690 工程科学学报，第37卷，第6期 300r (a 300r6 250 +=1.5ms 250 200 -=2.0mg -p=0.8 MPa -=2.5m·g 200 -P=0.9 MPa 150 -=3.0m8 -p=1.0 MPa v=3.5 m.s- 150 100 50 20 20 40 60 20 20 40 60 与钻孔中心距离/m 与钻孔中心距离m 400 350d 350 300 -w=60 r.min -w=72 r.min -h=4m --u=84 rmin- +-h=8m h=12m 200 50 50 0 20 20 40 60 100 20 40 60 100 与钻孔中心距离m 与钴孔中心距离m 图6不同条件下粉尘质量浓度沿程分布.(a)风速：(b)气压：()孔深：(d)转速 Fig.6 Dust concentration change regularities under different conditions:(a)wind velocity:(b)air pressure:(e)drilling depth:(d)rotary speed 由图6(b)可知：在压力为0.8~1MPa范围内，供 面的碰撞效应，粉尘沉降量较大.穿孔过程中，为降低 气压力越大，粉尘质量浓度整体越低.这是由于较大 粉尘质量浓度，钻具最佳转速应控制在84r·minl 的压力能赋予粉尘颗粒较大的初始动能，在从孔底产 左右 生后的扩散过程中，与孔壁、采场底板、边坡、设备表面 4.4模拟结果验证 等碰撞概率增加，导致大量颗粒发生沉降，粉尘质量浓 根据GBZ/T192.1一2007《工作场所空气中粉尘 度较低.随着压力的增加，钻孔后方15m外粉尘质量 测定第1部分：总粉尘浓度》以及类似文献中的测点布 浓度由115mg·m3降低至90mg·m3,粉尘质量浓度 置方法，在S03采场内分别布置风速测点及粉尘质量 浓度测点，取钻机右侧1m（y=1m)断面与呼吸带高 最大值变化并不明显.在现场作业过程中，应尽量保 证空压机处于最佳运行状态，供气压力达到1MPa. 度平面的交线作为测点线，沿风流方向按照一定间距 布置测点.其中，风速测点布置间距为20m,共布置七 在钻进深度为4~12m范围内，钻进深度越深，孔 个测点：粉尘质量浓度测点分别布置在距钻孔中心 口处排出的粉尘量越少，其下风向15m范围内粉尘质 -5、-2、-1、0、1、2、5、8、11、15、20、30、50、70及100m 量浓度整体越低，如图6（©）所示.钻进深度决定了尘 处，共计布置15个粉尘质量浓度测点.采用热球风速 源的位置，深度越深，尘源处粉尘排出至孔口的路径越 仪及滤膜采样器对风速及粉尘质量浓度进行测量，每 长，排出过程中与孔壁、钻杆外壁等碰撞的几率增加， 个测点均进行不少于三次的数据测定，并取平均值，整 沉降效应增强，导致粉尘质量浓度降低.随着钻进深 理后与数值模拟结果进行对比如图7所示. 度的增加，粉尘质量浓度最大值由380mg·m3降低至 从图7可以看出，露天矿边坡钻机作业过程中，在 260mgm3.因此，应重点考虑浅孔打钻时的粉尘控 进行比较的基准线上，风速及粉尘质量浓度的模拟结 制问题. 果与实测数据基本吻合，分布及变化规律基本保持一 钻具旋转过程中，会带动环形缝隙内风流旋转，旋 致.两者数值上的略微偏差是由于在现场测定、几何 转风流可携带粉尘颗粒排出孔口，并赋予粉尘颗粒一 模型建立及参数设置过程中均会存在一定误差所造成 个旋转的初始动能。由图6(d)可知：在钻具转速为 的.通过对比分析，验证了露天矿边坡钻机粉尘的运 60~72r·min区域内，转速越快，粉尘质量浓度越高， 动、扩散及沉降方程，说明采用离散相模型对露天矿边 说明低转速引起的旋转风流对粉尘颗粒的携带能力较 坡钻机粉尘分布进行模拟具有可行性，模拟结果可信 强，粉尘颗粒排出量较大；在72~84r"min区域内，钻 5结论 速越快，粉尘质量浓度越低，说明高转速引起的旋转风 流赋予了粉尘颗粒更大的初始动能，增大了粉尘与壁 (1)边坡钻机穿孔作业过程中，风速及粉尘质量工程科学学报，第 37 卷，第 6 期 图 6 不同条件下粉尘质量浓度沿程分布． (a) 风速; (b) 气压; (c) 孔深; (d) 转速 Fig． 