Способ проветривания карьера Российский патент 2019 года по МПК E21F1/00 

Изобретение относится к горному делу, а именно к проветриванию карьеров и может быть использовано для интенсификации воздухообмена в карьерном пространстве и защиты воздушного бассейна от загрязнений, образующихся при ведении горных работ открытым способом.

Известен способ проветривания карьера с помощью сооружения в виде вентиляционных крыльев, складывающихся, либо из породных отвалов вытянутой формы, либо зданий, которые располагаются под углом друг к другу с щелью-прораном между ними [Бересневич П.В., Михайлов В.А., Филатов С.С. Аэрология карьеров, М.: Недра, 1990. - 280 с.]. Недостаток данного способа заключается в значительном объеме размещаемой по бортам карьера горной массы, с поверхности которой часть сдуваемой пыли может поступать в карьерное пространство.

Известен способ проветривания карьера с помощью труб или выработок, подведенных к нижней части карьера, куда воздух нагнетается вентилятором, расположенным непосредственно на дневной поверхности, либо на одном из уступов [Битколов Н.З., Никитин B.C. Проветривание карьеров, М.: Госгортехиздат, 1963. - 252 с.]. Недостаток известного способа заключается в том, что воздух по трубопроводам подается только на нижние горизонты карьерного пространства, не проветривая при этом его верхние и средние горизонты.

Задачей заявляемого изобретения является обеспечение проветривания всех горизонтов карьерного пространства за счет естественных ветровых потоков.

Достигается это способом проветривания карьера путем нагнетания воздушного потока в выработанное пространство карьера, которое осуществляют в виде естественных ветровых потоков за счет трубы оснащенной раструбом, а параметры раструба и трубы и их установки определяют в соответствии с загрязненностью проветриваемых застойных зон.

Целесообразность направления ветровых потоков по трубе обосновывается тем, что в этом случае в трубе формируется струя, которая направляется в карьерное пространство под углом, равным углу наклона трубы, и практически равным углу наклона борта карьера, на котором она расположена.

Расположение трубы в верхней части борта карьера обосновывается необходимостью ее приближения к дневной поверхности, где интенсивность естественных ветровых потоков максимальна.

Наличие раструба на входной стороне трубы обеспечивает сжатие входящего в него естественного ветрового потока и увеличение его скорости на входе в трубу. Кроме этого, наличие раструба обеспечивает наиболее полный захват естественных ветровых потоков с земной поверхности.

Отношение диаметра D₀ входного отверстия раструба к его длине L обосновывается следующим. 2÷3-кратное превышение диаметра D₀ входного отверстия его длины L обеспечивает 4÷6-кратное увеличение скорости ветрового потока в конечном сечении раструба, что подтверждается результатами расчета по формуле:

где: ϑ_м - скорость ветрового потока в конечном сечении раструба; ϑ₀ - скорость ветрового потока в начальном сечении раструба, равная скорости ветра на земной поверхности; β₀ - коэффициент, учитывающий изменение количества движения воздуха в начальном сечении раструба, β_o=1,1÷1,2; α - коэффициент структуры струи, α=0,07-0,63; х - расстояние до сечения, в котором определяется скорость струи (в нашем случае х=L); D₀ - диаметр начального сечения струи, равный диаметру входного отверстия раструба.

Расчет по формуле 1 показывает, что при скорости ветрового потока на земной поверхности от 3 до 5 м/с, длине раструба от 2 до 10 м и диаметре его входного патрубка от 5 до 25 м, скорость струи в конечном сечении раструба составляет от 10 до 20 м/с, что обеспечивает дальнобойность струи от 100 до 1000 м, определенную по зависимости 2, и достаточную для проветривания глубоких карьеров:

где: L_c - дальнобойность струи на выходе из трубы; D - диаметр трубы, равный диаметру раструба в конечном сечении; U_к - скорость струи в ее конечном сечении. Для расчета принята U_к=0,15÷0,25 м/с - минимальная допустимая скорость воздушных потоков, осуществляющих проветривание горных выработок; U_o - скорость струи на выходе из трубы, равная ϑ_м.

Предельная длина трубы, от 10 до 30 м, обосновывается экономическими и техническими соображениями. При такой длине трубы она размещается на верхнем уступе карьера, высота которого, в соответствии с требованиями Правил безопасности, обычно не превышает 30 м. При длине трубы от 10 до 30 м ее масса и затраты на монтаж существенно ниже, чем при монтаже трубы по прототипу, при этом дальнобойность струи на выходе из трубы достаточна для проветривания всех горизонтов карьерного пространства.

