close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Исследование динамических схем комбинированного трубопроводного проветривания карьеров..pdf

код для вставкиСкачать
Разработка месторождений твердых полезных ископаемых
Библиографический список
II международного конкурса научных работ молодых ученых
1. Гончаров С.А., Чернегов Н.Ю. Нанотехнологии и нанокв области нанотехнологий. М.: ГК Роснано, 2009, С. 515-516.
ристаллические материалы в горной промышленности:
6. Елецкий А.В. Углеродные нанотрубки // Успехи физичеуч.пособие; 2 изд., стер. М.: Изд-во МГГУ, изд-во «Горная
ских наук. Т.167, №9. С. 945-971.
книга», 2009. 100 с.
7. Hui Hu, Bin Zhao, Mikhail E. Itkis, Robert C. Haddon. Nitric
2. Пул Ч., Оуэнс Ф. Нанотехнологии. М.: Техносфера,
Acid Purification of Single-Walled Carbon Nanotubes // J. Phys.
2005. 336 с.
Chem. B 2003, 107, 13838-13842.
3. http://catalysis.ru
8. Кондратьев В.В. Исследование и разработка комплекс4. http://www.technologiya.ru
ной технологии утилизации твердых фторуглеродсодержа5. Иванов Н.А., Ржечицкий А.Э., Кондратьев В.В. Наночастицы углерода в отходах производства алюминия и их мощих отходов алюминиевого производства: дис. … канд. техн.
наук. Иркутск, 2007.
дифицирующие свойства // Сб.тезисов докладов участников
УДК 622.458
ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ СХЕМ КОМБИНИРОВАННОГО ТРУБОПРОВОДНОГО
ПРОВЕТРИВАНИЯ КАРЬЕРОВ
А.С.Морин1, Ф.И.Борисов2, И.В.Корзухин3
Сибирский федеральный университет,
660025, г. Красноярск, проспект имени газеты “Красноярский рабочий”, 95.
Отмечено, что наиболее эффективным является динамическая схема трубопроводного проветривания глубоких
карьеров с поочередным воздействием всасывания и нагнетания на очаги загрязнения. Описана экспериментальная модель, разработанная с использованием чисел Re, Fr и St. Приведены результаты: эффективность
проветривания (коэффициент выноса) возрастает с увеличением числа циклов воздействия средств в сутки, а
после 6-12 циклов наступает стабилизация, обеспечивая нормативные величины загрязнения.
Ил. 5. Табл. 4. Библиогр. 9 назв.
Ключевые слова: динамическая схема; модель проветривания; коэффициент выноса.
THE STUDY OF DYNAMIC CIRCUITS OF COMBINED PIPELINE VENTILATION OF PITS
A.S.Morin, F.I.Borisov, I.V.Korzuhin
Siberian Federal University,
95, Avenue named after the newspaper “Krasnoyarsk worker”, Krasnoyarsk, 660025.
It is noted that the most effective is the dynamic circuit of pipeline ventilation of deep pits with the alternate impact of
suction and pumping on the sites of the pollution. The authors describe the experimental model, developed with the use
of Re, Fr and St numbers. The results are presented: the efficiency of ventilation (loss coefficient) increases with the
number of impact cycles a day, and after 6-12 cycles the stabilization is achieved providing normative values of pollution.
5 figures. 4 tables. 9 sources.
Key words: dynamic circuit; ventilation model; loss coefficient.
Целесообразность принятого метода искусственной вентиляции глубокого карьера во многом зависит
от того, насколько этот метод способствует расширению области воздухообмена объекта проветривания с
внешней средой в безветренную погоду. С учетом того
что непосредственное эффективное воздействие вентиляционных средств на рабочие зоны карьера имеет
приоритет над задачей нормализации состава общекарьерной атмосферы [1], наиболее рациональным
способом вентиляции карьеров является трубопроводный. При этом способе проветривания может
быть организована очистка вентиляционных выбросов, что обеспечивает ощутимый природоохранный
______________________________
эффект за счет уменьшения концентрации пыли и
ядовитых газов в неконтролируемых выбросах из
карьерных пространств [2].
Проветривание карьера стационарными трубопроводными системами в избирательном для каждого
участка режиме требует чрезвычайно больших затрат.
