VoL.27 No.4 谭卓英等：露天矿公路扬尘机理及抑尘 ·405· 大横断面积为S,车体轴向长度为L,汽车驶过L所 其柔韧性或塑性来提高抗破碎性能.对于土体特 需的时间为，则改变后的状态由两部分组成，其 别是粘土，当含水量低于液限时，适当增加含水 一，汽车行驶所排挤的空间SL,将产生负压P:其 量其塑性将增强，可减小产生破碎土尘的几率. 二，除汽车所占空间外的其他空间，因空间足够 增大粉尘颗粒的直径需要将细小的粉尘颗粒聚 大，其状态参数可以认为不随汽车行驶而改变， 合成较大颗粒的粉尘，其实质还是增大粉尘颗粒 因此，在质量不变空间中，若不考虑汽车尾气排 的自重，这和增大粉尘颗粒的容重是殊途同归 放所引起的气体质量和热能的改变，可由式(3) 的，增加容重最简单有效的办法就是增加含水 确定： 量.此外，在土质路面中铺垫碎石，增强路面的抗 Piv_PSJ(votat)dt P(V-SL)-R 辗压强度，可减轻汽车重载对路面的破坏，减少 T (8) T 尘源， 则所产生的负压可由下式计算： P.=RZ(1-P(V-SL)) 由此提出了粘结、凝并、吸湿和保水一体的 S(votat)dt (9) 综合抑尘思想.粘结就是将粉尘颗粒通过抑尘因 汽车行驶产生的负压致使诱导气流逆汽车 子的粘结作用与地面固结，并通过粘结因子的渗 所排挤的空间流动，排挤时气流的流动和诱导气 透作用使之与路面土质融合为一体，从而提高路 流的流动是一个互逆的过程，假设诱导气流的质 面的强度.凝并就是即将细小的粉尘颗粒聚合成 量为m,诱导开始速度为y,诱导终止速度为2，且 较大的粉尘颗粒，从而抑制可悬浮粉尘，吸湿则 因诱导气流最终恢复平衡，0，则根据能量守 是吸收空气中的水分，提高路面土尘的含水率， 恒和冲量原理可建立如下方程： 增大容重，增强路面柔韧性及颗粒重量，减少破 F,=mv (10) 碎和抑制粉尘扬起.保水则是抑制土尘中水分的 蒸发，使水分在土尘或地面中停留更长的时间， 式中，F,为诱导气流产生的风荷载：m为体积空间 以达到好的抑尘效果 S江内的空气质量；4为诱导气流的流速，在数值 上近似于汽车的初始行驶速度：1为诱导气流的 2新型抑尘剂的抑尘实验模拟及 作用时间.实验表明，t与汽车运行速度v、大气状 主要特性 况（气压、温度、气流速度）及地形等因素有关，坑 内平直公路诱导气流的作用时间一般为汽车经 2.1室温吸湿保水性实验 过L所需时间的10~15倍.在弯道处诱导气流的 将120mL水加相应抑尘剂按固含量配制成 作用时间大约为平直道路时的1.5~2.0倍. 溶液，分别洒到装有200g某矿运输路面的尘样 此外，在机动车行驶过程中，车体周边与空 蒸发皿中，待其润湿尘样后，做吸湿抑尘实验，测 气相摩擦会产生剪切气流，也会携带细微尘粒一 定一定时间后的含湿量.为了便于比较，还制作 起飞扬、尘化，气流的速度可由流体力学方程 了纯水溶液的尘样， 确定，汽车尾气排放所产生的喷射气流，亦将对 从图1可以看出，纯水制成的尘样，静置到 气流的状态产生影响.其影响程度与排气量大 144h后，几乎完全失去水分.图中1~4为不同配 小、方向以及与尘面的距离有关， 比的抑尘剂尘样，5为纯水制作的尘样.14号尘 13抑尘原理 样的吸湿保水性能相当：经处理后的尘样，静置 根据粉尘发生机制，抑尘原理可从以下三个 168h后含湿量降至37%左右，第4号样的长时间 方面考虑：(1)增强土质地面的抗辗压性能以减少 吸湿保水性能稍低，但经168h后，其含湿量依然 尘源.(2)增加粉尘颗粒的重量以减少扬尘.(3)改 能保持在35.65%.放置更长时间，其表面仍具有 善路况，减少振动：同时，对车载矿岩进行处理以 一定的湿度，随着空气湿度的变化，尘样的含湿 减少洒落，要增强土质路面的辗压性能，则需要 量也随着变化.