Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние изученности воздухообмена в карьерах. цель и задачи исследований. описание объектов исследования 10
1.1. Анализ объектов исследования и современных подходов к анализу процессов воздухообмена в карьерах 10
1.2. Общая оценка потенциала загрязнения атмосферы карьеров 13
1.3. Обоснование пути и методов решения задачи поддержания безопасной атмосферы в карьерах 16
2. Метеорологический режим в карьерах кольского полуострова 18
2.1. Методы измерения и определения параметров атмосферы в карьерах 18
2.2. Термический и ветровой режим в карьерах 20
2.3. Особенности атмосферной циркуляции в условиях горного рельефа 27
Выводы 40
3. Экспериментальньш исследования воздушньгх потоков в изучаемых объектах 40
3.1. Исследование внутрикарьерной циркуляции воздуха 40
3.2. Энергетическая оценка процессов при интенсификации воздухообмена в карьерах 48
3.3. Исследование распространения газового облака в карьерах при проведении массовых взрывов и расчет его параметров 53
Выводы 60
4. Оценка загрязнения внутрикарьерной атмосферы 61
4.1. Загрязнение атмосферы карьеров Кольского полуострова 61
4.2. Оценка эффективности естественного проветривания карьера 71
4.3. Влияние близкорасположенных источников загрязнения друг на друга 75
Выводы 80
5. Разработка комплекса мероприжий по нормализации воздушной среды 81
5.1. Организация мониторинга по метеонаблюдениям и загрязнению атмосферы на промплощадке 81
5.2. Синоптические процессы, определяющие ослабление естественного воздухообмена в карьерах 83
5.3. Прогноз инверсий 89
5.4. Программа автоматизированньк расчетов параметров загрязнения атмосферы карьера при естественной аэрации 94
5.5. Комплекс мероприятий и его оперативное применение 96
Выводы 100
Заключение 101
Список использованной литературы 103
- Обоснование пути и методов решения задачи поддержания безопасной атмосферы в карьерах
- Особенности атмосферной циркуляции в условиях горного рельефа
- Исследование распространения газового облака в карьерах при проведении массовых взрывов и расчет его параметров
- Влияние близкорасположенных источников загрязнения друг на друга
Введение к работе
Актуальность темы исследований. Обеспечение оптимального воздействия горного производства на состояние воздуха рабочей зоны при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом остается одной из проблем горной науки и производства.
Анализ материалов длительных наблюдений свидетельствует о том, что загрязнение атмосферы в карьерах неблагоприятно сказывается на состоянии здоровья трудящихся, повышая опасность возникновения профессиональных заболеваний, а иногда и острых отравлений, снижает производительность труда и наносит определенный экономический, а также социальный ущерб.
На предприятиях горной промышленности учет потерь вследствие неблагоприятных погодных условий в настоящее время не ведется, хотя добьгаа полезных ископаемых в карьерах во многих случаях при опасных для производства метеорологических явлениях осложняется. Прогноз и своевременное оповещение о таких явлениях позволяют предпринимать меры по сокращению простоя людей и механизмов, уменьшать количество недополученной по этой причине продукции. Без обеспечения безопасного состояния атмосферы карьеров по фактору загрязнения невозможно стабильное, ритмичное ведение горных работ и создание комфортных условий для персонала рудников.
Основным направлением проводимых по проблеме исследований является изучение закономерностей и причин нарушения естественного воздухообмена в карьерах и загрязнения атмосферы, происходящего вслед за этим нарушением, определение потребности в энергетических ресурсах для выведения атмосферы карьерного пространства из состояния устойчивости, прогнозирование моментов наступления загрязнения атмосферы карьеров, разработка средств и методов оперативной регистрации параметров физического и санитарно-гигиенического состояния атмосферы в карьерах.
Прогноз состояния атмосферы карьера, процессов и явлений погоды, влияющих на ее загрязнение, представляет собой одну из основных задач метеорологического обеспечения открытых горных работ.
Цель работы заключается в выявлении особенностей внутрикарьерной циркуляции воздуха и закономерностей пространственно-временного распределения загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы для разработки методики прогноза опасных состояний атмосферы карьера.