По многим параметрам стационарные схемы вентиляции несовместимы с динамично изменяющимися
внутрикарьерными и внешними условиями. В результате теоретических исследований было установлено
[2], что максимальный эффект от мероприятий по трубопроводной вентиляции глубокого карьера достигается применением динамических схем комбинирован-
1
Морин Андрей Степанович, кандидат технических наук, заведующий кафедрой инженерной графики, профессор кафедры
горных машин и комплексов, тел.: (3912)348759.
Morin Andrey Stepanovich, a candidate of technical sciences, the head of the Chair of Engineering Graphics, a professor of the Chair
of Mining Machinery and Complexes, tel.: (3912) 348759.
2
Борисов Федор Иванович, кандидат технических наук, профессор кафедры горных машин и комплексов, тел.: (3912)342182.
Borisov Fyodor Ivanovich, a candidate of technical sciences, an associate professor, a professor of the Chair of Mining Machinery and
Complexes, tel.: (3912) 342182.
3
Корзухин Игорь Васильевич, ассистент кафедры инженерной графики, тел.: 89135761394, е-mail: kivi_abaza@rambler.ru
Korzuhin Igor Vasiljevich., an assistant of the Chair of Engineering Graphics, tel.: 89135761394, e-mail: kivi_abaza@rambler.ru
174
ВЕСТНИК ИрГТУ №1 (41) 2010
Разработка месторождений твердых полезных ископаемых
ного проветривания, основанных на использовании
передвижных вентиляционных систем. Целесообразность комбинированных схем трубопроводной вентиляции карьеров по сравнению с нагнетательными и
всасывающими схемами была подтверждена экспериментально [3, 4].
Эффективность динамических схем трубопроводной вентиляции в сравнении со стационарными схемами также должна быть подкреплена результатами
опытных исследований. С этой целью было выполнено физическое моделирование воздухообменных процессов в карьере при динамическом трубопроводном
проветривании. Воздушный бассейн карьера был заменен водным, воздушные потоки всасывания и нагнетания – водяными, а загрязняющие вещества –
водным раствором хлорида натрия (NaCl). Такая замена позволила простыми средствами создавать и
измерять необходимые потоки и концентрацию растворов, а циклические воздействия всасывающих и
нагнетательных вентиляционных систем и их перемещения между пунктами погрузки горной массы имитировать стационарными водяными струями из патрубков у моделируемых очагов загрязнения.
Описание модели. В качестве натурного объекта
моделирования был принят карьер глубиной hн = 400
м и объемом Vн = 138 млн. м3. Характерный линейный
размер такого карьера
Lн = 3 Vн = 3 1, 38 ⋅108 = 516, 76493 м.
Анализ важнейших показателей процесса проветривания внутрикарьерной атмосферы выполнялся по
пылевому фактору, связанному с подачей максимальных объемов воздуха. Было принято, что при отсутствии естественного воздухообмена через верхнюю границу выработанного пространства и внутреннем пылевыделении Zн = 10000÷70000 мг/с общеобменное
проветривание натурного карьера интенсивностью Qн
= 440 м3/с обеспечивается мобильными трубопроводными вентиляционными системами с индивидуальной
производительностью Qон = 220 м3/с при диаметре
воздухопроводной магистрали Dон = 3,5 м.
Физическая модель карьера представляла собой
заполненную водой емкость объемом 0,06 м3. Характерный
размер
модели
карьера
Lм = 3 Vм = 3 0, 06 = 0,39149 м. Коэффициент пропорциональности (масштаб моделирования) линейных
размеров МL = Lн / Lм = 516,76493 / 0,39149 = 1320, что
находится в пределах его рекомендуемых значений
[5]. Высота слоя воды в рабочей емкости hм = hн / МL =
400 / 1320 = 0,303 м.
При устройстве экспериментальной модели кроме
геометрического подобия соблюдались условия кинематического и динамического подобия.
Для аэрогидромеханических явлений определяющими критериями динамического подобия натурных и
лабораторных процессов являются числа Рейнольдса
(Re) и Фруда (Fr), т.е. для обеспечения пропорциональности явлений требуется соблюдение двух условий: Reн = Reм; Frн = Frм. Как правило, добиться одновременного выполнения этих условий очень трудно
или даже невозможно [6, 7]. В таких случаях при решении инженерных задач в исследуемом явлении выделяют наиболее значимые силы и обеспечивают физическое подобие их действия в лабораторном процессе.
В механике жидкости учитываются следующие
весьма общие силы: силы тяжести, упругости, давления, инерции, вязкости и поверхностного натяжения.
