INFLUENCE OF TURBULENT DEPOSITION INTENSITY ON THE CONCENTRATION OF FINE DUST DURING THE OPERATION OF A SHEARER IN A MINE WORKINGS THE PAPER ASSESSES
DOI:
https://doi.org/10.32782/3041-2080/2025-3-31Keywords:
turbulent dust deposition, dynamic characteristics of the ventilation flow, convective diffusion, transverse migration, fine phaseAbstract
The paper assesses the degree of influence of the process of turbulent deposition of fine dust on the change in its concentration along the length of a mine workings during the operation of a shearer. Analytical methods have been used to determine the influence of the process of transverse turbulent migration of suspended fine dust particles on the change in their concentration along the length of the mine workings, taking into account the dynamic characteristics of the ventilation flow. According to the results of analytical studies, it was found that at the entrance to the mine workings and further movement of the ventilation flow containing the fine dust phase, the process of migration of small suspended dust particles to the surface of the workings occurs. Based on the analysis of the processes of convective diffusion and turbulent migration of the fine dust phase, it was found that the geometric parameters of the mine workings and the aerodynamic parameters of the ventilation flow affect the deposition of fine dust. To evaluate the efficiency of turbulent deposition of the fine phase on the surface of a mine workings, a formula is recommended that allows determining the fraction of settled low-inertial dust particles depending on the geometric parameters of the mine workings and aerodynamic parameters of the ventilation flow. The paper develops and theoretically substantiates a mathematical model of deposition of low-inertial fine dust particles from the ventilation stream, which differs from the known ones in that it takes into account the processes of convective diffusion and turbulent migration of the fine dust phase during its movement along the length of the mine workings. The practical significance of the obtained results is that the recommended formula allows to estimate the effect of turbulent deposition of the fine dust phase on the value of its concentration and to justify the need to develop methods and means to reduce the amount of fine dust phase during sinking operations.
References
Zhou W., Wang H., Zhang J., He F., Liu J., Wang D. A novel method for reducing the amount of dust produced by roadheaders based on the numerical simulation of coal breakage. Fuel. 2023. Vol. 343. 127978. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2023.127978
Березюк О. В., Гринчак Н. М., Спрут О. В., Березюк В. О. Удосконалення математичної моделі впливу викидів дрібнодисперсного пилу на захворюваність хворобами системи кровообігу. Наукові праці ВНТУ. 2023. № 1. URL: https://praci.vntu.edu.ua/index.php/praci/article/view/674/638 (дата звернення: 02.12.2024).
Directive 2008/50/EC of the European Parliament and of the Council of 21 May 2008 on ambient air quality and cleaner air for Europe. European Parliament and the Council: official website. URL: https://online.budstandart.com/ua/catalog/document.html?id_doc=60074 (дата звернення: 02.12.2024).
Ambient air pollution: a global assessment of exposure and burden of disease. World Health Organization. Switzeland, Geneva: WHO Document Production Services, 2016. 121 p. URL: https://iris.who.int/handle/10665/250141 (дата звернення: 02.12.2024).
Ma Q., Nie W., Yang S., Xu C., Peng H., Liu Z., Guo C., Cai X. Effect of spraying on coal dust diffusion in a coal mine based on a numerical simulation. Environmental Pollution. 2020. Volume 264. 114717. DOI: https://doi.org/10.1016/j.envpol.2020.114717
Regulatory Impact Analysis for the Final Revisions to the National Ambient Air Quality Standards for Particulate Matter. Planning and Standards Health and Environmental Impacts. № EPA-452/R-12-005. U.S. Environmental Protection Agency Office of Air Quality. 2013. 474 р. URL: https://nepis.epa.gov/Exe/ZyNET.exe/P100G5UO.TXT?ZyActionD=ZyDocument&Client=EPA&Index=2011+Thru+2015&Docs=&Query=&Time=&EndTime=&SearchMethod=1&TocRestrict=n&Toc=&TocEntry=&QField=&QFieldYear=&QFieldMonth=&QFieldDay=&IntQFieldOp=0&ExtQFieldOp=0&XmlQuery=&File=D%3A%5Czyfiles%5CIndex%20Data%5C11thru15%5CTxt%5C00000006%5CP100G5UO.txt&User=ANONYMOUS&Password=anonymous&SortMethod=h%7C-&MaximumDocuments=1&FuzzyDegree=0&ImageQuality=r75g8/r75g8/x150y150g16/i425&Display=hpfr&DefSeekPage=x&SearchBack=ZyActionL&Back=ZyActionS&BackDesc=Results%20page&MaximumPages=1&ZyEntry=1&SeekPage=x&ZyPURL# (дата звернення: 02.12.2024).
