ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СПОСОБ ВЕНТИЛЯЦИИ КАРЬЕРОВ И ВОЗДУШНОЙ МАССЫ В ПРИЛЕГАЮЩИХ К НИМ РАЙОНАХ Российский патент 1998 года по МПК A01G15/00 

Изобретение относится к области экологических проблем, связанных с разработкой полезных ископаемых открытым способом и к метеорологии.

Проблема очистки воздуха в карьерах, является весьма актуальной с точки зрения производительности работ по добыче породы, а также с точки зрения обеспечения санитарных норм, ограничивающих предельно-допустимые концентрации в нем вредных газов и аэрозоля.

Для решения этой проблемы используются различные технологические средства, основными из которых являются воздуховоды и системы пылегазоочистки, очищающие воздух в локальных зонах карьера и в кабинах работающей техники (1).

В масштабах всего карьера вентиляция воздуха обычно осуществляется естественным образом, за счет вертикальных воздушных перемещений, а также за счет горизонтальных перемещений воздуха (ветра) на земной поверхности, ижектирующих загрязненный воздух из полости карьера.

Однако, при слабом ветре, а особенно при возникновении атмосферных инверсий в районе нахождения карьера, естественная вентиляция воздуха нарушается, что приводит к сильной загазованности внутри карьера продуктами сжигания топлива работающей техники, а также к запыленности в результате проведения вскрышных работ.

Известен способ вентиляции воздуха в карьере при таких неблагоприятных метеорологических условиях, который заключается в использовании струи работающего авиационного двигателя, установленного внутри карьера, для создания термодинамического вертикального воздушного потока (2).

Однако, практический опыт показал, что эффект вентиляции карьера (особенно в глубоких карьерах) при использовании этого способа очень низкий, ввиду того, что не достигая уровня земной поверхности, вертикальный поток теряет свою скорость и преобразуется в нисходящий. При этом происходит циркуляция загрязненного воздуха внутри карьера и дополнительное обогащение его вредными веществами, источником которого является сам двигатель.

Конвективные струи, обеспечивающие вертикальное перемещение воздушных масс, возникают вследствие создания вертикальных температурных градиентов, а значит и градиентов плотности воздуха, за счет его прогрева на дне карьера.

Прогрев воздуха также может осуществляться тепловыми установками, выполненными в виде отдельных горелок, установленных на поворотной форме, либо в виде цилиндра, внутри которого смонтирована система горелок (2).

Недостатком этого способа является большой расход топлива (примерно 1 кг в сек.). Кроме этого, при сжигании топлива в факелах, происходит его неполное сгорания, что приводит к образованию сажи, загрязняющей воздух.

Для повышения эффективности вентиляции карьеров и воздушного пространства в прилегающих к ним районах, а также для снижения энергозатрат при этих работах, кроме того используют электрический способ вентиляции, который заключается в создании вертикального воздушного потока посредством генерирования отрицательных ионов.

Генерируемые источником ионы, под действием сил, создаваемых отрицательным полем Земли и положительным полем ионосферы, перемещаются вверх, увлекая за собой воздух (3). Этот способ принят за прототип.

Недостатком данного способа является его сложность и малая эффективность.

Техническим результатом, имеющим место при использовании данного изобретения, является повышение эффективности вентиляции и снижение энергозатрат.

Это достигается за счет того, что создают воздушный поток, достигающий уровня образования атмосферной инверсии, а генерирование отрицательных ионов осуществляют посредством системы коронирующих электродов, имеющих отрицательный электрический потенциал относительно Земли, и расположенной внутри карьера или на его берегу.

На фиг. 1 представлен общий вид системы коронирующих электродов; на фиг. 2, 3, 4 - ее расположение относительно карьера и его частей.

Способ реализуется следующим образом.

Ионы генерируются установкой, представляющей собой систему коронирующих электродов (сетку или набор вертикальных стержней), на которые подан отрицательный относительно Земли высоковольтный потенциал.

В качестве примера конструктивного исполнения установки источника ионов предлагается установка, которая применяется для разрушения тумана и низкой слоистой облачности на аэродромах, изображенная на фиг. 1.

Скорость вертикального перемещения воздуха увеличивается за счет возникновения конвекции, вызванной выделением тепла при обводнении ионов атмосферной влагой по мере их вертикального подъема.

Таким образом, создается высотный восходящий поток, достигающий уровня образования слоя атмосферной инверсии, выносящий загрязненный воздух из полости карьера. В силу закона неразрывности потока удаленный воздух заменяется чистым, опускающимся внутрь карьера в виде нисходящего с поверхности земли потока.

Однако действие восходящего потока этим не ограничивается, т.к. выше уровня земной поверхности он вступает во взаимодействие с атмосферным воздухом, разрушая инверсионный слой в районе расположения карьера, обеспечивая тем самым естественную вентиляцию воздуха в карьере и над ним.

Продуктивность вентиляции зависит от схемы взаимодействия восходящего и нисходящего потоков, которая определяется местом расположения одного источника или взаимным расположением нескольких источников, генерирующих ионы, т. е. систем коронирующих электродов.

Предлагается несколько вариантов расположения источников относительно уровня полости карьера.

Источник располагается на уровне земной поверхности на берегу карьера. В этом случае достигается вынос загрязненного воздуха из полости карьера и дальнейшая транспортировка его из приземного воздушного слоя вверх. При этом не происходит загрязнение воздуха в районе, прилегающем к карьеру, где могут находиться поселки или обогатительные фабрики. Такое расположение источника позволяет разрушить атмосферные инверсии и обеспечить вентиляцию воздуха в карьере и над ним естественным образом.

Источник устанавливается на береговом склоне карьера. В этом случае обеспечивается усиление мощности восходящего потока за счет повышения концентрации ионов в виду отсутствия ветра внутри карьера.

Источник устанавливается на дне карьера. В этом случае достигается максимальная эффективность вентиляции воздуха в районе нахождения основных рабочих мест внутри карьера, однако это сопряжено с необходимостью перемонтажа источника по мере углубления карьера. Наиболее оптимальным способом размещения источников является комбинация из рассмотренных выше вариантов.

Масштабность воздушных потоков и использование установок, обладающих простотой конструкции и не требующих больших энергетических затрат при работе, дают предлагаемому способу значительные преимущества в сравнении со способом, взятым за прототип.

Кроме этого, следует отметить, что применение предлагаемого способа очистки воздуха в карьерах не сопряжено с вредными экологическими последствиями.

Источники информации
1. В.Н.Разуменко, В.И.Карасев, В.Н.Заостровцев и др. Опыт работы карьера "Удачный" в условиях загазованности атмосферы, Горный журнал N 9, 1994, с. 57-59.

2. П. В. Берескевич, В.А.Михайлов, С.С.Филатов. Экология карьеров. М.: Недра, 1990.

3. FR 2650938 A1, 22.02.91, A 01 G 15/00.

Способ предназначен для улучшения экологической обстановки при разработке полезных ископаемых. Для этого генерируют отрицательные ионы посредством системы коронирующих электродов. Образующийся при этом воздушный поток осуществляет вынос загрязненного воздуха за пределы карьера. Повышение эффективности вентиляции и снижение энергозатрат происходит за счет создания воздушного потока, достигающего уровня образования атмосферной инверсии, и за счет наличия у системы коронирующих электродов отрицательного электрического потенциала относительно Земли. 4 ил.

Электрический способ вентиляции карьеров и воздушной массы в прилегающих к ним районах, заключающийся в создании вертикального воздушного потока посредством генерирования отрицательных ионов, отличающийся тем, что создают воздушный поток, достигающий уровня образования атмосферной инверсии, а генерирование отрицательных ионов осуществляют посредством системы коронирующих электродов, имеющих отрицательный электрический потенциал относительно Земли, и расположенной внутри карьера или на его берегу.