Influenza della ventilazione mista sul particolato

Jul 31, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 1585 (2023) Citare questo articolo

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Il gas di coda emesso dai vagoni sotterranei con ruote in gomma rappresenta una seria minaccia per la salute e la sicurezza dei lavoratori sotterranei. Per ridurre efficacemente la concentrazione dei gas di coda di un fronte di scavo completo, questo studio ha adottato un metodo di simulazione numerica per studiare l'influenza del volume di aspirazione dell'aria Q e della distanza L tra i vagoni con ruote in gomma senza cingoli e le superfici di testa sulla legge di diffusione del particolato diesel, CO, e NOx in condizioni di aspirazione prolungata e ventilazione a pressione breve. I risultati hanno mostrato che nella condizione di L = 20 m, il carro con ruote in gomma senza cingoli è più vicino al condotto dell'aria di aspirazione. A questo punto, quando Q = 600 m3/min, l'effetto di controllo del gas di coda sulla carreggiata è ottimale. Inoltre, nella condizione L = 40 m, il carro con ruote in gomma senza cingoli si trova al centro della carreggiata. A questo punto, quando Q = 300 m3/min, l'effetto di controllo del gas di coda sulla carreggiata è ottimale. Quando L = 60 m e Q = 200 m3/min, la modalità di ventilazione nella carreggiata è principalmente ventilazione a pressione. La regione della frazione di NOx ad alto volume e la regione della frazione di NOx a volume medio sotto questo volume d'aria sono piccole.

Il carbone è fondamentale per lo sviluppo industriale della Cina1,2,3. Ogni anno, il consumo di carbone della Cina rappresenta oltre il 50% del consumo energetico totale del paese4,5,6. Con il miglioramento dei livelli di meccanizzazione delle miniere, la domanda delle imprese minerarie per il trasporto ausiliario sotterraneo è in aumento7,8,9. I vagoni con ruote in gomma senza cingoli sono ampiamente utilizzati nelle grandi miniere per la loro flessibilità e praticità. L'uso di un carro con ruote in gomma senza cingoli in un fronte di scavo completo migliora notevolmente l'efficienza del trasporto sotterraneo del materiale e riduce l'intensità di lavoro per i minatori10,11,12. Tuttavia, a causa dello spazio ristretto dell'ampia superficie di lavoro dello scavo, il gas di coda rilasciato dal carrello si accumula sul posto di lavoro e causa gravi danni ai minatori. Il gas di coda rilasciato dal veicolo con ruote in gomma senza cingoli comprende principalmente particolato diesel (DPM), CO e NOx. Sulla superficie del DPM sono presenti numerose sostanze chimiche tossiche che possono causare gravi danni al sistema respiratorio umano13,14. Quando gli NOx entrano negli alveoli, si formano nitriti e acido nitrico, che hanno un forte effetto stimolante sul tessuto polmonare. Dopo l'inalazione, il monossido di carbonio può facilmente legarsi all'emoglobina nel sangue, provocando ipossia, mal di testa, vertigini, vomito e altri sintomi. Pertanto, ha senso studiare l'influenza della ventilazione sotterranea sullo scarico di sostanze tossiche durante la produzione di sicurezza in miniera15,16.

La tecnologia di purificazione dei gas di scarico diesel comunemente utilizzata è principalmente divisa in due categorie: purificazione interna ed esterna. Ji et al.17 hanno aggiunto una piccola quantità di additivo metallico Ce al gasolio e hanno osservato che con un aumento del contenuto di Ce, HC, CO e particolato negli scarichi dei motori diesel diminuivano significativamente; tuttavia, il suo contenuto di NOx è aumentato. Lou et al. ha stabilito un modello di simulazione di un collettore di particelle per motori diesel (DPF) basato su GT-Power e ha analizzato il processo di intrappolamento del DPM da parte del DPF18. Sebbene la purificazione interna ed esterna possa controllare l'emissione di DPM, presenta ancora gli svantaggi di produrre altre sostanze tossiche e nocive e richiede la frequente sostituzione dei filtri usa e getta. Per l'ambiente sotterraneo umido e polveroso, nelle miniere viene adottata la ventilazione per diluire e disperdere i gas di scarico. Kurnia et al. ha proposto tecniche di ventilazione innovative utilizzando metodi di fluidodinamica computazionale (CFD) per valutare il flusso d'aria nel pozzo, l'ossigeno e la dispersione di gas nocivi19. I risultati hanno mostrato che il progetto di ventilazione proposto può gestire in modo efficiente le emissioni di gas nocivi. Fava et al. ha proposto un metodo ibrido per studiare la distribuzione della concentrazione di DPM nelle miniere sotterranee utilizzando solutori di reti di ventilazione e CFD. L'efficienza di calcolo del modello di ventilazione è stata elevata e accurata e, di conseguenza, sono stati ottenuti risultati dettagliati20. Thiruvengadam et al. ha utilizzato il modello di trasporto dei materiali e il modello a fasi discrete in ANSYS FLUENT per condurre simulazioni numeriche del DPM emesso dai carrelli elevatori sotterranei21. I risultati hanno mostrato che la concentrazione di DPM simulata dal modello a fase discreta è vicina alla situazione reale. Xu et al.22 hanno studiato l'influenza della legge di diffusione delle particelle di scarico diesel nella carreggiata attraverso un software di simulazione numerica. Liu et al.23 hanno utilizzato simulazioni numeriche per studiare l'influenza del processo di diffusione della velocità del vento sulle particelle di scarico sotterranee. I risultati hanno mostrato che una velocità del vento di 1,8 m/s può aiutare ad alleviare il fenomeno dell’aggregazione delle particelle di gas di coda. Chang et al. ha studiato lo stato di diffusione del DPM in due scenari sotterranei utilizzando CFD e verificato i risultati della simulazione attraverso misurazioni sul campo24. Liu et al. hanno utilizzato un metodo che combina la simulazione numerica con misurazioni sul campo per studiare lo stato di distribuzione del DPM nella carreggiata e l'effetto di diluizione del volume d'aria sul DPM quando il veicolo con ruote in gomma senza cingoli è rimasto al minimo in diverse condizioni sotterranee per 60 s25.