陈举师等：边坡钻孔作业中粉尘分布及其影响因素的数值模拟 ·689* 距钻孔的距离，监测点均位于呼吸带高度平面与y= 穿孔开始后，钻头钻进过程中破碎及剥落岩石所 1m垂面的交线内.同时，对计算稳定后的采场空间质 产生的粉尘颗粒在供气系统所产生的高速气流作用 量浓度场进行对比分析.图5为呼吸带高度平面内距 下，自孔底由孔口喷射而出：受采场自然风流的作用， 钻孔中心不同距离的断面内粉尘质量浓度沿程分布情 由孔口喷射而出的粉尘颗粒纵向沿风流方向扩散，横 况，及距钻孔中心1m处断面内不同高度粉尘质量浓 向随机脉动，在运动过程中由于受到重力沉降、壁面拦 度沿程分布 截等作用，终止其运动轨迹 500 由图4可知，不同监测点处粉尘质量浓度随时间 rs5m -=50m x=10m -x=90m 推移逐步升高，到一定值时保持稳定，并在固定区间内 400 x=20m 上下波动.穿孔作业开始后5s时，粉尘扩散至钻机司 机处(x=5m),在10s时粉尘质量浓度趋于稳定，并基 本保持在200mg·m3左右.穿孔作业后8s时，粉尘扩 散至钻机机尾处(x=10m),在13s时粉尘质量浓度趋 于稳定，并基本保持在175mg·m3左右.穿孔作业后 150 200 25 15、42及80s时，粉尘分别扩散至钻孔后20、50及90m 时间s 处，并分别在25、75及175s时粉尘质量浓度趋于稳 图4粉尘质量浓度实时监测图 定，分别保持在100、75及50mgm3左右. Fig.4 Real time monitoring of dust concentration 600 300r (a b 500 250 +=150m 400 =0m 200 =2.25m +-1=05m -z-3.00m y=1.0m -=3.75m -=15m =4.50m 200 -1=2.0m 100 50 20 40 60 80 0 20 40 60 0 与钻孔中心距离m 与钻孔中心距离m 图5不同断面内()及不同高度内(b)粉尘质量浓度沿程分布 Fig.5 Dust concentration distribution at different cross sections (a)and heights (b) 由图5可知：在采场空间内，粉尘质量浓度沿程先 场风速、供气压力、钻孔深度和钻具转速是影响边坡钻 急剧升高，在钻孔后方8m处达到最大值，之后快速降 穿孔作业过程中粉尘质量浓度分布的四个主要因素 低，在钻孔后方约15m处降低至一较小值，再逐步缓 通过对不同风速、压力、孔深及转速条件下粉尘质量浓 慢下降，在采场前方边坡附近区域内，含尘气流基本不 度沿程分布情况进行对比分析，优化出粉尘质量浓度 进入，粉尘质量浓度较低.在水平方向上，粉尘质量浓 较低的参数设置，以指导现场作业.取呼吸带高度平 度以钻孔所在断面为中心，向两侧逐步降低，在靠近边 面与y=1m垂面的交线作为粉尘质量浓度测点线，得 坡一侧，粉尘质量浓度降低较快.在竖直方向上，粉尘 出边坡钻穿孔作业过程中不同采场风速条件下、不同 质量浓度随高度的增加逐步降低，在高度达到4.5m 供气压力条件下、不同钻孔深度条件下及不同钻具转 后，粉尘质量浓度整体保持在一个较低的水平，降低幅 速条件下粉尘质量浓度沿程分布，如图6所示 度较小.靠近边坡一侧，由钻孔中心所在断面(y= 采场自然风一方面可以将弥散在空气中的粉尘携 0m)至距钻孔中心2m处断面(y=2m)范围内，随着 带并排出，一方面又会将沉降粉尘吹起，造成二次污 距离的增加，粉尘质量浓度最大值由550mg“m3降至 染.由图6(a)可知：在风速为1.5~2ms区域内，粉 60mg·m3,钻孔后方15m外区域内粉尘质量浓度由 125mgm3降至25mgm3:当高度为1.5m~4.5m范 尘质量浓度随风速增大而增大，该区域内风流的排尘 围内，随着高度的升高，粉尘质量浓度最大值由 作用较之扬尘要弱：在风速为2~3.5ms区域内，风 285mgm3降至40mg“m3,钻孔后方15m外区域内 速越大，粉尘质量浓度整体越低，排尘作用较之扬尘要 粉尘质量浓度由100mgm3降至5mgm3 强.通过比较可知采场风速为3.5m·s时粉尘质量 4.3粉尘影响因素的确定 浓度较低.在现场作业过程中，应尽力解决好露天矿 根据现场经验总结及查阅相关文献资料可知，采 山的通风问题，保证采场有一个较高的排尘风速.