При имитации общеобменной вентиляции карьера на
гидравлической модели, когда рассматриваются безнапорные потоки жидкости, целесообразно соблюдать
подобие действия сил инерции и тяжести [6, 8]. Поэтому при расчете параметров модели был использован критерий Фруда.
Построение модели при этом критерии подобия
основывается на равенстве отношений следующих
параметров реальных и лабораторных процессов:
2
2
uон
uом
.
= Frн = Frм =
(1)
,
gн ⋅ Dон
g м ⋅ Dом
где uо – средняя скорость потока в начальном сечении
трубы, м/с; g – ускорение свободного падения, м/с2.
Внутренний диаметр водяных патрубков
Dом = Dон / МL = 3,5/1320 = 0,00265 м.
(2)
Средняя скорость движения воздуха в выходном
сечении натурного трубопровода
2
uон = 4 · Qон / (π · Dон ) = 4 · 220/(π · 3,52) = 22,866
м/с.
Тогда из (1) при gн = gм = 9,8 м/с2 с учетом (2) скорость движения воды в начальном сечении всасывающих и нагнетательных патрубков модели
uом = uон · 1/ M L = 22,866 · 1/1320 = 0,629 м/с.
Расход воды через патрубок
2
Qом = uом · π · Dом /4 = 0,629 · π · 0,002652/4 =
= 3,47·10-6 м3/с.
Высота горизонтальной оси патрубков относительно дна рабочей емкости модели
hом = hон / МL = 5,35/1320 = 0,004 м,
где hон = 5,35 м – принятая высота горизонтальной оси
натурных воздухопроводов относительно дна карьера.
Расстояние от среза нагнетательного патрубка до
очага загрязнения (м/с) было определено из уравнения [9]:
(3)
uх = 0,61·Qо · D о−2 ·β 0,5
о / (a·x / Dо + 0,145),
где а – коэффициент турбулентной структуры свободной струи; βо – поправочный коэффициент, учитывающий неравномерность распределения скоростей
воздуха в начальном сечении (при равномерном поле
скоростей βо = 1).
После преобразования уравнения (3) получаем
0, 61⋅ Qон 0,145 ⋅ Dон
, м.
(4)
xннаг =
−
a ⋅ uxн ⋅ Dон
a
При а = 0,078 и uxн = 2,75 м/с (исходя из условия
предупреждения пылеобразования)
0, 61 ⋅ 220
0,145 ⋅ 3, 5
xннаг =
−
= 172, 2 м.
0, 078 ⋅ 2, 75 ⋅ 3, 5
0, 078
В этом случае расстояние от среза нагнетательного патрубка до очага загрязнения в модели
ВЕСТНИК ИрГТУ №1 (41) 2010
175
Разра
аботка ме
есторожде
ений твер
рдых поле
езных ископаемых
х
xмнаг = xннаг / ML = 1722,2/1320 = 0,130 м.
Расстояние от срезаа вытяжногоо (всасывающ
щего)
патрубка до очага загрязнения в модеели
xмвыт = xнвыт / ML = 9/1320 = 0,007 м,
выт
где xн = 9 м – принятоое расстояние от среза наатурных мобильных патрубкоов до пункта погрузки каррьерных автосам
мосвалов.
Нагнетательные и вы
ытяжные паттрубки были изготовлены из коррозионнок
-стойкой стал
ли и закреплеены в
очастенке рабочей емкости радиально относительно
о
гов загрязнеения.
Созданиие необходим
мого напора свежей воды
ы перед входом в нагнетатеельные патруубки обеспеччивалось за счетт превышениия геометричееского уровняя атмосферногоо давления в сосудах раввномерного слива
с
(сосуд Марииотта) над уровнем
у
повеерхности вод
ды в
рабочей емкости модели. Требуемый расход вод
ды в
вытяжном патрубке, отвоодящем загряязненную вод
ду от
очага загряззнения, регул
лировался дрросселированнием
сливной труубки путем введения
в
внуутрь нее тоннкого
гибкого стерржня.
Интенсиивность водоообмена в мод
дели Qм = 2·Q
Qом =
6,94·10-6 м3/сс.
ре закрепленные
з
е в днище верртикальные форсунки
ф
О1,,
О2, О3 и О4 (рисс. 1). Они имитировали пуункты погруз-ки го
орной массы
ы и примыкаю
ющие к ним участки
у
авто-доро
ог. Высота размещения
р
оголовка форсунок
ф
над
д
дном
м емкости
hзм = hзн / МL = 6,5/1320 = 0,005 м,
где hзн = 6,5 м – принятая выссота разгрузкки ковша экс-кава
атора в автоссамосвал.