Liu Q., Nie W., Hua Y., Peng H., Ma H., Yin S., Guo L. Long-duct forced and short-duct exhaust ventilation system in tunnels: Formation and dust control analysis of pressure ventilation air curtain. Process Safety and Environmental Protection. 2019. Vol. 132. Pages 367–377. DOI: https://doi.org/10.1016/j.psep.2019.10.012
Nie W., Wei W., Ma X., Liu Y., Peng H., Liu Q. The effects of ventilation parameters on the migration behaviors of head-on dusts in the heading face. Tunnelling and Underground Space Technology. 2017. Vol. 70. P. 400–408. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tust.2017.09.017
Finkelman R. B., Tian L. The health impacts of coal use in China. International Geology Review. 2017. DOI: https://doi.org/10.1080/00206814.2017.1335624
Kampa M., Castanas E. Human health effects of air pollution. Environmental Pollution. 2008. Vol. 151. Iss. 2. P. 362–367. DOI: https://doi.org/10.1016/j.envpol.2007.06.012
Matzenbacher C. A., Garcia A. L. H., Santos M. S., Nicolau C. C., Premoli S., Corrêa D. S., Souza C. T., Niekraszewicz L., Dias J. F., Delgado T. V., Kalkreuth W., Grivicich I., Silva J. DNA damage induced by coal dust, fly and bottom ash from coal combustion evaluated using the micronucleus test and comet assay in vitro. Journal of Hazardous Materials. 2017. Vol. 324. Part B. P. 781–788. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2016.11.062
Hu S., Feng G., Ren X., Xu G., Chang P., Wang Z., Zhang Y., Li Z., Gao Q. Numerical study of gas–solid two-phase flow in a coal roadway after blasting. Advanced Powder Technology. 2016. Vol. 27. Iss. 4. P. 1607–1617. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apt.2016.05.024
Про затвердження Правил безпеки у вугільних шахтах. НПАОП 10.0-1.01-10 : наказ Державного комітету України з промислової безпеки, охорони праці та гірничого нагляду від 22.03.2010 № 62. Дата оновлення: 02.06.2023. URL: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/z0398-10#Text (дата звернення: 02.12.2024).
Cai P., Nie W., Chen D., Yang S., Liu Z. Effect of air flowrate on pollutant dispersion pattern of coal dust particles at fully mechanized mining face based on numerical simulation. Fuel. 2019. Vol. 239. P. 623–635. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2018.11.030
Nazif H. R., Tabrizi H. B. Development of boundary transfer method in simulation of gas–solid turbulent flow of a riser. Applied Mathematical Modelling. 2013. Vol. 37. Iss. 4. P. 2445–2459. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apm.2012.05.030
Soo S. L., Ihrig H. K., Jr., El Kouh A. F. Experimental Determination of Statistical Properties of Two- Phase Turbulent Motion. ASME. J. Basic Eng. September 1960. No. 82 (3). P. 609–621. DOI: https://doi.org/10.1115/1.3662677
Xiu Z., Nie W., Yan J., Chen D., Cai P., Liu Q., Du T., Yang B. Numerical simulation study on dust pollution characteristics and optimal dust control air flow rates during coal mine production. Journal of Cleaner Production. 2020. Vol. 248. P. 119197. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.119197
Батлук В. А., Проскуріна І. В., Батлук В. В. Математична модель руху двофазного потоку в пристроях очищення запиленого потоку в технологіях машинобудування. Вісник Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут». 2010. С. 87–93. URL: https://ela.kpi.ua/server/api/core/bitstreams/0b866681-6a94-487e-bb72-392cdf360c97/content (дата звернення: 02.12.2024).
Cooper C. D., Alley F. C. Air Pollution Control: A Design Approach. Fourth edition. Long Grove (IL):Waveland press, 2011. XVI. 839 р. URL: https://www.academia.edu/34689148/Air_Pollution_Control_A_Design_Approach (дата звернення: 02.12.2024).
Колесник В. Є., Павличенко А. В. Методи оцінки екологічної небезпеки експлуатації і ліквідації вугільних шахт та напрями і засоби її зниження : монографія Дніпро : Літограф, 2017. 208 с.
Юрченко А. А. Підвищення екологічної безпеки масових вибухів в залізорудних кар’єрах за пиловим чинником : дис. … канд. тех. наук : 21.06.01. Дніпро, 2012. 161 с.
Кілочицька Т. Розвиток теорії турбулентності та нелінійна динаміка (1940–1990). Наука та наукознавство. 2024. Вип. 2 (112). С. 137–153. DOI: https://doi.org/10.15407/sofs2021.02.137
Cecala А. B. Dust Control Handbook for Industrial Mineral Mining and Processing / А. B. Cecala, A. D. OʼBrien, J. F. Colinet and others. Pittsburgh-Spokane: NIOSH, 2012. 314 p.
Основи теорії примежового шару : навч. посіб. / А. А. Халатов, Є. В. Мочалін, Н. Ф. Димитрієва. КПІ ім. Ігоря Сікорського. Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2019. 191 с.
Технологія та обладнання захисту атмосфери : методичні вказівки до виконання курсових проектів з курсу / Укл. О. І. Іваненко. Київ : ТОВ «Інфодрук», 2012. 107 с.
Chiesa G. Particulate separation from gas streams by means of liquid film in annular two-phase climbing flow. Chem. Eng. Sci., 1974. Vol. 29, № 10. Р. 1139–1146.
