Республики узбекистан алмалыкский филиал ташкентского государственного технического университета имени ислама каримова кафедра «горное дело»

Схема движения воздуха. При конвективной схеме проветрива­ния карьера (рис. 15.1) массы теплого воздуха поднимаются вверх не вертикально, а движутся вдоль уступов вследствие прижимаю­щего эффекта опускающихся более холодных масс. При этом объ­ем поднимающегося из карьера воздуха с высотой увеличивается. Наиболее мощные конвективные потоки наблюдаются у верхних уступов карьера.
Скорость и режим движения воздуха. При увеличении масс воздуха, поднимающегося вверх вдоль бортов карьера, скорость его движения с высотой увеличивается.
Максимальные значения скорости наблюдаются у верхней бровки борта карьера. Они могут достигать 1,5 м/с при глубине карьера 100—200 м.

Рис. 9.1. Движение воздуха в карьере при конвективной схеме проветривания к уменьшению температуры.
Вынос вредностей из карьера осуществляется восходящими воздушными потоками, движущимися вдоль бортов. При этом ко­личество вредностей в потоке возрастает по мере приближения его к поверхности вследствие дополнительного выноса вредностей, вы­деляемых при ведении горных работ на верхних уступах.
Основные влияния на загрязнение атмосферы карьеров при кон­вективной схеме проветривания оказывают внутренние источники выделения вредностей (буровые работы, работа экскаваторов и т. п.). Концентрация вредностей у этих источников может быть высокой, особенно с подветренной стороны и при небольших ско­ростях движения воздуха. Внешние источники существенного влия­ния на загрязнение атмосферы карьера не оказывают; вредности, выделяемые ими, могут поступать в карьер лишь с массами более холодного воздуха. К тому же концентрация вредностей в этих массах обычно меньше, чем в воздушных потоках, поступающих в карьер при ветровых схемах проветривания с бортов, около кото­рых расположены внешние источники загрязнения.
Инверсионная схема движения воздуха.
Условия возникновения. Инверсионная схема движения воздуха в карьерах возникает при охлаждении бортов карьера и малой энергии ветрового потока на поверхности.
Для образования такой схемы необходимо, чтобы скорость вет­ра на поверхности не превышала 0,7—0,8 м/с, т. е. чтобы удельная кинетическая энергия ветрового потока была бы не более 0,4 Дж/м³.
Увеличение энергии ветрового потока оказывает влияние на термодинамическое состояние атмосферы: повышается турбулент­ный воздухообмен в карьере и выравнивается поле тех компонент температуры, которые являются результатом наличия источни­ков охлаждения воздуха. В итоге температурный градиент прибли­жается к адиабатическому. Затруднение же воздухообмена вслед­ствие уменьшения удельной кинетической энергии ветрового потока приводит к такой температурной стратификации, при которой слои воздуха, прилегающие к холодным поверхностям бортов карьера, охлаждаются в большей степени, чем удаленные. Таким образом, создаются условия для перемещения вниз более холодных и, сле­довательно, более тяжелых масс воздуха.
Инверсионные движения воздуха в карьерах могут возникать не только при охлаждении воздуха бортами карьера, но и при про­хождении над карьером фронта холодного атмосферного воздуха.
В последнем случае потоки холодного воздуха поступают в карьер прямо с поверхности.
Схема движения воздуха. Прилегающие к бортам слои воздуха охлаждаются и как более тяжелые начинают поступать вниз, на дно карьера, проникая под ранее находившиеся на дне слои более теплого воздуха, и вытесняют их вверх. По мере развития инвер­сии высота слоя холодного воздуха в нижней части карьера увели­чивается. При глубоких инверсиях весь карьер может быть запол­нен массами холодного воздуха.
На рис. 15.2 показана схема движения воздуха в карьере, когда часть его глубиной h уже заполнена холодным воздухом.
Слой холодного воздуха, заполняющий карьер при инверсии, называется слоем инверсии (на рис. 15.2 его глубина равна А), а его верхняя граница называется уровнем инверсии (см. рис. 15.2 уровень а—а). Она примерно совпадает с уровнем, ниже которого образуется инверсия температуры, т. е. отрицательный температурный градиент.
Скорости и режим движения воздуха. При инверсионной схеме движения воздуха в карьере максимальные скорости воздуха у по­верхности бортов не превышают 1 м/с. В направлении инверсион­ных потоков скорости уменьшаются, а под уровнем инверсии воз­дух практически находится в неподвижном состоянии.
Режим движения воздуха при инверсионной схеме проветрива­ния ламинарный или близкий к нему, что затрудняет воздухообмен в карьере и обусловливает высокое содержание газа и пыли в воз­духе на значительном расстоянии от источника их образования.
Накопление вредностей в карьере. При инверсионной схеме дви­жения воздухообмен между слоем инверсии и вышележащими сло­ями атмосферного воздуха крайне ограничен, поэтому вынос вред­ностей из карьера практически не происходит. Более того, посту­пающие вниз массы холодного воздуха увлекают за собой вредно­сти, образующиеся на верхних уступах. Следовательно, под уров­нем инверсии накапливаются все вредности, образующиеся в карь­ере как под ее уровнем, так и выше его. Кроме того, движение воздуха вдоль бортов карьера от верхней бровки вниз способствует поступлению в карьер вредностей от внешних источников. В резуль­тате под уровнем инверсии создаются весьма неблагоприятные са­нитарно-гигиенические условия. Концентрация газа и пыли может существенно превышать допустимые пределы. Пребывание людей в таких местах становится опасным вследствие возможных острых отравлений ядовитыми газами. Кроме этого, из-за большого со­держания газа и пыли в слое инверсии, а в ряде случаев и из-за образования туманной дымки видимость в карьере резко ухудша­ется, что нарушает безопасность при ведении работ. Вследствие этого при глубоких инверсиях работы в карьере приостанавливают, а людей выводят на поверхность. Поэтому одной из основных задач аэрологии карьеров является разработка методов предупреждения, искусственного разрушения инверсий и восстановления воздухооб­мена в карьере.