Результаты расчетов геоометрическихх параметровв
модели приведенны в табл. 1.
Было также учтено, что при трубопро
оводной вен-тиляяции реальноого карьера через его верххнее сечениее
пере
емещаются неорганизова
н
анные потоки
и приточногоо
или вытесняемогго воздуха в зависимости от принятойй
схем
мы проветриивания. Такоой же механ
низм обменаа
собл
людался и в модели, приичем уровеньь жидкости в
емко
ости, имитиррующей карьер, при люб
бых условияхх
оста
авался неизм
менным – hм = 0,303 м. Для этого в
стен
нке модели каарьера на вы
ысоте hм от дн
на было пре-дусм
мотрено сливвное отверсстие ВСО (рис. 1), черезз
кото
орое избытокк жидкости ннаправлялся по трубке в
емко
ость приема воды (рис. 2)). Несколько ниже
н
сливно-го (на 20 мм) раасполагалосьь приточное
е отверстиее
ВПО
О (рис. 1), соединенное
с
трубкой с заполненным
з
м
свеж
жей водой сосудом Маариотта. Гео
ометрическийй
уроввень атмосферного давлеения в этом сосуде соот-ветсствовал задаанному уровню поверхно
ости воды в
рабо
очей емкостии hм, что об
беспечивало автоматиче-ское
е компенсироование удал
ляемых объе
емов воды в
модели при рабооте всасываю
ющих патрубко
ов.
Эксперименттальная модеель карьерно
ого вентиля-цион
нного комплеекса (рис. 2)) позволяет имитироватьь
возд
духообменны
ые процессы ппри различно
ой суммарнойй
наг
прои
изводительноости нагнетаттельных ΣQом и вытяж-ных ΣQом паттрубков и соответствующ
щих расходахх
жидкости через верхние сливное Qсл.м и приточноее
м исследован
нии рассмат-Qпр.мм отверстия. В настоящем
рива
ались комбинированные схемы труб
бопроводногоо
наг
выт
провветривания ( ΣQом = 0, 5 ⋅ Qм ; ΣQом = Qм ; Qпр.м =
0,5·Q
Qм – ΣQзм; Qсл.м = 0), техннико-экономи
ическая и са-нита
арно-гигиеничческая целесообразностть которыхх
была показана в [2–4].
Опытные ис
сследования
я и результтаты. При за-данн
ных значенияях Vн, Qн (и соответствую
ющих им Vм,
Qм) основными факторами, влияющими на содержа-ние вредных вещ
ществ в атмоосфере карье
ера при ком-бини
ированном тррубопроводном проветривании, явля-ютсяя интенсивноость поступл
ления загряззняющих ве-выт
Рис. 1. Схеема размещен
ния водообмен
нных средств в
рабочей ем
мкости модел
ли: Н1, Н2, Н33 и Н4 – нагнет
тательные патрубки; В1, В2, В3 и В4 – вытяжные патп
О О3 и О4 – очаги
о
загрязнения; ВПО – верхв
рубки; О1, О2,
нее прито
очное отверсстие; ВСО – верхнее
в
сливн
ное
отверст
тие; ДСО – до
онное сливно
ое отверстиее
В качесттве загрязниттеля, имитиррующего пылеевую
аэрозоль, использовалс
и
ся водный раствор
р
хлорида
натрия (NaC
Cl), поступавш
ший в рабочуую емкость модем
ли с суммаррным расходоом ΣQзм = 0,4 мл/с через четыч
Таблица 1
Геометр
рические пар
раметры ос
сновных элем
ментов мод
дели карьерн
ного вентил
ляционного комплекса
Параметры
Значения
Геометрические размерры заполненнного водой прространства, имитирующего глубокий ккарьер:
− глубина, мм
303
− объем, дм
д 3
60
Высота горризонтальнойй оси патрубкков относител
льно дна, мм
4
Внутренний диаметр паатрубков, мм
2,65
Расстояниее от очага заггрязнения доо среза патруб
бков (нагнета
ательных/выттяжных), мм
130/7
Высота очаага загрязненния относител
льно дна, мм
5
176
ВЕСТНИК ИрГТУ №1
№ (41) 20
010
Разра
аботка ме
есторожде
ений твер
рдых поле
езных ископаемых
х
ществ (первый фактор), продолжител
п
льность, частоота и
последоватеельность акттивных воздеействий на очаги
о
загрязнения (второй факктор). Оба фактора
ф
контрролируемы и упрравляемы.
