Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Проветривание карьеров энергией термических сил




Термические силы оказывают заметное влияние на проветривание карьеров при скорости ветра на поверхности более 2 м/с. При меньшей скорости и в зависимости от величины температурного градиента в карьере устанавливается конвективное или инверсионное движение воздуха, называемое конвективной или инверсионной схемой проветривания карьера. При конвективной схеме более теплые нижележащие слои воздуха поднимаются вверх и выносят с собой содержащиеся в них вредности. При инверсионной схеме движения охлажденные слои воздуха поступают вниз и заносят с собой вредности в глубокую часть карьера. Проветривание карьера при этом практически не осуществляется, наблюдается накапливание примесей в его нижней части, что приводит к прекращению работ в карьере.

 

Конвективная схема проветривания

Конвективная схема проветривания возникает при прогретых бортах карьера и малой энергии ветрового потока на поверхности. Прогретые борта карьера нагревают находящийся над ними воздух, который начинает перемещаться вверх, а на его место сверху опускаются холодные массы воздуха. Причины такого перемещения объясняются разной степенью прогрева отдельных его объемов, находящихся в одной горизонтальной плоскости. Общий прогрев бортов вызывает движение воздуха во всем карьере.

Кроме общекарьерного конвективного движения часто наблюдаются локальные конвективные потоки, вызываемые разной степенью прогретости поверхности карьера из-за различной освещенности, поглощающей способности (различные цвета пород, их физические свойства), разного прогрева глубинным теплом, различной интенсивности окислительных процессов на поверхности и др.

Формирование конвективной схемы начинается при прогревании бортов и дна карьера и при скорости ветра не более 0,7—0,8 м/с, что соответствует удельной кинетической энергии ветрового потока на поверхности, примерно равной 0,4 Дж/м3. С уменьшением энергии ветрового потока (скорости ветра) конвективное движение воздуха в карьер усиливается. Физически это объясняется следующим образом.

При энергии ветрового потока на поверхности, превышающей 0,4 Дж/м3, в карьере развивается интенсивный турбулентный воздухообмен и тепло, поступающее в атмосферу от его поверхностей, не накапливается у бортов (за исключением слоя воздуха толщиной 1—2 м, прилегающего к поверхности уступов), а распространяется по всему объёму внутрикарьерного воздушного пространства. В результате происходит относительно равномерный прогрев атмосферы карьера источниками тепла, находящимися на его поверхностях. При равномерном прогреве температура воздуха во всех точках внутрикарьерного пространства изменяется на одну и ту же величину. Следовательно, поступление тепла от поверхностей карьера в условиях интенсивного турбулентного воздухообмена (высокие энергии ветрового потока на поверхности) не изменяет температурный градиент воздуха в карьере, вызываемый естественным сжатием воздуха с глубиной и равный адиабатическому градиенту (1°С на 100 м). При уменьшении энергии ветра турбулентность, а следовательно, и воздухообмен в карьере уменьшаются, вследствие чего слои воздуха, ближе расположенные к источникам тепла (поверхностям карьера), прогреваются сильнее, чем более удаленные, тем самым увеличивая вертикальный температурный градиент, который начинает превышать значение, соответствующее безразличному равновесию атмосферы (1°С на 100 м), что вызывает появление восходящих конвективных потоков воздуха: формируется конвективная схема проветривания.

 

 

При конвективной схеме проветривания карьера (рис. 19) массы теплого воздуха поднимаются вверх не вертикально, а движутся вдоль уступов вследствие прижимающего эффекта опускающихся более холодных масс. При этом объём поднимающегося из карьера воздуха с высотой увеличивается. Наиболее мощные конвективные потоки наблюдаются у верхних уступов карьера. При увеличении масс воздуха, поднимающегося вверх вдоль бортов карьера, скорость его движения с высотой увеличивается. Максимальные значения скорости наблюдаются у верхней бровки борта карьера. Они могут достигать 1,5 м/с - при глубине карьера 100-200 м. Одной из основных причин конвективного движения воздуха в карьере, как отмечалось ранее, является нагрев его бортов солнечной радиацией в дневное время. При этом северный борт нагревается больше, чем южный, в результате вдоль северного борта к поверхности движутся большие массы воздуха и скорости их выше, чем скорости потоков воздуха вдоль южного борта.