而且加有抑尘剂的所有尘样都有 提高土质地面的硬度和强度，然而，由于受开采 明显的结板现象，随着尘样含湿量的减少，尘样 作业特点及土质路面本身的限制，提高硬度和强 结板现象明显.由此可见，该抑尘剂具有很好的 度来抵抗重型汽车的超大荷载是非常有限的：因 吸湿保水性，能够在较长时间内锁住水分，使尘 此，只能在满足一定强度和硬度的条件下，增强 样保持较高的含水率，从而达到抑制扬尘的效V b L2 7 N o . 4 谭 卓英 等 : 露 天矿 公路 扬 尘机 理及 抑 尘 一 4 0 5 - 大横 断 面积 为 S , 车 体 轴 向长度 为L , 汽 车驶 过 L所 需 的时 间为 t0 , 则 改变 后 的状 态 由两 部分 组成 . 其 一 , 汽车 行驶 所排 挤 的 空间 SL , 将 产 生负 压几 ; 其 二 , 除汽车 所 占空 间外 的 其他 空 间 , 因空 间足 够 大 , 其 状态 参 数 可 以认 为 不 随汽 车行 驶而 改变 . 因此 , 在质 量 不 变 空 间中 , 若 不 考 虑汽 车 尾气 排 放 所 引起 的气 体质 量 和 热 能 的改变 , 可 由式 (3) 确 定 : 八凡 _ 兀 只s了( v0 +a )t d ` 尸, (矶一 SL ) ( 8 ) 则所 产 生 的 负压 可 由下式 计算 : _ R 兀 { 1一尸 t ( 叱一 SL ) } s 丁( v0 + a )t dr ( 9 ) 汽 车 行驶 产 生 的 负压 致 使 诱 导气 流 逆 汽 车 所排 挤 的空 间流 动 , 排挤 时气 流 的流 动和 诱 导气 流 的流动 是一 个 互逆 的过 程 . 假 设诱 导气 流 的质 量 为 m , 诱 导 开始速 度 为v , , 诱导 终止 速度 为姚 , 且 因诱 导 气流 最 终 恢 复 平衡 , 姚= 0 , 则根 据 能 量 守 恒 和冲 量 原 理可 建 立 如下 方程 : 凡 一 粤 (l0 ) 式 中 , 凡为 诱导 气流 产 生的 风荷 载 ; 。 为体积 空 间 SL 内 的空气 质 量 ; v ,为 诱 导气 流 的流速 , 在 数值 上 近 似 于汽 车 的 初始 行驶 速 度 ; t为 诱 导气 流 的 作用 时 间 . 实 验表 明 , t与 汽 车 运行 速度 v 、 大 气 状 况 (气 压 、 温度 、 气 流速 度 ) 及地 形 等 因素 有 关 , 坑 内平 直 公 路 诱导 气 流 的作 用 时 间一 般 为汽 车 经 过 L 所 需 时 间的 10 一巧 倍 . 在 弯道 处 诱 导气 流 的 作 用 时 间大约 为 平直 道 路 时 的 1 . 5砚.0 倍 . 此外 , 在机 动 车 行驶 过 程 中 , 车 体周 边 与 空 气相 摩擦 会产 生 剪切 气流 , 也会 携 带细 微尘 粒一 起 飞 扬 、 尘 化 L均 , 气 流 的速度 可 由流体 力 学方 程 确 定 . 汽车 尾气 排放 所 产 生 的喷射 气 流 , 亦将 对 气 流 的状态 产 生 影 响 . 其 影 响程 度 与 排 气 量 大 小 、 方 向 以及与 尘 面 的距 离 有关 . L 3 抑 尘原 理 根 据 粉尘 发 生机 制 , 抑 尘 原理 可从 以下三 个 方面考 虑 : ( l) 增 强土质 地面 的抗 辗压 性 能 以减少 尘源 . (2 )增 加 粉 尘颗 粒 的重 量 以减少 扬 尘 . (3) 改 善 路况 , 减 少振 动 ; 同时 , 对车 载矿 岩进 行 处理 以 减 少洒 落 . 