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May 11, 2023

Pesquisa sobre a lei de dispersão de poeira de faces de mineração totalmente mecanizadas sob diferentes inclinações e rastreamento do método fechado de controle de poeira

Relatórios Científicos volume 12,

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 16633 (2022) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Com base na teoria do fluxo bifásico gás-sólido, a simulação numérica da lei de dispersão de poeira do trabalho de mineração totalmente mecanizado sob diferentes ângulos de inclinação e a análise comparativa dos dados medidos em campo mostram que, com o aumento da inclinação da face de trabalho, a inclinação do fluxo de ar na zona não minada aumenta de 25° para 50° e a velocidade máxima do vento aumenta de 2,16 para 2,25 m/s após a mistura de vento turbulento cortante e ventilação do sistema. Enquanto isso, a gama de aglomerados de poeira de alta concentração, tempo de suspensão, intensidade de migração lateral e zona de deposição aumentam em graus variados; aglomerados de poeira aumenta de 62,02 para 202,46 m3. Quando X < 53,96 m, a concentração de poeira na zona de respiração da calçada apresenta uma função senoidal com o comprimento da face de trabalho, e quando X ≥ 53,96 m, satisfaz a função de decaimento exponencial. Com base nisso, é proposta a tecnologia de rastreamento fechado de controle de poeira. Combinando o ângulo de deslocamento do fluxo de ar e a posição de coleta da massa de poeira, o ângulo da cortina de vento e a velocidade do ar são controlados automaticamente para garantir que a poeira seja restrita a um lado da calha do cabo.

Com níveis crescentes de mecanização, a produção de carvão aumentou anualmente e a poeira respirável se acumulou nas faces das minas de carvão. Altas concentrações de poeira podem causar pneumoconiose, reduzir a precisão do trabalho do instrumento e causar explosões de carvão e gás, ameaçando a saúde física e mental dos trabalhadores1,2,3,4. De acordo com estatísticas incompletas, até o final de 2021, a China teve 11.809 casos de pneumoconiose e, entre 2010 e 2021, o total de pneumoconioses ocupacionais chegou a 80% ao ano, mais de 50% por pó de carvão induzido5,6 (Fig. . 1). Além disso, devido ao aumento da concentração de poeira de carvão, a pressão de explosão de poeira e o índice de explosão primeiro aumentaram e depois diminuíram. De acordo com as estatísticas existentes, 87,32% das 532 principais minas de carvão da China correm o risco de explosões de pó de carvão7,8,9. A maior concentração de poluição por pó de carvão está em ambientes de trabalho subterrâneos. A produção de poeira é de aproximadamente 45%–80% da produção total de poeira da mina10,11,12. No entanto, embora a maioria das minas tenha adotado várias medidas de remoção de poeira do ar, a concentração de poeira na face de trabalho excede em muito os regulamentos relevantes nos "Regulamentos de segurança da mina de carvão". Na exploração de longo prazo, é difícil controlar o pó de farinha em trabalhos de mineração abrangentes e a concentração de pó é alta. Muitos sistemas de remoção de poeira no local e arranjos de equipamentos não conseguem o efeito pretendido ou não podem ser usados ​​em pontos-chave. Portanto, estudar a lei de dispersão do pó de farinha na mineração de carvão é de grande importância prática para solucionar a concentração excessiva de pó, implementar soluções técnicas à prova de pó e garantir uma produção segura em minas de carvão.

Estatísticas de casos de doenças profissionais.

A simulação numérica é rápida e eficaz, tem a visualização óbvia e tem a vantagem de uma análise detalhada em cada zona. Muitos estudiosos usaram simulações numéricas para estudar a lei da dissipação de poeira. Pathankar et ai. usou o método lagrangiano para descrever o movimento das partículas de poeira e analisou o comportamento de migração das partículas de poeira sob diferentes números de Stokes impulsionados pelo fluxo de ar13. Hossein e Gholamreza usaram fluidodinâmica computacional para determinar a posição de assentamento de zonas de acúmulo de poeira e tamanhos de partículas de diferentes tamanhos na face de trabalho, melhorando o sistema de ventilação da mina e as condições sanitárias da face de trabalho14. Zhang et al., com base na dinâmica de fluidos computacional e no método de volume finito, analisaram as características de difusão e poluição de poeira respirável em diferentes zonas e diferentes fontes de poeira na face de trabalho de parede longa nas escalas macro e micro15. Com base no modelo de acoplamento bifásico gás-sólido, Yao et al. estudou o movimento combinado de deslocamento vertical de pó de carvão, deslocamento horizontal de ataque e deslocamento horizontal inclinado em uma face de caverna totalmente mecanizada de grande mergulho e inclinação acentuada; os resultados mostraram que quando a face de espeleologia totalmente mecanizada tinha um grande ângulo de inclinação, o fluxo do vento era turbulento, a velocidade do ar era alta e o tempo de movimento na superfície de trabalho era longo16,17. Com base na dinâmica de fluidos computacional, Hu, Liao et al., e Cai, Nie et al. estudaram as leis de migração de poeira sob diferentes velocidades e volumes de ar e descobriram que, quando a concentração de poeira é relativamente baixa, o aumento do fluxo de ar leva ao arrasto de poeira18,19. Zhang et ai. descobriram que a distribuição da velocidade do fluxo de ar, a trajetória de migração da poeira e a influência do fluxo de ar na difusão da poeira ao cortar carvão a favor do vento difere daquelas ao cortar carvão a favor do vento. Assim, o método de redução de poeira foi otimizado e a eficiência de redução de poeira foi aprimorada20. Lu Yuezea e Akhtar Saad usaram a dinâmica de fluidos computacional para avaliar várias situações possíveis de configurações de minas subterrâneas e descobriram que a presença de máquinas contínuas de mineração de carvão afetou adversamente o fluxo de ar e aumentou as concentrações de metano e poeira. Esse impacto negativo pode ser alcançado minimizando ou neutralizando a operação do ventilador do depurador no modo de sucção21. Lu et ai. usou o modelo de estresse de Reynolds e o modelo de fase discreta para estudar as características de deposição de partículas de fuligem em um canal de troca de calor inclinado com aletas de superfície. Os resultados mostraram que o diâmetro da partícula e a vazão dos gases de combustão afetaram o canal com nervuras. A eficiência de deposição tem um impacto significativo. O ângulo de imersão tem pouco efeito na eficiência de deposição de partículas pequenas, mas tem um impacto significativo na eficiência de deposição de partículas grandes22.