Численное моделирование процесса проветривания карьера при вариации местоположения пылегазового облака

 

ISSN 0536-1028 (Print)              ISSN 2686-9853 (Online)  
УДК 622.4+519.67 DOI: 10.21440/0536-1028-2021-7-5-15


Download

 

Цель работы. Оценка влияния местоположения массовых взрывов и начальной высоты пылегазового облака на время естественного проветривания карьера и уровень загрязнения атмосферы верхнего борта карьера вниз по ветровому потоку.
Методика. Компьютерное моделирование аэродинамики и переноса газовой компоненты в двухмерной геометрии выполнено с помощью программы COMSOL. Для вычисления аэродинамических характеристик применялось приближение несжимаемой жидкости с привлечением стандартной (k–ε)-модели турбулентности. Процесс распространения газовой компоненты промоделирован посредством численного решения конвективно-диффузионного уравнения переноса загрязнений. Численные эксперименты при фиксированной начальной концентрации газовой компоненты и скорости набегающего ветрового потока выполнены для трех местоположений массовых взрывов и шести значений начальной высоты (от 70 до 420 м с шагом 70 м) пылегазового облака.
Результаты и их анализ. Получены пространственные распределения аэродинамических характеристик модели и газовой компоненты загрязнений на момент достижения уровня ПДК в области моделирования. Выполнен анализ расчетного времени естественного проветривания
карьера и динамики загрязнения атмосферы верхнего борта карьера вниз по ветровому потоку. Отмечен сложный и разнообразный характер процесса проветривания карьера для различных местоположений массовых взрывов. Спрогнозирован волнообразный характер выноса загрязнений (с разной высотой максимумов), обусловленный наличием в карьере вихреобразования.
Выводы и область применения. Для рециркуляционной схемы проветривания наиболее продолжительными являются ситуации местоположения массовых взрывов, смещенных к наветренному борту карьера. Показано, что уменьшение высоты подъема пылегазового облака не всегда обеспечивает снижение уровня загрязнения на верхнем борту карьера вниз по потоку.

Ключевые слова: карьер; массовый взрыв; проветривание; высота подъема; пылегазовое облако; загрязнение; численное моделирование.

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

  1. Конорев М. М., Нестеренко Г. Ф., Павлов А. И. Вентиляция и пылегазоподавление в атмосфере карьеров. Екатеринбург: УрО РАН, 2010. 440 с.
  2. Ушаков К. З., Михайлов В. А. Аэрология карьеров. М.: Недра, 1975. 248 с.
  3. Бересневич П. В., Михайлов В. А., Филатов С. С. Аэрология карьеров. М.: Недра, 1990. 280 с.
  4. Филатов С. С. Вентиляция карьеров. М.: Недра, 1981. 206 с.
  5. Битколов Н. З., Медведев И. И. Аэрология карьеров. М.: Недра, 1992. 264 с.
  6. Никитин В. С., Битколов Н. З. Проектирование вентиляции в карьерах. М.: Недра, 1980. 171 с.
  7. Амосов П. В. Доминирующий фактор в паре «взрывные работы–ветровой режим» // Известия СПбГТИ(ТУ). 2020. № 54(80). С. 93–98. DOI: 10.36807/1998-9849-2020-54-80-93-98
  8. Chugh Y. P., MdAzmi A. Z., Gurley H., Kollipara V. K., Hirschi J. CFD analysis of airflow distribution in high mining areas of room-and-pillar coal mining // Proceedings of the 37th International Symposium APCOM 2015, Fairbanks, Alaska. 2015. P. 911–920.
  9. Tutak M., Brodny J. Influence of auxiliary ventilation devices on a distribution of methane concentration at the crossing of longwall and ventilation roadway // International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM. 2017. Vol. 17. No. 13. P. 437–444.
  10. Накаряков Е. В., Семин М. А., Гришин Е. Л., Колесов Е. В. Анализ закономерностей накопления и выноса выхлопных газов от машин с двигателями внутреннего сгорания в тупиковых камерообразных горных выработках // Безопасность труда в промышленности. 2021. № 5. С. 41–47. DOI: 10.24000/0409-2961-2021-5-41-47
  11. Ястребова К. Н. Повышение интенсивности естественного воздухообмена в рабочих зонах карьеров на основе аэродинамического профилирования подветренных бортов: дис. … канд. техн. наук. URL: http://xn----etbhhidsfiu1b6f.xn--p1ai/system/files/lib/sci/aspirant-doctorant/avtoreferaty/2015/2015-3/yastrebova_dissertaciya.pdf (дата обращения: 24.06.2015).
  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. P. 62–69.
  13. Raj K. V. Three dimensional computational fluid dynamics models of pollutant transport in a deep open pit mine under Arctic air inversion and mitigation measures. PhD thesis. URL: https://scholarworks.alaska.edu/handle/11122/5756 (дата обращения: 17.10.2017).
  14. Баширов Н. Р. Метод динамического проектирования отвалов при предварительной симуляции воздушного потока // Известия вузов. Горный журнал. 2018. № 2. С. 40–47.
  15. Амосов П. В., Козырев С. А., Назарчук О. В. Разработка компьютерной модели аэротермодинамики атмосферы карьера в Ansys Fluent // Известия Санкт-Петербургского государственного технологического института. 2018. № 44(70). С. 121–125.
  16. Интегрированная среда численного моделирования COMSOL. URL: https://www.comsol.ru (дата обращения: 14.12.2019)
  17. Егоров В. И. Применение ЭВМ для решения задач теплопроводности. СПб: СПб ГУ ИТМО, 2006. 77 с.
  18. Бютнер Э. К. Динамика приповерхностного слоя воздуха. Л.: Гидрометеоиздат, 1978. 158 с.
  19. Методы расчета турбулентных течений / под ред. В. Колльмана. М.: Мир, 1984. 464 с.
  20. Снегирев А. Ю. Высокопроизводительные вычисления в технической физике. Численное моделирование турбулентных течений. СПб: Политехн. ун-т, 2009. 143 с.
  21. Гарбарук А. В., Стрелец М. Х., Шур М. Л. Моделирование турбулентности в расчетах сложных течений. СПб: Политехн. ун-т, 2012. 88 с.
  22. Козырев С. А., Амосов П. В. Моделирование выноса вредных примесей при проветривании глубоких карьеров с помощью вентиляционных горных выработок // ГИАБ. 2015. № S56. С. 390–398.
  23. Мислибаев И. Т., Заиров Ш. Ш., Тухташев А. Б., Норматова М. Ж. Уменьшение пылегазового загрязнения атмосферы при производстве массовых взрывов на карьерах // Известия вузов. Горный журнал. 2017. № 2. С. 39–43.
  24. Марчук Г. И. Математическое моделирование в проблеме окружающей среды. М.: Наука, 1982. 320 с.
  25. Пененко В. В., Алоян А. Е. Модели и методы для задач охраны окружающей среды. Новосибрск: Наука, 1985. 256 с.
  26. Бакланов А. А. Численное моделирование в рудничной аэрологии. Апатиты: КФ АН СССР, 1987. 200 с.
  27. Baklanov A. Application of CFD methods for modeling in air pollution problems: possibilities and gaps // Environmental Monitoring and Assessment. 2000. Vol. 65. No. 1–2. P. 181–189. DOI: 10.1023/A:1006442514766

Для цитирования: Амосов П. В. Численное моделирование процесса проветривания карьера при вариации местоположения пылегазового облака // Известия вузов. Горный журнал. 2021. № 7. С. 5–15 (In Eng.). DOI: 10.21440/0536-1028-2021-7-5-15

Язык сайта

Мы индексируемся в: