубоких карьеров. М.: МАКС Пресс, 2004. - 136 с.

183. Никитин B.C., Битколов Н.З. Проектирование вентиляции в карьерах. -М.: Недра, 1980.- 171 с.

184. Картавый Н.Г. Стационарные машины. М.: Недра, 1981. - 328 с.

185. Гришко А.П. Стационарные машины карьеров. М.: Недра, 1982. - 224 с.

186. Алексеев В.В. Рудничные насосные, вентиляторные и пневматические установки. М.: Недра, 1983. - 382 с.

187. Баранников Н.М. Стационарные установки рудников и шахт. Красноярск: КГУ, 1985.- 196 с.

188. Гришко А.П., Шелоганов В.И. Стационарные машины и установки. М.: МГГУ, 2004. - 328 с.

189. Тимухин С.А., Попов Ю.В., Камышева Н.Е. Оценка аэродинамических и энергетических характеристик осевых вентиляторов, создаваемых на базе авиационных винтов / Известия вузов. Горный журнал. 2007.- № 1. С. 82-84.

190. Попов Ю.В., Тимухин С.А., Шлейвин В.В. Обоснование аэродинамических параметров струйно-нагнетательных схем аэрации карьеров / Известия вузов. Горный журнал. 2008. - № 6. - С. 43-45.

191. Калинушкин М.П. Вентиляторные установки. 7-е изд., перераб. и доп.- М.: Высш. шк, 1979. 224 с.

192. Эмден Р. Основы пилотажа аэростатов. М.: ОНТИ НКТП СССР, 1936.- 135 с.

193. Берджес Ч.П. Проектирование воздушных судов. М.; - Д.: Оборонгиз, 1938.-264 с.

194. Броуде Б.Г. Воздухоплавательные летательные аппараты. М.: Машиностроение, 1976. - 140 с.

195. Арие М.Я. Дирижабли. Киев: Наукова думка, 1986. - 264 с.

196. Бойко Ю.С. Воздухоплавание в изобретениях. М.: Транспорт, 1999.- х- ^.

197. Бойко Ю.С. Воздухоплавание: Привязное. Свободное. Управляемое.- М.: МГУП, 2001.-462 с.

198. Кокстер Г.С.М. Введение в геометрию. М.: Наука, 1966. - 648 с.

199. Морин A.C. Геометрические построения в инженерной графике. Красноярск: ГАЦМиЗ, 1999. - 116 с.

200. Бойко Ю.С. Аэростаты для разгрузки судов / Зарубежное военное обозрение. 1976. - № 12. - С. 91 -92.

201. Бойко Ю.С. Грузовые аэростаты для открытых горных разработок / Промышленный транспорт. 1980. - № 10. - С. 17-18.

202. Калинушкин М.П. Насосы и вентиляторы. 6-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1987.- 176 с.

203. Поляков В.В., Скворцов JI.C. Насосы и вентиляторы. М.: Стройиздат, 1990.-336 с.

204. Номенклатурный справочник НПО ОАО "ЭЛСИБ". Новосибирск: КЬЮТИ, 2003.-64 с.

205. Гирусов Э.В., Бобылев С.Н., Новоселов АЛ., Чепурных Н.В. Экология и экономика природопользования. М.: Закон и право, ЮНИТИ, 1998. -455 с.