Рис. 2. Экспеериментальн
ная установкаа, моделирую
ющая
карьерный вентиляцион
в
нный комплеккс: 1 – рабочая
я емкость; 2 – емкость при
иема загрязнеенной (сливно
ой)
жидкости от
о вытяжных
ых патрубков и верхнего сл
ливного отвеерстия; 3 – со
осуды Мариот
тта, питающ
щие
нагнетатеельные патруубки Н1, Н2, Н3
Н и Н4; 4 – сосуд
Мариотта с загрязняющ
щей жидкость
ью; 5 – сосуд Мариотта, пи
итающий верххнее приточн
ное отверсти
ие; 6
– трубопровод для подвода жидкости к верхнему приточному отверстию;
о
7 – трубопровод для отво
ода
жидкости от
о верхнего сливного
с
отверстия; 8 – зажимы вытяжн
ных трубопро
оводов В1, В22, В3 и В4; 9 – краны нагнетат
тельных труубопроводов Н1, Н2, Н3 и Н4;
Н 10
– кран труб
бопровода с заагрязняющей
й жидкостью;; 11 –
регулятор подачи загря
язняющей жид
дкости; 12 – раср
пределитеель загрязняю
ющей жидкост
ти; 13 – секун
ндомер; 14 – кондуктомет
к
тр
Для реаализации перрвого факторра на моделии изменялась интенсивностьь Zм подачи NaCl в рабоочую
емкость. Вел
личину Zм опрределяли исхходя из условвия
Zн · tн / Vн = Cн = Cм = Zм · tм / Vм ,
(5)
где Cн , Cм – концентрация вредных примесей
п
в объео
ме натурногго карьера и модели в момент времеени t,
мг/м3; Zн, Zм – интенсивнность поступл
ления загряззняющих вещесттв в атмосфееру натурногоо карьера и в рабочую емкоссть модели, мг/с.
м
Из уравннения (5) пол
лучаем
Zм = Zн · M L · Vм / Vн = Zн · Qм / Qн.
(6)
При такоой интенсивнности поступл
ления NaCl в рабочий объем
м модели воозникают теххнические заттруднения, в часстности, при анализе коннцентраций полуп
чаемых расстворов. Поэттому интенсиивность Zм была
б
увеличена в 1000 раз. В связи с этим при оценке санис
тарно-гигиеннической эффективности полученныхх результатов знначения конц
центрации пы
ыли в атмосф
фере
моделируем
мого карьера пересчитывались по форм
муле
(7)
Сн = Cм · 10-3 .
Принятаая интенсивнность Zм досстигалась прии заданном расхходе загрязняющего расттвора ΣQзм с концентрацией NaCl Сзм = Zм / ΣQзм (таб
бл. 2). Для виизуализации вод
дообменных процессов в загрязняю
ющую
жидкость дообавлялись чернила пропоорционально концентрации NaCl.
N
Таблица 2
Ра
асчетная кон
нцентрация
я NaCl в загр
рязняющей
жид
дкости, пос
ступающей в рабочий объем модели с расходом ΣQ
Qзм = 0,4 мл//с
Инттенсивность поступп
К
я
Интенсивность Концентрация
ления
NaCl в
посттупления
загр
рязняющих вееществ NaCl в рабочий загрязняющей
з
й
в аттмосферу наттурного объеем модели
жидкости
Сзм, мг/дм3
карьера Zн, мг/с
м
Zм, мг/с
10000
00,158
395
30000
1183
00,473
50000
1973
00,789
70000
2760
1,104
Перед кажды
ым опытом ррабочая емкость моделии
запо
олнялась вод
допроводной водой с эл
лектрическойй
провводимостью ψ = 164 мкС
См (при этом
м значении ψ
было принято считать водяноой объем мод
дели условноо
своб
бодным от прримесей). Концентрация NaCl в рабо-чей и сливной ем
мкостях регистрироваласьь с помощью
ю
конд
дуктометра “Эксперт-002””, который по
озволяет из-меряять электричческую провоодимость и температуруу
соле
евых растворров. Путем ппредварителььных опытовв
на модели
м
был построен таррировочный график
г
пока-зани
ий кондуктом
метра ψ в зависимости от концентра-ции NaCl См (рисс. 3).
