Установление зависимостей размеров циркуляционных зон от технологических параметров внешних отвалов, обеспечивающих управление движением ветрового потока в карьере

• Автор: Лазарев, Михаил Сергеевич
• Шифр специальности: 25.00.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Тула
• Количество страниц: 139 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
ЕЛАВА 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ПОСТОНАВКА ЗАДАЧИ ИСЛЕДОВАНИЯ
1.1 Оценка влияния метеорологических, горно-геологических и технологических факторов на аэрологию карьеров
1.1.1 Влияние метеорологических условий на проветривание карьера
1.1.2 Горно-геологические факторы устанавливающие параметры микроклимата карьера
1.1.3 Технологические параметры, влияющие на естественное проветривание карьеров
1.2 Средства и способы, улучшающие воздухообмен в атмосфере карьеров
1.2.1 Средства и способы интенсификации естественного воздухообмена
в атмосфере карьеров
1.2.2 Улучшение микроклимата за счет искусственной вентиляции карьера
1.3 Анализ современного состояния проблемы по обоснованию технологических параметров и места расположения отвалов относительно борта карьера с позиции аэрологии карьера
1.4 Постановка задач исследования
Выводы
ГЛАВА 2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОБТЕКАНИЯ ВЕТРОВЫМ ПОТОКОМ ВНЕШНЕГО ОТВАЛА ВСКРЫШНЫХ ПОРОД КАРЬЕРА
2.1 Вывод КГД - системы уравнений на основе законов сохранения массы, сохранения момента импульса, сохранения полной энергии, сохранения импульса и второго закона термодинамики
2.1.1 Законы сохранения в формализованных записях интегрального вида
2.1.2_ Законы сохраненияв дифференциальном виде
2.1.3 Пространственно-временные средние независящих макроскопических параметров среды воздушного потока
2.1.4 Представление - КГД системы в виде законов сохранения
2.2 Переход КГД - уравнения от тензорного к векторному типу в условиях декартового пространства
2.2.1 Система КГД - уравнений в индексном виде
2.2.2 КГД - уравнения в ортогональной системе координат
2.2.3 КГД - система в декартовой системе координат
2.3 Решение КГД - уравнений методом конечных объемов
2.3.1 Алгоритмы решения КГД - уравнений на треугольных сетках
2.3.2 Построение треугольной сетки и выбор на ее основе контрольного объема воздуха
2.3.3 Аппроксимация КГД - уравнений в среде треугольной сетки
2.3.4 Аппроксимация частных производных для перехода от дифференциальных
2.4 Постановка граничных условий и решение задачи по обтеканию ветровым потоком отвала карьера
2.4.1 Установлениее граничных условий

2.4.2 Аппроксимация граничных условий
2.4.3 Решение задачи по математическому моделированию процесса обтекания ветровым потоком внешнего отвала карьера
Выводы
ГЛАВА 3 УСТАНОВЛЕНИЕ ЗАВИСИМОСТЕЙ ПАРАМЕТРОВ ЦИРКУЛЯЦИОННЫХ ЗОН ОТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОТВАЛА КАРЬЕРА
3.1 Исследования математической экспериментальной модели для установления качественно-количественных характеристик процесса обтекания ветровым потоком внешнего отвала карьера
ЗЛ.Юписания физических процессов при моделировании обтекания отвала ветровым потоком и анализ отрывного течения запыленного воздуха
3.1.2 Установление зависимостей параметров циркуляционных зон от технологических параметров отвала
3.1.3 Вывод уравнения, характеризующего границы циркуляционных зон
3.2 Методика проведения вычеслительных экспериментов
3.3 Результаты вычислительных эксперементов и установление зависимостей длин циркуляционных зон от технологических параметров отвала
3.3.1 Установление зависимостей длин циркуляционных зон от значимых параметров по результатам вычислительных экспериментов
3.3.2 Анализ и установление закономерностей
Выводы
ГЛАВА 4 МЕТОД РАСЧЕТА ПО ОБОСНОВАНИЮ МЕСТА РАСПОЛОЖЕНИЯ ОТВАЛА ОТНОСИТЕЛЬНО БОРТА КАРЬЕРА
4.1 Характеристика Метода расчета по обоснованию расположения отвала относительно борта карьера
4.2 Пример обоснования расположения скальных отвалов относительно бортов карьеров Кесиктобе и Аралтобе
4.2.1 Краткая характеристика карьеров Аралтобе и Кесиктобе
4.2.2 Экономический расчет целесообразности расположения отвалов
4.2.3_ Обоснование расположения отвала с позиции геомеханической пригрузки борта отвалом на примере карьеров Аралтобе и Кесиктобе
4.2.4 Обоснование расположения отвала с позиции влияния циркуляционных зон, образуемых отвалом и аэрологией карьера
4.2.5 Общее обоснование выбора расположения отвала
4.3 Методические рекомендации выбора расположения отвала и проведение отвалообразования для улучшения аэрологии карьеров
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список используемой литературы

