Prediction of Atmosphere Pollution in Case of Emissions From Main Mine Fans
Loading...
Date
2019
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Dnipro National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan
Abstract
ENG: Purpose. Emissions from mine ventilation system can create intensive atmosphere air pollution. As a rule, a huge amount of dust from mine fan enters atmosphere low layers. An important task is the development of methods to assess levels of the atmosphere pollution near mines and settlements. To solve this problem it is important to have physically proved mathematical models. Nowadays to predict the atmosphere pollution near settlements which are effected by mine fan the empirical model OND–86 is used. This model does not take into account many important physical factors. So, the purpose of this study is the development of quick computing mathematical model to predict the atmosphere pollution in case of dust emissions from mine fan. Methodology. To predict levels of the atmosphere pollution in case of mine fan work 3D equation of dust convective – diffusive flow was used. This equation takes into account gravity fallout, wind velocity, atmosphere turbulent diffusion, location of dust emission source. To sole modeling equation the implicit difference scheme of splitting was used. Findings. Developed mathematical model allows quick prediction of the level of atmosphere pollution in case of dust emissions from mine ventilation fan. The models allow to obtain zones of contamination near settlements which are situated in vicinity of mine. Originality. The developed mathematical model takes into account a number of physical factors, which at the present time are not considered on the days when prediction of the atmosphere pollution in settlements near mine is carried out. Practical value. On the basis of the developed mathematical model program code was created. This code can be used for evaluation of atmosphere pollution in settlements which are effected mine fan emissions.
UKR: Мета. Викиди із системи вентиляції шахти можуть створювати інтенсивне забруднення атмосферного повітря. Як правило, величезна кількість пилу з шахтного вентилятора потрапляє в атмосферу в приземних шарах. Важливим завданням є розробка методів оцінки рівня забруднення атмосфери поблизу шахт і населених пунктів. Для вирішення цієї проблеми важливо мати фізично обґрунтовані математичні моделі. У наш час для прогнозування забруднення атмосфери шахтним вентилятором поблизу населених пунктів, використовують емпіричну модель OND–86. Ця модель не враховує багато важливих фізичних факторів. Тому метою нашого дослідження є розробка швидкодіючої математичної моделі для прогнозування забруднення атмосфери в разі викидів пилу з шахтного вентилятора. Методика. Для прогнозування рівня забруднення атмосфери під час роботи шахтного вентилятора використано тривимірне рівняння пилового конвективно-дифузійного потоку. Це рівняння враховує гравітаційні випадання, швидкість вітру, турбулентну дифузію в атмосфері, розташування джерела викидів пилу. Як єдине модельне рівняння використано неявну різницеву схему розщеплення. Результати. Розроблена математична модель дозволяє швидко прогнозувати рівень забруднення атмосфери в разі викидів пилу від шахтного вентилятора. Модель дозволяє виявити зони забруднення поблизу населених пунктів, які знаходяться в безпосередній близькості від шахти. Наукова новизна. Розроблена математична модель враховує ряд фізичних факторів, які наразі не беруть до уваги в дні, коли здійснюють прогноз забруднення атмосфери в населених пунктах, розташованих поблизу шахти. Практична значимість. На основі розробленої математичної моделі створено програмний код. Цей код може бути використаний для оцінки забруднення атмосфери в населених пунктах, де відбуваються викиди від шахтних вентиляторів.
RUS: Цель. Выбросы из системы вентиляции шахты могут создавать интенсивное загрязнение атмосферного воздуха. Как правило, огромное количество пыли из шахтного вентилятора попадает в атмосферу в приземных слоях. Важной задачей является разработка методов оценки уровня загрязнения атмосферы вблизи шахт и населенных пунктов. Для решения этой проблемы важно иметь физически обоснованные математические модели. В настоящее время для прогнозирования загрязнения атмосферы шахтным вентилятором вблизи населенных пунктов, используют эмпирическую модель OND–86. Эта модель не учитывает многие важные физические факторы. Поэтому целью данного исследования является разработка быстродействующей математической модели для прогнозирования загрязнения атмосферы в случае выбросов пыли из шахтного вентилятора. Методика. Для прогнозирования уровня загрязнения атмосферы при работе шахтного вентилятора использовано трехмерное уравнение пылевого конвективно-диффузионного потока. Это уравнение учитывает гравитационные выпадения, скорость ветра, турбулентную диффузию в атмосфере, расположение источника выбросов пыли. В качестве единственного модельного уравнения использована неявная разностная схема расщепления. Результаты. Разработанная математическая модель позволяет быстро прогнозировать уровень загрязнения атмосферы при выбросах пыли от шахтного вентилятора. Модель позволяет определить зоны загрязнения вблизи населенных пунктов, которые находятся в непосредственной близости от шахты. Научная новизна. Разработанная математическая модель учитывает ряд физических факторов, которые в настоящее время не учитываются в дни, когда осуществляют прогноз загрязнения атмосферы в населенных пунктах, расположенных вблизи шахты. Практическая значимость. На основе разработанной математической модели создан программный код. Этот код может быть использован для оценки загрязнения атмосферы в населенных пунктах, где происходят выбросы от шахтных вентиляторов.
