D0I:10.13374f.issnl00103x.1998.0B.040 第20卷第3期 北京科技大学学报 Vol.20 No.3 1998年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.1998 爆破有毒气体的污染预报* 杜翠风杨国彦李怀宇 北京科技大学资源工程学院，北京100083 摘要在爆破后很短时间内形成的蘑菇云和缓慢从爆堆中散发出的爆堆溢出气体构成了爆破毒 气的总量.依据气体的运动特点，分别把它们看成是瞬时体积源和不规则体积源.溢出气体扩散 采用积分烟团模式，通过模型简化及扩散系数修正，建立了露天矿空气污染评价模型，并利用它 对大冶铁矿的爆破进行了较为准确的污染预报. 关键词污染预报；污染源，爆堆溢出气体 分类号TD714:R136.3 由于矿床露天开采爆破规模的不断加大和凭借炸药单耗提高破碎比，在霹天爆破中排入 大气中的含尘气体量亦显著增加，约占露天矿有害排放物质的25%~30%0.影响炸药反应 生成炮烟的因素有：炸药组分和物理性质，炸药包装成分和类型以及环境条件等.大量研究表 明，炮烟中主要污染物是一氧化碳(CO)和氮氧化物(NO+NO,).大部分有毒产物都扩散到 露天矿含尘气雾中.此外另有约占总量30%的有毒气体缓慢从爆准中溢出.为有效地预测 有毒有害气体和飘尘在矿内造成的污染，对爆破后的含尘气雾模型进行简化，采取适当的扩 散模型和扩散参数系统，建立矿内空气污染评价模型，并对爆破进行污染评价是有必要的， 1源模型的简化 在爆破含尘气雾冲出地表后很短一段时间内，形成一种蘑菇状烟尘云).爆破生成的气 体由于空气湍流和自生湍流作用夹卷大量新鲜空气并与之混合；另外一部分爆堆溢出气体在 爆破后缓慢溢出.为方便计算，分别取蘑菇云和爆堆为污染源，计算二者对爆区工作面的污染 贡献. 源模型简化假设如下：(1)假设污染源（蘑菇云和爆堆）具有规则的几何形状，找出等效的 几何尺寸；(2)评价爆破对整个矿区的污染程度，假定蘑菇云为瞬时源，爆堆是不规则源，溢出 气体量是时间的函数；(3)假定整个矿区风场稳定， 2扩散模式 2.1爆破生成气体蘑菇云扩散模式 在有风(u≥1m/s)的条件下，假定蘑菇云是瞬时体积源，其扩散采用积分烟团模式，文 献[3】给出爆后1时刻浓度分布： 1997-10-30收稿杜翠风女，31岁，讲师，硕士 *国家自然科学基金资助课题
DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1998. 03. 040
Vol.20 No.3 杜翠风：爆破有毒气体的污染预报 ·221· 29, -) c(,5,)= (2元)u0,0,0 exp 20 (1) 其中：1，一污染物从源到计算点的时间(S);Q,一污染源排放1时刻后的源强(g);0,0,0.一， y,:方向扩散参数， 通过现场观测假定爆区上方的蘑菇云为瞬时体积源，可视为一单箱模型，假定污染物在 箱内均匀分布，整个箱的输人、输出可以写出质量平衡方程： Ibh ubh(c,-c)+lbQ-ke,l (2) 式中：c,一1时刻后单箱内污染物浓度(mg/m)；1,b,h一单箱长度、宽度、高度(m)；c,一污染 物本底浓度(mg/m);k一污染物衰减速率常数：Q一污染源的源强(mg/s). 研究中，忽略污染物质衰减，且在爆区内除爆破外无其他污染源，Q=0.则式(2)可简化 为： e1=k,-) (3) 且c,=2,/,y为单箱体积(m),积分后，得： Q,=c,y+(Q。-c,)e-1 (4) 或 Qu=(e,-c,v)e-1 (5) 式中：2，一1时刻后源强(mg):Q,一爆破后的瞬时源强，即爆破生成有毒气体质量(mg). 从式(4)看出，当1很大时，箱内污染物浓度趋近本底浓度.由此可见，在爆破后很长一段 时间内，影响矿区环境质量的是瀑堆溢出的有害污染物质 30 2.2爆堆溢出有害气体的扩散 1实测 25 2回归 爆堆是无规则排放源，在爆破后很长一段时间内，约占 总生成量30%的有害气体从爆堆中缓慢溢出，污染矿区空 202 气，).但溢出源强并不是1个常量，而是随时间的增加而衰 15 堂 减.通过硐室爆破试验可得如图】所示关系，得回归方程： 10 c,=-0.045r+1.181-10.7161+35.781 (6) 3/ 爆破药质量为0.35kg 对此类无规则排放源，可假定为一系列瞬时烟团，仍采 024681012 /min 用积分烟团模式得污染浓度分布： 图1爆堆中CO溢出浓度 20dr c,0=2nuo0,0: (-u0 expl 2c (7) 通过分析可知，矿内任何采样点的浓度分布：=c,+℃，且在1很小的清况下，爆破生成 含尘气雾是主要污染因素；？很大时，主要是由于爆堆溢出气体导致矿内污染 3扩散参数系统 在污染物浓度计算中，最重要的是如何确定扩散参数σ，0，和σ.σ，的确定难度较大，且在 x方向上的扩散作用与随风输送相比显得微不足道，所以在一般计算中可近似地取σ，=σ.通 常扩散参数随大气稳定度、下风向距离、下垫面状况及取样时间等变化.由GB2840-83扩散
·222· 北京科技大学学报 1998年第3期 参数估值9 0=Y,x (8) 0:=Y2X (9) 其中，Y,aY,a,分别是回归系数，x为下风向距离. 在实际应用中，除采用帕斯奎尔稳定度分类法对气象资料进行分析，确定大气稳定度等 级以外，还需要针对影响流场特性的因素，按具体情况进行必要的修正. 3.1热排放修正 由于爆破释放大量热能，可以认为是热排放，这时烟气抬升可引起与周围空气的速度切 变，由此引起的自生湍流作用会使扩散作用增强，它对σ影响不大，而将加大σ，即 0=y2x+(H/3.5)2 (10) 其中，H为烟气抬升高度(m). 3.2虚拟距离的修正 一般有关线源、面源，体积源扩散的计算式均采用虚拟点源法.如式(1)和式(2)，蘑菇云 和爆堆均作为体积源处理，故需经虚拟距离修正 0,=Y1x+(1/4.3) (11) 0:=Y2x+(1./4.3) (12) 其中，I,一分别为污染源在横风向的宽和高(m). 4污染预报实例 大冶铁可矿露天爆破所用乳化炸药的有毒气体浓度为20~60g,约折合为25~75g/ kg,主要成分是CO,并含有少量的NO+NO,.