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May 11, 2023

Ricerca sulla legge sulla dispersione delle polveri di fronti minerari completamente meccanizzati sotto diverse inclinazioni e monitoraggio del metodo di controllo delle polveri chiuso

Scientific Reports volume 12,

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 16633 (2022) Citare questo articolo

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Basandosi sulla teoria del flusso bifase gas-solido, la simulazione numerica della legge di dispersione delle polveri del lavoro minerario completamente meccanizzato sotto diversi angoli di inclinazione e l'analisi comparativa dei dati misurati sul campo mostrano che con l'aumento dell'inclinazione del fronte di lavoro, l'inclinazione del flusso d'aria nella zona non minata aumenta da 25° a 50° e la velocità massima del vento aumenta da 2,16 a 2,25 m/s dopo la combinazione del vento turbolento tagliente e del sistema di ventilazione. Nel frattempo, la gamma di accumuli di polvere ad alta concentrazione, il tempo di sospensione, l’intensità della migrazione laterale e la zona di deposizione aumentano a vari livelli; gli accumuli di polvere aumentano da 62,02 a 202,46 m3. Quando X < 53,96 m, la concentrazione di polvere nella zona di respirazione del marciapiede mostra una funzione sinusoidale con la lunghezza della faccia di lavoro, e quando X ≥ 53,96 m, soddisfa la funzione di decadimento esponenziale. Sulla base di ciò, viene proposta la tecnologia di controllo chiuso delle polveri con tracciamento. Combinando l'angolo di offset del flusso d'aria e la posizione di raccolta della massa di polvere, l'angolo della barriera antivento e la velocità dell'aria vengono controllati automaticamente per garantire che la polvere sia limitata a un lato del canale del cavo.

Con l’aumento dei livelli di meccanizzazione, la produzione di carbone è aumentata ogni anno e la polvere respirabile si è accumulata sui fronti delle miniere di carbone. Elevate concentrazioni di polvere possono causare pneumoconiosi, ridurre la precisione del lavoro degli strumenti e causare esplosioni di carbone e gas, mettendo a rischio la salute fisica e mentale dei lavoratori1,2,3,4. Secondo statistiche incomplete, alla fine del 2021 la Cina aveva 11.809 casi di pneumoconiosi e tra il 2010 e il 2021, il totale dei casi di pneumoconiosi professionale ammontava all’80% all’anno, di cui oltre il 50% indotto dalla polvere di carbone5,6 (Fig .1). Inoltre, a causa dell'aumento della concentrazione di polvere di carbone, la pressione di esplosione della polvere e l'indice di esplosione prima sono aumentati e poi sono diminuiti. Secondo le statistiche esistenti, l’87,32% delle 532 principali miniere di carbone della Cina sono a rischio di esplosioni di polvere di carbone7,8,9. La più alta concentrazione di inquinamento da polvere di carbone si trova negli ambienti di lavoro sotterranei. La produzione di polvere rappresenta circa il 45%–80% della produzione totale di polvere della miniera10,11,12. Tuttavia, sebbene la maggior parte delle miniere abbia adottato varie misure per la rimozione della polvere dall'aria, la concentrazione di polvere sulla superficie di lavoro supera di gran lunga le norme pertinenti contenute nelle "Norme sulla sicurezza delle miniere di carbone". Nell'esplorazione a lungo termine, il controllo della polvere di farina nel lavoro minerario completo è difficile e la concentrazione di polvere è elevata. Molti sistemi di rimozione della polvere e disposizioni delle attrezzature in loco non possono raggiungere l’effetto desiderato o non possono essere utilizzati nei punti chiave. Pertanto, lo studio della legge di dispersione della polvere di farina nell’estrazione del carbone ha un significato pratico sostanziale per risolvere l’eccessiva concentrazione di polvere, implementare soluzioni tecniche a prova di polvere e garantire una produzione sicura nelle miniere di carbone.

Statistica dei casi di malattie professionali.

La simulazione numerica è veloce ed efficace, ha una visualizzazione ovvia e ha il vantaggio di un'analisi dettagliata in ogni zona. Molti studiosi hanno utilizzato simulazioni numeriche per studiare la legge di dissipazione delle polveri. Pathankar et al. ha utilizzato il metodo Lagrangiano per descrivere il movimento delle particelle di polvere e ha analizzato il comportamento di migrazione delle particelle di polvere con diversi numeri di Stokes guidati dal flusso d'aria13. Hossein e Gholamreza hanno utilizzato la fluidodinamica computazionale per determinare la posizione di insediamento delle zone di accumulo di polvere e le dimensioni delle particelle di diverse dimensioni sul fronte di lavoro, migliorando il sistema di ventilazione della miniera e le condizioni sanitarie del fronte di lavoro14. Zhang et al., basandosi sulla fluidodinamica computazionale e sul metodo dei volumi finiti, hanno analizzato le caratteristiche di diffusione e inquinamento della polvere respirabile in diverse zone e diverse fonti di polvere sulla facciata di lavoro a parete lunga su scala macro e micro15. Basandosi sul modello di accoppiamento bifase gas-solido, Yao et al. ha studiato il movimento combinato dello spostamento verticale della polvere di carbone, dello spostamento orizzontale dell'urto e dello spostamento orizzontale inclinato in una parete di speleologia completamente meccanizzata, con un ampio dislivello, ripidamente inclinata; i risultati hanno mostrato che quando la facciata della speleologia completamente meccanizzata aveva un ampio angolo di inclinazione, il flusso del vento era turbolento, la velocità dell'aria era elevata e il tempo di movimento sulla superficie di lavoro era lungo16,17. Sulla base della fluidodinamica computazionale, Hu, Liao et al., e Cai, Nie et al. hanno studiato le leggi sulla migrazione della polvere in condizioni di diverse velocità e volumi d'aria e hanno scoperto che quando la concentrazione di polvere è relativamente bassa, l'aumento del flusso d'aria porta al trascinamento di polvere18,19. Zhang et al. hanno scoperto che la distribuzione della velocità del flusso d'aria, la traiettoria di migrazione della polvere e l'influenza del flusso d'aria sulla diffusione della polvere quando si taglia il carbone con vento sottovento differisce da quelli quando si taglia carbone con vento controvento. Pertanto, il metodo di riduzione della polvere è stato ottimizzato e l’efficienza di riduzione della polvere è stata migliorata20. Lu Yuezea e Akhtar Saad hanno utilizzato la fluidodinamica computazionale per valutare varie possibili situazioni di configurazioni di miniere sotterranee e hanno scoperto che la presenza di macchine continue per l'estrazione del carbone influenzava negativamente il flusso d'aria e aumentava le concentrazioni di metano e polvere. Questo impatto negativo può essere ottenuto riducendo al minimo o neutralizzando il funzionamento della ventola dello scrubber in modalità di aspirazione21. Lu et al. hanno utilizzato il modello di stress di Reynolds e il modello a fase discreta per studiare le caratteristiche di deposizione delle particelle di fuliggine in un canale di scambio termico inclinato con alette superficiali. I risultati hanno mostrato che il diametro delle particelle e la portata dei gas di scarico hanno influenzato il canale nervato. L’efficienza di deposizione ha un impatto significativo. L'angolo di immersione ha scarso effetto sull'efficienza di deposizione delle particelle piccole, ma ha un impatto significativo sull'efficienza di deposizione delle particelle grandi22.