·404· 北京科技大学学报 2005年第4期 成的细小粉尘，一般为吸入性粉尘，粒径小，重量 于轮缘，沿轮缘切线方向飞出而形成切向尘气 轻，粒间粘结力（含颗粒间吸附力）小，极易在外 流.粉尘颗粒沿轮缘飞出的速度为轮缘处的线速 界起锚荷载下克服粒间引力的束缚而启扬. 度，飞出力的值为土尘颗粒的离心力.由于车轮 (2)粉尘起锚荷载.粉尘起锚荷载是指克服粉 连续带动高速运动的尘粒，将产生强大的诱导气 尘颗粒重力、颗粒间引力及粘结力而使粉尘启扬 流并夹带细微粉尘、土粒甚至碎石随其运动，使 的作用力.使粉尘启扬的临界荷载称为极限起锚 道路上产生扬尘.尘气流乃粒子离心作用所为， 力.由下式确定： 作用于粉尘颗粒的离心力F。为： F=C+W+G (1) F=ΣmR (5) 式中，F®为极限起锚力，C为粉尘颗粒间的粘结 式中，m,为粉尘颗粒的质量，R为轮轴轴心到轮缘 力，W为粉尘颗粒自重，G为粉尘颗粒间的力. 的半径. 粒间粘结力C与粉尘物质组成、电荷极性、含 ④撒落击碎与振动.由于路况等原因，汽车 水量以及粉尘颗粒间是否有充填介质等有关.若 运动会产生振动，一方面使粘附于轮缘的尘土及 已知粉尘颗粒所带电荷量，粉尘之间的电荷引力 车厢内矿岩撒落：另一方面，爆破及机械荷载使 则由物理学方程确定.粉尘颗粒的自重力W取决 地面质点震动造成土尘松动，在诱导气流作用下 于颗粒尺寸、物质组成及含水量.粒间引力是普 形成粉尘.粉尘或尘气流的强弱与路面质量、原 遍存在的，已知粉尘颗粒的质量及颗粒间的中心 矿性质（含土与否）、汽车荷载、行驶速度及气候 距离，其引力大小亦由物理学方程确定.由于粒 条件等有关.设地面质点垂直震动加速度的临界 间引力很小，一般可以忽略不计.因此，临界起锚 值为4，则当下式成立时，粉尘颗粒将在震动作 力主要由粒间粘结力和粉尘颗粒的自重力决定， 用下启扬： 粉尘启扬的临界条件为： doe Fa (6) F.≥F0 (2) m. (2)车体机械风荷载与尘气流.风荷载分机械 12粉尘发生机制及尘气流 (1)轮胎剪切摩擦所产生的离心尘气流.汽车 风荷载和自然风荷载，目前大中型可山多采用重 在自重压力下，分四种作用机制： 型自卸汽车运输方式，车辆在运输矿岩时，除剪 切刮削、颠簸、振动、撒落产生直接扬尘外，汽车 ①辗压作用.轮胎嵌入和挤压地面，使地面 变形、破碎形成松散的土尘，并在诱导气流的作 机械荷载还会产生二次扬尘.在车辆行驶过程 中，汽车速度越大，质量越大，所产生的冲量也就 用下扬尘，辗压破碎的体积Q与单位面积上的作 越大：在汽车经过所排挤的空间将产生巨大的负 用力P,土体硬度H,及抗剪性质有关.用公式表示 压，进而形成诱导气流，使汽车周围的空气逆排 为： e-h景 挤方向流动.诱导气流的强弱取决于汽车的重 (3) 量、横断面积的大小以及行车速度，当诱导气流 式中，k是与轮缘形状有关的系数，k是与土体抗 产生的荷载大于粉尘的临界起锚荷载时，强大的 剪性质有关的参数，P=为轮胎上的垂直作 诱导气流会使地面破碎土尘及路侧降尘启扬，形 用力，F为作用于轮轴上的压力，D为轮胎与地 成二次扬尘. 面的接触长度，B为轮胎接触面宽度， 假定一个包括汽车体积在内的质量不变空 ②摩擦、剪切与刮削作用.