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高溜井粉尘污染扩散特征实验研究

陈刚刚  
【摘要】:在气流的带动下,高溜井放矿过程中产生的粉尘在溜井及相连的巷道中扩散,而后经回风井排放到地表,污染大气环境以及影响采场工作人员的身体健康。本文采用理论分析、相似实验与数值模拟相结合的方式,针对高溜井内粉尘污染扩散特征进行研究。通过理论分析出高溜井放矿中矿石颗粒的受力情况,得出主要的尘化原因为矿石颗粒下落剪切压缩诱导产生的风流作用,以及综合尘化作用所引起粉尘颗粒的运动扩散,推导出高溜井中气流产生的基本公式,得出影响气流的因素与放矿质量流量、放矿高度、矿石粒径、溜井断面积、溜井口阻力等有关。根据气流产生公式,以相似理论为基础推导出高溜井的相似准则数,建立了1:10具有三中段的高溜井相似实验模型,对两种矿石在不同质量、不同粒径、不同含水率、不同阻力以及连续放矿的实验条件下测得数据,并对数据进行拟合分析得出:(1):随放矿质量增加,各中段的风速和粉尘浓度也在增加,增大的趋势基本一致,3中段的粉尘浓度和风速最大值以及高浓度粉尘持续时间都大于其他中段;(2):溜井口阻力与粉尘浓度、风速成反比;(3):矿石颗粒的粒径越小,一方面矿石颗粒流中小粒径粉尘越多,另一方面矿石颗粒流与空气接触面积越大,造成溜井内粉尘浓度和风速也越大;(4):连续放矿次数越多,溜井内出现粉尘浓度和风速的叠加效应越强,造成风速波动大,粉尘颗粒沉降速率低;(5):矿石含水率越高,越多的小粒径粉尘被润湿团聚成大颗粒,造成溜井内粉尘浓度越小,但风速基本维持不变;(6):两种不同性质矿石相比,高品位矿石比低品位矿石产生的粉尘浓度小。根据高溜井实验模型建立了数值模拟的网格模型,使用FLUENT软件中的DDPM模型模拟高溜井不同质量放矿过程中压力、气流风速、矿石颗粒的运动及分布情况。通过对压力云图、风速云图、颗粒运动图以及各个实验条件下的数据图进行分析,数值模拟直观地看出矿石颗粒的运动状态,风流的流动状态等过程。对于高溜井粉尘污染扩散的控制,主要是从压力、风流、含水率等因素展开,主要的形式是在高溜井旁构建通道连接溜井顶部与底部进行导流泄压;在放矿时,通过喷洒水来增大矿石颗粒的含水率,从根本上减少粉尘的产生。


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