基于气流模拟的深凹露天矿通风与降尘技术研究 ——以北衙露天金矿为例

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露天矿的粉尘问题长期困扰着国内外。粉尘的产生及其扩散一直是影响露天矿山周边环境空气质量的主要问题。不受控制的扬尘排放可能会造成严重的环境,健康,安全和运营问题,影响到现场个人和更广泛的地区。露天采矿作业已被确定为颗粒污染的主要来源。在采矿过程中产生的可吸入的颗粒物质(PM10)已经导致了多种疾病,如黑肺,哮喘,心血管疾病和肺癌。深凹的露天矿更加难以解决粉尘问题。控制粉源是一种有效的方法,但相对困难。可以研究粉尘的分布及其消除技术和实践方法。通风是一种非常有效的手段。通风分为自然通风和机械通风。自然通风对深凹露天矿具有一定的局限性。因此,机械通风是通过自然通风加机械通风在确保安全运行和人员健康的条件下以解决深凹露天矿的粉尘问题。以北衙露天金矿为案例,研究的主要通风问题如下;北衙露天矿相对较深,故而依靠自然通风很难减少灰尘。矿坑中使用了许多设备,造成更多的粉尘。北衙露天金矿多年来一直关注除尘方法的研究,但效果不佳。北衙露天金矿每天爆炸两次,造成大量爆破灰尘。而北衙露天金矿征地困难,开采境界不能一次到位,露天开采存在剥离欠账,造成目前露天开采存在立体作业情况,矿坑内通风降尘困难。为了研究和解决深凹露天矿粉尘的危害,有必要研究自然和机械条件下的气流模式。本文提出了自然和机械通风的可行性和相结合的技术措施,来解决露天矿的粉尘危害。研究方法的第一步是测量北衙露天金矿的自然通风条件。第二步是在Gambit软件中设计北衙露天金矿3D模型,然后进行模拟操作。本文采用CFD软件来模拟气流模式。研究内容如下;不同进气风速对深井露天矿的影响;露天矿地温和进气温度因素对深井露天矿的影响;北衙金露天矿自然通风、深凹露天矿尺寸扩大对气流模式特征的影响。在露天矿区中下部输入一个进气隧道,研究机械通风特性,可用于解决深露天矿的空气和粉尘污染问题。并在露天矿区底部增加进气隧道的数量,研究风速、进气口数量增加的对露天矿的影响。本文研究的结果表明:增加进入坑内的空气流速将影响进入坑内的风的深度水平、露天坑内的空气速度大小以及变得越来越大的空气再循环边界。进入坑内的空气温度发生变化,这将影响空气的温度边界和坑内的地面温度。北衙露天金矿在自然通风条件下,在早晨,进入矿坑内的自然风的深度水平、空气流通、空气流速大小均低于其他时期。然而,所有定时周期的气流模式的特征是在矿坑内发现空气再循环湍流。坑越来越深,导致灰尘通风越来越严重。并且机械通风条件可以导致坑内的空气再循环减少,造成坑内粉尘沉积减少,但是空气速度相对较大并且难以应用于实际情况。因此,本研究有必要研究增加进气隧道数与空气流速之间的关系,并将其应用于实际情况。研究结果表明:增加进气隧道,可以降低进气隧道空气流速,可以将进气速度从60米/秒降低到10.7米/秒,并且能有效减少矿坑内的空气再循环。
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