由于轮胎的旋转 间，其体积足够大，以至可以不考虑汽车运动对 运动，与地面摩擦，产生强大的摩擦、剪切与刮削 其质量的改变，则汽车运动所产生的负压可由下 作用形成粉尘，这一作用使得粉体破碎的体积增 式确定： 大，刮削力F,的值与剪切破坏的面积有关： PV-P:V=R (7) R-0品 (4) 式中，P,,T为变化初始状态下的大气压力、空 式中，D:为破碎漏斗的深度：α为漏斗的顶锥角之 间体积及大气温度：P,V,2为汽车驶过后的大 半，在数值上近似等于土体的内摩擦角中：为土 气压力、空间体积及大气温度：R为热力学气体 体的抗剪强度， 常数. ③离心作用.经辗压和摩擦破碎的尘土粘附 若汽车以起始速度%及加速度a行驶，其最北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 4 4 4 5 0 2 0 成 的细 小粉 尘 , 一般 为吸入 性粉 尘 , 粒径 小 , 重量 轻 , 粒 间粘 结力 (含颗 粒 间吸 附力 ) 小 , 极 易在 外 界 起锚 荷 载下 克 服粒 间 引力 的束 缚 而启 扬 . (2 )粉尘 起锚 荷载 . 粉尘起 锚荷 载是 指克服 粉 尘颗 粒 重力 、 颗 粒 间引力及 粘 结力 而使粉 尘 启扬 的作 用 力 . 使 粉 尘启扬 的 临界荷 载称 为 极 限起 锚 力 . 由下 式确 定 : 凡= C十 砰十G ( l) 式 中 , 凡 为 极 限起 锚 力 , C 为粉 尘 颗 粒 间 的粘 结 力 , 砰为粉 尘颗粒 自重 , G 为粉 尘颗 粒 间 的引 力 . 粒 间粘 结力 C 与粉 尘物质 组成 、 电荷 极 性 、 含 水量 以及粉 尘颗 粒 间是 否有 充填介 质等 有关 . 若 己知粉 尘颗粒所 带 电荷 量 , 粉尘之 间 的 电荷 引力 则 由物 理学 方程 确 定 . 粉 尘颗 粒 的 自重 力 砰取决 于颗 粒尺 寸 、 物 质组成 及 含水 量 . 粒 间 引力 是普 遍存在 的 , 己知 粉 尘颗粒 的质 量及 颗粒 间的中心 距离 , 其 引力大 小 亦 由物理 学 方程 确 定 . 由于粒 间引 力很小 , 一 般可 以忽 略不计 . 因此 , 临界 起锚 力主要 由粒 间粘结力 和粉 尘颗 粒 的 自重 力决 定 . 粉尘 启扬 的 临界 条件 为 : 凡 七凡 (2 ) L Z 粉 尘发 生机 制 及尘 气流 ( l) 轮胎 剪 切摩擦 所产 生 的离心 尘气 流 . 汽 车 在 自重 压 力 下 , 分 四种 作用 机制 : ①辗 压 作用 . 轮胎 嵌入 和 挤压 地 面 , 使地 面 变 形 、 破 碎 形成 松 散 的土尘 , 并在 诱 导气 流 的作 用 下扬 尘 . 辗 压 破碎 的体积 Q与单 位面 积 上 的作 用 力尸 ,土 体 硬度从 及 抗剪 性质 有 关 . 用公 式表 示 为 : 于 轮 缘 , 沿 轮 缘 切线 方 向飞 出而 形 成切 向尘气 流 . 粉 尘颗 粒沿 轮缘 飞 出的速度 为轮 缘处 的线速 度 v , 飞 出力 的值为 土尘颗 粒 的离 心力 . 由于车轮 连 续带动 高速 运动 的尘粒 , 将产 生强 大 的诱导气 流 并夹 带细 微 粉尘 、 土粒 甚至 碎 石 随其运 动 , 使 道 路上 产生 扬 尘 . 尘 气流 乃粒 子 离心 作用 所 为 , 作 用于粉 尘 颗粒 的离心 力 eF 为 : 一 。 沪 厂 。 = 乙 矛力厂不犷一 场 ( 5 ) 式 中 , m `为粉尘 颗粒 的质 量 , R 。为轮 轴轴 心到 轮缘 的半 径 . ④ 撒落 击 碎与 振 动 . 