Рис
с. 3. Тарирово
очная линия по
оказаний конд
дуктометра
«Эксперт
т-002»
После заполнения рабочеего объема модели
м
водойй
в не
ем создавалаась фоновая загрязненность, соответ-ствуующая приняттой фоновойй запыленноссти натурногоо
глуб
бокого карьерра Снач.н = 0,22 мг/м3. Для этого
э
в рабо-чую емкость добавлялся раствор, содержащийй
12 мг
м NaCl. Пол
лученный расствор тщател
льно переме-шиввался, и посл
ле некоторойй паузы, когд
да движениее
жидкости в емкоости прекращ
щалось, выпо
олнялся оче-редн
ной опыт. Таким образоом, начальна
ая (фоновая))
загр
рязненность рабочего
р
объ
ъема модели
и составлялаа
3
Снач.м = 12 / Vм = 12/(0,06·10
1
) = 0,2 мг/дм3.
Подача расттвора NaCl к четырем оччагам загряз-нени
ия осуществл
лялась из соосуда Марио
отта (рис. 4),,
обесспечивавшегоо постоянствво расхода ΣQ
Σ зм при по-ниже
ении уровня жидкости в нем в преде
елах высоты
ы
hраб. Горловина этого сосудаа закрыта пробкой, черезз
кото
орую внутрь введена ж
жесткая возд
духозаборнаяя
труб
бка диаметроом 5 мм. Соссуды Мариоттта были ис-полььзованы такж
же для подачи воды к нагн
нетательным
м
патр
рубкам и к верхнему притоочному отвер
рстию.
ВЕСТНИК ИрГТУ №1
№ (41) 20
010
177
7
Разра
аботка ме
есторожде
ений твер
рдых поле
езных ископаемых
х
Таблица 3
Последо
овательност
ть работы водяных
в
пат
трубков мод
дели в течение одного ц
цикла продо
олжительностью tцмм
Схема водообмена
в
(
(расходы
поттоков,
Патрубки, используемы
ые на различнных стадиях цикла
формируующих заданнный водообм
мен Qм
в течение времени tст.мм= tцм/4
рабочеей емкости с внешней средой)
1 стадия
1-я
2-я стадияя
3-я сттадия
4--я стадия
Комбиннированная нееуравновешеенная
наг
выт
( ΣQом
м
= 3, 47 мл/с; ΣQом
= 6, 94 мл/с;
Qпр.м = 3,07 мл/с; ΣQ
Σ зм = 0,4 мл
л/с)
Н
Н1+В2+В3
Рис. 4. Гидр
равлическая схема
с
подачи раствора хлорида натрия к очагам загря
язнения: 1 – со
осуд Мариотт
та; 2
ная пробка; 3 – воздухозаб
борная трубкаа; 4 –
– герметичн
геометрич
ческий уровен
нь атмосферного давлени
ия в
сосуде Мари
иотта; 5 – маагистральны
ый трубопров
вод с
вентилем; 6 – распредел
литель; 7 – трубки
т
для под
двоняющей жидко
ости к очагам
м; 8 – форсун
нки,
да загрязн
имитирую
ющие очаги загрязнения;
з
9 – рабочая ем
мкость; 10 – донное отвеерстие для сл
лива жидкост
ти в
канализаци
ию; 11 – штуц
цер верхнего сливного
с
отв
верстия; 12 – штуцер
ш
верххнего приточн
ного отверст
тия
Номер опыта
В процеессе монтажаа, отладки и пробных исппытаний экспериментальнойй установки обеспечиваалось
равенство расходов
р
заггрязнителя во
в всех четырех
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
178
Н2+В3+В44
Н3+В1+В4
Н4+В1+В2
очаггах (Qзм = ΣQзм
с).
з /4 = 0,1 мл/с
Рабочий прооцесс эксперриментальной
й установки,,
имитирующей прроцессы венттиляции карььерного про-стра
анства, обесппечивался цииклическим воздействием
в
м
водяяных нагнетаательных и вытяжных патрубков
п
наа
очагги загрязнения (см. рис. 1). Полный
й модельныйй
цикл
л воздействияя продолжитеельностью tц
цм состоял изз
четы
ырех стадий (что соответствует количеству очаговв
загр
рязнения в модели)
м
проодолжительно
остью tст.м =
tцм/4
4. Каждая стад
дия цикла характеризовал
лась работойй
опре
еделенных паатрубков, поррядок включе
ения которыхх
привведен в табл.. 3.