陈举师等: 边坡钻孔作业中粉尘分布及其影响因素的数值模拟 距钻孔的距离，监测点均位于呼吸带高度平面与y = 1 m垂面的交线内． 同时，对计算稳定后的采场空间质 量浓度场进行对比分析． 图 5 为呼吸带高度平面内距 钻孔中心不同距离的断面内粉尘质量浓度沿程分布情 况，及距钻孔中心 1 m 处断面内不同高度粉尘质量浓 度沿程分布． 图 4 粉尘质量浓度实时监测图 Fig． 4 Real time monitoring of dust concentration 穿孔开始后，钻头钻进过程中破碎及剥落岩石所 产生的粉尘颗粒在供气系统所产生的高速气流作用 下，自孔底由孔口喷射而出;受采场自然风流的作用， 由孔口喷射而出的粉尘颗粒纵向沿风流方向扩散，横 向随机脉动，在运动过程中由于受到重力沉降、壁面拦 截等作用，终止其运动轨迹． 由图 4 可知，不同监测点处粉尘质量浓度随时间 推移逐步升高，到一定值时保持稳定，并在固定区间内 上下波动． 穿孔作业开始后 5 s 时，粉尘扩散至钻机司 机处(x = 5 m)，在 10 s 时粉尘质量浓度趋于稳定，并基 本保持在 200 mg·m － 3 左右． 穿孔作业后 8 s 时，粉尘扩 散至钻机机尾处(x = 10 m)，在 13 s 时粉尘质量浓度趋 于稳定，并基本保持在 175 mg·m － 3 左右． 穿孔作业后 15、42 及 80 s 时，粉尘分别扩散至钻孔后 20、50 及 90 m 处，并分别在 25、75 及 175 s 时粉尘质量浓度趋于稳 定，分别保持在 100、75 及 50 mg·m － 3 左右． 图 5 不同断面内(a)及不同高度内(b)粉尘质量浓度沿程分布 Fig． 5 Dust concentration distribution at different cross sections (a) and heights (b) 由图 5 可知:在采场空间内，粉尘质量浓度沿程先 急剧升高，在钻孔后方 8 m 处达到最大值，之后快速降 低，在钻孔后方约 15 m 处降低至一较小值，再逐步缓 慢下降，在采场前方边坡附近区域内，含尘气流基本不 进入，粉尘质量浓度较低． 在水平方向上，粉尘质量浓 度以钻孔所在断面为中心，向两侧逐步降低，在靠近边 坡一侧，粉尘质量浓度降低较快． 在竖直方向上，粉尘 质量浓度随高度的增加逐步降低，在高度达到 4. 5 m 后，粉尘质量浓度整体保持在一个较低的水平，降低幅 度较小． 靠 近 边 坡 一 侧，由 钻 孔 中 心 所 在 断 面(y = 0 m)至距钻孔中心 2 m 处断面( y = 2 m)范围内，随着 距离的增加，粉尘质量浓度最大值由 550 mg·m － 3 降至 60 mg·m － 3 ，钻孔后方 15 m 外区域内粉尘质量浓度由 125 mg·m － 3 降至 25 mg·m － 3 ;当高度为 1. 5 m ～ 4. 5 m 范 围内，随 着 高 度 的 升 高，粉 尘 质 量 浓 度 最 大 值 由 285 mg·m － 3 降至 40 mg·m － 3 ，钻孔后方 15 m 外区域内 粉尘质量浓度由 100 mg·m － 3 降至 5 mg·m － 3 ． 4. 3 粉尘影响因素的确定 根据现场经验总结及查阅相关文献资料可知，采 场风速、供气压力、钻孔深度和钻具转速是影响边坡钻 穿孔作业过程中粉尘质量浓度分布的四个主要因素． 通过对不同风速、压力、孔深及转速条件下粉尘质量浓 度沿程分布情况进行对比分析，优化出粉尘质量浓度 较低的参数设置，以指导现场作业． 取呼吸带高度平 面与 y = 1 m 垂面的交线作为粉尘质量浓度测点线，得 出边坡钻穿孔作业过程中不同采场风速条件下、不同 供气压力条件下、不同钻孔深度条件下及不同钻具转 速条件下粉尘质量浓度沿程分布，如图 6 所示． 采场自然风一方面可以将弥散在空气中的粉尘携 带并排出，一方面又会将沉降粉尘吹起，造成二次污 染． 由图 6(a)可知:在风速为 1. 5 ～ 2 m·s － 1 区域内，粉 尘质量浓度随风速增大而增大，该区域内风流的排尘 作用较之扬尘要弱;在风速为 2 ～ 3. 5 m·s － 1 区域内，风 速越大，粉尘质量浓度整体越低，排尘作用较之扬尘要 强． 通过比较可知采场风速为 3. 5 m·s － 1 时粉尘质量 浓度较低． 在现场作业过程中，应尽力解决好露天矿 山的通风问题，保证采场有一个较高的排尘风速． ·689·