Моделиране показатели на находища на подземни богатства и свързани с тях обекти чрез компютърни системи

Изследванията дават възможност за следните обобщения:

1. Разработена е програма на Visual Basic for Application за MS Excel, която извлича от масива пространствено определени данни стойностите на геоложкия показател (в случая съдържание на мед) в регулярна мрежа с различна плътност, определена от потребителя.

2. Чрез разработената програма са формирани 42 регулярни мрежи – по 7 на всеки добивен хоризонт.

С тях са обучавани множество невронни мрежи и са избрани най-добрите чрез критерия минимална грешка при тестването.

Полученият резултат от изследването за влиянието на различните плътности на обучаващите данни, показва (Фигура 3.3.6) че при плътност 30×30 m грешката при тестване е сравнително малка (под 0.1), а броя на възлите (пробите) е относително малък (под 200).

Фиг. 3.3.6 Сравнение между изменението на средна грешка при тестване и средния брой на възлите на регулярните мрежи спрямо изменението на стъпката

е оптималното разстояние между пробите. Чрез MS Excel лесно се намира, че

Чрез Mathematica 7 от (1), (2) и (3) се получава, че оптималното разстояние е x = 24.35 m, което до голяма степен потвърждава направеното по-горе предположение.

Минната екология включва мероприятия свързани с опазване на околната среда по време на експлоатацията на минното предприятия и рекултивация на терените по време и след изчерпване на запасите от подземни богатства.

При проучването със сондажни и минни изработки и при разработването на находищата на подземни богатства се нарушава естествения ландшафт на земната повърхност. Това налага възстановяване на повърхността, което е отделен етап от общия минно технологичен процес. Възстановяването – рекултивацията се състои от два основни етапа – техническа и биологична рекултивация. За двата етапа се изготвят технически проекти и се планират отделните дейности, осигуряващи срочното и качествено изпълнение на проектите.

Обектите на първия етап в нарушени участъци от земната повърхност са изгражданите външни и вътрешни насипища. Вторият етап на възстановяването е свързан с внасяне на плодороден хумусен слой и засаждане на подходящи растителни видове. В определени случаи е подходящо (или препоръчително) залесяване с горски насаждения.

По време на експлоатацията са възможни различни замърсявания на околната среда като например, изхвърляне на газове и прах, а също тъка на замърсена вода от мината и / или от обогатителната фабрика. Точковите източници на замърсяването са базата за създаването на модели. В практиката са се наложили два типа модели – на разпространение на замърсители във въздушна и водна среда.
4.1. Изследване на замърсяване с аерозоли базирано на модела на Pasquill и Gifford [1]

Аналитичният модел на Pasquill и Gifford за разпространение на концентрацията на аерозолите в атмосферния въздух се описва със следната зависимост:

където:

Зависимост (1) дава реални стойности за концентрацията С като функция на х и у само в полуравнината, определена от посоката на вятъра. Определянето на коефициентите на дифузия σ_х и σ_у се извършва на базата на експериментално снети семейство от криви, задаващи зависимостта им от разстоянието х от източника за шест осреднени типа атмосферни условия. Шестте типа съответстват на скорости на вятъра между 0 и 2, 2 и 6 и по-големи от 6 m/s и на силна, средна и слаба слънчева радиация. За анализа е избран слабо нестабилен тип на атмосферните условия (u е между 4 и 6 m/s и средна слънчева радиация), който отговаря на най-разпространения тип атмосферни влияния. Коефициентите σ_х и σ_у се определят на базата на прости регресионни модели:

където за коефициентите a₁ а₂, b₁ и b₂ са получени съответните стойности 0.58; -0.97; 0.028; 55.01.

За останалите параметри се приемат следните стойности:

• 
  височина на източника Н = 80 m, което представлява средна височина на комините в България;
  
• 
  сила на вятъра u = 6 m/s, което отговаря на слабо нестабилен тип атмосферни условия;
  
• 
  количество на емисията Q = 579.05 g/s, съответстващо на емисията на ТЕЦ "Кремиковци".
  

Фиг.4.1.1. Изменение на концентрацията C като функция на x и y

Като се приложи зависимост (1) за приетите параметри, се получава графиката за изменението на концентрацията С като функция на х и у (Фигура. 4.1.1). На графиката се вижда ясно, че концентрацията в мястото на източника е най-висока и постепенно намалява експоненциално по посоката х на вятъра, докато по посоката у, перпендикулярна на посоката на вятъра, концентрацията има близко до нормалното разпространение.

Предлаганият модел може да се приложи и за анализ на замърсяването с газове и въздушнопреносим прах (с големина на частиците до 50 μк). При този случай обаче трябва да се подберат други коефициенти на дифузия. Моделът има практическо приложение за разстояние до 100 km от източника на замърсяване.

Нека да проследим как се изменя концентрацията на замърсяване от следните фактори:

1. 
   височина на източника;
   
2. 
   сила на вятъра;
   
3. 
   размери (маса) на емисията;
   
4. 
   вид на изхвърлянето на замърсителя.
   

