微粒子に対する混合換気の影響

Scientific Reports volume 13、記事番号: 1585 (2023) この記事を引用

438 アクセス

メトリクスの詳細

地下無軌道ゴム車輪車両から排出されるテールガスは、地下作業員の健康と安全に重大な脅威をもたらします。 包括的な掘削切羽の排ガス濃度を効果的に低減するために、本研究では数値シミュレーション手法を採用し、空気吸入量Qと無軌道ゴム車輪車と切羽間の距離Lがディーゼル粒子状物質、CO、長時間の吸引と短時間の圧力換気下での NOx。 その結果、L = 20 mの条件では、無軌道ゴム車輪車が吸気ダクトに近づくことがわかりました。 この時点で、Q = 600 m3/min の場合、車道での排ガス制御効果は最適になります。 また、L=40m の条件では、無軌道ゴム輪車は車道の中央に位置する。 この時点で、Q = 300 m3/min の場合、車道での排ガス制御効果は最適になります。 L = 60 m、Q = 200 m3/min の場合、車道内の換気モードは主に圧入換気になります。 この空気量の下では、高体積分率 NOx 領域と中体積分率 NOx 領域が小さくなります。

石炭は中国の産業発展にとって極めて重要です1、2、3。 中国の石炭消費は毎年、国の総エネルギー消費量の 50% 以上を占めています4、5、6。 鉱山の機械化レベルの向上に伴い、鉱山企業による地下補助輸送の需要が増加しています7、8、9。 無軌道ゴム車輪車は、その柔軟性と利便性により、大規模な鉱山で広く使用されています。 包括的な掘削切羽に無軌道ゴム車輪車を使用すると、地下物質の輸送効率が大幅に向上し、鉱山労働者の労働集約度が軽減されます10、11、12。 しかし、総合掘削作業切羽のスペースが狭いため、トロリーから放出される排ガスが作業場所に蓄積し、鉱山労働者に重大な危害を与えます。 無軌道ゴム車輪車両から放出される排ガスは、主にディーゼル粒子状物質 (DPM)、CO、NOx で構成されています。 DPM の表面にはいくつかの有毒化学物質が存在し、人間の呼吸器系に重大な損傷を引き起こす可能性があります 13,14。 NOx が肺胞に入ると、亜硝酸塩と硝酸が形成され、肺組織に深刻な刺激作用を及ぼします。 CO を吸入すると、血液中のヘモグロビンと容易に結合し、低酸素症、頭痛、めまい、嘔吐、その他の症状を引き起こします。 したがって、鉱山の安全生産時の有害物質の排出に対する地下換気の影響を研究することは理にかなっています15,16。

一般的に使用されているディーゼル排気浄化技術は、主に内部浄化と外部浄化の 2 つのカテゴリに分類されます。 Ji ら 17 は、ディーゼル油に少量の金属添加剤 Ce を添加し、Ce 含有量が増加すると、ディーゼル エンジン排気中の HC、CO、および粒子状物質が大幅に減少することを観察しました。 ただし、NOx 含有量は増加しました。 ルーら。 GT-Powerに基づいてディーゼルエンジン粒子捕集器（DPF）のシミュレーションモデルを構築し、DPF18によるDPMの捕集プロセスを分析しました。 内部および外部の浄化によって DPM の排出を制御できますが、他の有毒物質や有害物質が生成されるという欠点があり、使い捨てフィルターを頻繁に交換する必要があります。 湿気や粉塵の多い地下環境のため、鉱山では排気ガスを希釈し分散させるために換気が行われています。 クルニアら。 は、数値流体力学 (CFD) 手法を使用してダウンホールの空​​気流、酸素、および有害ガスの分散を評価する革新的な換気技術を提案しました 19。 結果は、提案された換気設計が有害なガスの排出に効率的に対処できることを示しました。 ファバら。 換気ネットワークソルバーとCFDを使用して、地下鉱山内のDPMの濃度分布を研究するためのハイブリッド手法を提案しました。 換気モデルの計算効率は高く正確であったため、詳細な結果が得られた20。 ティルベンガダムら。 は、ANSYS FLUENT の物質輸送モデルと離散位相モデルを使用して、地下フォークリフトから排出される DPM の数値シミュレーションを実施しました21。 結果は、離散位相モデルによってシミュレートされた DPM の濃度が実際の状況に近いことを示しました。 Xu ら 22 は、数値シミュレーション ソフトウェアを使用して、道路におけるディーゼル排気粒子の拡散則の影響を研究しました。 Liu ら 23 は、数値シミュレーションを使用して、風速の拡散プロセスが地下の排気粒子に及ぼす影響を研究しました。 結果は、風速 1.8 m/s が排ガス粒子の凝集現象の軽減に役立つことを示しました。 チャンら。 らは、CFD を使用して 2 つの地下シナリオにおける DPM の拡散状態を研究し、現地測定を通じてシミュレーション結果を検証しました24。 劉ら。 は、数値シミュレーションと現場測定を組み合わせた方法を使用して、無軌道ゴム車輪車両がさまざまな地下条件下で60秒間アイドリングした場合の、道路内のDPMの分布状態とDPMに対する空気量の希釈効果を研究しました25。