Вестник МГТУ. 2015, №2.

Козырев С.А. и др. Оценка аэрологической обстановки. УДК 622.7:519.711.2 С.А. Козырев, В.Ф. Скороходов, Р.М. Никитин, П.В. Амосов, В.В. Массан Оценка аэрологической обстановки на открытых горных работах на основе трехмерных моделей карьеров S.A. Kozyrev, V.F. Skorokhodov, R.M. Nikitin, P.V. Amosov, V.V. Massan Assessment of aerological setting in open mining based on 3D open-pit model Аннотация. С использованием 3D компьютерного моделирования в программном комплексе ANSYS Fluent исследован характер распределения воздушных потоков на поверхности и в карьерном пространстве глубоких карьеров с учетом реального рельефа местности и масштаба карьера. Это исследование позволило выявить влияние породных отвалов и прибортовых зон карьера на формирование рециркуляционных зон, вихревых течений и степени ослабления воздушных потоков в различных зонах карьера в зависимости от скорости ветра на поверхности. Abstract. 3D modeling in ANSYS Fluent software has been used to research air flows distribution character on surface and in deep open-pit space with taking into account actual local relief and open-pit scale. This has allowed revealing influence of rock dumps and near-wall pit zones on generation of recirculated zones and turbulent flows, and extent o f air flows weakening in different open-pit zones depending on wind velocity on surface. Ключевые слова: компьютерное моделирование, аэродинамические условия, глубокий карьер, распределение воздушных масс, CFD-метод Key words: computer simulation, aerodynamic conditions, deep pit, distribution of air masses, CFD method 1. Введение Особенности климатических и горно-геологических условий Кольского полуострова способствуют ослаблению естественного воздухообмена в карьерном пространстве и соответственно усложняют создание нормальных санитарно-гигиенических условий труда. Создание отвалов вблизи карьеров, низкие температуры воздуха и длительное отсутствие солнечной радиации приводят к длительным периодам температурной инверсии и значительно ослабляют воздушные потоки на дне карьера. В связи с углублением карьеров эти процессы проявляются еще в большей степени. В настоящее время остается открытым вопрос, до каких пределов происходит снижение воздушных потоков на дне карьера и как происходит их циркуляция в карьерном пространстве. Поэтому информация о характере воздушных течений и составе атмосферы в карьере является необходимой при планировании горных работ. В последние годы данная проблема в Горном институте КНЦ РАН изучалась с применением программы COMSOL Multiphysics на основе численного решения общеизвестных уравнений Навье- Стокса для несжимаемой жидкости. Был проведен ряд работ, которые позволили получить 2D информацию о характере воздушных течений на верхних и глубинных горизонтах карьера, выявить закономерности распределения воздушных масс внутри карьера с учетом климатических особенностей территории (Козырев, Амосов, 2012; 2014). Но 2D моделирование дает информацию только в одном из сечений карьера и не позволяет отразить влияние как рельефа поверхности, так и прибортовых зон карьера на характер распределения воздушных потоков в карьерном пространстве. Данная работа является пилотным этапом 3D моделирования аэродинамических условий карьера рудника "Железный'1Ковдорского ГОКа с использованием программного комплекса ANSYS Fluent. В ходе выполнения работы авторами решались следующие задачи: создание виртуального геометрического образа самого карьера на основе базы данных текущей геодезической съемки; постановка расчетной задачи в условиях однозначности, отвечающих среднегодовым значениям метеонаблюдений; учет влияния рельефа местности на распределение воздушных потоков внутри карьера и прилегающей территории. 2. Методология численного моделирования Первоначально был создан геометрический образ карьера и рельефа прилегающей территории. Геометрический образ карьера и рельефа прилегающей территории выполнен в сеточном генераторе Gambit (рис. 1). Расчетная сетка модели поверхностей содержит 17 000 узловых точек 178