Для определ
ления временнных параметров воздей-стви
ия на очаги загрязнения tцм и tст.м, связанных
с
соо
вто
орым факторром моделирууемого проце
есса, исполь-зова
ался критерий гомохронности Струхал
ля (St), кото-рый регламентиррует равенствво отношений
й следующихх
пара
аметров двухх подобных ннестационарн
ных гидроаэ-роди
инамических явлений [8]:
uон ⋅ tцн
uом ⋅ tцм
= Stн = Stм =
(8))
.
Lн
Lм
После преоб
бразования выражения (8) при Lн / Lм
Таблица 4
вы
ыт
наг
Экспе
ериментальн
ные показат
тели водооб
бменной схемы при ΣQом
мл/
/с
и
мл/с
=
6,
94
Σ
Q
=
3,
47
м
ом
Количесство NaCl,
ИннтенФактичеподлеежащее
Коонцентрация
сивность
Кол
личеФактиское
Коэфвы
ыносу
N
NaCl,
мг/дм3
под
дачи
сттво
ческий
количество
о
фицииз раабочей
N
NaCl
цикклов
объем
NaCl, поент
емкоости, мг
в рабочую
за усл.
слива,
ступившее
е выноса
в
емккость,
суутки
дм3
в сливную
NaCl,
расчетфактирабочеей
м
мг/с
емкость, мгг
%
в слииве
ное
ческое
емкостти
0,,158
3
12,663
2,85
16,2
391,2
375,6
204,6
54,5
0,,158
6
13,998
2,42
16,1
391,2
370,3
225,1
60,8
0,,158
1
12
14,441
1,99
16,2
391,2
352,8
233,4
66,2
0,,158
2
24
14,778
1,94
16,3
391,2
357,3
240,9
67,4
0,,473
3
29,995
9,41
16,8
1147,2
1067,8
503,2
47,1
0,,473
6
36,551
7,96
16,2
1147,2
1069,1
591,5
55,3
0,,473
1
12
40,443
8,33
17,0
1147,2
1187,1
687,3
57,9
0,,473
2
24
40,770
7,85
16,2
1147,2
1130,3
659,3
58,3
0,,789
3
53,333
18,066
16,7
1905,6
1974,2
890,6
45,1
0,,789
6
56,667
15,388
16,2
1905,6
1840,9
918,1
49,9
0,,789
1
12
62,990
15,811
16,4
1905,6
1980,2
1031,6
52,1
0,,789
2
24
66,667
16,299
16,2
1905,6
2057,5
1080,1
52,5
1,,104
3
71,229
26,188
16,8
2661,6
2768,6
1197,8
43,3
1,,104
6
86,661
24,300
16,1
2661,6
2852,4
1394,4
48,9
1,,104
1
12
82,774
22,155
16,3
2661,6
2677,7
1348,7
50,4
1,,104
2
24
84,335
23,399
17,0
2661,6
2837,4
1434,0
50,5
ВЕСТНИК ИрГТУ №1
№ (41) 20
010
Разработка месторождений твердых полезных ископаемых
= ML и uон / uом =
M L было получено уравнение для
определения продолжительности одного модельного
цикла, с:
(9)
tцм = tцн / M L .
При проведении опытов рассматривались варианты, в которых вентиляционные средства осуществляют 3, 6, 12 и 24 цикла проветривания в течение времени tн. При tн = 86400 с (полные сутки) продолжительность натурных циклов tцн составила 28800,
14400, 7200 и 3600 с, а продолжительность модельных циклов tцм (рассчитанных по уравнению (9) и округленных до целых, кратных количеству стадий, значений) – 800, 400, 200 и 100 с (соответственно tст.м =
200, 100, 50 и 25 с). Временные затраты на водообменные операции при проведении одного опыта tм =
2400 с (условные сутки для модели). Расчетный объем загрязненной воды, удаляемой за это время из
рабочей емкости модели через вытяжные патрубки,
составил 16,656 дм3, что соответствует сумме расчетных объемов свежей воды, поступающей в рабочую
емкость через нагнетательные патрубки (8,328 дм3) и
верхнее приточное отверстие (7,368 дм3), и водного
раствора NaCl, подаваемого через форсунки в очагах
загрязнения (0,96 дм3).
При проведении опытов температура воды и растворов контролировалась кондуктометром и термометром и поддерживалась в пределах 20 ± 0,5º С.