某次爆破参数如下：装药量3.2t,估计爆区范 图30m×20m,爆堆高度12m,孔径170 mm,孔深为16m,测点在同一台阶下风 表1大冶铁矿爆破CO浓度 mg.m-3 向(80,0,3.1m)处.气象条件为：天气晴朗， 爆后时间/s 计算值 实测值 气温32℃，风速小于2ms,风向为西南 40 40.50-148.50 65.77 风，气压1021hPa.计算测点C0浓度见表1. 5 9.45~120.30 21.55 由表】可见计算值与实测值基本符合，所建模型对于露天矿爆破含尘气雾的污染预报较 适用， 参考文献 1周淑良，胡爱华.露天矿爆破含尘气体的有效抑制.采矿抉报，1996(4)：20 2王坚，石华，爆破有毒烟雾的顶测.采矿旷快报，1992(8)：7 3张慧勤.环境经济系统分桥.北京：清华大学出版社，1993.8 4程声通.环境系统分桥.北京：清华大学出版社，1990.4 5李怀宇，张兴凯.爆破烟尘初期运动过程的模拟.金属矿山，1995(2)：19
Vol.20 No.3 杜翠凤：爆破有毒气体的污染预报 ·223· Pollution Prediction of Poison Blasting Gases Du Cuifeng Yang Guoyun Li Huaiyu Resources Eningeering School,UST Beijig.Beijing 100083,China ABSTRACT The mushroom cloud forming in a very short time after blasting and the overflwing gases from the heap that emited very slowly from the heap made u p the amount of the explosive gases.According to their movement characterstics,the mushroom cloud was taken as the souce of instantaneous volume and the overflowing gases from the heap was taken as the irregular volume,their diffusion pattern is selected as the pattern of smoke volume integral.On the basis of consideration,the pollution evaluation pattern of an open-pit was established by simplifing the pattern and amending the diffu- sion coefficient.A reltively accurate pollution prediction on explosive gases in Dayie Iron Mine was carried out. KEY WORDS pollution prediction;pollution source;overflowing gases from the heap 中中平中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中平中中中中中中中中中中平中中平中中中中中中中学中中中中 TEM Study of Microcrack Nucleation and Propagation for 310 Stainless Steel Honggi Li Oizhi Chen Yizhong Huang Yanbin Wang Wuyang Chu Applied Science School,UST Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT TEM in situ tensile tests of 310 stainless steel show that a dislocation free zone (DFZ)forms if the displacement keeps constant after dislocations are emitted from a crack tip.The elastic DFZ is gradually thinned and the stress in the DFZ will reach the cohesive strength,resulting in nucleation of nanocracks in it and their bluntness into voids. If continuously tensioning,the inhomogeneously thinning ahead of the crack tip,initiat- ing and connecting of microcracks or microvoids will be observed rather than a DFZ, nanocracks'initiation and bluntness into voids.The inverse pile-up ahead of a loaded crack tip can move back to the crack tip when unloading. KEY WORDS 310 stainless steel;in situ TEM tension;dislocation free zone:initiation of nanocrack (Form:Journal of University of Science und Technology Beijing (English Edition),1998,4(2).100) 中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中中