ВПЛИВ ІНТЕНСИВНОСТІ ТУРБУЛЕНТНОГО ОСАДЖЕННЯ НА КОНЦЕНТРАЦІЮ ДРІБНОДИСПЕРСНОГО ПИЛУ ПІД ЧАС РОБОТИ КОМБАЙНА В УМОВАХ ГІРНИЧОЇ ВИРОБКИ
DOI:
https://doi.org/10.32782/3041-2080/2025-3-31Ключові слова:
турбулентне осадження пилу, динамічні характеристики вентиляційного потоку, кон- вективна дифузія, поперечна міграція, дрібнодисперсна фазаАнотація
У роботі оцінено ступінь впливу процесу турбулентного осадження дрібнодисперсного пилу на зміну його концентрації по довжині гірничої виробки під час роботи комбайна. Використано аналітичні методи для визначення впливу процесу поперечної турбулентної міграції зважених дрібнодисперсних частинок пилу на зміну їх концентрації по довжині гірничої виробки з урахуванням динамічних характеристик вентиляційного потоку. За результатами аналітичних досліджень встановлено, що при вході в гірничу виробку та під час подальшого руху вентиляційного потоку з вмістом дрібнодисперсної фази пилу відбувається процес міграції дрібних зважених часток пилу до поверхні виробки. На підставі аналізу процесів конвективної дифузії і турбулентної міграції дрібнодисперсної фази пилу виявлено, що під час руху вентиляційного потоку на осадження дрібнодисперсного пилу впливають геометричні параметри гірничої виробки й аеродинамічні параметри вентиляційного потоку. Для оцінки ефективності турбулентного осадження дрібнодисперсної фази на поверхню гірничої виробки рекомендовано формулу, що дає змогу визначити частку осілих слабо інерційних часток пилу залежно від геометричних параметрів гірничої виробки й аеродинамічних параметрів вентиляційного потоку. У роботі розроблено та теоретично обґрунтовано математичну модель осадження слабо інерційних дрібнодисперсних часток пилу з вентиляційного потоку, яка відрізняється від відомих тим, що враховує процеси конвективної дифузії і турбулентної міграції дрібно-дисперсної фази пилу під час її переміщення по довжині гірничої виробки. Практичне значення отриманих результатів полягає в тому, що рекомендована формула дає змогу оцінити вплив турбулентного осадження дрібнодисперсної фази пилу на величину її концентрації і обґрунтувати потребу в розробці способів і засобів зниження кількості дрібнодисперсної фази пилу під час виконання прохідницьких робіт.
Посилання
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.