Основная идея работы заключается в использовании экспериментально установленных закономерностей пространственно-временного распределения загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы и особенностей внутрикарьерной циркуляции воздуха для разработки методики прогноза опасных для производства состояний атмосферы карьеров.
Задачи исследований. Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:
Исследовать процессы циркуляции воздушных потоков в карьерах и районах их расположения в зависимости от рельефа местности и метеоусловий;
Выявить закономерности пространственно-временного распределения вредных примесей в пределах действующих карьеров при различных метеоусловиях;
Разработать методику прогноза метеоусловий, опасных по загрязнению атмосферы карьеров.
Методы исследований включают анализ и обобщение предшествующего опыта по литературным и производственным данным, метеорологические наблюдения и их обработку, экспериментальные исследования в естественных условиях, методы математической статистики, методы синоптической метеорологии.
Научное значение работы заключается в развитии методических принципов комплексного подхода к прогнозу и контролю пылегазовых режимов карьеров на иерархически взаимосвязанных временных и пространственных уровнях, установлении временных и пространственных особенностей распределения вредных примесей в объеме карьеров, разработке методики прогноза опасных по загрязнению состояний атмосферы карьера и комплекса мероприятий по нормализации воздушной среды.
Научные положения, выносимые на защиту:
Выявленные особенности распределения вредных примесей в атмосфере карьера при различных метеоусловиях являются основой для разработки методики прогноза состояния атмосферы карьера.
Разработанная методика прогноза опасных по загрязнению состояний атмосферы карьера позволяет снизить негативное воздействие атмосферных процессов на технологический режим карьеров.
PDF created with pdfFactory Pro trial version
Практическая значимость. Предлагается научно обоснованная и апробированная в результате экспериментальных работ методика прогноза опасных по загрязнению метеорологических условий в атмосфере карьеров, а также система контроля состояния атмосферы и управления организацией работ в карьере при опасных метеорологических ситуациях.
Реализация результатов работы.
Разработанная методика апробирована в карьерах "Оленегорский" ОАО "Олкон" и "Железный" ОАО "Ковдорский ГОК" и рекомендуется для использования на карьерах Кольского полуострова.
Апробация работы.
Основные положения работы докладывались на Всесоюзном научно-техническом симпозиуме "Физико-технические проблемы управления воздухообменом в горных выработках больших объемов", Кохтла-Ярве, 1983 г.; Всесоюзном совещании по горной метеорологии, Киев, 1985 г.; Всесоюзной конференции "Теоретические и прикладные вопросы воздухообмена в глубоких карьерах", Апатиты, 1985 г.; Международной конференции "Лавины и смежные вопросы", Кировск, 2001 г.; Международной конференции "Современные экологические проблемы Севера", Апатиты, 2006 г.
Основные публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 76 наименований, содержит 108 страниц, в том числе 20 рисунков, 29 таблицы, 4 схемы.
Обоснование пути и методов решения задачи поддержания безопасной атмосферы в карьерах
Вопросами изучения проблем аэрологии карьеров и их решения занимаются многие исследователи. Особенно следует отметить работы Н.З.Битколова, В.С.Никитина, М.М.Конорева, С.С.Филатова, АД.Вассермана, В.А.Рогалева, ААБакланова, К.З. Ушакова, П.В.Бересневича и многих других. Ими разработаны рекомендации по интенсификации естественного проветривания, рационального использования средств и способов искусственной вентиляции карьерного пространства. Приводятся расчетные методы оценки эффективности естественного проветривания и искусственной вентиляции карьеров. Рассматриваются теоретические и практические вопросы нормализации атмосферы карьеров. Результаты проведенного анализа состояния разработок по оздоровлению атмосферы карьеров и эффективности их проведения указывают на необходимость привлечения принципиально новых методологических подходов к решению проблемы.
Пути нормализации атмосферы карьеров имеют разную меру полноты решения проблемы. Коренное решение проблемы - полное подавление и улавливание вредных примесей, выделяющихся при работе оборудования, транспорта и ведении технологических процессов в карьере. Этот путь постоянно находится в сфере внимания исследователей, машиностроителей и технологов, для него имеется уже сегодня ряд эффективных предложений в технике и технологии ведения открытых горных работ, но он наиболее трудоемкий и длительный путь.
