RU2677171C1

RU2677171C1 - Pit ventilation method

Info

Publication number: RU2677171C1
Application number: RU2017144743A
Authority: RU
Inventors: Сергей Георгиевич Шахрай; Александр Геннадьевич Сорокин; Дмитрий Андреевич Черенков; Георгий Сергеевич Курчин; Евгений Николаевич Трифонов
Priority date: 2017-12-19
Filing date: 2017-12-19
Publication date: 2019-01-15

Abstract

FIELD: mining.SUBSTANCE: invention relates to the mining, in particular to the quarries ventilation, and can be used to intensify air exchange in the quarry space and protect the air basin against pollution. According to the method, performing the air injection by the natural wind currents directing through equipped with a flaring pipe. At that, placing the pipe in the pit wall upper part at an angle equal to the pit slope angle, on which it is located, with the flaring length (L) from 2 to 10 m and its input opening diameter from 5 to 25 m. Sufficient for ventilation wind flow speed is determined by the formula:,where: ϑis the wind speed in the flaring final section; ϑis the of the wind flow speed in the flaring initial section, equal to the wind speed on the earth's surface; βis the coefficient taking into account the change in the air movement amount in the flaring initial section, β=1.1÷1.2; α is the jet structure coefficient, α=0.07–0.63; x is the distance to the section, in which the jet velocity is determined (in our case, x=L); Dis the jet initial cross section diameter, equal to the flaring input opening diameter, at that, the jet range at the pipe outlet is determined by the formula:,where: Lis the jet range at the pipe outlet; D is the pipe diameter, equal to the flaring diameter in the final section; Uis the jet speed in its final section, for calculation U=0.15÷0.25 m/s is used, the minimum allowable speed of air currents, performing the mine workings ventilation; Uis the jet speed at the pipe outlet, equal to ϑ.EFFECT: technical result consists in the wind flows intensification, providing the quarry ventilation, and in the reduction of the recirculation zone volume in deep and ultra-deep quarries.1 cl, 1 dwgм - m

Description

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.The invention relates to mining, namely, ventilation of quarries and can be used to intensify air exchange in the quarry and protect the air basin from contaminants generated during opencast mining.

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.There is a method of ventilating a quarry with the help of structures in the form of ventilation wings, folding, either from rock dumps of an elongated shape, or buildings that are located at an angle to each other with a gap-gap between them [Beresnevich P.V., Mikhailov V.A., Filatov S.S. Aerology of quarries, M .: Nedra, 1990. - 280 p.]. The disadvantage of this method is the significant amount of rock mass placed on the sides of the quarry, from the surface of which part of the blown dust can enter the quarry space.

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.There is a method of ventilating a quarry using pipes or workings led to the bottom of the quarry, where air is pumped by a fan located directly on the day surface, or on one of the benches [Bitkolov N.Z., Nikitin B.C. Airing quarries, M .: Gosgortekhizdat, 1963. - 252 p.]. The disadvantage of this method is that air is supplied through pipelines only to the lower horizons of the quarry space, without ventilating its upper and middle horizons.

Задачей заявляемого изобретения является обеспечение проветривания всех горизонтов карьерного пространства за счет естественных ветровых потоков.The task of the invention is to provide ventilation of all horizons of the career space due to natural wind flows.

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.This is achieved by the method of ventilating the quarry by forcing the air flow into the quarry mined out space, which is carried out in the form of natural wind flows using a pipe equipped with a bell, and the parameters of the bell and pipe and their installation are determined in accordance with the contamination of the ventilated stagnant zones.

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.The expediency of directing wind flows through the pipe is justified by the fact that in this case a jet is formed in the pipe, which is directed into the quarry space at an angle equal to the angle of inclination of the pipe and almost equal to the angle of inclination of the side of the quarry on which it is located.

Расположение трубы в верхней части борта карьера обосновывается необходимостью ее приближения к дневной поверхности, где интенсивность естественных ветровых потоков максимальна.The location of the pipe in the upper part of the pit side is justified by the need to approach the day surface, where the intensity of natural wind flows is maximum.

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.The presence of a bell on the inlet side of the pipe provides compression of the natural wind flow entering it and an increase in its speed at the inlet to the pipe. In addition, the presence of a bell provides the most complete capture of natural wind flows from the earth's surface.