要增 强 土质 路 面 的辗 压 性 能 , 则 需 要 提 高土 质 地面 的硬度 和 强度 . 然 而 , 由于 受 开采 作业特 点 及土 质路 面 本身 的 限制 , 提 高硬 度和 强 度来抵 抗 重型 汽车 的超 大荷 载 是非 常有 限的 ; 因 此 , 只 能在 满足一 定 强度 和 硬度 的条 件下 , 增 强 其柔 韧 性或 塑性 来提 高 抗破 碎性 能 . 对 于土体特 别 是粘 土 , 当含 水 量低 于 液 限 时 , 适 当增加 含 水 量其 塑 性将 增 强 , 可减 小产 生破碎 土 尘 的几 率 . 增 大粉 尘 颗 粒 的直径 需要 将 细 小 的粉 尘 颗粒 聚 合成较 大 颗粒 的粉 尘 , 其 实质 还是 增大 粉尘 颗粒 的 自重 , 这 和 增 大粉 尘 颗 粒 的 容 重是 殊 途 同 归 的 . 增 加 容 重 最 简单 有 效 的办 法就 是 增 加含 水 量 . 此 外 , 在 土质 路面 中铺 垫碎 石 , 增 强路面 的抗 辗 压 强度 , 可 减轻 汽 车重 载对 路 面 的破 坏 , 减 少 尘 源 . 由此提 出了粘 结 、 凝 并 、 吸 湿 和保 水 一体 的 综合 抑 尘思 想 , 粘 结就 是将粉 尘 颗粒 通过 抑尘 因 子 的粘 结作 用与 地面 固 结 , 并通过粘 结 因子 的渗 透作 用使 之 与路 面土 质 融合 为一体 , 从而提 高 路 面 的强度 . 凝 并 就是 即将 细 小的粉 尘颗 粒聚 合 成 较 大 的 粉尘 颗 粒 , 从 而抑 制 可 悬浮 粉 尘 . 吸 湿则 是 吸 收 空气 中 的水 分 , 提 高 路 面土 尘 的含 水率 , 增 大容 重 , 增 强路 面柔 韧 性 及颗 粒 重量 , 减 少破 碎 和抑 制粉 尘扬 起 . 保 水则 是抑 制土 尘 中水 分 的 蒸 发 , 使 水 分在 土 尘或 地 面 中停 留更 长 的 时 间 , 以达 到好 的抑 尘 效 果 . 2 新 型 抑 尘 剂 的抑 尘 实 验 模 拟 及 主 要特性 .2 1 室 温 吸湿 保水 性 实验 将 120 m L 水 加 相应 抑 尘剂 按 固含 量 配制 成 溶 液 , 分 别洒 到 装有 2 0 9 某矿 运输路 面 的尘 样 蒸 发皿 中 , 待其 润湿 尘样 后 , 做 吸湿抑 尘实 验 , 测 定 一定 时 间后 的含湿 量 . 为 了便于 比 较 , 还 制 作 了纯 水 溶液 的尘样 . 从 图 1 可 以看 出 , 纯 水制 成 的尘 样 , 静 置到 14 4 h 后 , 几 乎 完全 失 去水 分 . 图 中 1一4 为 不 同配 比 的抑 尘 剂尘 样 , 5 为纯 水制 作 的尘 样 . 1礴 号尘 样 的吸 湿 保水 性 能相 当 ; 经处 理 后 的尘 样 , 静 置 16 8 h 后 含湿 量 降至 3 7% 左右 , 第 4 号样 的长 时 间 吸湿 保 水性 能 稍低 , 但经 168 h 后 , 其含 湿量 依然 能保 持在 35 . 65 % . 放 置 更长 时 间 , 其 表 面仍 具有 一 定 的湿 度 , 随着 空 气湿 度 的变 化 , 尘样 的含 湿 量 也 随着 变 化 . 而 且加 有抑 尘剂 的所 有 尘样都 有 明显 的结 板现 象 , 随着 尘 样含 湿 量 的减 少 , 尘 样 结板 现象 明显 . 由此 可 见 , 该 抑尘 剂 具 有很 好 的 吸湿 保水 性 , 能够 在 较长 时间 内锁 住水 分 , 使 尘 样 保 持 较 高 的 含水 率 , 从而 达 到抑 制 扬 尘 的效