工业环境深凹露天采矿飏尘防治用风障技术的研究

1、工业环境深凹露天采矿飏尘防治用风障技术的研究风障技术研究是防风抑尘研究的重要领域, 对深凹露天采矿中产生的飚尘和污染物扩散的防治具有重要意义, 针对工业深凹矿坑内作业飚尘影响环境空气质量问题, 采用风障技术进行大尺度粉尘污染源控制研究。已有研究中缺乏深凹露天矿区动态开采过程对风流状态影响的探索 , 尤其是开采中自然风对矿坑飚尘的影响程度还不够明确。此外 , 目前采用风障技术进行露天矿区飚尘防治中, 关于风障结构因素影响其庇护效应的分析不完善, 且风障形式单一 , 并缺少将风障用于露天矿飚尘防治的可参照案例。针对以上问题, 同时考虑到风障技术用于大尺度空间控制实验研究的困难性, 本文采用数值方法

2、开展了以下研究工作： (1) 建立了适用于深凹露天矿风场飚尘分析的数值计算模型。通过 cfd软件 fluent, 采用“可实现” k- 模型及 udf自定义函数编程设定边界并对模型进行可靠性验证, 通过对深凹地形风场进行计算 , 分析了深凹露天矿飚尘的诱因和矿区周围风场特性, 指出矿坑内风速变化不同于指数律风速分布。(2) 对动态开采下深凹露天矿开采空间风流状态进行模拟试验研究。该试验研究了露天矿开采深度 z、堆土形式及测定高度的来流风速 u 对矿坑开采空间周围流场的影响。结果表明 , 自然风在 10m以下受到地形边界影响 , 风速减缓梯度与开采深度 z 呈负相关 , 堆土具有挡风作用 , 使

3、得其背风面风速迅速降低直至远离堆土后才恢复 , 并当自然风流入坑内后 , 风速降低梯度与测定高度风速 u1 呈正相关 , 且 u1 越高越易出现反向风。 (3) 对风障结构参数影响其庇护效果进行了正交模拟试验分析。 运用正交试验原理对不同风障高度、风障倾角和风障厚度的27 组深凹露天矿飚尘用风障模型进行试验 , 并选取风障后相对平均风速及风障阻力作为考察指标。结果表明 , 风障结构因素影响庇护效应的重要程度依次是风障厚度 d, 风障倾角 和风障高度 h, 得到优化型风障 , 同时指出在相同开孔率和高度下 , 直立风障的庇护效果和风障阻力与风障厚度呈正相关。(4) 在已建立的深凹露天矿区( 含风

4、障 ) 模型基础上 , 模拟 7 种不同构造形式的风障 , 并分析风障构造形式对露天矿区飚尘防治效果。分析得出与防风墙 ( 开孔率 =0) 相比 , 风障 ( =40%)和防风林 ( =40%)后的负压区更小 , 且易形成速度分层 , 更能有效降低风障庇护区域内风速并更利于捕集矿坑内逸散出的粉尘； 明确了风障在各高度下的庇护效果变化及防风林对自然风速的削弱趋势 , 确定了同时使用风障和防风林的组合是深凹露天矿区飚尘防治的合理形式； (5) 将所研究的风障技术用于某深凹露天矿区飚尘控制工程和某凹形卸料槽扬尘控制工程。在上述研究的基础上 , 结合风障本身防风特性 , 不仅可用于控制深凹露天矿飚尘 , 也可用于控制建筑工地及港口物料堆场等易受到环境自然风影响导致大面积扬尘的场所。 并根据高寒地区某矿区卸料槽中扬尘特点控制区域集中 , 尘粒浓度大等 , 将上述研究方法拓展到卸料工地中扬尘控制 , 建立模型 , 探究其尘源结构与风障适用形式的匹配关系。本课题研究进行的深凹地形风流状态变化分析 , 及针对该类地形飚尘的控制所做的风障技术研究能为研究风障庇护效