Учет вариативности метеорологических параметров атмосферного воздуха при выборе способа проветривания глубоких карьеров Арктической зоны

Проведено исследование влияния вариативности метеорологических параметров атмосферного воздуха на проветривание глубоких золоторудных карьеров. Установлено, что изменение направления и увеличение скорости воздушного потока, пересекающего карьер, приводит к увеличению относительного объема застойных зон и ухудшению аэрологической обстановки в карьере. Показано, что для моделирования скоростных и температурных полей в карьере следует использовать программный комплекс Ansys Fluent в сочетании с программным комплексом Minitab для интерпретации статистических данных параметров атмосферного воздуха. Сформулирована основная задача работы — прогноз вероятности образования зон рециркуляции в карьере при изменении метеорологических параметров атмосферного воздуха. Отмечено, что для оценки особенностей формирования параметров рудничной атмосферы достаточно проведения математического моделирования аэродинамических процессов. Предложена методология моделирования аэродинамических процессов с учетом геометрии карьерного пространства, температуры, скорости и направления ветрового потока. Показано, что образование зон рециркуляционного движения воздушных масс характерно для всех рассмотренных метеорологических условий наружного воздуха, а также их образование приводит к снижению эффективности естественной вентиляции в карьере. Сделано заключение о возможности повышения эффективности проветривания карьеров за счет предварительного прогноза вероятности образования зон рециркуляции в зависимости от изменения метеорологических параметров наружного воздуха и последующего выбора наиболее благоприятных периодов с точки зрения ведения технологических процессов, характеризующихся значительным выделением пыли и газообразных веществ. Предложен метод управления аэродинамическими процессами в карьере и выполнена оценка эффективности его применения.

Гендлер С. Г., Борисовский И. А. Учет вариативности метеорологических параметров атмосферного воздуха при выборе способа проветривания глубоких карьеров Арктической зоны // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2022. – № 8. – С. 38–55. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_8_0_38.

Гендлер Семен Григорьевич¹ — д-р техн. наук, профессор, e-mail: sgendler@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-7721-7246,
Борисовский Иван Анатольевич¹ — аспирант, e-mail: s195058@stud.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0002-8560-5863,
¹ Санкт-Петербургский горный университет.

Гендлер С.Г., e-mail: sgendler@mail.ru.

1. Никулин А. Н., Должиков И. С., Климова И. В., Смирнов Ю. Г. Оценка результативности и эффективности системы управления охраной труда на горном предприятии // Безопасность труда в промышленности. — 2021. — № 1. — С. 66—72. DOI: 10.24000/04092961-2021-1-66-72.

2. Rudakov M. L., Babkin R. S., Medova E. A. Improvement of working conditions of mining workers by reducing nitrogen oxide emissions during blasting operations // Applied Sciences. 2021, no, 11, pp. 1—13.

3. Гендлер С. Г., Борисовский И. А. Управление аэродинамическими процессами при разработке золоторудных месторождений открытым способом // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 2. — С. 99—107. DOI: 10.25018/0236-14932021-2-0-99-107.

4. Рогалев В. А., Ястребова К. Н. Методические особенности интенсификации естественного проветривания карьеров // Записки Горного института. — 2014. — Т. 207. — С. 131—133.

5. Фомин С. И., Базарова Е. И. Анализ чувствительности параметров рудных карьеров на предварительной стадии проектирования // Записки Горного института. — 2015. Т. 216. — С. 76—81.

6. Yuan Wang, Cuifeng Du Distribution law of the temperature inversion layer in a deep open-pit mine // ACS Omega. 2021, vol. 6, no. 12, pp. 8693—8699. DOI: 10.1021/acsomega. lc00674.

7. Фомин С. И. Обоснование технологических решений при организации отработки рудных карьеров // Записки Горного института. — 2016. — Т. 221. — С. 644—650. DOI: 10.18454/PMI.2016.5.644.

8. Wang Zhi-Ming, Zhou Wei, Jiskani Izhar Mithal, Ding Xiao-Hua, Liu Zhi-Chao, Qiao YanZhen, Luan Boyu Dust reduction method based on water infusion blasting in open-pit mines: a step toward green mining / Energy sources part а-recovery utilization and environmental effects. 2021, pp. 1—16. DOI: 10.1080/15567036.2021.1903118.

9. Битколов Н. З., Медведев И. И. Аэрология карьеров. — Недра, 1992. — 263 c.

10. Никитин В. С., Битколов Н. З. Проветривание карьеров. — Недра, 1975. — 248 c.

11. Драгунский О. Н. О разрушении внутрикарьерных инверсий средствами искусственной вентиляции // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № 5. — С. 13—21. DOI: 1025018/0236-1493-2019-05-0-13-21.

12. Gridina E. B., Andreev R. E. Mathematical modeling based on CFD method of wind currents in combined working out of the Olenegorsky pit in the Flowvision software package // International Review on Modelling and Simulations. 2017, vol. 10, no. 1, pp. 62—69. DOI: 10.15866/iremos.vl0il.l 1101.

13. Амосов П. В., Козырев С. А., Назарчук О. В. Разработка компьютерной модели аэтермдинамики атмосферы карьера в Ansys Fluent // Известия Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета). — 2018. — № 44. — С. 121—125. DOI: 10.15217/issn1998984-9.2018.44.121.

14. Амосов П. В., Новожилов Н. В. Исследование влияния температурного градиента на формирование метеополей атмосферы карьера (на базе численного моделирования) // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2015. — СВ 56. — С. 528—534.

15. Козырев С. А., Скороходов В. Ф., Никитин Р. М., Амосов П. В., Массан В. В. 3D компьютерное моделирование характера распределения воздушных потоков на поверхности и в карьерном пространстве глубоких карьеров с учетом реального рельефа местности и масштаба карьера // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2015. — СВ 56. — С. 399—403.

16. Шахрай С. Г., Курчин Г. С., Сорокин А. Г. Новые технические решения по проветриванию глубоких карьеров // Записки Горного института. — 2019. — Т. 240. — С. 654— 659. DOI: 10.31897/PMI.2019.6.654.

17. Козырев С. А., Амосов П. В. Моделирование аэродинамических процессов в глубоких карьерах / Глубокие карьеры: сборник докладов Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. — Апатиты, 2012. — С. 470—474.

18. Li Lin, Zhang Ruixin, Sun Jiandong, He Qian, Kong Lingzhen, Liu Xin Monitoring and prediction of dust concentration in an open-pit mine using a deep-learning algorithm // Journal of Environmental Health Science and Engineering. 2021, vol. 19, pp .401—414. DOI: 10.1007/ s40201-021-00613-0.

19. Wang Yuan, Du Cuifeng, Xu Haiyue Key factor analysis and model establishment of blasting dust diffusion in a deep. Sunken open-pit mine // ACS Omega. 2021, vol. 6, no. 1, pp. 448—455. DOI: 10.1021/acsomega.0c04881.

20. Huang Z., Ge S., Jing D., Yang L. Numerical simulation of blasting dust pollution in openpit mines // Applied Ecology and Environmental Research. 2019, vol. 17, no. 5, pp. 10313— 10333. DOI: 10.15666/aeer/1705_1031310333.

21. Abdulwahid M. A., Kareem H. J., Almudhaffar M. A. Numerical analysis of two phase flow patterns in vertical and horizontal pipes // WSEAS Transactions on Fluid Mechanics. 2017, vol. 12, pp. 131—140.

22. Гендлер С. Г., Лейсле А. В., Борисовский И. А. Патент РФ № 2021111806, 26.04.2021. Способ проветривания глубоких карьеров. 2021. Бюл. № 33.