6 Dust concentration change regularities under different conditions: (a) wind velocity; (b) air pressure; (c) drilling depth; (d) rotary speed 由图 6(b)可知:在压力为 0. 8 ～ 1 MPa 范围内，供 气压力越大，粉尘质量浓度整体越低． 这是由于较大 的压力能赋予粉尘颗粒较大的初始动能，在从孔底产 生后的扩散过程中，与孔壁、采场底板、边坡、设备表面 等碰撞概率增加，导致大量颗粒发生沉降，粉尘质量浓 度较低． 随着压力的增加，钻孔后方 15 m 外粉尘质量 浓度由 115 mg·m － 3 降低至 90 mg·m － 3 ，粉尘质量浓度 最大值变化并不明显． 在现场作业过程中，应尽量保 证空压机处于最佳运行状态，供气压力达到 1 MPa． 在钻进深度为 4 ～ 12 m 范围内，钻进深度越深，孔 口处排出的粉尘量越少，其下风向 15 m 范围内粉尘质 量浓度整体越低，如图 6(c)所示． 钻进深度决定了尘 源的位置，深度越深，尘源处粉尘排出至孔口的路径越 长，排出过程中与孔壁、钻杆外壁等碰撞的几率增加， 沉降效应增强，导致粉尘质量浓度降低． 随着钻进深 度的增加，粉尘质量浓度最大值由 380 mg·m － 3 降低至 260 mg·m － 3 ． 因此，应重点考虑浅孔打钻时的粉尘控 制问题． 钻具旋转过程中，会带动环形缝隙内风流旋转，旋 转风流可携带粉尘颗粒排出孔口，并赋予粉尘颗粒一 个旋转的初始动能． 由图 6 ( d) 可知:在钻具转速为 60 ～ 72 r·min － 1 区域内，转速越快，粉尘质量浓度越高， 说明低转速引起的旋转风流对粉尘颗粒的携带能力较 强，粉尘颗粒排出量较大;在 72 ～ 84 r·min － 1 区域内，钻 速越快，粉尘质量浓度越低，说明高转速引起的旋转风 流赋予了粉尘颗粒更大的初始动能，增大了粉尘与壁 面的碰撞效应，粉尘沉降量较大． 穿孔过程中，为降低 粉尘 质 量 浓 度，钻 具 最 佳 转 速 应 控 制 在 84 r·min － 1 左右． 4. 4 模拟结果验证 根据 GBZ /T 192. 1—2007《工作场所空气中粉尘 测定第1 部分:总粉尘浓度》以及类似文献中的测点布 置方法，在 S03# 采场内分别布置风速测点及粉尘质量 浓度测点，取钻机右侧 1 m ( y = 1 m)断面与呼吸带高 度平面的交线作为测点线，沿风流方向按照一定间距 布置测点． 其中，风速测点布置间距为 20 m，共布置七 个测点;粉尘质量浓度测点分别布置在距钻孔中心 － 5、－ 2、－ 1、0、1、2、5、8、11、15、20、30、50、70 及 100 m 处，共计布置 15 个粉尘质量浓度测点． 采用热球风速 仪及滤膜采样器对风速及粉尘质量浓度进行测量，每 个测点均进行不少于三次的数据测定，并取平均值，整 理后与数值模拟结果进行对比如图 7 所示． 从图 7 可以看出，露天矿边坡钻机作业过程中，在 进行比较的基准线上，风速及粉尘质量浓度的模拟结 果与实测数据基本吻合，分布及变化规律基本保持一 致． 两者数值上的略微偏差是由于在现场测定、几何 模型建立及参数设置过程中均会存在一定误差所造成 的． 通过对比分析，验证了露天矿边坡钻机粉尘的运 动、扩散及沉降方程，说明采用离散相模型对露天矿边 坡钻机粉尘分布进行模拟具有可行性，模拟结果可信． 5 结论 (1) 边坡钻机穿孔作业过程中，风速及粉尘质量 ·690·