高海拔隧道爆破后粉尘污染动力学模型及影响因素

摘要：

为降低高海拔隧道钻爆法施工爆破后的粉尘污染,提高隧道掘进工作面粉尘防治技术和职业健康保障能力,推动施工隧道清洁化生产水平.依托西南某铁路隧道工区为背景建立隧道爆破掘进压入式通风模型,根据气固两相流理论与气溶胶力学构建高海拔隧道粉尘污染动力学模型.运用数值模拟软件分析不同海拔高度、通风距离以及通风风量条件下的爆破驱动掘进工作面,高浓度粉尘污染效应,并采用灰色关联分析法探究粉尘质量浓度降低至安全值所需时间与各影响因素之间的关联度.研究结果表明:海拔高度上升将引起的环境参数与气固耦合流体运动特性的改变,粉尘颗粒水平运移速度与海拔高度和粉尘粒径均呈负相关,竖直沉降速度与之相反.高海拔隧道爆破后粉尘质量浓度空间分布服从多元高斯分布,且扩散系数随海拔高度的上升而增大.隧道内风流场分布区域分为涡流区、过渡区以及稳定区,涡流区呈锥形且中心的风速小于周围区域的风速,隧道断面平均风速降低至约0.3 m/s并逐渐稳定.爆破后粉尘颗粒随风流向隧道外呈"(∩)字型"运移,隧道回风侧的粉尘质量浓度大于风管侧.爆破后产生的大颗粒粉尘(粒径≥30 μm)在距掘进工作面100 m范围内快速沉降,小颗粒粉尘将随风扩散并悬浮于隧道空间内,且扩散距离越远,粉尘粒径越小.高海拔环境下扩大风管出口至掘进工作面距离以及增加风管风量均有利于减低隧道爆破后的粉尘污染效应,隧道内粉尘质量浓度降低至安全值所需时间受通风距离的影响最大,通风风量的影响次之,而海拔高度的影响相对有限,其灰色关联度系数分别为0.684、0.678和0.661.

关键词：高海拔、隧道爆破、粉尘污染、动力学模型、灰色关联分析、数值模拟

所属期刊栏目：48

分类号：TD724;U25(矿山安全与劳动保护)

资助基金：国家自然科学基金51874016

在线出版日期：2023-03-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共16页

页码：263-278