Блог

May 11, 2023

Исследование закона рассеивания пыли полностью механизированных забоев под разными углами наклона и следящего закрытого метода пылеподавления

Научные отчеты, том 12,

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 16633 (2022) Цитировать эту статью

706 Доступов

1 Цитаты

Подробности о метриках

Численное моделирование закона рассеивания пыли полностью механизированных горных работ на основе теории двухфазного потока газ–твердое тело при различных углах наклона и сравнительный анализ натурных данных показывают, что с увеличением угла наклона забоя наклон воздушного потока В неминированную зону угол увеличивается с 25° до 50°, а максимальная скорость ветра возрастает с 2,16 до 2,25 м/с после смешения режущего турбулентного ветра и системы вентиляции. При этом в разной степени увеличиваются ареал скоплений пыли с высокой концентрацией, время взвешивания, интенсивность боковой миграции и зона осаждения; скоплений пыли увеличивается с 62,02 до 202,46 м3. При X < 53,96 м концентрация пыли в зоне дыхания тротуара имеет синусоидальную функцию с длиной забоя, а при X ≥ 53,96 м - удовлетворяет экспоненциальной функции затухания. На основе этого предложена технология следящего закрытого пылеподавления. Сочетая угол смещения воздушного потока и положение сбора массы пыли, угол ветровой завесы и скорость воздуха автоматически контролируются, чтобы гарантировать, что пыль ограничивается одной стороной кабельного желоба.

С ростом уровня механизации добыча угля ежегодно увеличивается, а на угольных забоях скапливается респирабельная пыль. Высокие концентрации пыли могут вызвать пневмокониоз, снизить точность работы приборов, вызвать взрывы угля и газа, угрожающие физическому и психическому здоровью работников1,2,3,4. По неполным статистическим данным, к концу 2021 г. в Китае было зарегистрировано 11 809 случаев пневмокониоза, а в период с 2010 по 2021 гг. на долю профессиональных пневмокониозов приходилось 80% в год, более 50% - из-за угольной пыли5,6 (рис. 1). Кроме того, из-за увеличения концентрации угольной пыли давление взрыва пыли и индекс взрываемости сначала возрастали, а затем снижались. Согласно существующей статистике, 87,32% из 532 ключевых угольных шахт Китая подвержены риску взрывов угольной пыли7,8,9. Наибольшая концентрация загрязнения угольной пылью наблюдается в подземных производственных помещениях. Производство пыли составляет примерно 45–80% от общего производства пыли на шахте10,11,12. Однако, хотя на большинстве шахт приняты различные меры по удалению пыли из воздуха, концентрация пыли на забое намного превышает соответствующие нормы «Правил безопасности на угольных шахтах». При длительной разведке контроль мучной пыли при комплексных горных работах затруднен, а концентрация пыли высока. Многие системы и оборудование для удаления пыли на объекте не могут достичь желаемого эффекта или не могут использоваться в ключевых точках. Поэтому изучение закона дисперсии мучной пыли при добыче угля имеет существенное практическое значение для решения проблемы чрезмерной концентрации пыли, реализации технических решений по пылезащите и обеспечения безопасности производства на угольных шахтах.

Статистика случаев профессиональных заболеваний.

Численное моделирование является быстрым и эффективным, имеет наглядную визуализацию и имеет преимущество детального анализа в каждой зоне. Многие ученые использовали численное моделирование для изучения закона рассеивания пыли. Патанкар и др. использовали метод Лагранжа для описания движения частиц пыли и анализировали поведение миграции частиц пыли при различных числах Стокса, вызванных воздушным потоком13. Хоссейн и Голамреза использовали вычислительную гидродинамику для определения оседающего положения зон скопления пыли и размеров частиц разного размера на забое, улучшая систему вентиляции шахты и санитарные условия забоя14. Чжан и др., основываясь на вычислительной гидродинамике и методе конечных объемов, проанализировали характеристики диффузии и загрязнения вдыхаемой пылью в различных зонах и различных источниках пыли на длинном забое в макро- и микромасштабе15. На основе модели двухфазного взаимодействия газ-твердое тело Yao et al. изучили комбинированное движение вертикального смещения угольной пыли, горизонтального смещения по простиранию и наклонного горизонтального смещения в крутонаклонном, полностью механизированном забое обрушения с большим падением; Результаты показали, что когда полностью механизированный забой имел большой угол наклона, поток ветра был турбулентным, скорость воздуха была высокой, а время движения по рабочей поверхности было продолжительным16,17. На основе вычислительной гидродинамики Ху, Ляо и др. и Цай, Ни и др. изучили законы миграции пыли при различных скоростях воздуха и объемах воздуха и обнаружили, что когда концентрация пыли относительно низкая, увеличение потока воздуха приводит к уносу пыли18,19. Чжан и др. обнаружили, что распределение скорости воздушного потока, траектория миграции пыли и влияние воздушного потока на диффузию пыли при резке угля с подветренной стороны отличаются от таковых при резке угля с подветренной стороны. Таким образом, был оптимизирован метод снижения пыли и повышена эффективность снижения пыли20. Лу Юэзеа и Ахтар Саад использовали вычислительную гидродинамику для оценки различных возможных ситуаций в конфигурациях подземных шахт и обнаружили, что наличие машин непрерывного действия для добычи угля отрицательно влияет на воздушный поток и увеличивает концентрацию метана и пыли. Это негативное воздействие может быть достигнуто за счет минимизации или нейтрализации работы вентилятора скруббера в режиме всасывания21. Лу и др. использовали модель напряжений Рейнольдса и модель дискретной фазы для исследования характеристик осаждения частиц сажи в наклонном теплообменном канале с поверхностными ребрами. Результаты показали, что диаметр частиц и скорость потока дымовых газов влияют на ребристый канал. Эффективность осаждения имеет значительное влияние. Угол наклона мало влияет на эффективность осаждения мелких частиц, но оказывает существенное влияние на эффективность осаждения крупных частиц22.