Основні схеми природного провітрювання.

План.

Кар’єр як частина земної поверхні.

Утворення вільної або напівобмеженої струменів.

Схеми провітрюваня кар’єру: рециркуляційна і прямоточна.

Формування застійних зон.

Термічні об’ємні сили, що діють в кар’єрі.

Конвективна та інверсійні схеми провітрювання.

Комбінації чотирьох схем провітрювання кар’єрів.

 

Кар’єр є частиною земної поверхні. Тому повітрообмін в ньому в значному ступені визначається тими ж факторами, що і повітрообмін над земною поверхнею в цілому: швидкістю вітру і розподіленням температури в приземному шарі повітря.

Найбільш ефективно провітрюється кар’єр за використання енергії вітру з достатньо високими його швидкостями. В цьому випадку в кар’єрі утворюється або вільний (мал. 17, а), або напівобмежений (мал. 17, б) струмінь, що забезпечує ефективний виніс шкідливостей з кар’єру. Вільний струмінь, утворюється при великому куті відкосу борту кар’єра і тому зустрічається частіще, ніж напівобмежений. Схема провітрювання вільним струменем називається рециркуляційною, оскільки наявність зворотного струменю другого роду в зоні ОВСО призводить до численної циркуляції (рециркуляції) деякої частини повітря в об’ємі кар’єру. При цьому вільний струмінь АОВ буде приносити до борту ВО шкідливості, що виділяються на дільниці ОСВ і заносяться до струменю рециркуляційним потоком. Частина цих шкідливостей буде наново надходити до зони ОВСО, що з часом може призвести до накопиченню в ній значних кількостей шкідливостей. За цієї причини зони, подібні ОВСО, називаються застійними, або мертвими. Схема провітрювання з напівобмеженим струменем називається прямотічною, так як повітря в обсязі всього кар’єру рухається в одному напряму. Ця схема більш ефективна у зв’язку з тим, що вона не має застійних зон і швидкість повітря в кар’єрі мало чим відрізняться від швидкості вітру на поверхні. Однак вона зустрічається переважно за неглибоких розробок або в кар’єрах з дуже пологими бортами.

a) А

 

О D

 

В

С

 

б)

 

 

Мал. 17. Схема провітрювання кар’єру енергією вітру:

а- рециркуляційна; б – прямоточна.

За відсутності або малої його швидкості рух повітря в кар’єрі формується під дією термічних об’ємних сил [1].

Повітря в кар’єрі підігрівається нагрітими поверхнями (борти, дно); останні можуть нагріватися сонцем за рахунок протікання окислювальних процесів, ендогенним теплом гірничих порід. В цьому випадку шари повітря, які прилягають до них, стають більш легкими і піднімаються до поверхні, рухаючись вздовж бортів. Цей потік виносить з кар’єру шкідливості. Така схема називається конвективною [2]. Ефективність провітрювання кар’єру за цієї схеми низька. Конвективна схема утворюється при позитивному вертикальному градієнті температури повітря в кар’єрі, що перевищує адіабатичний. За охолодженням повітря з глибиною розробки (температурний градієнт менше адіабатичного) останній стає більш важким і, намагаючись зайняти більш низьке положення, спускається на дно кар’єру. При цьому на дно заносяться і всі шкідливості, що виділяються на уступах більш високих горизонтів. Поступово глибокі дільниці кар’єру (або навіть весь кар’єр) заповнюється більшими кількостями шкідливостей, що перешкоджають безпечному веденню робіт. Така схема руху повітря називається інверсійною [3]. За інверсійної схеми руху повітря виносу шкідливостей з кар’єру практично не відбувається. В цьому випадку слід говорити не про провітрювання кар’єру, а про його відсутність. При цьому неодноразово спостерігалися випадки значного забруднення атмосфери кар’єрів і припинення робіт іноді на тривалий перідо внаслідок інверсій. Так, в жовтні 1967 р. і січні – лютому 1968 р. в Коркинському вугільному розрізі (м. Коркіно, Челябінська область, РФ, мал. 18) спостерігалися вельми сильні інверсії, за яких вміст окису вуглецю в розрізі в декілька раз перевищувал допустимі норми, і роботи припинялися. В листопаді 1967 р. забруднення атмосфери розрізу продовжувалося 12 днів. На Сибайському кар’єрі (Республіка Башкортостан, РФ, мал. 19) тривалість періодів забруднення за інверсій сягає 60 годин на рік.

Мал. 18. Коркінський вугільний розріз.

Окрім відміченних чотирьох основних схем провітрювання кар’єрів можуть виникати їх комбінації: рециркуляційно-прямоточна (одна частина кар’єру поблизу підвітреного борту провітрюється за рециркуляційною схемою, інша, де вільний струмінь сягає дна і рухаєється вздовж нього, - за прямоточною), інверсійно-конвективна (по одному – теплому - борту повітря піднімається, по другому – холодному (тіньовому) – спускається), прямоточно-рециркуляційна.

Більш детально схеми природного провітрювання кар’єрів будуть розглядатися в наступних розділах «Провітрювання кар’єрів енергією вітра» та «Провітрювання кар’єрів енергією термічних сил»).

Мал. 19. Сибайський кар’єр.

[1] Об’ємними називаються сисли, які діють на кожну частину повітря (сили важкості, інерції та інші).

 

[2] Від латинського convectio – перенесення; мається на увазі термічна конвекція.

[3] Від латинського inversio – перестановка.