Основы проектирования вентиляции в карьерах

Москва 2024
МИНИС ТЕРСТВО Н АУКИ И ВЫСШЕГО О БР А ЗО ВА Н И Я Р Ф
УНИВЕРСИТЕТ НАУКИ И ТЕХНОЛОГИЙ МИСИС
ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ
Кафедра безопасности и экологии горного производства
О.Н. Драгунский
К.С. Коликов 
А.И. Тушов
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ 
ВЕНТИЛЯЦИИ В КАРЬЕРАХ
Учебное пособие
Рекомендовано редакционно-издательским 
советом университета
№ 4541

УДК 622.4
 
Д72
Р е ц е н з е н т ы :
д-р техн. наук, профессор кафедры техносферной безопасности 
НИТУ МИСИС А.Э. Филин
Драгунский, Олег Наумович.
Д72  
Основы проектирования вентиляции в карьерах : 
учеб. пособие / О.Н. Драгунский, К.С. Коликов, 
А.И. Тушов. – Москва : Издательский Дом НИТУ 
МИСИС, 2024. – 370 с.
ISBN 978-5-907833-29-6
Выделены основные этапы проектирования вентиляции карьеров и 
даны сведения о его организации. Указаны подходы к оценке природных условий в районе заложения карьера, в том числе к микроклимату, ветровому режиму, влажности воздуха и атмосферному давлению. 
Обоснована необходимость учета горно-геологических, горнотехнических и технологических факторов, влияющих на уровень загрязнения 
атмосферы карьеров. Изложены требования к содержанию загрязняющих веществ, находящихся в атмосфере карьеров. Рассмотрены методы 
и порядок прогнозирования ее состава, а также возможные алгоритмы 
определения необходимости применения искусственной вентиляции.
Определены достоинства и недостатки схем естественного проветривания карьеров; подход к выбору способов, средств, схем и расчету собственно искусственного проветривания карьера. Дана классификация 
способов и рассмотрены схемы искусственной вентиляции карьеров. 
Рассмотрены способы интенсификации естественного воздухообмена. 
Представлены технические средства для вентиляции карьеров свободными струями. Рассмотрено использование снега для нормализации 
состояния атмосферы выработанных пространств. Проанализированы 
как влияние горных работ на атмосферу карьеров, так и экологические 
проблемы загрязнения атмосферы окружающих карьеры территорий.
Предназначено для студентов, магистров и аспирантов по направлениям подготовки «Горное дело», «Техносферная безопасность».
УДК 622.4 
Драгунский О.Н., 
Коликов К.С., 
Тушов А.И., 2024
ISBN 978-5-907833-29-6
НИТУ МИСИС, 2024

СОДЕРЖАНИЕ
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6
1. Общие положения  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10
2. Этапы проектирования вентиляции в карьерах  . . . . . . .19
3. Оценка природных условий в районе заложения 
карьера: микроклимат карьеров, ветровой режим, 
влажность воздуха, атмосферное давление . . . . . . . . . . . . .39
4. Горно-геологические, горнотехнические 
и технологические факторы, влияющие на уровень 
загрязнения атмосферы карьеров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54
5. Требования к содержанию загрязняющих веществ 
в атмосфере карьеров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .76
5.1. Требования к газам, содержащимся в атмосфере 
карьеров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
5.2. Требования к атмосфере карьеров по пыли . . . . . . . . 81
6. Прогнозирование состава атмосферы карьера . . . . . . . . .87
6.1. Общие сведения о порядке прогнозирования 
состава атмосферы карьера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
6.2. Методы и порядок прогнозирования состава 
атмосферы карьеров  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
6.3. Определение необходимости 
и условий применения искусственной вентиляции 
в карьере . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
7. Источники тепла и температурная стратификация 
атмосферы в карьерах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .102
7.1. Источники тепла  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
7.2. Температурная стратификация атмосферы 
карьеров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
8. Схемы естественного проветривания карьеров . . . . . . .121
8.1. Силы, формирующие движение воздуха 
в карьерах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

8.2. Прямоточная схема проветривания карьера . . . . . . 126
8.3. Рециркуляционная схема проветривания 
карьера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
8.4. Рециркуляционно-прямоточная 
схема проветривания карьера  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
8.5. Прямоточно-рециркуляционная схема 
проветривания карьера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
8.6. Конвективная схема проветривания карьера  . . . . . 149
8.7. Инверсионная схема движения воздуха 
в карьере . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
8.8. Комбинированные схемы проветривания 
карьера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
9. К выбору способов, средств, схем и расчету 
собственно искусственного проветривания карьера . . . . .161
10. Искусственная вентиляция карьеров . . . . . . . . . . . . . .187
10.1. Классификация способов искусственной 
вентиляции карьеров  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
10.2. Интенсификация естественного воздухообмена 
в карьерах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
10.3. Технические средства для вентиляции 
карьеров свободными струями . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
11. Использование генерирования и переноса снега 
для нормализации состояния атмосферы карьеров . . . . . .244
12. Схемы собственно искусственной 
вентиляции карьеров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .253
13. Оценка эффективности применения 
искусственной вентиляции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .281
14. Общие сведения об организации 
проектирования вентиляции карьеров . . . . . . . . . . . . . . . .286
15. Влияние горных работ на атмосферу 
карьеров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .307
15.1. Проектирование нормального состава атмосферы 
карьера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307