При наличии таких источников тепла, как рудничные пожары, экзогенный нагрев бортов карьера и т. п., конвективное движение воздуха может происходить круглосуточно. Аэродинамический режим движения воздуха в карьере при конвективной схеме проветривания неустойчивый. Вынос вредностей из карьера осуществляется восходящими воздушными потоками, движущимися вдоль бортов. При этом количество вредностей в потоке возрастает по мере приближения его к поверхности вследствие дополнительного выноса вредностей, выделяемых при ведении горных работ на верхних уступах. Основные влияния на загрязнение атмосферы карьеров при конвективной схеме проветривания оказывают внутренние источники выделения вредностей (буровые работы, работа экскаваторов и т. п.). Концентрация вредностей у этих источников может быть высокой, особенно с подветренной стороны и при небольших скоростях движения воздуха.

 

Инверсионная схема движения воздуха

Инверсионная схема движения воздуха в карьерах возникает при охлаждении бортов карьера и малой энергии ветрового потока на поверхности при скорости ветра на поверхности не более 0,7—0,8 м/с. Увеличение энергии ветрового потока оказывает влияние на термодинамическое состояние атмосферы: повышается турбулентный воздухообмен в карьере и выравнивается поле тех компонент температуры, которые являются" результатом наличия источников охлаждения воздуха. В итоге температурный градиент приближается к адиабатическому. Затруднение же воздухообмена приводит к тому, что слои воздуха, прилегающие к холодным поверхностям бортов карьера, охлаждаются в большей степени, чем удаленные. Таким образом, создаются условия для перемещения вниз более холодных и, следовательно, более тяжелых масс воздуха.

Инверсионные движения воздуха в карьерах могут возникать не только при охлаждении воздуха бортами карьера, но и при прохождении над карьером фронта холодного атмосферного воздуха. В этом случае потоки холодного воздуха поступают в карьер прямо с поверхности. Прилегающие к бортам слои воздуха охлаждаются и как более тяжелые начинают поступать вниз, на дно карьера, проникая под ранее находившиеся на дне слои более теплого воздуха, и вытесняют их вверх. По мере развития инверсии высота слоя холодного воздуха в нижней части карьера увеличивается. При глубоких инверсиях весь карьер может быть заполнен массами холодного воздуха. При инверсионной схеме движения воздуха в карьере максимальные скорости воздуха у поверхности бортов не превышают 1 м/с. В направлении инверсионных потоков скорости уменьшаются, а под уровнем инверсии воздух практически находится в неподвижном состоянии.

В зависимости от условий инверсии могут быть различной продолжительности. Кратковременные инверсии длятся несколько часов и являются следствием радиационного охлаждения бортов карьера в ночное время при безоблачной погоде. Они развиваются ночью и исчезают с восходом солнца. Длительные инверсии могут продолжаться несколько дней. Они часто возникают в холодный период года, когда радиационное охлаждение бортов превышает получаемую ими инсоляцию.

Режим движения воздуха при инверсионной схеме проветривания ламинарный или близкий к нему, что затрудняет воздухообмен в карьере и обусловливает высокое содержание газа и пыли в воздухе на значительном расстоянии от источника их образования.

При инверсионной схеме движения воздухообмен между слоем инверсии и вышележащими слоями атмосферного воздуха крайне ограничен, поэтому вынос вредностей из карьера практически не происходит. Более того, поступающие вниз массы холодного воздуха увлекают за собой вредности, образующиеся на верхних уступах. Концентрация газа и пыли может существенно превышать допустимые пределы. Пребывание людей в таких местах становится опасным вследствие возможных острых отравлений ядовитыми газами. Кроме этого, из-за большого содержания газа и пыли в слое инверсии, а в ряде случаев и из-за образования туманной дымки видимость в карьере резко ухудшается, что нарушает безопасность при ведении работ. Вследствие этого при глубоких инверсиях работы в карьере приостанавливают, а людей выводят на поверхность.

 




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-01-20; Просмотров: 2551; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.009 сек.