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:The ratio of the diameter D _{0 of the} inlet of the socket to its length L is justified as follows. 2 ÷ 3-fold excess of the diameter D _{0 of the} inlet of its length L provides 4 ÷ 6-fold increase in the speed of the wind flow in the final section of the socket, which is confirmed by the calculation results by the formula:

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.where: ϑ _m - wind flow velocity in the final section of the bell; ϑ ₀ - wind flow velocity in the initial section of the bell, equal to the wind speed on the earth's surface; β ₀ - coefficient taking into account the change in the momentum of air in the initial section of the bell, β _o = 1,1 ÷ 1,2; α is the coefficient of the structure of the jet, α = 0.07-0.63; x is the distance to the cross section in which the jet velocity is determined (in our case x = L); D ₀ - the diameter of the initial section of the jet, equal to the diameter of the inlet of the socket.

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:The calculation according to formula 1 shows that when the speed of the wind flow on the earth's surface is from 3 to 5 m / s, the length of the bell is from 2 to 10 m and the diameter of its inlet pipe is from 5 to 25 m, the jet velocity in the final section of the bell is from 10 to 20 m / s, which ensures the range of the jet from 100 to 1000 m, determined by dependence 2, and sufficient to ventilate deep quarries:

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.where: L _c - range of the jet at the outlet of the pipe; D is the diameter of the pipe equal to the diameter of the socket in the final section; U _to - the speed of the jet in its final section. For the calculation adopted U _to = 0.15 ÷ 0.25 m / s - the minimum allowable speed of the air flows carrying out ventilation of the mine workings; U _o - the speed of the jet at the outlet of the pipe, equal to ϑ _m

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.The maximum length of the pipe, from 10 to 30 m, is justified by economic and technical considerations. With such a pipe length, it is placed on the upper ledge of the quarry, the height of which, in accordance with the requirements of the Safety Rules, usually does not exceed 30 m. With a pipe length of 10 to 30 m, its weight and installation costs are significantly lower than when installing the pipe according to the prototype while the range of the jet at the outlet of the pipe is sufficient to ventilate all horizons of the quarry space.

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.The inventive method is illustrated graphically. The figure shows a quarry 1, on the windward side of which a tapering bell 2 is horizontally located, the inlet of which is directed towards the wind flow, connected to the pipe 3, through which the wind flow is directed into the depth of the quarry.

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.The inventive method is as follows. The wind flow from the earth's surface enters a horizontally located bell, the inlet of which is directed towards the prevailing winds. When a wind stream passes through a bell, its speed increases 4–6 times, up to 10–20 m / s. Further, the wind flow from the tapering socket enters the pipeline 3, at the outlet of which the range of the air stream is from 100 to 1000 m, which ensures the flow of natural wind flows to the lower horizons of the quarry space.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в интенсификации ветровых потоков, осуществляющих проветривание карьера, и в снижении объема зоны рециркуляции в глубоких и сверхглубоких карьерах.The technical result of the claimed invention consists in the intensification of wind flows that ventilate the quarry, and in reducing the volume of the recirculation zone in deep and superdeep quarries.

Claims

A method of ventilating a quarry by forcing air through a pipe located in the quarry, characterized in that the air is injected by directing natural wind flows through a pipe equipped with a bell, the pipe being placed at the top of the pit side at an angle equal to the angle of inclination of the pit side, which it is located, with the length of the bell (L) from 2 to 10 m and the diameter of its inlet from 5 to 25 m, and the speed of the wind flow, sufficient for ventilation, is determined by the formula:

,

where: ϑ _m - wind flow velocity in the final section of the bell; ϑ _o - wind flow velocity in the initial section of the bell, equal to the wind speed on the earth's surface; β _about - coefficient taking into account the change in the momentum of air in the initial section of the bell, β _about = 1,1 ÷ 1,2; α is the coefficient of the structure of the jet, α = 0.07-0.63; x is the distance to the cross section in which the jet velocity is determined (in our case x = L); D ₀ - the diameter of the initial section of the jet, equal to the diameter of the inlet of the socket, while the range of the jet at the outlet of the pipe is determined by the formula:

,

where: L _c - range of the jet at the outlet of the pipe; D is the diameter of the pipe equal to the diameter of the socket in the final section; U _k - the speed of the jet in its final section, for the calculation adopted U _k = 0.15 ÷ 0.25 m / s - the minimum allowable speed of the air flows carrying out ventilation of the mine workings; U ₀ - the speed of the jet at the outlet of the pipe, equal to ϑ _m