15.2. Валовые выбросы пыли при буровых работах 
в карьере . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324
15.3. Валовые выбросы вредных веществ 
при взрывных работах в карьере . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
15.4. Валовые выбросы пыли при выемочнопогрузочных работах в карьере  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330
15.5. Валовые выбросы вредных веществ при 
транспортировании горной массы . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
15.6. Валовые выбросы вредных веществ 
на перегрузочных пунктах и отвалах  . . . . . . . . . . . . . . . 343
15.7. Валовые выбросы вредных веществ с учетом 
природоохранных мероприятий  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351
15.8. О концентрации пыли в атмосфере карьерного 
пространства  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352
15.9. Пылевыделение на участках 
циклично-поточной технологии (ЦПТ) карьеров 
и способы его снижения  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358
Библиографический список  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .365

ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время расширение и модернизация открытых горных работ проходят, как правило, за счет интенсификации практически большинства производственных 
процессов, использования высокопроизводительных машин и другого оборудования, а также современного конвейерного, железнодорожного и автомобильного транспорта. В карьерах, разрабатывающих скальные породы, 
повсеместно внедряется циклично-поточная технология 
(ЦПТ).
Масштабное развитие открытой добычи полезных ископаемых служит причиной существенного роста числа выбросов в атмосферу выработанных пространств вредных газов и пыли в объемах, зачастую как опасных для здоровья 
трудящихся и населения горняцких поселков и городов, так 
и вызывающих нарушения в окружающем карьеры животном и растительном мире.
Заметим, что сейчас на вновь создаваемых карьерах одним из основных вопросов, безусловно, является обеспечение нормальной атмосферы, отвечающей требованиям 
санитарных норм и правил и гарантирующей безопасную 
и высокопроизводительную работу.
Для надежной защиты внутрикарьерной атмосферы 
от загрязнений необходимо, как правило, проводить комплекс профилактических мероприятий, учитывающих горно-геологические, горнотехнические и метеорологические 
условия. Необходимость обеспечивать комплексность решения поставленных задач и весьма значительные при этом 
материальные затраты определяют, в свою очередь, целесообразность выбора рациональных управленческих решений, 
обоснованных сравнением как технико-экономических, так 
и социальных критериев.
Накопленный в горнодобывающих отраслях опыт показывает, что недооценка роли атмосферных условий, складывающихся в карьере, приводит к значительным эконо

мическим и социальным потерям и отрицательно влияет 
на здоровье и самочувствие работающих.
Отсутствие единой методологии в руководствах по проектированию вентиляции и созданию нормальных атмосферных 
условий в карьерах приводит иногда к тому, что в разрабатываемых проектах соответствующие разделы разрабатываются 
весьма поверхностно, без должного изучения и анализа известных учебных и аналитических материалов, их обобщения 
и системного и квалифицированного использования.
Непосредственно интенсификация производства зачастую приводит к повышению вредного влияния таких факторов, как загазованность и запыленность, причем как всего 
выработанного пространства карьера, так и отдельных его 
рабочих зон. Безусловно, отрицательное воздействие этих 
факторов возрастает с увеличением глубины разработки полезных ископаемых. Отметим, что в РФ в настоящее время 
находятся в эксплуатации несколько карьеров глубиной более 500 м. Самый глубокий карьер в мире (добыча золота, 
серебра, меди, молибдена) Бингем-Каньон находится в США 
(штат Юта, глубина – 1200 м), и это говорит о том, что глубина открытых разработок как в России, так и во всем мире 
будет со временем неизбежно увеличиваться.
В 1950-е и 1960-е гг. начала развиваться, а в 1970-е 
и 1980-е гг. вышла уже на более высокий уровень новая отрасль горной науки, а конкретно охраны труда – аэрология 
карьеров, в которой подробно изучаются как непосредственно свойства атмосферы выработанных пространств, так 
и технико-технологические и социальные вопросы ее нормализации с целью оздоровления воздушной среды карьеров и местностей, примыкающим к ним. Очевидно, что без 
таких разработок практически невозможно предотвращать 
развитие опасных аэрологических ситуаций при ведении 
горных работ, которые могут привести даже к временному 
прекращению функционирования как карьеров в целом, так 
и их отдельных рабочих зон из-за невозможности обеспечить 
работающим здоровые и комфортные условия труда.

