Influência da ventilação mista no particulado

Jul 31, 2023

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 1585 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

O gás residual emitido por carros subterrâneos de rodas de borracha sem trilhos representa uma séria ameaça à saúde e à segurança dos trabalhadores subterrâneos. Para reduzir efetivamente a concentração de gás residual de uma face de escavação abrangente, este estudo adotou um método de simulação numérica para investigar a influência do volume de sucção de ar Q e a distância L entre carros de rodas de borracha sem trilhos e frontais na lei de difusão do material particulado diesel, CO, e NOx sob sucção longa e ventilação com pressão curta. Os resultados mostraram que na condição de L = 20 m, o carro com rodas de borracha sem trilhos está mais próximo do duto de sucção. Neste ponto, quando Q = 600 m3/min, o efeito de controle do gás residual na estrada é ótimo. Além disso, sob a condição de L = 40 m, o carro com roda de borracha sem trilhos está no meio da pista. Neste ponto, quando Q = 300 m3/min, o efeito de controle do gás residual na estrada é ótimo. Quando L = 60 m e Q = 200 m3/min, o modo de ventilação na estrada é principalmente ventilação por pressão. A região de NOx de fração de alto volume e a região de NOx de fração de volume médio sob esse volume de ar são pequenas.

O carvão é crucial para o desenvolvimento industrial da China1,2,3. Todos os anos, o consumo de carvão da China representa mais de 50% do consumo total de energia do país4,5,6. Com a melhoria nos níveis de mecanização da mina, a demanda das empresas de mineração por transporte auxiliar subterrâneo está aumentando7,8,9. Carros de roda de borracha sem trilhos são amplamente utilizados em grandes minas por causa de sua flexibilidade e conveniência. O uso de um carro de rodas de borracha sem trilhos em uma face de escavação abrangente melhora muito a eficiência do transporte subterrâneo de materiais e reduz a intensidade de trabalho dos mineiros10,11,12. No entanto, devido ao espaço estreito da face de trabalho de escavação abrangente, o gás residual liberado pelo carrinho se acumula no local de trabalho e causa sérios danos aos mineiros. O gás residual liberado pelo veículo com rodas de borracha sem trilhos compreende principalmente partículas de diesel (DPM), CO e NOx. Vários produtos químicos tóxicos estão presentes na superfície do DPM, podendo causar sérios danos ao sistema respiratório humano13,14. Quando o NOx entra nos alvéolos, são formados nitrito e ácido nítrico, que têm um efeito estimulador severo no tecido pulmonar. Após a inalação, o CO pode facilmente se ligar à hemoglobina no sangue, resultando em hipóxia, dor de cabeça, tontura, vômito e outros sintomas. Portanto, faz sentido estudar a influência da ventilação subterrânea na descarga de substâncias tóxicas durante a produção de segurança de minas15,16.

A tecnologia de purificação de exaustão de diesel comumente usada é dividida principalmente em duas categorias: purificação interna e externa. Ji et al.17 adicionaram uma pequena quantidade de aditivo metálico Ce ao óleo diesel e observaram que com o aumento do teor de Ce, HC, CO e material particulado na exaustão do motor diesel diminuíram significativamente; no entanto, seu teor de NOx aumentou. Lou et ai. estabeleceu um modelo de simulação de um coletor de partículas de motor diesel (DPF) baseado em GT-Power e analisou o processo de captura de DPM pelo DPF18. Embora a purificação interna e externa possa controlar a emissão de DPM, elas ainda apresentam as desvantagens de produzir outras substâncias tóxicas e nocivas e requerem a substituição frequente dos filtros descartáveis. Para o ambiente subterrâneo úmido e empoeirado, a ventilação é adotada nas minas para diluir e dispersar os gases de exaustão. Kurnia et ai. propuseram técnicas de ventilação inovadoras usando métodos de dinâmica de fluidos computacional (CFD) para avaliar o fluxo de ar no fundo do poço, oxigênio e dispersão de gases nocivos19. Os resultados mostraram que o projeto de ventilação proposto pode lidar com as emissões de gases nocivos de forma eficiente. Fava et al. propuseram um método híbrido para estudar a distribuição de concentração de DPM em minas subterrâneas usando solucionadores de rede de ventilação e CFD. A eficiência de cálculo do modelo ventilatório foi alta e precisa e, consequentemente, resultados detalhados foram obtidos20. Thiruvengadam et al. utilizou o modelo de transporte de material e o modelo de fase discreta no ANSYS FLUENT para realizar simulações numéricas de DPM emitido por empilhadeiras subterrâneas21. Os resultados mostraram que a concentração de DPM simulada pelo modelo de fase discreta está próxima da situação real. Xu et al.22 estudaram a influência da lei de difusão de partículas de escapamento de diesel na via por meio de um software de simulação numérica. Liu et al.23 utilizaram simulações numéricas para estudar a influência do processo de difusão da velocidade do vento nas partículas de exaustão subterrânea. Os resultados mostraram que uma velocidade do vento de 1,8 m/s pode ajudar a aliviar o fenômeno de agregação de partículas de gases residuais. Chang et ai. estudou o estado de difusão do DPM em dois cenários subterrâneos usando CFD e verificou os resultados da simulação por meio de medições de campo24. Liu et ai. usaram um método de combinação de simulação numérica com medições de campo para estudar o estado de distribuição do DPM na estrada e o efeito de diluição do volume de ar no DPM quando o veículo de rodas de borracha sem trilhos está ocioso sob diferentes condições subterrâneas por 60 s25.