При завершении каждого опыта объем воды, поступившей в емкость приема загрязненной жидкости,
замерялся мерной колбой. Опыт считался успешным,
когда фактический объем слива отличался от расчетного (16,656 дм3) не более чем на 10% (такая погрешность является допустимой для систем вентиляции). В
этом случае после тщательного перемешивания осуществлялся забор проб воды из рабочей и сливной
емкостей. Анализ проб на содержание в растворах
NaCl выполнялся с помощью кондуктометра. Результаты опыта признавались достоверными, когда суммарное фактическое количество NaCl (в сливе и в рабочей емкости) отличалось от расчетного не более
чем на 10%. Экспериментальные показатели исследуемой комбинированной схемы водообмена приведены в табл. 4.
Анализ проб жидкости, взятых из рабочей и сливной емкостей после завершения водообменных процессов, показал, что коэффициент выноса NaCl из
рабочего объема модели возрастает с увеличением
суточного количества циклов действия водообменных
средств, а затем стабилизируется (рис. 5). Характер
полученных зависимостей kв = f (nцм) в исследованной области и экстраполяция значений kв при nцм =
0,25 (стационарные схемы) подтверждают целесообразность отказа от стационарных схем общеобменной
вентиляции в пользу динамических. Вместе с тем,
экспериментальные данные позволяют сделать вывод
о том, что большая частота перемещений трубопроводных средств проветривания между рабочими зонами нецелесообразна. В рассматриваемой модели
каждый очаг загрязнения проветривался 75 % времени суток. При этом, сокращение времени непрерывного воздействия вентиляционных средств на очаг с 90
мин (nцм = 12) до 45 мин (nцм = 24) фактически не приводило к существенному изменению значений коэффициента выноса kв загрязняющих веществ.
Рис. 5. Изменение коэффициента выноса kв NaCl за
пределы рабочего объема модели с увеличением суточного количества циклов воздействия nцм водообменных средств на источники подачи NaCl с интенсивностью Zм = 0,158 (1), 0,473 (2), 0,789 (3) и 1,104 (4)
мг/с
Кроме этого, результаты опытов указывают на то,
что при заданной интенсивности воздухообмена Qн =
440 м3/с возможно снижение концентрации пыли в
общекарьерном пространстве до нормативной величины: при интенсивности пылевыделения Zн = 10000
мг/с и концентрации пыли в удаляемом воздухе СУ
свыше 14,4 мг/м3 ее остаточные концентрации в атмосфере карьера не превышают 2 мг/м3 (см. табл. 4,
опыты 3 и 4). Для сравнения, в данных условиях для
нормализации общекарьерной атмосферы с помощью
средств струйной вентиляции требуемая подача свежего воздуха составляет около 5000 м3/с.
Библиографический список
1. Морин А.С. Роль методов искусственного проветриваких карьеров / Горное оборудование и электромеханика.
ния в комплексе мероприятий по управлению пылегазовым
2008. № 7. С. 52-55.
режимом карьеров / Известия вузов. Горный журнал. 2007.
5. Нормализация атмосферы глубоких карьеров /
№ 1. С. 24-28.
А.Е.Алоян [и др.]. Л.: Наука, 1986. 296 с.
2. Морин А.С. Технология проветривания глубоких и
6. Альтшуль А.Д., Киселев П.Г. Гидравлика и аэродинамисверхглубоких карьеров. М.: МАКС Пресс, 2006. 160 с.
ка. М.: Стройиздат, 1965. 275 с.
3. Борисов Ф.И., Косолапов А.И., Морин А.С. Исследова7. Чугаев Р.Р. Гидравлика. Л.: Энергия, 1975. 600 с.
ние динамических схем трубопроводного проветривания
8. Гидравлика и гидропривод / В.Г.Гейер [и др.]. 2-е изд.,
перераб. и доп. М.: Недра, 1981. 295 с.
карьеров на физической модели / Известия вузов. Горный
9. Бересневич П.В., Михайлов В.А., Филатов С.С. Аэроложурнал. 2008. № 4. С. 8-18.
гия карьеров: справочник. М.: Недра, 1990. 280 с.
4. Морин А.С., Борисов Ф.И. Физическое моделирование
динамических схем трубопроводного проветривания глубо-
ВЕСТНИК ИрГТУ №1 (41) 2010
179
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
6
Размер файла
596 Кб
Теги
трубопроводного, pdf, проветривания, исследование, схема, комбинированного, карьеров, динамическое
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа