Способ проветривания карьера
PIT VENTILATION METHOD

Заявляемое изобретение относится к горнодобывающей промышленности, в частности к добыче полезных ископаемых открытым способом, и направлено на нормализацию состояния карьерного воздуха в периоды безветрия или инверсионного состояния атмосферы.
Известен способ интенсификации проветривания карьера с помощью водяных завес, распыляющих холодную и горячую воду соответственно на подветренном и наветренном бортах [заявка на выдачу патента РФ №2015109151 от 16.03.2015].
Недостатки известного способа заключаются в неэффективности его использования в безветренную погоду и периоды атмосферных инверсий.
Известен способ интенсификации проветривания карьера с помощью парогенератора. Парогенераторы устанавливаются в нижней части карьера у зумпфов с карьерной водой, а вентиляторы устанавливаются в застойных зонах. Электропитание парогенераторов и вентиляторов происходит от ветроэнергетических установок, которые расположены на бортах карьера. Парогенератор разлагает карьерную воду на чистый водород и кислород, которые поступают под давлением в генератор, где водород сгорает в атмосфере кислорода, при этом образуя мощные конвективные потоки, а карьерные вентиляторы образуют неизотермические свободные струи [Патент РФ №2082010 от 20.08.1997].
Недостатки способа: громоздкость и сложность конструкции, содержащей в своем составе ветроэнергетические установки, повышенная взрывоопасность, связанная с сжиганием водорода в атмосфере кислорода.
Цель заявляемого изобретения заключается в организации проветривания карьера в безветренную погоду, в период атмосферных инверсий.
Поставленная цель достигается тем, что в периоды безветрия или атмосферных инверсий проветривание карьера осуществляют конвективными потоками теплоносителя, генерируемыми нагревателем, размещенным на поверхности карьера, путем импульсной подачи теплоносителя со скоростью от 100 до 300 м/с и периодичностью от 1 до 5 сек.
Конвективные потоки теплоносителя формируют поочередно, вначале с помощью конического сопла теплоносителя, обеспечивающего раскрытия конвективного потока на 1-2 градуса, затем с помощью конического сопла, обеспечивающего раскрытия конвективного потока на 3-5 градусов.
Теплоносителем в период безветрия является водяной пар, а при атмосферных инверсиях - горячий воздух.
Целесообразность импульсной подачи конвективными потоками теплоносителя обосновывается необходимостью его движения с высокой скоростью, обеспечивающей выход импульса и вынос вредных примесей за пределы карьерного пространства за время меньшее, чем время охлаждения теплоносителя до температуры карьерного воздуха. При средней глубине современных карьеров, имеющих проблемы с естественным проветриванием и атмосфера которых подвержена интенсивному накоплению вредных примесей, от 300 до 600 метров, скорость импульса должна находиться в пределах 100-300 м/с.
Снижение скорости импульсного конвективного потока ниже 100 м/с может привести к охлаждению теплоносителя до температуры окружающего воздуха, по мере движения струи в карьерном пространстве, до момента ее выхода за пределы верхней границы карьерного пространства.
Скорость импульсного конвективного потока более 300 м/с не обеспечит полной отдачи теплоты карьерному воздуху теплоносителем и увеличит затраты энергии на нагрев последнего.
Периодичность импульсной подачи теплоносителя, от 1 до 5 сек выбирается в зависимости от геометрических и технологических параметров карьера: глубины, объема карьерного пространства, интенсивности ведения буровзрывных работ (БВР) и эксплуатации карьерного автотранспорта. В карьерах меньшей глубины с умеренной интенсивностью БВР и эксплуатации автомобильного транспорта периодичность импульсной подачи теплоносителя минимальная, от 5 сек, в глубоких карьерах с интенсивным ведением БВР и интенсивной эксплуатацией автомобильного транспорта максимальная, до 5 сек.
Целесообразность поочередного формирования конвективных потоков, вначале с помощью конического сопла, обеспечивающего угол раскрытия конвективного потока на 1-2 градуса, затем с помощью конического сопла, обеспечивающего угол раскрытия конвективной струи на 3-5 градусов, обосновывается следующим.
Поток, из первого сопла, при подъеме на каждые 100 м увеличивается в диаметре на 3,5-7 метров. При этом струя за счет инжекции вовлекает в поток смежные слои карьерного воздуха, увеличивая таким образом диаметр конвективной струи в 4-5 раз.
Интервал формирования потоков от 1 до 5 с выбран из соображений сохранения конвективного и инерционного движения карьерного воздуха, побуждение которого вызвано при выпуске первой струи меньшего диаметра. Снижение интервала, менее 1 сек, несет риск того, что за этот момент не успеет сформироваться струя карьерного воздуха за счет инжекции потока теплоносителя. Превышение интервала, более 5 сек, несет риск затухания скорости потока, сформированного движением первоначального потока.
Использование в качестве теплоносителя водяного пара целесообразно в периоды безветрия и в периоды инверсий в условиях отрицательных температур. В этом случае водяной пар, охладившись в верхних слоях атмосферы карьера, выпадает на его дно в виде снега, дополнительно очищая воздух от пыли.
Использование в качестве теплоносителя горячего воздуха целесообразно в условиях высокой влажности и туманов, когда появление в атмосфере дополнительной влаги ухудшает видимость и санитарно-гигиенические условия на рабочих местах горных рабочих.
Заявляемый способ проветривания поясняется графически на фиг. 1 и фиг. 2.
Заявляемый способ проветривания осуществляется следующим способом. В карьерное пространство 1 размещается парогенератор 2, установленный на транспортировочные лыжи 5. Доставка воды в парогенератор осуществляется по трубопроводу 3, а электропитание парогенератора обеспечивается от трансформатора по проводам 4. Формирование конвективного потока 8, 9, 10 в зависимости от состояния атмосферных явлений обеспечивают водяным паром или горячим воздухом.
Конвективные потоки теплоносителя формируют поочередно, вначале с помощью конического сопла теплоносителя 6, обеспечивающего раскрытия конвективного потока на 1-2 градуса, затем, с помощью конического сопла 7, обеспечивающего раскрытия конвективного потока на 3-5 градусов, со скоростью от 100 до 300 м/с и периодичностью от 1 до 5 сек. Вначале конвективный поток обеспечивает предварительный прогрев или охлаждение карьерного воздуха меньшего объема, затем с увеличенным раскрытием конвективного потока вовлекаются в движение значительные объемы карьерного воздуха 11, в том числе и за счет инжекции.
Преимущества заявляемого изобретения заключаются в организации воздухообмена карьерного пространства с окружающей средой в периоды безветрия и атмосферных инверсий, улучшении санитарно-гигиенических условий труда горных рабочих, исключении простоев горных работ из-за плохой видимости при высокой загазованности и запыленности карьерного воздуха.