露天矿内粉尘聚集机理及影响因素分析

发布时间：2020-02-26 21:54

【摘要】：采用计算流体力学等方法,研究了露天矿矿坑几何尺寸特点和逆温现象对露天矿粉尘聚集的影响。研究结果表明:逆温现象阻碍了露天矿矿坑内产生的粉尘向外扩散,是露天矿粉尘污染高发的重要原因;逆温现象的形成机理能较好地解释露天矿粉尘浓度冬春季高而夏秋季低的现象;利用Froude数评价逆温现象对露天矿粉尘扩散的影响,通过敏感性分析可以得出逆温强度是决定露天矿粉尘聚集最主要的影响因素;当逆温现象多发导致矿坑内粉尘扩散不出去时,仅降低某作业环节的粉尘排放量不能避免矿坑粉尘污染的发生。治理露天矿粉尘污染需要从全矿角度出发,结合逆温现象的特点来重新安排矿区整体的降尘抑尘作业,才能控制粉尘浓度的升高。
【图文】：

严重的粉尘污染，此时阻碍矿坑内空气与矿坑外大气自由流动的是逆温现象［4］。1露天矿粉尘聚集的特点以我国北方某露天煤矿为例，其矿坑内出现的粉尘污染呈现典型的水平层状分布，，在污染物层上部能看到清晰的分界面，这是典型的逆温现象导致的粉尘污染，如图1所示。图1我国北方某露天煤矿粉尘污染示意图现场观测发现，露天煤矿所产生的局部小逆温层大气层次结构稳定，对流层内的逆温层高度通常为100～200m［5］。当露天煤矿上部出现逆温层时，逆温层像一层厚厚的盖子罩在露天煤矿上空，逆温层上下空气流动不畅，矿坑内的粉尘不能顺利扩散到矿坑外，同时由于矿坑内粉尘在不断产生，越积越多，最后往往发展成严重的空气污染。当露天矿周边大环境也出现大型逆温现象时，2个逆温层相互叠加，在露天矿上方将出现复合型逆温层。下部是露天矿产生的小逆温层，上部是周边环境产生的大逆温层，此时矿坑内外空气对流极弱，粉尘不易扩散，露天矿内将产生严重的粉尘污染，此时应做好预警和预案以应对能见度极低的作业环境。2露天矿粉尘聚集机理露天矿内粉尘聚集主要受到逆温现象的影响。当露天矿坑内形成逆温层时，矿坑内粉尘聚集，粉尘浓度升高;当逆温层消散时，粉尘扩散速度加快，粉尘浓度降低。露天煤矿经常出现的逆温现象主要有辐射逆温、地形逆温和平流逆温，这是由露天矿特有的地形地貌特征决定的［6－7］。辐射逆温:经常发生在晴朗无云的夜空，多出现于我国西北部的露天煤矿区，云层和降水都较少，地面辐射被云层保留的比例小，近地面层气温迅速下降，而高处大气层降温较少，从而出现上暖下冷的逆温现象。这种逆温黎明前最强，日出后自下而上消失。地形逆温:露天煤矿矿坑的几何形状特别有利于该种逆温现象?

期时间段内，露天矿的深度可以认为是不变的(若以年为研究时间跨度的话，露天矿的深度也是变化的)。当风速大于2m/s时，露天矿局部的逆温层会被吹散，或者说很难形成逆温层［13］。这意味着，当露天矿发生因逆温引起的粉尘污染时，一定满足无风或微风的气象条件，否则逆温层很难形成或很容易被吹散，因此认为风速较小且变化不大，近似假定为常量。则此时主要的影响因素为温度和逆温强度，夜间温度的变化趋势为逐渐递减，逆温强度的变化为逐渐增加。使用Matlab绘制的Froude数在不同温度和逆温强度条件下的变化图见图2，其中露天矿深度取100m，风速取1m/s，温度的变化范围为253～268K，逆温强度的变化范围为0～0．021℃/m。图2不同条件下的Froude数图2显示的是所有的可能组合，单独研究各个变量的影响能更加清楚地展示不同因素的影响程度·97·第44卷第4期2017年8月矿业安全与环保MININGSAFETY＆ENVIＲONMENTALPＲOTECTIONVol.44No.4Aug.2017

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