矿井湿喷过程的产尘特性和复合降尘外加剂的制备

矿井湿喷过程的粉尘污染是制约湿喷支护工程高效、清洁和安全生产的重要因素。为降低湿喷过程粉尘对作业人员的危害,提高矿山企业粉尘防治和职业健康保障的能力,运用气溶胶力学与HertzMindlin碰撞理论,构建了湿喷混凝土冲击产尘的动力学模型;并针对湿喷工艺特点,建立了湿喷混凝土相似实验装置,对不同工艺条件下的产尘特性进行分析;结合湿喷过程外加剂的降尘机制,对外加剂的减弹降尘性能进行研究,配置适用于湿喷工艺的高性能复合降尘外加剂。结果表明,湿喷过程中弥散在空气中的气溶胶颗粒粒径大部分在2μm以下,2μm以下(不含2μm)颗粒数占比在90%以上。湿喷产尘主要受喷射距离、喷射压力和水灰比影响。喷射距离不宜太大或太小;随着喷射距离的增加,颗粒浓度呈先降低后增加的趋势。同样,喷射压力为0.4 MPa时,较为合适。当压力太大时,会导致回弹率和粉尘质量浓度增加;当压力太小时,物料到达受喷面时的动能较小,不能很好地黏附在受喷面。同时,在保证物料流动性的同时,可通过减小水灰比来降低回弹率和产尘量。研制的复合降尘外加剂主要由速凝剂、络合剂、早强剂、黏结剂以及表面活性剂复配形成。通过正交实验以及优化实验,最终确定的湿喷复合降尘外加剂配方及其质量分数为:A-55%、B-3%、C-4.5%、D-0.5%、E-0.15%、水-36.85%。掺入该复合降尘外加剂后,湿喷过程粉尘质量浓度下降了约57%,有效降低湿喷过程的粉尘产生量,降尘效果明显。

高海拔隧道爆破后粉尘污染动力学模型及影响因素

为降低高海拔隧道钻爆法施工爆破后的粉尘污染,提高隧道掘进工作面粉尘防治技术和职业健康保障能力,推动施工隧道清洁化生产水平。依托西南某铁路隧道工区为背景建立隧道爆破掘进压入式通风模型,根据气固两相流理论与气溶胶力学构建高海拔隧道粉尘污染动力学模型。运用数值模拟软件分析不同海拔高度、通风距离以及通风风量条件下的爆破驱动掘进工作面,高浓度粉尘污染效应,并采用灰色关联分析法探究粉尘质量浓度降低至安全值所需时间与各影响因素之间的关联度。研究结果表明:海拔高度上升将引起的环境参数与气固耦合流体运动特性的改变,粉尘颗粒水平运移速度与海拔高度和粉尘粒径均呈负相关,竖直沉降速度与之相反。高海拔隧道爆破后粉尘质量浓度空间分布服从多元高斯分布,且扩散系数随海拔高度的上升而增大。隧道内风流场分布区域分为涡流区、过渡区以及稳定区,涡流区呈锥形且中心的风速小于周围区域的风速,隧道断面平均风速降低至约0.3 m/s并逐渐稳定。爆破后粉尘颗粒随风流向隧道外呈“■字型”运移,隧道回风侧的粉尘质量浓度大于风管侧。爆破后产生的大颗粒粉尘(粒径≥30μm)在距掘进工作面100 m范围内快速沉降,小颗粒粉尘将随风扩散并悬浮于隧道空间内,且扩散距离越远,粉尘粒径越小。高海拔环境下扩大风管出口至掘进工作面距离以及增加风管风量均有利于减低隧道爆破后的粉尘污染效应,隧道内粉尘质量浓度降低至安全值所需时间受通风距离的影响最大,通风风量的影响次之,而海拔高度的影响相对有限,其灰色关联度系数分别为0.684、0.678和0.661。

制曲车间多尘源粉尘分布特征数值模拟

为揭示制曲车间粉尘运移规律及其分布特征,以某酒厂制曲车间拆曲工艺区为研究背景,基于高斯模型建立制曲车间粉尘质量浓度方程,运用Fluent软件数值模拟自然通风条件下,不同尘源位置及数量等多种工况的制曲车间粉尘扩散过程,并相互验证粉尘质量浓度的理论计算值、数值模拟结果与实测数据,得到不同工况下制曲车间粉尘质量分布及运移时空演变特征。研究结果表明:发酵仓内尘源位于不同位置时,粉尘主要集中于作业面附近,其中,仓内近窗作业与中部作业相比较,前者造成发酵仓粉尘高质量浓度区域更广,全尘峰值质量浓度在200 mg/m 3附近上下波动;与走道相对位置不同的发酵仓进行近窗作业时,走道粉尘主要集中于作业仓附近,多个发酵仓同时作业与单仓作业相比,多尘源会对走道粉尘分布产生叠加效应,其中,相邻仓作业时走道粉尘污染最严重,全尘质量浓度高达75 mg/m 3以上;单仓、相邻仓、相对仓作业工况下,分别在作业时长为525、470、498 s前后,粉尘已扩散至整个走道。

