金属矿采掘爆破炮烟成分影响因素分析与扩散规律及控制

发布时间：2020-08-03 07:01

【摘要】：炮烟中毒事故是我国地下金属矿采掘作业中常见的事故类型之一,其发生不仅影响矿山企业正常生产,而且严重威胁井下作业人员的安全与健康。本文以地下金属矿炮烟中毒事故为研究背景,以采掘面炮烟为研究对象,通过理论分析、数学模型、数值模拟、现场试验等方法,分析了采掘爆破条件对炮烟中有害成分及其变化的诱发规律,分析了采掘面炮烟有害成分时空演化特征,研究了采掘面CO扩散规律,对采掘面通风参数进行优化,并提出采掘面炮烟浓度控制方案。通过对以上内容的研究,形成了以下结论:1)地下金属矿掘进巷道浅孔爆破、采场中深孔爆破情况下,装药量、掏槽方式、炮眼尺寸、装药结构、起爆方式、炮眼堵塞情况、围岩性质等爆破条件因素导致2#岩石乳化炸药、多孔粒状铵油炸药在炸药爆炸反应中的氧平衡发生了偏移,诱发了炮烟中CO、NOx等有毒气体产生及成分变化。2)采掘巷道炮烟中粉尘、NOx及CO随时空变化而产生沉降消减或浓度降低的演化特征。自然通风、压入式通风条件下采掘空间中CO浓度呈现高斯分布规律,掘进巷道和采场回风出口CO浓度呈现负e指数衰减规律。3)掘进巷道CO气团呈现移动和稀释的耦合效果,拟合发现CO峰值体积浓度随监测点到掘进面距离呈负e指数衰减,掘进巷道断面中CO浓度上高、下低,推导了掘进巷道CO弥散系数计算式,CO弥散系数为0.055m2/s。4)掘进巷道中CO峰值浓度降低到职业接触限值时,通风距离为795 m。通过优化风筒出口位置与供风量,得到掘进面通风优化参数为风筒出门到掘进面距离不大于12.5 m,供风量为3.5 m3/s,并推导了掘进面通风时间与掘进巷道通风距离、风筒口到掘进面距离及供风量之间关系式。5)采场中存在左上角、采场右上角、以及采场下中偏右的无风或微弱风区,该区域CO浓度高、降低速率慢;回风巷道断面中CO浓度呈现上高、下低、左低、右高的分布规律;回风巷道断面中CO体积浓度及梯度均随通风时间增加而减小,CO体积分数衰减呈现负e指数变化规律。6)通过优化采场进风巷道平均风速与局部通风机供风量,得到采场通风优化参数为局部通风机供风量不小于3.0 m3/s,进风巷道平均风速不小于0.6 m/s;构建网络结构为(8,10,1)的采场通风时间BP预测模型。以上研究结果可为爆破后采掘面炮烟监测与控制提供依据,为采掘面通风排烟优化、通风时间计算提供参考,为预防炮烟中毒事故提供技术支撑。
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD235.1
【图文】：

图２－１金属矿山炮烟中毒事故逡逑本文考察了邋１９９７－２０１８年期间我国金属矿山发生３５起典型炮烟中毒事故，逡逑对事故等级及发生起数进行统计分析，结果如下图２－２所示。逡逑－３邋－逡逑

数据来源于网络逡逑图２－２金属矿炮烟中毒事故等级及起数统计逡逑由上图２－２可见，在３５起金属矿炮烟中毒事故中，有４起为一般事故，逡逑３０起为较大事故，１起重大事故，０起特别重大事故。可见，我国的金属矿逡逑炮烟中毒事故以一般事故和较大事故为主，以较大事故居多。所有的炮烟中逡逑毒事故中伤亡人数最多为９人、２人重伤，最少１人（重伤后死亡），平均为逡逑４人，事故单次的伤亡人数不大，但由于发生起数多而造成的人员伤亡总数逡逑很大。逡逑对以上３５起金属矿炮烟中毒事故发生的直接原因进行分类统计，结果如逡逑下图２－３所示。逡逑Ａ逡逑■风筒失效逦■局部通风机失效■通风时间不足邋■通风系统不完善逡逑■回风天井失效邋■违章行为逦■非法开采逦■柴油机尾气逡逑图２－３金属矿炮烟中毒事故直接原因统计逡逑从上图２－３可见，导致炮烟中毒事故发生的直接原因分布结果：通风时逡逑间不足２０次，违章行为６次，局部通风机失效４次，风筒失效、通风系统不逡逑－４－逡逑

逦重大事故逦特别重大事故逡逑数据来源于网络逡逑图２－２金属矿炮烟中毒事故等级及起数统计逡逑由上图２－２可见，在３５起金属矿炮烟中毒事故中，有４起为一般事故，逡逑３０起为较大事故，１起重大事故，０起特别重大事故。可见，我国的金属矿逡逑炮烟中毒事故以一般事故和较大事故为主，以较大事故居多。所有的炮烟中逡逑毒事故中伤亡人数最多为９人、２人重伤，最少１人（重伤后死亡），平均为逡逑４人，事故单次的伤亡人数不大，但由于发生起数多而造成的人员伤亡总数逡逑很大。逡逑对以上３５起金属矿炮烟中毒事故发生的直接原因进行分类统计，结果如逡逑下图２－３所示。逡逑Ａ逡逑■风筒失效逦■局部通风机失效■通风时间不足邋■通风系统不完善逡逑■回风天井失效邋■违章行为逦■非法开采逦■柴油机尾气逡逑图２－３金属矿炮烟中毒事故直接原因统计逡逑从上图２－３可见，导致炮烟中毒事故发生的直接原因分布结果：通风时逡逑间不足２０次

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本文编号：2779281