由于路 况等 原 因 , 汽 车 运 动会 产 生振 动一方 面 使粘 附于 轮缘 的尘土 及 车厢 内矿 岩撒落 ; 另一 方面 , 爆破 及机 械荷 载 使 地面质 点 震动造 成土 尘松 动 , 在诱 导气 流作用 下 形 成粉 尘 . 粉 尘 或 尘气 流 的强弱 与 路面 质量 、 原 矿 性质 (含 土 与否 ) 、 汽 车荷 载 、 行 驶速 度 及气 候 条 件等 有关 . 设 地面质 点垂直 震动 加速度 的 临界 值 为 a 。 , 则 当下式 成立 时 , 粉 尘颗 粒将 在 震动 作 用 下 启扬 : a02 互刀刁i ( 6 ) ~ , , 尸 口 = 凡凡不 不厂 一 了1 5 ( 3 ) 式 中 , 瓦是 与 轮缘 形状 有关 的系数 , 凡是 与土 体抗 煎性 质 有 关 的 参 数 , p 一 共 为轮 胎 上 的垂 直 作 ” ’工 胆 曰 / 、 目 “ 笋 从 ’ ` D wB / , , “ ’ J曰 一 目 J ~ ~ ” - 用 力 , 只 为 作 用 于 轮轴 上 的压 力 , 几 为轮 胎 与 地 面 的接触 长 度 , B 为轮 胎 接触 面 宽度 . ② 摩擦 、 剪 切 与刮 削 作用 . 由于轮 胎 的旋转 运动 , 与地 面摩 擦 , 产生 强大 的摩擦 、 剪 切 与刮削 作用 形成粉 尘 . 这 一作用 使得 粉体 破碎 的体 积增 大 , 刮 削力 sF 的值 与剪切 破 坏的面 积有 关 : (2 )车 体机械 风荷 载与 尘气流 . 风荷载 分机 械 风荷 载和 自然风荷 载 . 目前大 中型矿 山 多采用 重 型 自卸汽 车运 输 方式 , 车 辆 在运 输矿 岩 时 , 除 剪 切 刮削 、 颠 簸 、 振 动 、 撒 落 产生 直接 扬 尘外 , 汽 车 机 械 荷载 还 会 产 生二 次 扬 尘 . 在 车 辆行 驶 过 程 中 , 汽车 速度 越大 , 质 量越 大 , 所 产 生 的冲 量也 就 越 大 ; 在汽 车经 过所排 挤 的空 间将产 生 巨 大 的负 压 , 进 而 形成 诱 导气 流 , 使 汽车 周 围 的空气 逆 排 挤 方 向流 动 . 诱 导气 流 的 强弱 取 决 于汽 车 的 重 量 、 横 断面积 的大 小 以及 行 车速 度 . 当诱 导气 流 产 生 的荷 载 大于粉尘 的临界 起锚 荷载 时 , 强大 的 诱 导气 流会 使地 面破碎 土 尘及路 侧 降尘启扬 , 形 成 二 次扬 尘 . 假 定 一 个包 括 汽 车 体 积 在 内的质 量 不 变 空 间 , 其体 积足 够 大 , 以至可 以不考 虑汽 车运 动 对 其 质量 的 改变 , 则汽 车运 动所 产生 的负压 可 由下 式确 定 : 尸;私 界 几矶 兀 二 R ( 7 ) 。 一 箫 ( 4) 式 中 , D f为破 碎漏 斗 的深 度 : a 为漏 斗 的顶锥 角之 半 , 在 数值 上近 似 等 于土 体 的 内摩 擦 角沪; 肠 为土 体 的抗 剪强 度 . ⑨ 离 心作 用 . 经 辗压 和摩 擦破 碎 的尘 土粘 附 式 中 , 尸, , 矶 , 皿 为变 化初 始状 态 下 的大气 压 力 、 空 间 体积 及 大 气 温度 ; 八 , K , 界 为汽 车 驶 过 后 的大 气压 力 、 空 间体 积及 大气 温 度 : R 为热 力学气 体 常数 . 若汽 车 以起 始速度 v0 及 加速 度 a 行驶 , 其最