Естественная вентиляция карьеров

Естественная вентиляция карьеров осуществляется под действием естественных причин – энергии ветра (ветровой напор) и энергии термических сил.

Энергия ветра является основным фактором, обеспечивающим естественное движение воздуха в карьере. Однако, как показывает практика, эффективное проветривание карьеров за счет энергии ветра возможно только до глубины 200 м.

Различают две схемы естественного проветривания карьера за счет энергии ветра – прямоточную и рециркуляционную (рис. 3.13).

Прямоточная схема проветривания (с полуограниченной струей) возникает при скорости ветра на поверхности более 0,8-1,0 м/с и угле откоса подветренного борта карьера a£15°. Эта схема обеспечивает более эффективное проветривание, т.к. при ней скорость движения воздуха в карьере мало отличается от скорости ветра на поверхности (U_в), в результате чего в карьере не образуются застойные зоны.

При большом угле откоса подветренного борта карьера (>15°) образуется свободная струя, которая формирует рециркуляционную схему проветривания. В этом случае имеет место обратная струя в зоне ОВС (рис. 3.13.а), которая приводит к многократной циркуляции (рециркуляции) некоторой части воздуха в карьере. В зоне ОВС в результате этого может накапливаться значительное количество вредностей. Эта зона называется застойной или мертвой.

На практике, в зависимости от реальной геометрии карьеров, возможны случаи, когда одна часть карьера проветривается по прямоточной схеме, другая – по рециркуляционной схеме, т.е. имеют место комбинированные схемы проветривания.

Например, при больших размерах карьера в направлении ветра возможна рециркуляционно-прямоточная схема проветривания (рис. 3.14.а). При этой схеме участок карьера левее сечения А-В проветривается по рециркуляционной схеме, а участок ВСД – по прямоточной схеме.

При переменном угле подветренного борта карьера возможна прямоточно-рециркуляционная схема проветривания (рис. 3.14.б).

а)

б)

Рис. 3.14. Комбинированные схемы естественного проветривания карьера энергией ветра: а – рециркуляционно-прямоточная; б – прямоточно-рециркуляционная

Движение воздуха в карьере под действием термических сил формируется при отсутствии ветра или малой его скорости. При этом возможны две схемы проветривания – конвективная и инверсионная.

Конвективная схема (рис. 3.15.а) возникает при прогретых бортах карьера и малой скорости ветра на поверхности (не более 0,7-0,8 м/с). Борта карьера могут нагреваться солнцем, эндогенным теплом горных пород, при окислительных процессах.

Нагретые борта карьера нагревают находящийся над ними воздух, который начинает перемещаться вверх. Его место занимают опускающиеся сверху холодные массы воздуха.

Инверсионная схема (рис. 3.15.б) образуется также при малых скоростях ветра (до 0,7-0,8 м/с) и охлаждении бортов карьера. При этой схеме прилегающие к бортам слои воздуха охлаждаются и, как более тяжелые, начинают стекать вниз, на дно карьера, подтекая под ранее находившиеся на дне слои более теплого воздуха и вытесняя их вверх. На рисунке: h – глубина слоя инверсии (заполнен холодным воздухом), а – а уровень инверсии (верхняя граница инверсионного слоя).

При инверсионной схеме движения воздуха вынос вредностей из карьера практически не происходит.

Рис. 3.15. Схемы проветривания карьера энергией термических сил: а – конвективная;
б – инверсионная

Кроме рассмотренных схем проветривания карьеров энергией термических сил возможны различные их комбинации, например конвективно-инверсионная схема (рис. 3.16).