高原矿井掘进工作面截割粉尘污染效应及通风控尘参数分析

为降低高原矿井掘进工作面开挖过程的粉尘污染,改善工作面整体施工环境,根据海拔上升环境参数的变化,运用数值模拟软件对黏性流体及粒子运动特性的变化规律进行分析;研究掘进机动态截割煤岩时粉尘的污染效应,分析不同海拔高度下颗粒物的扩散及沉降特性,并根据颗粒物的扩散特性对高原矿井掘进工作面通风“控尘”及“排尘”参数进行确定。结果表明:截割落岩形成的粉尘受截割头运动和掘进工作面涡流的影响,粒子主要沿截割臂向回风侧方向运动,截割左侧岩体时涌向司机工作区的粉尘明显多于右侧,且以粒径在40μm以下的颗粒为主。受海拔上升环境参数改变的影响,流体性质会发生变化,导致颗粒受力情况和运动轨迹改变,扩散距离变小,沉降加快,其中对PM 5以上的微粒影响较为明显;虽然海拔上升流体携带粉尘的能力减弱,导致掘进工作面沿程粉尘质量浓度下降,但粉尘沉积量会增多,存在二次飞扬的风险。在掘进工作面安装压入式“附壁控尘风筒”后,会在掘进工作面形成顺时针旋转涡流风幕,可将产生的粉尘有效的控制在掘进工作面前段,而另一侧的“除尘风机”会将掘进工作面聚集的粉尘及时排出。当附壁风筒径轴风量比m≥0.7、压抽比n<1时,在“射流、汇流以及旋转风幕”的作用下,能使距掘进工作面20 m之后的区域粉尘质量浓度降低70%以上,有效的降低了高原矿井掘进过程中粉尘对人员和机械设备的损害。

我国金属矿山采运过程典型作业场所粉尘污染控制研究现状与展望

金属矿山粉尘污染对现场作业人员的身心健康影响较大,为进一步提高金属矿山粉尘污染治理技术,满足对粉尘控制更高层次的要求,保证一线作业人员与机械设备的安全,对金属矿山近年来粉尘危害现状及治理技术发展进行了评述。全面分析了金属矿山粉尘职业病自2001年以来的发展状况及主要粉尘来源,并对现阶段粉尘治理技术中的通风除尘、喷雾降尘、泡沫及抑尘剂抑尘的机理和工作原理进行了分析。分析可知:现阶段金属矿山粉尘治理技术尚不完善,主要表现为对粉尘物化性质掌握不清晰、除尘设备智能性差、除尘系统不完善、除尘方式不环保等。针对典型作业场所粉尘污染控制技术研究现状存在的问题,从建立金属矿山粉尘理化性质数据库,构建机械化、自动化、智能化联合防尘控尘体系,研发粉尘防治新型装备以及研制高效、环保、经济的水炮泥与抑尘剂配方等4个方面对金属矿山污染治理技术的发展方向进行了展望,以实现对金属矿山粉尘污染的有效控制。

基于CNKI文献计量学的矿山粉尘研究可视化知识图谱分析

为探明矿山粉尘的研究脉络与热点变化,以CNKI收录的2001—2021年的1 863篇文献为样本,利用Citespace与VOSviewer可视化知识图谱技术,对我国近20年矿山粉尘研究的时空分布特征、热点主题与前沿趋势进行了分析。研究表明:矿山粉尘研究分为波动增长期(2001—2007年)、快速上升期(2008—2015年)及缓慢过渡期(2016—2021年)3个阶段;载文期刊所属学科主要集中在矿业工程、安全科学与工程领域;研究领域已经初步形成了较为稳定的核心作者群与机构;研究主题包含了矿山粉尘的产生、运移、防治及致灾后果的全过程。未来矿山粉尘研究应关注复杂艰险环境下的地下矿山与深凹露天矿,加强研究机构跨学科的合作交互,促使矿山粉尘研究与自动化、信息化、智能化等技术的融合与应用。

基于危险源理论的油气管道安全管理模型的研究

为有效解决油气管道安全管理过程中灰色状态的问题,基于危险源理论分析了油气管道安全风险演化过程,构建了油气管道系统安全管理模型.该模型由安全风险辨识、安全风险预警、安全风险控制3个工作流串联而成;从危险源的事实属性出发,运用不确定性传递算法与扩展产生式规则,结合风险数据库推演出合理或近似合理的风险辨识结果;应用可拓学理论,将预警级别划分为无警(N1)、低预警(N2)、中预警(N3)、高预警(N4)4级,并对油气储运风险预警进行定性分析与量化计算;采用Java编程语言和Oracle数据库技术,设计了包括安全风险辨识、安全风险预警、安全信息化管理等功能模块的油气管道系统安全管理平台,并以某输油站场储油罐区作为工程实例验证了该模型与平台的可行性.研究结果表明:引入不确定性理论能有效解决油气储运过程中风险辨识主观、模糊等问题;经可拓风险预警模型计算,该储罐的级别变量特征值为2.0404,属于低预警范围,该结果与作业区实际吻合较好;采用信息化管理的手段弥补了经验式管理的缺陷,对风险数据的完整性与安全应急决策提供了良好的技术支持.

煤矿安全生产标准化安全风险分级管控APP开发

从煤矿安全生产标准化安全风险分级管控专业的基本内容和评分依据入手,利用易安卓编程语言和SQLite数据库进行系统开发,采用生命周期的软件开发方法,将纸质化的评分依据导入到开发的APP中,同时提供适合相关管理人员使用的可视化界面,将打分工作智能化、信息化、数字化。APP系统的应用有利于煤矿安全工作的信息化管理,减少了复杂繁琐的工作量,为提高安全监管水平和实现煤炭企业的本质安全化提供了较好的技术支持。

基于煤矿安全生产标准化的双控机制APP系统研究

针对我国煤矿安全生产标准化工作中数据采集的时效性差、数据录入工作量繁琐、数据汇总分析不明确的问题,利用易安卓编程语言与SQLite数据库技术,采用瀑布生命周期模型的软件开发方法,以《煤矿安全生产标准化考核定级办法》中双控机制的基本内容为依据,设计包括个人信息管理、法律知识库检索、安全风险分级管控、事故隐患排查治理、数据可视化分析、其他6大功能模块的APP系统。结果表明:该系统可提供适合相关管理人员使用的可视化界面,减少了复杂繁琐的工作量,为标准化工作的定点巡检与数据的完整性提供了良好的技术支持,也为非煤矿山、冶金、石油化工等行业的标准化工作实现信息化管理提供了较好的应用模式。

动水条件下单裂隙注浆浆液扩散规律研究

动水条件下注浆是防治水害的有效手段。为掌握动水条件下浆液在裂隙中的扩散规律,采用多相流相场法数值计算方法,解算了动水注浆过程中动水对浆液的冲刷作用,以及浆液—水相界面、速度场分布特征,研究了裂隙倾角与动水流速对浆液扩散规律的影响。研究结果表明:动水主要沿着扩散主体两侧对浆液冲刷,使部分浆液与主体分离而造成浆液流失;浆液—水相界面受浆液自身黏度时变性的影响亦存在明显的时变性;受动水冲刷的影响,扩散主体两侧及下侧的顺水流区均存在速度突变现象;裂隙倾角与动水流速增大会增强动水对浆液的冲刷作用,进而影响浆液的扩散。研究结果可为动水注浆理论和工程实践提供技术参考。

基于云模型的复杂艰险山区深埋隧道施工通风系统综合评估

针对隧道施工通风系统综合评估过程中存在模糊性与不确定性的问题,引入云模型理论,构建了复杂艰险山区深埋隧道施工通风系统综合评估模型。以某山区铁路施工隧道为研究背景,选取通风网络、通风动力、通风设施、通风管理以及特殊地域作业环境5个方面共计18项影响因素作为评估指标。建立优(Ⅰ)、良(Ⅱ)、中等(Ⅲ)、较差(Ⅳ)、差(Ⅴ)5个评判等级,并利用正向云发生器计算隶属于不同等级的确定度。运用区间数替换传统点数值构造矩阵以确定各评估指标权重,依据评估指标的云模型特征参数计算该隧道通风系统的综合等级。研究结果表明,经过模型的数据检验与应用性验证,该评估模型具有较高的实用性与可操作性,可为类似隧道施工通风系统评估提供借鉴。

隧道内埋地油气管道巡检安全风险评价模型

为有效评价隧道内埋地长输管道巡检的风险等级,针对管道巡检作业随机性、模糊性的特点,引入云理论与组合赋权方法,构建了隧道内埋地油气管道巡检安全风险评价模型。以穿越某隧道群的国家管网集团伊犁果子沟段管道为例,基于危险源理论,选取隧道因素、路网因素、环境因素、人的行为、物的状态以及管理水平6个方面29项风险因素作为评价指标;基于欧式距离组合,运用改进G2法与CRITIC(Criteria Importance Though Intercrieria Correlation)法确定各指标的权重系数;依据各指标的分级标准,利用Matlab软件计算云模型的特征参数并生成云图;通过正向云发生器,确定不同风险等级下的指标隶属度、综合隶属度。研究结果表明:基于欧式距离的组合赋权方法既可以降低决策者的主观不确定性,又可以消除数据间的客观误差,评价结果与工程实评结果吻合较好。构建的评价模型具有较好的科学性与适用性,可为管道巡检风险评价提供新思路。