Заявляемый способ поясняется графически. На фигуре изображен карьер 1, на наветренном борту которого горизонтально расположен сужающийся раструб 2, входное отверстие которого направлено в сторону ветрового потока, соединенный с трубой 3, через которую ветровой поток направляется в глубину карьера.

Заявляемый способ осуществляется следующим образом. Ветровой поток с земной поверхности поступает в горизонтально расположенный раструб, входное отверстие которого направлено в сторону господствующих ветров. При прохождении ветрового потока через раструб его скорость возрастает в 4÷6 раз, до 10÷20 м/с. Далее ветровой поток из сужающегося раструба поступает в трубопровод 3, на выходе из которого дальнобойность воздушной струи составляет от 100 до 1000 м, что обеспечивает поступление естественных ветровых потоков на нижние горизонты карьерного пространства.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в интенсификации ветровых потоков, осуществляющих проветривание карьера, и в снижении объема зоны рециркуляции в глубоких и сверхглубоких карьерах.

Изобретение относится к горному делу, а именно к проветриванию карьеров, и может быть использовано для интенсификации воздухообмена в карьерном пространстве и защиты воздушного бассейна от загрязнений. Согласно способу осуществляют нагнетание воздуха путем направления естественных ветровых потоков по трубе, оснащенной раструбом. При этом трубу располагают в верхней части борта карьера под углом, равным углу наклона борта карьера, на котором она расположена, при длине раструба (L) от 2 до 10 м и диаметре его входного отверстия от 5 до 25 м. Скорость ветрового потока, достаточную для проветривания, определяют по формуле:

,

где: ϑ_м - скорость ветрового потока в конечном сечении раструба; ϑ_о - скорость ветрового потока в начальном сечении раструба, равная скорости ветра на земной поверхности; β_о - коэффициент, учитывающий изменение количества движения воздуха в начальном сечении раструба, β_о=1,1÷1,2; α - коэффициент структуры струи, α=0,07-0,63; х - расстояние до сечения, в котором определяется скорость струи (в нашем случае х=L); D₀ - диаметр начального сечения струи, равный диаметру входного отверстия раструба, при этом дальнобойность струи на выходе из трубы определяют по формуле:

,

где: L_c - дальнобойность струи на выходе из трубы; D - диаметр трубы, равный диаметру раструба в конечном сечении; U_k - скорость струи в ее конечном сечении, для расчета принята U_к=0,15÷0,25 м/с - минимальная допустимая скорость воздушных потоков, осуществляющих проветривание горных выработок; U₀ - скорость струи на выходе из трубы, равная ϑ_м. Технический результат заключается в интенсификации ветровых потоков, осуществляющих проветривание карьера, и в снижении объема зоны рециркуляции в глубоких и сверхглубоких карьерах. 1 ил.

Способ проветривания карьера путем нагнетания воздуха через трубу, расположенную в карьере, отличающийся тем, что нагнетание воздуха осуществляют путем направления естественных ветровых потоков по трубе, оснащенной раструбом, при этом трубу располагают в верхней части борта карьера под углом, равным углу наклона борта карьера, на котором она расположена, при длине раструба (L) от 2 до 10 м и диаметре его входного отверстия от 5 до 25 м, а скорость ветрового потока, достаточную для проветривания, определяют по формуле:

,

где: ϑ_м - скорость ветрового потока в конечном сечении раструба; ϑ_о - скорость ветрового потока в начальном сечении раструба, равная скорости ветра на земной поверхности; β_о - коэффициент, учитывающий изменение количества движения воздуха в начальном сечении раструба, β_о=1,1÷1,2; α - коэффициент структуры струи, α=0,07-0,63; х - расстояние до сечения, в котором определяется скорость струи (в нашем случае х=L); D₀ - диаметр начального сечения струи, равный диаметру входного отверстия раструба, при этом дальнобойность струи на выходе из трубы определяют по формуле:

,

где: L_c - дальнобойность струи на выходе из трубы; D - диаметр трубы, равный диаметру раструба в конечном сечении; U_k - скорость струи в ее конечном сечении, для расчета принята U_к=0,15÷0,25 м/с - минимальная допустимая скорость воздушных потоков, осуществляющих проветривание горных выработок; U₀ - скорость струи на выходе из трубы, равная ϑ_м.