Непосредственно у истоков выработки Основ проектирования вентиляции карьеров стояли академики В.В. Ржевский и К.Н. Трубецкой. Ее научной базой явились достижения как аэрологии карьеров, так и, конечно же, 
непосредственно горной науки. Большую роль в развитии 
указанных научных дисциплин сыграли работы Н.З. Битколова, В.С. Коваленко, М.М. Конорева, В.А. Михайлова, 
В.С. Никитина, И.И. Русского, В.В. Силаева, П.И. Томакова, К.З. Ушакова, С.С. Филатова, В.В. Хронина, П.В. Бересневича, Я.З. Бухмана, А.А. Вершинина, Ю.В. Гуля, В.П. Куликова, В.А. Рогалева и др.
В настоящем пособии сделана попытка отразить по возможности все или хотя бы большинство проблем вентиляции 
выработанных пространств и рабочих мест при открытых 
горных работах, пути решения которых необходимо освещать в соответствующих разделах при проектировании карьеров. Именно поэтому данное пособие включает разделы, 
в которых отражаются конкретные задачи и вопросы рассматриваемого проектирования, а именно:
 
– этапы проектирования вентиляции в карьерах и общие 
сведения об организации такого проектирования;
 
– оценка природных условий в районе заложения карьера (микроклимат, ветровой режим, влажность воздуха, 
атмосферное давление); горно-геологические, горнотехнические и технологические факторы, влияющие на уровень загрязнения атмосферы карьеров; требования к газам и пыли, 
находящимся в атмосфере карьеров;
 
– прогнозирование состава атмосферы карьера;
 
– определение необходимости и условий применения искусственной вентиляции в карьере;
 
– источники тепла и температурная стратификация в карьерах;
 
– схемы естественного проветривания карьеров;
 
– выбор способов, средств, схем и расчет собственно искусственного проветривания карьера;
 
– классификация способов искусственной вентиляции 
карьеров;

 
– интенсификация естественного воздухообмена в карьерах;
 
– технические средства для вентиляции карьеров свободными струями;
 
– использование генерирования и переноса снега для 
нормализации состояния атмосферы карьеров;
 
– схемы собственно искусственной вентиляции карьеров;
 
– оценка эффективности применения искусственной 
вентиляции;
 
– влияние горных работ на атмосферу карьера и окружающей карьер территории;
 
– пылевыделение на участках циклично-поточной технологии (ЦПТ) карьеров и способы его снижения.
Порядок изложения материалов в данном пособии в основном мало чем отличается от принятого и устоявшегося при издании аналогичных (по тематике) учебных пособий, учебников и монографий. В то же время авторы предполагают, что 
практически все его разделы пригодны для автономного чтения и изучения, т.е. не связанного, как правило, с необходимостью досконально изучать другие разделы пособия.
Настоящее пособие, по существу является систематизированным изложением комплекса вопросов, направленных на защиту воздушной среды в карьерах и за их пределами от загрязнений, а его авторы с благодарностью примут 
критические и иные замечания, предложения и пожелания 
по дальнейшему совершенствованию изложенных в нем материалов.
Авторы выражают благодарность сотрудникам проектного бюро «Экопроекткарьер» за консультативную помощь при 
написании и подготовке данного учебного пособия к печати.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Одна из главных проблем функционирования карьеров – обеспечение нормальных санитарно-гигиенических 
и безопасных условий труда. Данная проблема усугубляется 
постоянным увеличением глубины открытых горных работ. 
Так, в России к настоящему времени уже находятся в разработке как минимум пять карьеров глубиной около 500 м 
и более. Отметим, что нормативная база общего характера 
для обеспечения указанных условий в целом создана [1–4]. 
Тем не менее существуют вопросы, требующие особого внимания и обоснованных решений. В частности, зачастую 
не рассматриваются проблемы методического и нормативного обеспечения проектирования карьерной вентиляции, что 
в итоге сказывается на качестве проектов и приводит, в свою 
очередь, к экономическим и экологическим потерям, а также отрицательно влияет на здоровье горняков. В то же время 
вопросы проектирования и общие вопросы проветривания 
карьеров освещались и освещаются в России весьма подробно [5–13].
Заметим, что соответствующие нормативные документы в отдельных горнодобывающих отраслях действовали 
в 1980–1990-х гг. Так, Временное руководство по проектированию вентиляции разрезов, разработанное Московским 
горным институтом и институтом, НИИОГР, согласованное 
с Госгортехнадзором СССР и утвержденное Минуглепромом 
СССР, действовало в угольной промышленности. Однако отдельные проблемы проектирования вентиляции остались 
нерешенными. Так, сотрудниками института НИИОГР (Челябинск) отмечалось, что требуется учет значительно меньшей стабильности во времени воздушных потоков в глубоких 
разрезах по сравнению с ветром на их поверхности и большей 
роли местных и конвективных воздушных масс на глубоких 
горизонтах при естественном проветривании. Указывалось 
на необходимость предусматривать комплексное применение 
средств вентиляции и пылеподавления [10]. Также в работе