Влияние смешанной вентиляции на выброс твердых частиц

Jul 31, 2023

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 1585 (2023) Цитировать эту статью

380 Доступов

Подробности о метриках

Отходящие газы, выбрасываемые подземными безгусеничными вагонами на резиновых колесах, представляют серьезную угрозу здоровью и безопасности подземных работников. Чтобы эффективно снизить концентрацию отходящих газов в обширном забое, в этом исследовании был использован метод численного моделирования для изучения влияния объема всасывания воздуха Q и расстояния L между безгусеничными резиновыми колесами и головками на закон диффузии дизельных твердых частиц, CO, и NOx при длительном всасывании и кратковременной вентиляции под давлением. Результаты показали, что при условии L = 20 м безгусеничная резиново-колесная машина находится ближе к всасывающему воздуховоду. В этот момент при Q = 600 м3/мин эффект регулирования отходящих газов в дорожном полотне является оптимальным. Кроме того, при условии L = 40 м безгусеничная резиново-колесная машина находится посередине проезжей части. В этот момент при Q = 300 м3/мин эффект регулирования отходящих газов в дорожном полотне является оптимальным. При L = 60 м и Q = 200 м3/мин режим вентиляции в проезжей части преимущественно приточный. Под этим объемом воздуха область с высокой объемной долей NOx и область со средней объемной фракцией NOx малы.

Уголь имеет решающее значение для промышленного развития Китая1,2,3. Ежегодно потребление угля в Китае составляет более 50% от общего потребления энергии в стране4,5,6. С повышением уровня механизации шахт потребность горнодобывающих предприятий в подземном вспомогательном транспорте возрастает7,8,9. Безгусеничные машины с резиновыми колесами широко используются на крупных шахтах из-за их гибкости и удобства. Использование безгусеничного резиново-колесного вагона в обширном забое значительно повышает эффективность подземной транспортировки материалов и снижает трудоемкость горняков10,11,12. Однако из-за узкого пространства комплексного забоя выхлопные газы, выделяемые тележкой, скапливаются на рабочем месте и наносят серьезный вред горнякам. Отходящие газы, выбрасываемые безгусеничным транспортным средством с резиновыми колесами, в основном содержат твердые частицы дизельного топлива (DPM), CO и NOx. На поверхности ДПМ присутствует несколько токсичных химических веществ, которые могут нанести серьезный вред дыхательной системе человека13,14. При попадании NOx в альвеолы ​​образуются нитрит и азотная кислота, оказывающие выраженное стимулирующее действие на легочную ткань. После вдыхания CO легко связывается с гемоглобином крови, что приводит к гипоксии, головной боли, головокружению, рвоте и другим симптомам. Поэтому имеет смысл изучить влияние подземной вентиляции на выбросы токсичных веществ при производстве горнобезопасных работ15,16.

Обычно используемые технологии очистки выхлопных газов дизельных двигателей в основном делятся на две категории: внутренняя и внешняя очистка. Джи и др.17 добавили небольшое количество металлической присадки Ce в дизельное масло и заметили, что с увеличением содержания Ce содержание HC, CO и твердых частиц в выхлопах дизельных двигателей значительно снижается; однако содержание NOx в нем увеличилось. Лу и др. создал имитационную модель улавливателя частиц дизельного двигателя (DPF) на основе GT-Power и проанализировал процесс улавливания DPM с помощью DPF18. Хотя внутренняя и внешняя очистка может контролировать выбросы ДПМ, они по-прежнему имеют недостатки, связанные с образованием других токсичных и вредных веществ и требуют частой замены одноразовых фильтров. Для влажной и пыльной подземной среды в шахтах применяется вентиляция для разбавления и рассеивания выхлопных газов. Курния и др. предложил инновационные методы вентиляции с использованием методов вычислительной гидродинамики (CFD) для оценки внутрискважинного потока воздуха, кислорода и дисперсии вредных газов19. Результаты показали, что предложенная конструкция вентиляции позволяет эффективно бороться с выбросами вредных газов. Фава и др. предложил гибридный метод исследования распределения концентрации ДПМ в подземных шахтах с использованием решателей вентиляционных сетей и CFD. Эффективность расчета вентиляционной модели была высокой и точной, в результате чего были получены детальные результаты20. Тирувенгадам и др. использовали модель транспортировки материалов и модель дискретной фазы в ANSYS FLUENT для проведения численного моделирования DPM, выделяемого подземными вилочными погрузчиками21. Результаты показали, что концентрация ДПМ, смоделированная дискретно-фазовой моделью, близка к реальной ситуации. Сюй и др.22 изучали влияние закона диффузии частиц дизельных выхлопных газов на проезжую часть с помощью программного обеспечения численного моделирования. Лю и др.23 использовали численное моделирование для изучения влияния процесса диффузии скорости ветра на частицы подземных выхлопных газов. Результаты показали, что скорость ветра 1,8 м/с может помочь смягчить явление агрегации частиц отходящих газов. Чанг и др. изучили диффузионное состояние DPM в двух подземных сценариях с помощью CFD и проверили результаты моделирования с помощью полевых измерений24. Лю и др. использовали метод сочетания численного моделирования с полевыми измерениями для изучения состояния распределения DPM в дорожном полотне и влияния объема воздуха на DPM, когда безгусеничное резиново-колесное транспортное средство простаивает в различных подземных условиях в течение 60 с25.