UKR: Мета. Викиди із системи вентиляції шахти можуть створювати інтенсивне забруднення атмосферного повітря. Як правило, величезна кількість пилу з шахтного вентилятора потрапляє в атмосферу в приземних шарах. Важливим завданням є розробка методів оцінки рівня забруднення атмосфери поблизу шахт і населених пунктів. Для вирішення цієї проблеми важливо мати фізично обґрунтовані математичні моделі. У наш час для прогнозування забруднення атмосфери шахтним вентилятором поблизу населених пунктів, використовують емпіричну модель OND–86. Ця модель не враховує багато важливих фізичних факторів. Тому метою нашого дослідження є розробка швидкодіючої математичної моделі для прогнозування забруднення атмосфери в разі викидів пилу з шахтного вентилятора. Методика. Для прогнозування рівня забруднення атмосфери під час роботи шахтного вентилятора використано тривимірне рівняння пилового конвективно-дифузійного потоку. Це рівняння враховує гравітаційні випадання, швидкість вітру, турбулентну дифузію в атмосфері, розташування джерела викидів пилу. Як єдине модельне рівняння використано неявну різницеву схему розщеплення. Результати. Розроблена математична модель дозволяє швидко прогнозувати рівень забруднення атмосфери в разі викидів пилу від шахтного вентилятора. Модель дозволяє виявити зони забруднення поблизу населених пунктів, які знаходяться в безпосередній близькості від шахти. Наукова новизна. Розроблена математична модель враховує ряд фізичних факторів, які наразі не беруть до уваги в дні, коли здійснюють прогноз забруднення атмосфери в населених пунктах, розташованих поблизу шахти. Практична значимість. На основі розробленої математичної моделі створено програмний код. Цей код може бути використаний для оцінки забруднення атмосфери в населених пунктах, де відбуваються викиди від шахтних вентиляторів.
RUS: Цель. Выбросы из системы вентиляции шахты могут создавать интенсивное загрязнение атмосферного воздуха. Как правило, огромное количество пыли из шахтного вентилятора попадает в атмосферу в приземных слоях. Важной задачей является разработка методов оценки уровня загрязнения атмосферы вблизи шахт и населенных пунктов. Для решения этой проблемы важно иметь физически обоснованные математические модели. В настоящее время для прогнозирования загрязнения атмосферы шахтным вентилятором вблизи населенных пунктов, используют эмпирическую модель OND–86. Эта модель не учитывает многие важные физические факторы. Поэтому целью данного исследования является разработка быстродействующей математической модели для прогнозирования загрязнения атмосферы в случае выбросов пыли из шахтного вентилятора. Методика. Для прогнозирования уровня загрязнения атмосферы при работе шахтного вентилятора использовано трехмерное уравнение пылевого конвективно-диффузионного потока. Это уравнение учитывает гравитационные выпадения, скорость ветра, турбулентную диффузию в атмосфере, расположение источника выбросов пыли. В качестве единственного модельного уравнения использована неявная разностная схема расщепления. Результаты. Разработанная математическая модель позволяет быстро прогнозировать уровень загрязнения атмосферы при выбросах пыли от шахтного вентилятора. Модель позволяет определить зоны загрязнения вблизи населенных пунктов, которые находятся в непосредственной близости от шахты. Научная новизна. Разработанная математическая модель учитывает ряд физических факторов, которые в настоящее время не учитываются в дни, когда осуществляют прогноз загрязнения атмосферы в населенных пунктах, расположенных вблизи шахты. Практическая значимость. На основе разработанной математической модели создан программный код. Этот код может быть использован для оценки загрязнения атмосферы в населенных пунктах, где происходят выбросы от шахтных вентиляторов.
Description
M. Biliaiev: ORCID 0000-0002-1531-7882; I. Bondarenko: ORCID 0000-0003-4717-3032; T. Rusakova: ORCID 0000-0001-5526-3578; V. Shynkarenko: ORCID 0000-0001-8738-7225; V. Gabrinets: ORCID 0000-0002-6115-7162
Keywords
atmosphere pollution, mine fan, mathematical modelling, numerical model, забруднення атмосфери, шахтний вентилятор, математичне моделювання, чисельна модель, загрязнение атмосферы, шахтный вентилятор, математическое моделирование, численная модель, КГВ, КККГ, КІТ, КТ
Citation
Biliaiev M. M., Bondarenko I. O., Rusakova T. I., Shynkarenko V. I., Gabrinets V. O. Prediction of Atmosphere Pollution in Case of Emissions From Main Mine Fans. Наука та прогрес транспорту. 2019. № 5 (83). С. 16–25. DOI: 10.15802/stp2019/184378.