혼합 환기가 미립자에 미치는 영향

Jul 31, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 1585(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

지하 무궤도 고무차에서 배출되는 테일가스는 지하 작업자의 건강과 안전에 심각한 위협이 됩니다. 본 연구에서는 종합 굴착면의 테일가스 농도를 효과적으로 감소시키기 위해 수치모사 방법을 채택하여 공기 흡입량 Q와 무궤도 고무차와 헤드페이스 사이의 거리 L이 디젤 입자상 물질 CO의 확산 법칙에 미치는 영향을 조사했습니다. 긴 흡입 및 짧은 압력 환기의 경우 NOx. 결과는 L = 20m 조건에서 무궤도 고무바퀴 자동차가 흡입 공기 덕트에 더 가깝다는 것을 보여주었습니다. 이 시점에서 Q = 600m3/min일 때 도로의 테일가스 제어 효과가 최적입니다. 또한, L=40m의 조건에서는 무궤도 고무차가 도로 중앙에 있다. 이 시점에서 Q = 300m3/min일 때 도로의 테일가스 제어 효과가 최적입니다. L = 60m, Q = 200m3/min일 때 도로의 환기 모드는 주로 압입식 환기입니다. 이 공기량 하에서 높은 부피 비율의 NOx 영역과 중간 부피 비율의 NOx 영역은 작습니다.

석탄은 중국의 산업 발전에 매우 중요합니다1,2,3. 매년 중국의 석탄 소비는 국가 전체 에너지 소비의 50% 이상을 차지합니다4,5,6. 광산 기계화 수준이 향상됨에 따라 지하 보조 운송에 대한 광산 기업의 수요가 증가하고 있습니다7,8,9. 무궤도 고무차는 유연성과 편리성으로 인해 대규모 광산에서 널리 사용됩니다. 종합적인 굴착면에 무궤도 고무차를 사용하면 지하 자재 운송의 효율성이 크게 향상되고 광부의 노동 강도가 줄어듭니다10,11,12. 그러나, 종합 굴착 작업면의 좁은 공간으로 인해 트롤리에서 방출되는 테일 가스가 작업장에 축적되어 광부들에게 심각한 피해를 입히게 됩니다. 무궤도 고무바퀴 차량에서 배출되는 테일 가스는 주로 DPM(디젤 입자상 물질), CO 및 NOx로 구성됩니다. DPM 표면에는 여러 가지 독성 화학 물질이 존재하며, 이는 인간의 호흡기에 심각한 손상을 줄 수 있습니다13,14. NOx가 폐포에 들어가면 아질산염과 질산이 형성되어 폐 조직에 심각한 자극 효과를 줍니다. 흡입 후 CO는 혈액 내 헤모글로빈과 쉽게 결합하여 저산소증, 두통, 현기증, 구토 및 기타 증상을 유발할 수 있습니다. 따라서 광산 안전 생산 중 독성 물질 배출에 대한 지하 환기의 영향을 연구하는 것이 합리적입니다15,16.

일반적으로 사용되는 디젤 배기가스 정화 기술은 주로 내부 정화와 외부 정화의 두 가지 범주로 나뉩니다. Ji 등17은 디젤유에 소량의 금속 첨가제 Ce를 첨가한 결과 Ce 함량이 증가함에 따라 디젤 엔진 배기가스의 HC, CO 및 입자상 물질이 크게 감소하는 것을 관찰했습니다. 그러나 NOx 함량은 증가했습니다. Louet al. GT-Power를 기반으로 디젤엔진 입자포집장치(DPF)의 시뮬레이션 모델을 구축하고, DPF18에 의한 DPM의 포집과정을 분석하였다. 내부 및 외부 정화를 통해 DPM의 배출을 제어할 수는 있지만 여전히 기타 독성 및 유해 물질이 생성되고 일회용 필터를 자주 교체해야 하는 단점이 있습니다. 습하고 먼지가 많은 지하 환경을 위해 광산에서는 배기 가스를 희석하고 분산시키기 위해 환기 장치를 채택했습니다. Kurniaet al. 지하 공기 흐름, 산소 및 유해 가스 분산을 평가하기 위해 전산유체역학(CFD) 방법을 사용하는 혁신적인 환기 기술을 제안했습니다. 결과는 제안된 환기 설계가 유해 가스 배출을 효율적으로 처리할 수 있음을 보여주었습니다. Favaet al. 환기 네트워크 솔버와 CFD를 사용하여 지하 광산의 DPM 농도 분포를 연구하는 하이브리드 방법을 제안했습니다. 환기모델의 계산효율이 높고 정확하여 상세한 결과를 얻을 수 있었다20. Thiruvengadamet al. 는 지하 지게차에서 방출되는 DPM의 수치 시뮬레이션을 수행하기 위해 ANSYS FLUENT의 재료 운송 모델과 이산 위상 모델을 사용했습니다. 결과는 이산 위상 모델에 의해 시뮬레이션된 DPM 농도가 실제 상황에 가깝다는 것을 보여주었습니다. Xu et al.22은 수치 시뮬레이션 소프트웨어를 통해 도로에서 디젤 배기가스 입자의 확산 법칙이 미치는 영향을 연구했습니다. Liu et al.23은 수치 시뮬레이션을 사용하여 지하 배기 입자에 대한 풍속 확산 과정의 영향을 연구했습니다. 그 결과, 풍속 1.8m/s가 테일가스 입자 응집 현상 완화에 도움이 될 수 있는 것으로 나타났다. Chang et al. CFD를 사용하여 두 가지 지하 시나리오에서 DPM의 확산 상태를 연구하고 현장 측정을 통해 시뮬레이션 결과를 검증했습니다. Liu et al. 은 도로에서의 DPM 분포 상태와 무궤도 고무바퀴 차량이 60초 동안 다양한 지하 조건에서 유휴 상태일 때 DPM에 대한 공기량의 희석 효과를 연구하기 위해 수치 시뮬레이션과 현장 측정을 결합하는 방법을 사용했습니다.

\;400) \hfill \\ \end{gathered} \right.\) under the condition of L = 60 m and that the trolley is closer to the exit of the roadway. The control effect of DPM was better when Q = 200 m3/min, and thus CO gas could be discharged from the roadway as soon as possible. At this point, the mathematical relationship between the diffusion distance C60 of CO gas and air volume Q is \(C_{60} = \;(3.14\; \times \;10^{ - 4} )\;Q^{2} - 0.2Q\; + \;51.5\)./p> 400 m3/min), the volume fraction of NOx gas was relatively large, i.e., 10 ppm./p> 300 m3/min, the diffusion distance of DPM decreased with an increase in L; this phenomenon is mainly related to the flow field at the location of the trackless rubber wheel car. When the trackless rubber wheel car was at the front end of the roadway, the wind energy in this area was large, and the trackless wheel car was closest to the outlet of the suction duct. Therefore, the diffusion distance of DPM was larger, and the concentration was smaller./p>

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