Другой путь решения, достаточно кардинальный для карьеров, - запланировать простои карьеров в периоды неблагоприятных (опасных по загрязнению их атмосферы) метеорологических условий. Для этого необходимо на стадии проектирования, опираясь на долгосрочный прогноз метеорологических условий, определить вероятное время простоев карьера и коэффициент простоев, на основе которого запланировать меньшее количество смен работы и (при заданном годовом объеме горных работ) увеличенную суточную производительность карьера. Как разновидность рассмотренного пути, путь прогноза, оценки и ограничения предельно допустимого выброса (ПДВ) вредных примесей в атмосферу карьера и промышленную зону имеет существенно меньшие технико-организационные и экономические недостатки. Это ограничение влечет за собой организационные меры по управлению режимом работы автотранспорта в карьере, т.е. регулированием количества автосамосвалов, работающих в карьере в конкретных метеорологических ситуациях.
Для проектирования необходим надежный долгосрочный прогноз состояния атмосферы карьера и района его расположения, с учетом которого конструируется генеральный план, расположение поселков, фабрик, отвалов, хвостохранилищ. При формировании карьерного пространства необходимо учитывать ветровой режим, масштаб возмолшых выбросов пыли и газов из карьера и дальность их распространения и предусмотреть меры снижения ущерба от них. Расчеты и оценки технологических процессов по санитарно-гигиеническому фактору должны строиться на основе санитарно-гигиенических характеристик планируемого и используемого оборудования (буровых станков, автосамосвалов и др.), которые должны быть непременно представлены в техническом паспорте. Острота рассматриваемой проблемы может быть реально снята на значительный период времени еще на стадии проектирования, а на долю аэрологов карьеров и метеорологов остается важная проблемная задача разработки надежного метода долгосрочного прогноза состояния атмосферы по газовому и пылевому факторам в самом карьере и в окружающем его районе с учетом эксплуатации дорог, хвостохранилищ, отвалов и др.
Цель данной работы заключается в выявлении территориальных особенностей распределения вредных примесей в приземном слое атмосферы, разработке методики прогноза опасных состояний атмосферы карьеров и организационно-технических мероприятий по нормализации воздушной среды.
Для современного периода эксплуатации карьеров необходимо решить следующие задачи: исследовать процессы циркуляции воздушных потоков в карьерах и районах их расположения в зависимости от рельефа местности и метеоусловий; выявить закономерности пространственно-временного распределения вредных примесей в пределах действующих карьеров при различных метеоусловиях; разработать методику прогноза метеоусловий, опасных по загрязнению атмосферы карьеров; разработать организационно-технические мероприятия по нормализации воздушной среды.
Вооруженные такими методами прогноза и системой контроля и оповещения, специальные службы (аналогичные пылевентиляционным на рудниках) способны обеспечить контроль за соблюдением безопасных условий труда в карьерах по фактору загрязнения атмосферы. Можно предположить, что рассмотренное направление решения проблемы оздоровления атмосферы в карьерах по срокам реализации и экономичности является наиболее эффективным.
Особенности атмосферной циркуляции в условиях горного рельефа
Особенности микроклимата карьеров формируются под влиянием комплекса факторов, основными из которых являются абсолютные и относительные размеры карьерного пространства, его ориентация относительно стран света, рельеф окружающей местности и его антропогенное изменение, солнечная радиация, тепловой и радиационный баланс подстилающих пород, тепловлажностный режим подстилающей породной толщи, наличие снега и водоемов в карьере, температурная стратификация и влажность карьерной атмосферы, ветровая характеристика набегающего потока и турбулентный режим атмосферы.
В результате проведенных исследований выявлены следующие циркуляционные особенности, характерные для рассматриваемого региона.
На рис.7 представлен суточный ход температуры воздуха по средним многолетним данным для горной долины с отметкой +280 м и горного плато с отметкой +1090 м. Как видно из рисунка, с высотой суточное изменение температуры воздуха выравнивается, что хорошо согласуется с существующими теоретическими разработками /37/. Существует определенная закономерность, состоящая в том, что, если в долинах температура воздуха падает ниже -18С, то, как правило, устанавливается изотермическое, инверсионное распределение температуры по высоте. Объясняется это тем, что данная температура является температурой теплового равновесия, определяемого равенством усваиваемой атмосферой солнечной энергии и уходящего теплового излучения поверхности земли /3 8/.
Изменение скорости ветра по высоте в карьерах на основании многолетних наблюдений представлено на рис.8, из которого следует, что распределение скоростей ветра в них описывается известными законами /39,40,47/, но имеет свои характерные особенности. Так, резкое увеличение скорости ветра в карьере "Центральный" выше отметки +1005м (верхняя отметка карьера) является следствием влияния пограничного слоя атмосферы. Кроме того видно, что в нижней части карьера наблюдаются более высокие скорости ветра, чем в тех же зонах других карьеров. Наиболее интересно распределение скорости ветра для Коашвинского карьера. Ослабление скорости ветра от отметки +310 до +370 м и незначительные колебания до +500 м объясняются тем, что карьер расположен в горном цирке. Выше +500 м цирк кончается, и усиливается влияние пограничного слоя атмосферы, в результате чего скорость резко возрастает. Для Ньоркпахского карьера наблюдаются особенно малые скорости в нижней части. На участке с +370 до +410 м скорость меняется (это наиболее крутой участок склона), а выше она резко возрастает, так как здесь значительно уменьшается крутизна склона, горных вершин и хребтов поблизости нет, поэтому увеличивается влияние пограничного слоя атмосферы.
Для Оленегорского карьера характерно равномерное увеличение скорости ветра по высоте, что связано с определенной симметричностью его конфигурации.
В карьере "Железный" скорость ветра также равномерно растет с высотой, однако от уровня +213 м происходит резкое возрастание скорости, что объяснимо значительным увеличением диаметра чаши карьера.
В карьере "Центральный" ГМК "Печенганикель" главной особенностью ветрового режима являются более высокие скорости ветра по сравнению с другими карьерами Кольского полуострова. Это определяется общим ветровым режимом района расположения карьера.
Основной особенностью атмосферной циркуляции в условиях горного рельефа являются горно-долинные ветры /37,42/. Рамки общего определения горно-долинных ветров далеко не вмещают в себя все многообразие такого сложного явления, какое представляет эта локальная циркуляция. Разнообразие форм рельефа, различие в высоте, крутизне, экспозиции и в свойствах подстилающей поверхности существенно сказываются на характеристике и взаимодействии воздушных течений в горах. Горно-долинная циркуляция - это результат образования системы изобаро-изостерических соленоидов, последние возникают в результате термического возмущения поля удельного объема.
Схема развития горно-долинных ветров вытекает из теоремы о циркуляции применительно к бароклинной атмосфере /40/ и сводится к следующему: в дневные часы благодаря прогреву воздуха над склонами происходит опускание поверхностей равного удельного объема (изостер), что и порождает изобаро-изостерическую циркуляцию воздуха, поднимающегося по склонам и оттекающего от возвышенности в обратном компенсационном потоке. В ночные часы циркуляция приобретает противоположное направление. Анализ горно-долинной циркуляции показывает, что главной причиной развития локальных ветров в горах является возникновение в той или иной форме температурного возмущения в поле ветра. На возможности развития горно-долинных ветров влияют в основном радиационные, циркуляционные и топографические условия. Следует иметь ввиду, что одним из элементов горно-долинной циркуляции является движение воздушных потоков по оси долины - так днем ветер дует в долину, а ночью из долины /39/.
В карьерах разность температур воздуха над освещенным солнцем бортом по сравнению с затененным достигает 4-5С, а температура поверхности почвы 9-13С. Скорости потоков местной циркуляции термического происхождения достигают 5-6 м/с (при скоростях ветра над карьером от 1,2 до 2,0 м/с). В карьерах глубиной свыше 80 м при ветре на поверхности 2-3 м/с циркуляция возникает в основном за счет местных потоков воздуха. При ветрах на замкнутом контуре карьера более 3 м/с при глубине его до 100 м скорость ветра на дне составляет 0,5-0,6 скорости ветра на поверхности /24/. Количество энергии, поступающей от ветрового потока, прямо пропорционально скорости ветра и площади карьера по замкнутому контуру. Поэтому при углублении карьера и сохранении площади контакта с ветровым потоком поступление механической энергии, ее удельный расход на единицу массы воздуха по высоте воздушного столба внутри карьера быстро убывает, что приводит к резкому ослаблению вторичных течений на дне карьера /5,24/.
Для горных районов и сложных форм рельефа, какими являются карьеры, характерен порывистый, пульсационный режим ветрового потока, особенно при малых скоростях, что весьма важно для рассеивания примесей в ограниченных объемах. Порывистость ветра - это наложение беспорядочных быстро меняющихся во времени изменений на основную среднюю скорость переноса воздушных масс в нижних слоях атмосферы. Возмущение скорости происходит за счет вихрей, образующихся при обтекании препятствий на земной поверхности. Крупные вихри образуются за счет кинетической энергии общего переноса /40/. Вихри более мелкие возникают за счет энергии крупных завихрений. Кинетическая энергия совсем мелких вихрей переходит непосредственно в тепловую энергию молекулярных движений. Пульсации ветра есть некоторые случайные его возмущения. Данные процессы в значительной мере обусловлены температурной стратификацией. При инверсиях возмущения быстро затухают, а структура порывов отличается сравнительной однородностью. При конвективных условиях однородность структуры нарушена, сильный перегрев самых нижних слоев воздуха приводит к образованию восходящих токов, вызывающих дополнительное возмущение вертикальной составляющей скорости ветра чисто термического происхождения. На высотах около 40 м средние величины пульсаций различных составляющих скорости одинаковы. При изотермических условиях отношение величины горизонтальных порывов (Vr) к вертикальным (VB) составляет на высоте 11,5 м -1,3, а на высоте 2м- 3,2. Это объясняется близостью земной поверхности.
Исследование распространения газового облака в карьерах при проведении массовых взрывов и расчет его параметров
Одним из источников поступления в атмосферу карьера вредных примесей являются массовые взрывы. При их проведении образуется значительное газовое облако, которое распространяется в объеме карьера и за его Пределами. Естественно, что его распространение зависит от конкретных метеорологических условий. При определенных условиях проветривание карьера значительно ухудшается и требует гораздо большего времени, чем нормативные сроки /48/. Рассмотрим несколько наиболее характерных случаев.
При проведении массового взрыва в карьере "Железный" ОАО "Ковдорский ГОК" в период инверсионного состояния атмосферы с градиентом 0,87100 м через 45 минут после взрыва на гор. +214 м концентрация СО превышала ПДК и составила 31,25 мг/м3, а на гор. +202 м 12,5 мг/м . Подобная ситуация складывается и при более слабом инверсионном градиенте 0,47100 м, через 45 минут после взрыва на средних горизонтах зарегистрировано превышение ПДК по СО (25 мг/м3). В этих случаях максимальные концентрации регистрировались в местах проведения массовых взрывов. Выше и ниже этих горизонтов, уровень загрязнения снижался, но зона его распространения была значительна за счет атмосферной диффузии. Следует отметить, что уровень загрязнения верхних горизонтов в 3-4 раза ниже, чем на горизонтах ниже места проведения взрыва. То есть в результате инверсионного состояния атмосферы карьера зона загрязнения проникала в глубь карьера. Для большей наглядности при исследовании внутрикарьерной циркуляции были использованы дымовые шашки. За два часа до начала взрывных работ в карьере были проведены градиентные наблюдения. В результате выявлен слой инверсии со значительным градиентом (см. табл.15) в верхней части карьера. В нижней и средней части наблюдались сверхадиабатические процессы. По всей глубине карьера отмечался ветер. Погодные условия определялись малоградиентным барическим полем антициклональной кривизны. Ветер над карьером северного направления. Дымовые шашки зажигались на взрываемых блоках гор. +118, +166 и +190 м. Результаты наблюдений показали наличие типичного дневного случая горно-долинной циркуляции. Вьшос из карьера газового облака после массового взрыва происходил в южном направлении (по потоку) в сторону промплощадки и города. За счет значительной турбулентности облака быстро рассеивались в инверсионном слое, не распространяясь выше.
В "Коашвинском" карьере ОАО "Апатит" на блоке гор. +280 м в 13 часов 20 минут был произведен массовый взрыв заряда весом 150 т при сплошной десятибальной слоистокучевой облачности без атмосферных явлений и осадков. Из Коашвинского и Китчепахского цирков потоки воздуха через долинную часть карьера поступали в район озера Порок-Явр. В долине р.Вуоннеймиок преобладали воздушные потоки с запада на восток, причем при выходе из долины они значительно ослаблялись. После взрыва газовое облако сразу же сместилось в долину. Часть его осталась в подынверсионном слое приподнятой инверсии на высоте 100-150 м от дна долины. Визуально продукты взрыва с точек наблюдения прослеживались в течение 30 минут. Концентрации вредных примесей в пунктах отбора проб приведены в табл.16. Результаты наблюдений показали, что, несмотря на наличие приподнятого слоя инверсии, естественное проветривание горных работ было достаточно эффективным.
Более детальные исследования, позволившие выявить характер распространения газов в атмосфере карьера после массового взрыва, были проведены в Коашвинском карьере. Взрывные работы проводились в первой половине дня с 9 до 13 часов в феврале 2002 г. Погодные условия района работ определялись передней частью циклона. Наблюдалась малооблачная погода со слабым неустойчивым ветром. Во второй половине дня подошел теплый фронт. В самом карьере тихо, 10 баллов слоистой подынверсионной облачности толщиной 150-200 м на высоте 200-300 м от замкнутого контура, подстилающая поверхность скала, снег, лед грязный серого цвета. От дна карьера до верхней границы облачности падение температуры воздуха с высотой - градиент 0,87100 м, толщина слоя около 370 м, к 12 часам он уменьшился до 0,47100 м. Выше располагался инверсионный слой с градиентом 1,47100 м на 9 утра, впоследствии идет перестройка термического поля, уменьшение интенсивности инверсии до 17100 м на 12 часов и менее. К взрыву подготовлено два блока на северо-западном борту гор. +140, +150, +160 м площадью 10100 м , мощностью 126,9 т и на южном борту гор. +140, +150 м площадью 3000 м2, вес заряда 38,8 т. Заложена взрывчатка порэмит, гранулотол, грамонит. Взрыв произведен в 11 часов 9 минут. Данные метеонаблюдений по станциям и точкам отбора газовых проб в карьере представлены в таблицах 17,18, 19 и на рисунках 15, 16. Там же приведены результаты анализов проб карьерного воздуха после проведения массового взрыва и графики их распределения по масштабу и времени. Из приведенного материала наглядно видно, что распространение газов после массового взрыва носит волнообразный характер. Рассмотрим на примере окислов азота. Так, на расстоянии 100 м от взрываемого блока через 25 минут после взрыва концентрация окислов азота незначительно увеличилась, а через 35 минут достигла своего максимума и далее значительно снизилась, однако оставаясь выше, чем до взрыва. На расстоянии 300 м от блока картина та же, только максимум был достигнут через 50 минут после взрыва. Для того чтобы преодолеть 200 м в данных метеорологических условиях в горизонтальной плоскости карьера объему максимальной концентрации окислов азота потребовалось 15 минут. С окислами углерода картина иная. Отмечается равномерная концентрация на всем расстоянии (300 м) от блока через 25 минут после взрыва, затем резкое возрастание до максимума во второй точке через 50 минут после взрыва с последующим снижением и рост концентрации в первой точке. В данном случае при проведении замеров не успели захватить начало волнового движения. Окислы углерода, как более легкие, быстрее распространялись в атмосфере карьера и быстрее рассеивались. Распространение вредных примесей имеет волновой характер. Волна (объем максимальной концентрации) вредных примесей распространяется радиально от источника выброса до тех пор, пока температура волны не сравняется с температурой окружающего воздуха. На волнообразный процесс рассеивания вредных веществ в атмосфере карьера накладывается и процесс диффузии.
Влияние близкорасположенных источников загрязнения друг на друга
Комбинированная (открыто-подземная) отработка на горнодобывающих предприятиях Кольского полуострова является перспективным способом добычи полезных ископаемых на мощных, крутопадающих месторождениях, где рудные тела уходят на большие глубины. В переходный период горные работы одновременно ведутся как в карьере, так и на подземном руднике и при этом оказываются взаимосвязанными. Влияние подземного рудника на работу карьера заключается в том, что газы от взрывных работ, выброшенные на поверхность, могут достигать района ведения горных работ в карьере, и наоборот, пылегазовое облако от массовых взрывов в карьере может засасываться через вентиляционные выработки и обрушения в подземное пространство, вызывая повышенное содержание вредных компонентов в рудничной атмосфере. Кроме этого работающие на открытых горных работах мощные карьерные автосамосвалы при определенных условиях расположения открытых и подземных горных выработок и метеоситуациях также могут загазовывать подземные работы своими выхлопными газами /58/.