Фиг. 4.1.2. Изменение на С по оста х за три стойности на височината (40, 80, 120 m)

Фиг. 4.1.3. Изменение на С при стойности на вятъра 3, 6 и 12 m/s

Фиг. 4.1.4. Изменение на С при стойности количеството Q (379.05, 579.05 и 779.05 g/s)

Фиг. 4.1.5. Графика на количеството Q при залпово замърсяване

Фиг. 4.1.6. Графика на концентрацията при залпово замърсяване

i = 0, 1, 2, ..., 40.са времеви интервали съответстващи на 4 s.

Залповото изхвърляне на замърсителя (Фигура 4.1.5) съответства на вторичен пик на концентрацията, показан на Фигура 4.1.6. Този пик е по-ясно изразен по посока на вятъра (оста х), докато по оста у той е по-слаб.

Наред с посочените изследвания на факторите са определени формата и площта на замърсяването. Основните емисии на замърсители от ТЕЦ "Кремиковци" са дадени в Таблица 4.1.1.

Пределните допустими норми на тези замърсители, определени от Министерството на околната среда и водите (МОСВ) за 1991 г., са посочени в Таблица 4.1.2.

Кривата, определяща района с концентрация С над пределно допустимата концентрация С_ПДК се получава чрез следната зависимост:

Тя се получава като пресечна крива между повърхнината на концентрацията, получена от формула (1), и равнината С = С_ПДК.

Максималната концентрация на NO_x, изпускана от ТЕЦ "Кремиковци", е 0.081 mg/m³ и е по-малка от пределно допустимите 0.085 mg/m³. На Фигура 4.1.7 са показани кривите, ограждащи областите със замърсяване над пределно допустимото за SO₂ и прах. Максималното отдалечаване на тези криви от източника е съответно 310.63 m и 995.1 m. Заградените площи от тези криви, които представляват замърсените райони с концентрация над ПДК, са съответно: за SO₂ - 20 190 m², и за прах - 148 900 m².

Ако се приеме за база нормите на ПДК за SO₂ и прах в САЩ - съответно 0,365 и 0,26 mg/m³, то замърсените площи нарастват на 38 720 m² за SO₂ и 294 000 m² за прах, т. е. два пъти по-големи от тези, изчислени с българските норми.

Фиг. 4.1.7. Област на замърсяване над ПДК за SO₂ и прах

Получените резултати от анализа на замърсяването дават основание за следните оценки за концентрацията:

♦ на емитирания аерозол, която е по-голяма при по-ниски комини и по-малка при по-високи. При определено разстояние от източника концентрациите за трите изследвани височини практически съвпадат, т. е. височината на източника престава да влияе (Фигура 4.1.2).

♦ на емитирания аерозол - тя е по-голяма при по-малка скорост на вятъра и обратно, като това съотношение се запазва независимо от разстоянието от източника. Посоченото съотношение е валидно при постоянен вятър (Фигура 4.1.3).

♦ на емитирания аерозол - по-голяма при по-голяма емисия, като това съотношение не зависи от разстоянието от източника (Фигура 4.1.4).

♦ при залпово замърсяване се получава втори пик в графиката на концентрацията, който е по-ясно изразен по посока на вятъра (Фигура 4.1.6).

♦ изследвани са формата и площта на терена, замърсен от източника с концентрация на аерозола над ПДК за конкретни видове замърсители, показани чрез зависимост (3) и Фигура 4.1.7. Констатира се, че при по-строги норми за ПДК се получават значително по-големи замърсени площи.

Проблемите на пречистването, самопречистването и екологичния мониторинг при замърсителите на атмосферата от най-голям мащаб, каквито са ТЕЦ, са сред най-актуалните. Ето защо адаптацията на модела на Pasquil и Gifford е добра възможност за компютърна оценка и прогнозиране на екологичната обстановка, повлияна от крупни атмосферни замърсители.

Предлаганият подход може да бъде използван за прогнозиране и оценка на замърсяването на околната среда с газове, аерозоли и прах.


4.2. Експериментална оценка на замърсяването с прах от ТЕЦ "Кремиковци"[1]

За да се изчисли количеството прах, което пада на земята в околността на ТЕЦ "Кремиковци", е използвана следната зависимост на Г. Mapчук:

където:

Тук σ_х и σ_у са съответните средни дифузии за интервала [x_min, x_max], а c се изчислява, като приемаме, че 90% от емитирания за денонощие прах пада върху площта G, т.е

J = 0.9 Q t.

Фиг. 4.2.1. Графика на разпространението на прах според Таблица 2.1.1

Получените резултати са сходни на тези за разпространението на аерозоли, които са представени в Точка 4.1.1. От Фигура 4.1.7 се вижда, че районът замърсен с прах над пределно допустимите норми (294 000 m²) е със значително по-големи размери от този замърсен с аерозол (38 720 m²), при еднакви атмосферни условия.