Усовершенствованная многомасштабная вычислительная модель распространения летучей пыли при эксплуатации карьеров

Авторы: Лаундез Я.С., Силвестер С.А., Кингман С.В., Харгривз Д.М.

Год: 2009

Номер: 04

Страницы: 178-186

Аннотация

Добыча полезных ископаемых из карьеров и открытых выработок и их первичная переработка может сопровождаться выделением значительного количества летучих веществ в результате таких действий, как горные взрывные работы, транспортировка по грунтовым дорогам, погрузка, первичное дробление и аккумуляция запасов. Неконтролируемые выбросы летучей пыли могут представлять серьезную опасность для окружающей среды, здоровья, безопасности и работоспособности людей, как находящихся в непосредственной близости от места разработок, так и вдали от них. С целью предварительного предупреждения потенциально опасных выбросов, также как и для разработки программ по будущему планированию, которые должны отвечать требованиям регламентирующих документов, все более широко применяют технологии моделирования. Вторичное вовлечение пыли на начальном этапе и последующее ее распространение представляют собой процесс, усложненный топографией внутри открытых выработок, топографией окружающей местности и динамикой выбросов из мест разработок. Эти факторы влияют на точность и надежность стандартных вычислительных прогностических методов, в основе которых лежит гауссова модель факела, и которые используются для регламентирующих инструкций и программ в проекте IPPC ( «Комплексный контроль и предупреждение загрязнения»). В данной статье предполагается, что оптимальное моделирование выбросов из открытой выработки наилучшим образом может быть достигнуто при применении многомасштабной прогностической модели, использующей методы вычислительной гидродинамики (ВГД) для зоны с высоким разрешением вблизи источника и стандартную гауссову модель для дальней зоны.

В данной статье представлен анализ численного моделирования атмосферных потоков и рассеяния примеси для типовых открытых выработок Великобритании. Характерные параметры выбросов и метеорологических условий были получены из данных долгосрочных записей, собранных на действующих открытых выработках Великобритании. Выбросы были смоделированы лагранжевой схемой для типичных профилей в пограничном слое атмосферы, выраженных как функции характеристик скорости параметров турбулентности при нейтральной стратификации. Представленные результаты получены с учетом влияния топографии местности на удерживающую способность шахты, в отличие от метода, базирующегося на гауссовой модели факела.

Теги: вычислительная гидродинамика; карьеры; распространение пыли

Список литературы

    1. Anon (1995) USEPA, AP-42, Compilation of air pollution factors, Vol 1: Stationary point and area sources, Chapters 13.2.4, Aggregate handling and storage piles, Research Triangle Park, NC, USA.
    2. Anon (1998) USEPA, AP-42, Compilation of air pollution factors. Vol 1: Stationary point and area sources. Chapter 13.2.2: Unpaved roads, Research Triangle Park, NC, USA.
    3. Anon (1999) ADMS User Guide. CERC Ltd, Cambridge, UK.
    4. Appleton, T.J., S.W. Kingman, I.S. Lowndes and S.A. Silvester (2006) The development of a modelling strategy for the simulation of fugitive dust emissions from in-pit quarrying activities: a UK case study. International Journal of Mining, Reclamation and Environment, 20, 1, pp 57–82.
    5. Atkinson, B.W. (1995) Introduction to the fluid dynamics of mesoscale flow fields, in Diffusion and Transport of Pollutants in Atmospheric Mesoscale Flow Fields. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, pp.1–20
    6. Baklanov, A.A. (1984) Determining the propagation of impurity in the atmosphere of a pit on the basis of mathematical models. Soviet Mining Science, 20(5), pp. 402–407.
    7. Baklanov, A.A. (1986) A method of evaluating the energy characteristics of the air in an open pit mine. Soviet Mining Science, 22(1), pp. 66–70.
    8. Baklanov, A.A. (1995) Numerical modelling of atmosphere processes in mountain cirques and open pits. Proceedings of International Conference on Air Pollution, Porto Carras, Greece, pp. 231–238.
    9. Baklanov, A.A. and O.Yu. Rigina (1994) Research of local zones atmosphere normalization by artificial currents. Proceedings of the 2 nd International Conference on Air Pollution, WIT, Computational Mechanics Publications, pp. 553–561.
    10. Belousov, V.I. (1985) Natural dynamic ventilation of open mines. Soviet Mining Science, 21(3), pp. 264–267.
    11. Belousov, V.I. (1990) Ventilation of open-pit mines by controlling the boundary layer of the wind stream. Soviet Mining Science, 25 (3), pp. 267–270.
    12. Bukhman, Y.Z, A.L. Kazakov and V.I. Belousov (1976) Manual to open pit ventilation in USSR nonferrous metallurgy (in Russian). Izd. VTsM SSSR, Moscow.
    13. Docx, J., S.W. Kingman, E.H. Lester, I.S. Lowndes, S.A. Silvester and T. Wu (2007) An investigation into unpaved road emissions from a UK surface limestone quarry using cylindrical adhesive pad collectors and image analysis. International Journal of Mining, Reclamation and Environment, 21, 1, pp. 1–18.
    14. Kim, H. G., V.C. Patel and M.L. Chuong (2000) Numerical simulation of wind flow over hilly terrain. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 87, pp. 45–60.
    15. Nikitin, V.S. and N.Z. Bitkolov (1975) Mine Ventilation (in Russian). Nedra, Moscow.
    16. Peng, X. and G.R. Lu (1995) Physical modelling of natural wind and its guide in a lrge open pit, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 54/55, pp. 473–481.
    17. Petavratzi, E., S.W. Kingman and I.S. Lowndes (2007) Assessment of the dustiness and the dust liberation mechanisms of limestone quarry operations, Chemical Engineering and Processing, 46, pp. 1412–1423.
    18. Petavratzi, E., S.W. Kingman and I.S. Lowndes (2005) Particles from mining operations: A review of sources, effects and regulations. Minerals Engineering, 18, pp. 1183–1199.
    19. Reed, W.R.(2005) Significant dust dispersion models for mining operations. NIOSH IC 9478, Pittsburgh, PA, USA.
    20. Riddle, A., D. Carruthers, A. Sharpe, C. McHugh and J. Stocker (2004) Comparisons between Fluent and ADMS for atmospheric dispersion modelling. Atmospheric Environment, 38, pp. 1029–1038.
    21. Silvester, S.A., I.S. Lowndes and S.W. Kingman (2006) The application of computational fluid dynamics to the improved prediction of dust emissions from surface quarrying operations. Proceedings of the Fifth International Conference on CFD in the Process Industries, CSIRO, Melbourne, Australia, pp. 1–6.
Скачать полный текст (PDF)