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May 11, 2023

다양한 경사도에 따른 완전 기계화된 광산면의 먼지 분산 법칙 및 추적형 폐쇄형 먼지 제어 방법에 관한 연구

과학 보고서 12권,

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 16633(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

가스-고체 2상 흐름 이론을 기반으로 다양한 경사각에서 완전 기계화된 광산 작업의 먼지 분산 법칙에 대한 수치 시뮬레이션과 현장 측정 데이터의 비교 분석을 통해 작업면 경사가 증가함에 따라 공기 흐름의 경사가 채굴되지 않은 구역으로의 유입은 절단 난류와 시스템 환기를 혼합한 후 25°에서 50°로 증가하고 최대 풍속은 2.16에서 2.25m/s로 증가합니다. 한편, 고농도 먼지 클러스터의 범위, 부유 시간, 측면 이동 강도 및 증착 영역은 다양한 정도로 증가합니다. 먼지 클러스터는 62.02m3에서 202.46m3으로 증가합니다. X < 53.96 m 일 때 보도 호흡 구역의 먼지 농도는 작업면 길이에 대한 사인 함수를 나타내고 X ≥ 53.96 m 일 때 지수 감쇠 함수를 만족합니다. 이를 기반으로 추적형 폐쇄형 먼지 제어 기술을 제안한다. 공기 흐름의 오프셋 각도와 먼지 덩어리가 모이는 위치를 결합하여 윈드 커튼 각도와 공기 속도가 자동으로 제어되어 먼지가 케이블 홈통의 한쪽으로 제한되도록 합니다.

기계화 수준이 높아짐에 따라 석탄 생산량은 매년 증가했으며, 석탄 광산 표면에는 호흡 가능한 분진이 축적되었습니다. 고농도의 먼지는 진폐증을 유발하고, 기기 작업의 정확성을 저하시키며, 석탄 및 가스 폭발을 유발하여 작업자의 신체적, 정신적 건강을 위협할 수 있습니다1,2,3,4. 불완전한 통계에 따르면, 2021년 말까지 중국에서는 11,809건의 진폐증이 발생했으며, 2010년부터 2021년 사이에 전체 직업성 진폐증을 차지하는 전체 직업성 진폐증은 연간 80%에 달하며, 그 중 50% 이상이 석탄 먼지로 인한 것입니다5,6 . 1). 또한, 석탄분진 농도의 증가로 인해 분진 폭발압력과 폭발지수가 먼저 증가하다가 감소하는 것으로 나타났다. 기존 통계에 따르면 중국의 532개 주요 석탄 광산 중 87.32%가 석탄 분진 폭발 위험에 처해 있습니다7,8,9. 석탄 먼지 오염 농도가 가장 높은 곳은 지하 작업 환경입니다. 먼지 생산량은 광산 총 먼지 생산량의 약 45%~80%입니다10,11,12. 그러나 대부분의 광산에서는 다양한 공기 먼지 제거 조치를 채택하고 있음에도 불구하고 작업면의 먼지 농도는 "탄광 안전 규정"의 관련 규정을 훨씬 초과합니다. 장기간의 탐사에서는 종합적인 광산 작업에서 밀가루 먼지를 제어하는 ​​것이 어렵고 먼지 농도가 높습니다. 많은 현장 먼지 제거 시스템 및 장비 배열은 의도한 효과를 달성할 수 없거나 주요 지점에서 사용할 수 없습니다. 따라서 석탄 채굴에서 밀가루 먼지의 분산 법칙을 연구하는 것은 과도한 먼지 농도를 해결하고 방진 기술 솔루션을 구현하며 탄광에서 안전한 생산을 보장하는 데 있어 실질적으로 실질적인 의미가 있습니다.

직업병 사례 통계.

수치 시뮬레이션은 빠르고 효과적이며, 시각화가 명확하고, 각 구역에 대한 상세한 분석이 가능하다는 장점이 있습니다. 많은 학자들이 먼지 소산 법칙을 연구하기 위해 수치 시뮬레이션을 사용해 왔습니다. Pathankaret al. Lagrangian 방법을 사용하여 먼지 입자의 움직임을 설명하고 공기 흐름13에 의해 구동되는 다양한 스톡스 수에서 먼지 입자의 이동 동작을 분석했습니다. Hossein과 Gholamreza는 전산유체역학을 사용하여 먼지 축적 구역의 침전 위치와 작업면의 다양한 크기의 입자 크기를 결정하여 광산 환기 시스템과 작업면의 위생 조건을 개선했습니다14. Zhang 등은 전산유체역학과 유한체적법을 기반으로 장벽 작업면의 다양한 먼지 발생원과 여러 구역에서 호흡 가능한 먼지의 확산 및 오염 특성을 거시적 및 미시적 규모로 분석했습니다15. 기체-고체 2상 결합 모델을 기반으로 Yao et al. 석탄 먼지 수직 변위, 타격 수평 변위, 큰 딥, 가파른 경사, 완전히 기계화된 동굴 표면에서 경사진 수평 변위의 결합된 움직임을 연구했습니다. 결과는 완전히 기계화된 동굴 면이 큰 경사각을 가질 때 바람의 흐름이 난류이고 공기 속도가 높으며 작업 표면에서의 이동 시간이 길다는 것을 보여주었습니다. 전산유체역학을 기반으로 Hu, Liao et al. 및 Cai, Nie et al. 다양한 공기 속도와 공기량에 따른 먼지 이동 법칙을 연구한 결과 먼지 농도가 상대적으로 낮을 때 공기 흐름의 증가가 먼지 유입으로 이어진다는 사실을 발견했습니다18,19. Zhang et al. 바람이 부는 방향으로 석탄을 절단할 때 기류 속도 분포, 먼지 이동 궤적 및 먼지 확산에 대한 기류의 영향이 바람이 부는 방향으로 석탄을 절단할 때와 다르다는 것을 발견했습니다. 따라서 먼지 저감 방법이 최적화되어 먼지 저감 효율이 향상되었습니다20. Lu Yuezea와 Akhtar Saad는 전산 유체 역학을 사용하여 지하 광산 구성의 다양한 상황을 평가했으며 지속적인 석탄 채굴 기계의 존재가 공기 흐름에 부정적인 영향을 미치고 메탄 및 먼지 농도가 증가한다는 사실을 발견했습니다. 이러한 부정적인 영향은 흡입 모드에서 스크러버 팬의 작동을 최소화하거나 중화함으로써 달성될 수 있습니다21. Luet al. 레이놀즈 응력 모델과 이산 위상 모델을 사용하여 표면 핀이 있는 경사 열 교환 채널에서 그을음 입자의 증착 특성을 연구했습니다. 결과는 입자 직경과 배가스 유속이 리브 채널에 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 증착 효율은 상당한 영향을 미칩니다. 경사각은 작은 입자의 증착 효율에는 거의 영향을 미치지 않지만 큰 입자의 증착 효율에는 상당한 영향을 미칩니다.