Управление аэродинамическими процессами при разработке золоторудных месторождений открытым способом

Целью работы является исследование аэродинамических процессов при проветривании золоторудного карьера с помощью горных выработок. В процессе исследований выполнен анализ существующих способов и средств проветривания глубоких карьеров. Показано, что по мере отработки месторождения увеличивается глубина выработанного пространства, что приводит к снижению эффективности проветривания за счет действия естественных факторов. При этом в карьерном пространстве образуются зоны рециркуляции воздуха, в которых накапливается загрязняющие вещества. Сделан вывод о целесообразности использования комплексной вентиляции на основе естественного и принудительного проветривания с помощью специально пройденных системы горных выработок. Осуществлена постановка задач исследования, целью которых является обоснование рационального способа проветривания глубоких золоторудных карьеров Севера. Предложена методология выбора параметров системы комплексной вентиляции глубоких карьеров. Построены компьютерная модель геометрии типового золоторудного карьера и аэродинамическая модель для исследования полей скорости воздушного потока. На основе программного комплекса Ansys Fluent осуществлено математическое моделирование аэродинамических процессов при естественной вентиляции и комплексной вентиляции, включающей принудительную подачу воздуха в карьерное пространство по системе выработок. Осуществлена оценка эффективности принудительной вентиляции. Показано, что в результате подачи воздуха с общим расходом 60 м3/с со скоростью 2 м/с по пяти штольням, имеющим аэродинамическую связь с карьерным пространством, конфигурация зон рециркуляции существенно изменяется, что приводит к значительному уменьшению их объемов. Сформулированы задачи дальнейших исследований.

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: 10.25018/02361493-2021-2-0-99-107.

Гендлер Семен Григорьевич¹ — д-р техн. наук, профессор, e-mail: sgendler@mail.ru,
Борисовский Иван Анатольевич¹ — аспирант,
¹ Санкт-Петербургский горный университет.

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

1. 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.

2. Козырев С. А., Амосов П. В. Пути нормализации атмосферы глубоких карьеров // Вестник МГТУ. — 2014. — Т. 17. — № 2. — С. 231—237.

3. Straw M. P., Harwood R. The application of computational fluid dynamics to environmental health risk // Transactions on Biomedicine and Health. 2001. Vol. 5. Pр. 95—104.

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

5. 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.

6. Гридина Е. Б., Петров И. А. Опыт математического моделирования процесса проветривания Оленегорского карьера в программном комплексе Flow Vision // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2017. — СВ 5-1. — С. 32—42.

7. 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. DOI: 10.15866/ iremos.v10i1.11101.

8. Козырев С. А., Амосов П. В. Моделирование выноса вредных примесей при проветривании глубоких карьеров с помощью вентиляционных горных выработок // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2015. — СВ 56. — С. 390—398.

9. Козырев С. А., Амосов П. В. Моделирование распределения воздушных потоков в глубоких карьерах // Горный журнал. — 2014. — № 5. — С. 7—11.

10. Bartzis J. G. Turbulence modeling in the atmospheric boundary layer: a review and some recent developments // Transactions on Ecology and the Environment. 2006. Vol. 86. Pp. 3—12.

11. Bhowmick T., Bandopadhyay S., Ghosh T. Three-dimensional CFD modeling approach to approximate air pollution conditions in high-latitude open-pit mines // Transactions on The Built Environment. 2015. Vol. 168. Pp. 741—753.

12. Flores F., Garreaud R., Muñoz R. Open FOAM applied to the CFD simulation of turbulent buoyant atmospheric flows and pollutant dispersion inside large open pit mines under intense insolation // Computers & Fluids. 2014. Vol. 90. Pр. 72—87.

13. Морин А. С., Борисов Ф. И., Борисов Д. Ф., Корзухин И. В. О тепловой подготовке приточного воздуха и применении двухканальных воздуховодов при трубопроводном проветривании карьеров // Горная промышленность. — 2016. — № 1 (125). — С. 40—46.

14. Конорев М. М., Нестеренко Г. Ф. Вентиляция и пылегазоподавление в атмосфере карьеров. — Екатеринбург, 2000. — 43 с.

15. Конорев М. М., Макаров В., Нестеренко Г. Ф. К вопросу об исследовании динамических схем искусственного проветривания карьеров вентиляторами на базе турбовинтовых двигателей // Труды ВНИМИ. — 1975. — № 1. — С. 126—132.

16. Zhang S. Experimental study on performance of contra-rotating axial flow fan // International Journal of Coal Science &Technology. 2015. Vol. 2. No. 3. Pp. 232—236. DOI: 10.1007/ s40789-015-0073-2.

17. Конорев М. М., Нестеренко Г. Ф. Обоснование выбора схем проветривания и режимов работы систем вентиляции карьеров // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2002. — № 4. — С. 73—76.

18. Битколов Н. З., Медведев И. И. Аэрология карьеров. — Недра, 1992. — 8 с.

19. Deryl O., Snyder A. Fluent. Tutorial. 2011. Pp. 37—45.