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Сегодня в России более 70% твердого минерального сырья добывается открытым способом карьерами. В зависимости от горногеологических условий залегания твёрдого полезного ископаемого месторождение разрабатывается с применением сплошной или углубочной системы разработки. На данном этапе развития технологий карьеры имеют глубину более 300м. Одним из условий работы является поддержание внутри рабочей зоны атмосферы, отвечающей требованиям санитарных норм и правил, которые гарантируют безопасную и высокопроизводительную работу персонала и техники. Искусственная вентиляция, используемая в большинстве случаев, является дорогостоящей. Естественное проветривание горных выработок во многом зависит от параметров воздушного потока, обтекающего внешние отвалы вскрышных пород. Значения параметров воздушного потока зависят от параметров отвалов и места их расположения.
Существующие методы решений по выбору мест расположения отвалов вскрышных пород подчиняются в основном транспортной задаче и выбору направления рекультивации земель, нарушаемых горными работами. Расположение отвалов при реализации схемы воздухозаборов и создании обтекаемого рельефа отвала является по ряду причин экономически не выгодным вариантом, но при этом требуются методы решений подобного рода задач при проектировании карьеров. Поэтому исследование установления зависимостей размеров циркуляционных зон от технологических параметров внешних отвалов, обеспечивающих управление движением ветрового потока в карьере, является актуальной задачей.
Целью работы является установление закономерностей изменения размеров циркуляционных зон воздушных потоков для обоснования технологических параметров внешних отвалов, обеспечивающих принятие проектных решений при открытой разработке месторождений твердых полезных ископаемых.
Идея работы заключается в том, что при обосновании места расположения и технологических параметров внешних отвалов учитываются размеры циркуляционных зон, обеспечивающих управление движением ветровых потоков для

По типу вентиляционных установок: изотермические, неизотермические и конвективные
Во всех установках по проветриванию карьера происходит нагрев воздуха, степень его нагрева различна. Установки, которые при нагреве воздуха не влияют на траекторию движения воздушного потока, относятся к изотермическим.
Неизотермические установки, наоборот, ведут к существенному изменению температуры воздушного потока, и тем самым перегрев струи ведет к изменению траектории ее движения за счет архимедовых сил.
Конвективные установки формируют только восходящие потоки под действием архимедовых сил.
Наиболее экономичными являются изотермические установки вследствие большей дальнобойности, в меньшей степени они зависят от стратификации окружающей среды, а также они имеют более высокий коэффициент полезного действия [30].
По характеру применения установок: местного проветривания, общекарьерного проветривания
По характеру применения общекарьерная вентиляция предназначена для полного замещения воздуха во всем объеме выработки карьера. Такой способ проветривания возникает крайне редко, примером может служить ликвидация последствий массового взрыва, проведенного в карьере, при неблагоприятных метеорологических условиях.
В большинстве случаев на средних и глубоких карьерах достаточно местного проветривания. Местное проветривание применяется для предотвращения и ликвидации локальных загрязнений. Возможны два режима проветривания: воздушными и воздушно-водяными струями. Воздушная струя обеспечивает поддержание концентрации вредных примесей на допустимом уровне путем разбавления или выноса их за пределы проветриваемой зоны. Воздушно-водяная струя при своем развитии очищает воздух от пыли и растворимых газов, а в жаркое время года обеспечивает кондиционирование воздуха в застойных зонах[81].