Комбинированная отработка применяется на Расвумчоррском и Центральном рудниках ОАО "Апатит". Взаимное влияние вентиляционных систем подземного рудника и карьера определяется двумя основными факторами: расположением открытых и подземных выработок относительно друг друга на поверхности, т.е. орографией местности и метеорологической характеристикой района - направлением и скоростью ветра, температурой воздуха, условиями возникновения инверсии. Расположение рудников ОАО "Апатит" представлено на схеме (рис.18).
Эпизодически повторяющиеся случаи появления вредных примесей в воздухе горных выработок Расвумчоррского рудника через значительный (в несколько часов) период времени после производства массовых взрывов на Центральном карьере говорят о том, что в определенных метеорологических ситуациях газообразные продукты взрывов проникают в выработки через нарушенный взрывами и геолого-разведочными работами (разведочными скважинами) массив горных пород. Обращает на себя внимание и то обстоятельство, что концентрации газовых примесей появляются в выработках в тех случаях, когда метеорологическая ситуация (в первую очередь направление ветра), казалось бы, не вызывает опасных загрязнений в долине и районе Расвумчоррского рудника, а в карьере Центрального рудника наблюдались штиль или температурные инверсии. Следует отметить, что попадающие в выработки ядовитые газовые примеси состоят преимущественно из окислов углерода при отсутствии окислов азота. Указанное обстоятельство характерно при движении газовых примесей в каналах, трещинах и порах многих видов горных пород, где грунтовые воды активно растворяют окислы азота. В данной ситуации, когда движение примесей происходит с малой скоростью в течение длительного времени, создаются условия для полного растворения окислов азота массивом по пути движения от карьера к рудничным выработкам. Процесс движения вредных газовых примесей представляется в таком виде. В момент массового взрыва на Центральном карьере за счет высокого давления часть взрывных газов, имеющих высокую начальную концентрацию, (помимо работы по разрушению) вдавливается в поры, трещины, скважины массива. Давление это быстро спадает, и начинается процесс основного движения газа (в сторону выработок), если метеоситуация в карьере создает направленное в сторону выработок движение воздуха (за счет естественной тяги).
В конкретных зафиксированных ситуациях наблюдалась следующая картина распределения окислов азота и окиси углерода в атмосфере долины (табл.25) и подземных выработок Расвумчоррского рудника (табл.26). Окислы азота присутствовали в 15% случаев, и всегда их концентрации достигали ПДК и выше. В остальных 85% их не отмечалось совсем. В местах отбора проб воздуха окись углерода отмечалась в 99% случаев, при этом 77%) концентрация превышала ПДК, а в 22% была ниже ПДК. Подземные выработки загазовывались в 78%, а долина в 56% случаев. Столь редкое присутствие окислов азота можно объяснить их растворением в воде, но не атмосферного характера, а иного. Один-единственный раз наблюдалось превышение окислов азота до 3.5 ПДК и полное отсутствие окислов углерода. В этот день в течение 2 часов 40 минут была загазована только долинная часть. В это время наблюдался полный штиль (до высоты 1090 м) и изотермическое состояние нижнего слоя атмосферы. Температура атмосферного воздуха колебалась от -11 С до -15С, поэтому направление естественной тяги в руднике было из горных выработок и зон обрушения на дневную поверхность. В результате естественной диффузии, даже при полном штиле и изотермическом состоянии нижнего слоя атмосферы, рассеивание вредных примесей, поступивших в атмосферу горной долины, произошло через 2 часа 40 минут.
Кроме указанного случая наблюдались еще три, когда загазовывалась только атмосфера долины, причем концентрации вредных примесей не превышали ПДК. Первые два случая по термическим характеристикам состояния исследуемого слоя атмосферы полностью совпадают с вышеизложенным при ином ветровом режиме.
Похожие диссертации на Прогноз состояния атмосферы в карьерах
