【摘 要】
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施工粉尘会对作业人员健康、企业安全生产造成极大影响。现有对粉尘运移规律的相关研究多集中在矿山行业,对隧道行业仍处于起步阶段,有待进一步研究。鉴于此,本文结合某大断面隧道工程,运用计算流体力学(CFD)模拟技术对不同通风条件下隧道内风流场结构及粉尘运移规律进行研究,并推荐现场通风优化参数。主要研究成果如下:(1)通过总结不同粒径颗粒在流场中的受力,表明大颗粒粉尘沿程较易沉降或被壁面捕集,而呼吸性粉尘
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施工粉尘会对作业人员健康、企业安全生产造成极大影响。现有对粉尘运移规律的相关研究多集中在矿山行业,对隧道行业仍处于起步阶段,有待进一步研究。鉴于此,本文结合某大断面隧道工程,运用计算流体力学(CFD)模拟技术对不同通风条件下隧道内风流场结构及粉尘运移规律进行研究,并推荐现场通风优化参数。主要研究成果如下:(1)通过总结不同粒径颗粒在流场中的受力,表明大颗粒粉尘沿程较易沉降或被壁面捕集,而呼吸性粉尘受重力、惯性力和粉尘扩散作用相比于流场影响甚小可忽略。因此,隧道中呼吸性粉尘的运移主要受流场主导。(2)通过Space Claim建立了真实隧道物理模型,并结合稀相气-固两相流理论,利用Fluent软件对某大断面隧道压入式通风条件下流场及粉尘运移行为进行模拟分析,得出了隧道内流场结构及粉尘浓度沿程分布规律;并通过模拟结果与文献调研实测数据对比,验证了模拟方法的可行性。(3)通过对不同通风参数下流场结构及粉尘运移行为进行模拟分析,结果表明:风筒距工作面过近,会导致工作面附近流场混乱并产生大量涡流;反之,会超出射流有效射程;风筒布置过低会导致回流面积过大,从而回流风流与射入风流相汇形成大型循环风流;反之,会引起隧道内形成两股回流,粉尘在风筒-工作面之间形成的循环风流中不断循环;风速越大隧道沿程粉尘浓度越小,但存在最优风速;与直线段相比,隧道曲线段回流风流其运动方向不随壁面弯曲,而是保持原有风速方向流经一段距离后被风筒射流所“卷吸”,在工作面附近形成一处明显涡流;风筒后侧,直线段风速分布均匀,而隧道曲线段回流主体分布于风筒一侧壁面,容易在洞口附近形成粉尘聚集。(4)结合文献资料与本文研究结论,建议大断面隧道风筒布置在0.3~0.5倍断面高度,风筒末端与工作面距离为2.5~4倍隧道断面面积,风速设置为20~30m/s时,通风效果最佳。(5)针对某大断面隧道通风现状,设计并对比了八种不同通风方案,风速为30 m/s时,对隧道直线段和曲线段分别设置风筒口距工作面40 m,风筒中心距地面4 m以及风筒口距工作面40 m,风筒中心距地面6 m作为现场通风优化措施,其平均降尘效率分别提高了55.3%和60.2%,且该通风优化方案与推荐值吻合,验证了推荐值的合理性。
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