Способ вентиляции карьеров
METHOD OF VENTILATION OF CAREERS

Изобретение относится к горному делу, а именно к проветриванию карьеров, и может быть использовано для интенсификации воздухообмена в карьерном пространстве, очистки воздуха и защиты воздушного бассейна от загрязнений, образующихся при ведении горных работ открытым способом.
Известен способ очистки воздуха от пыли, основанный на применении диспергированной воды, частицы которой несут электрические заряды, и добавке в воду пенообразующего вещества [Авт. свид. СССР №328252, опубл. 01.01.1972].
Недостатками известного способа являются использование высоковольтных зарядных установок и слабощелочного пенообразователя и связанная с этим необходимость принятия соответствующих мер безопасности.
Известен способ проветривания карьеров путем пропускания потока воздуха через водяную завесу, образованную вдоль границы карьера участками, перекрывающими ветровой поток с наветренной и подветренной сторон [Авт. свид. СССР №589420, опубл. 25.01.1978].
Недостатком известного способа является перекрытие ветрового потока водяной завесой на наветренном борту карьера, что создает препятствие воздушному потоку на выходе из карьерного пространства.
Наиболее близким к заявляемому является способ проветривания карьеров путем пропускания потока воздуха через водяную завесу, образованную вдоль границы карьера участками, перекрывающими ветровой поток с наветренной и подветренной сторон [патент RU №2584700, опубл. 20.05.2016, бюл. №4].
Недостатками известного способа являются риск заноса ветровым потоком в карьерное пространство распыленных водяных частиц и увеличение влажности карьерного воздуха до уровня, превышающего санитарные нормы.
Целью заявляемого изобретения является интенсификация естественного воздухообмена в карьере.
Поставленная цель достигается тем, что в способе вентиляции карьеров путем организации воздухообмена атмосферы карьера за счет прохождения потока воздуха через водяную завесу с помощью источников воды согласно изобретению воздухообмен атмосферы карьера организуют путем управления водяными потоками из емкостей, расположенных на подветренной стороне карьера у его верхней кромки с шагом между емкостями, равным 0,3-0,5 длины емкости, и осуществляют выпуск нагнетаемого воздуха через конические раструбы воздухопроводов, расположенных в емкостях, при этом угол раскрытия струи водяного потока определяют из следующей зависимости:
где: S - расстояние между раструбами;
α - угол раскрытия струи, равный углу раскрытия конических раструбов, размещенных на верхней кромке воздухопровода;
r - меньший радиус раструба подачи сжатого воздуха в емкость;
β - угол наклона границы водяной струи относительно горизонтальной поверхности;
h - высота треугольника, образованного отрезком верхней кромки воздухопровода и боковыми сторонами смежных конических раструбов.
Емкости на подветренном борту установлены с зазором, равным 0,3-0,5 длины емкости.
Целесообразность охлаждения воздуха, поступающего в карьерное пространство путем его пропускания через водяную завесу, обусловлено тем, что в этом случае плотность воздуха возрастает и, соответственно, на 3-6° увеличивается угол раскрытия сформированной им свободной струи.
Целесообразность подачи в емкость сжатого воздуха через конические раструбы в воздухопроводе обусловлено тем, что в этом случае образуется сплошная водяная завеса, и при прохождении через нее воздуха, поступающего в карьерное пространство, обеспечивается максимальный контакт распыленной воды и воздушного потока.
Распыление воды сжатым воздухом, подаваемым в емкость через конические раструбы в верхней части воздухопровода, снижает энергозатраты на создание в емкости избыточного давления и формирование вертикальных водяных струй.
Размещение воздухопровода подачи сжатого воздуха на дне емкости вблизи ее подветренной стенки обосновывается тем, что при этом снижается риск заноса ветровым потоком капель в карьер и повышается вероятность их осаждения обратно в емкость.
При расчете расстояния S между смежными коническими раструбами подачи сжатого воздуха определяющим параметром является угол раскрытия струи α, равный углу раскрытия конических раструбов, размещенных в верхней части воздухопровода. Этот угол должен обеспечивать пересечение боковых границ распыляемых водяных струй на уровне верхней кромки стенки емкости хранения воды, что исключает поступление в карьерное пространство неохлажденных воздушных масс, проходящих над емкостями. Длина емкости должна быть соизмерима с длиной современных трейлеров и составлять 10-12 м. Допустим, при зазоре между емкостями в пределах 0,3-0,5 их длины минимальный зазор между емкостями составляет 3,0-3,5 м, максимальный - 5,0-6,0 м, что достаточно для прохода автомобильной и грузоподъемной техники для выполнения операций, связанных с транспортировкой и перемещением емкостей. Превышение этого расстояния более 5-6 м при увеличении зазора между емкостями более 0,5 длины емкости увеличит поступление в карьерное пространство неохлажденного воздуха и сократит угол раскрытия свободной струи.
Целесообразность нахождения распыляемой воды в емкостях обусловлено тем, что в этом случае может быть снижен ее расход, вследствие возврата распыляемых брызг обратно в емкость, а также минимизирован риск размыва верхней кромки борта карьера распыляемой водой.
Распыление воды, удаляемой из карьера системой водоотлива, обеспечивает ее частичную утилизацию и использование для увеличения интенсивности вентиляции карьерного пространства.
Наличие в предлагаемом техническом решении признаков, отличных от признаков, характеризующих ближайший аналог, позволяет сделать вывод о его соответствии условию патентоспособности изобретения «новизна».
В процессе поиска по предмету разработки по патентной документации и по научно-технической литературе не выявлено технических решений, повышение эффективности воздействия средств вентиляции на воздушный бассейн карьеров при дефиците энергии неустойчивости внутрикарьерной атмосферы. Что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения условию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».
Заявляемый способ вентиляции карьеров поясняется графически. На фиг. 1 изображены эпюра изменения скорости ветрового потока и характер изменения угла (ϕ) раскрытия свободной струи при ее прохождении через водяную завесу; на фиг. 2 - компоновка емкостей с водой; на фиг. 3 - схема размещения воздухопровода подачи сжатого воздуха на дне емкости с водой; на фиг. 4 - характер взаимодействия водяных струй, распыленных с помощью конических раструбов, размещенных на верхней части трубопровода, где: 1 - карьерное пространство; 2, 3 - соответственно, подветренный и наветренный борт карьера; 4 - емкость с водой; 5 - воздухпровод; 6 - конические раструбы, размещенные в верхней части воздухопровода; 7 - распыленная водяная струя.
Способ вентиляции карьеров осуществляется следующим образом.
На подветренной стороне карьера 1 распыляют воду. При прохождении воздуха через водяную завесу его плотность возрастает и воздушный поток опускается в карьерное пространство, увеличивая угол раскрытия свободной струи ϕ, что снижает объем зоны рециркуляции в карьерном пространстве, в соответствии со схемой, представленной на фиг. 1.
Преимущества заявляемого способа: увеличение интенсивности естественной вентиляции карьеров за счет увеличения угла ϕ раскрытия свободной струи воздуха при ее входе в карьерное пространство на 3-6°, отсутствие препятствий ведению в карьере горных работ.