【摘要】：采用計(jì)算流體力學(xué)等方法,研究了露天礦礦坑幾何尺寸特點(diǎn)和逆溫現(xiàn)象對(duì)露天礦粉塵聚集的影響。研究結(jié)果表明:逆溫現(xiàn)象阻礙了露天礦礦坑內(nèi)產(chǎn)生的粉塵向外擴(kuò)散,是露天礦粉塵污染高發(fā)的重要原因;逆溫現(xiàn)象的形成機(jī)理能較好地解釋露天礦粉塵濃度冬春季高而夏秋季低的現(xiàn)象;利用Froude數(shù)評(píng)價(jià)逆溫現(xiàn)象對(duì)露天礦粉塵擴(kuò)散的影響,通過敏感性分析可以得出逆溫強(qiáng)度是決定露天礦粉塵聚集最主要的影響因素;當(dāng)逆溫現(xiàn)象多發(fā)導(dǎo)致礦坑內(nèi)粉塵擴(kuò)散不出去時(shí),僅降低某作業(yè)環(huán)節(jié)的粉塵排放量不能避免礦坑粉塵污染的發(fā)生。治理露天礦粉塵污染需要從全礦角度出發(fā),結(jié)合逆溫現(xiàn)象的特點(diǎn)來重新安排礦區(qū)整體的降塵抑塵作業(yè),才能控制粉塵濃度的升高。
【圖文】：

嚴(yán)重的粉塵污染，此時(shí)阻礙礦坑內(nèi)空氣與礦坑外大氣自由流動(dòng)的是逆溫現(xiàn)象［4］。1露天礦粉塵聚集的特點(diǎn)以我國北方某露天煤礦為例，其礦坑內(nèi)出現(xiàn)的粉塵污染呈現(xiàn)典型的水平層狀分布，，在污染物層上部能看到清晰的分界面，這是典型的逆溫現(xiàn)象導(dǎo)致的粉塵污染，如圖1所示。圖1我國北方某露天煤礦粉塵污染示意圖現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，露天煤礦所產(chǎn)生的局部小逆溫層大氣層次結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，對(duì)流層內(nèi)的逆溫層高度通常為100～200m［5］。當(dāng)露天煤礦上部出現(xiàn)逆溫層時(shí)，逆溫層像一層厚厚的蓋子罩在露天煤礦上空，逆溫層上下空氣流動(dòng)不暢，礦坑內(nèi)的粉塵不能順利擴(kuò)散到礦坑外，同時(shí)由于礦坑內(nèi)粉塵在不斷產(chǎn)生，越積越多，最后往往發(fā)展成嚴(yán)重的空氣污染。當(dāng)露天礦周邊大環(huán)境也出現(xiàn)大型逆溫現(xiàn)象時(shí)，2個(gè)逆溫層相互疊加，在露天礦上方將出現(xiàn)復(fù)合型逆溫層。下部是露天礦產(chǎn)生的小逆溫層，上部是周邊環(huán)境產(chǎn)生的大逆溫層，此時(shí)礦坑內(nèi)外空氣對(duì)流極弱，粉塵不易擴(kuò)散，露天礦內(nèi)將產(chǎn)生嚴(yán)重的粉塵污染，此時(shí)應(yīng)做好預(yù)警和預(yù)案以應(yīng)對(duì)能見度極低的作業(yè)環(huán)境。2露天礦粉塵聚集機(jī)理露天礦內(nèi)粉塵聚集主要受到逆溫現(xiàn)象的影響。當(dāng)露天礦坑內(nèi)形成逆溫層時(shí)，礦坑內(nèi)粉塵聚集，粉塵濃度升高;當(dāng)逆溫層消散時(shí)，粉塵擴(kuò)散速度加快，粉塵濃度降低。露天煤礦經(jīng)常出現(xiàn)的逆溫現(xiàn)象主要有輻射逆溫、地形逆溫和平流逆溫，這是由露天礦特有的地形地貌特征決定的［6－7］。輻射逆溫:經(jīng)常發(fā)生在晴朗無云的夜空，多出現(xiàn)于我國西北部的露天煤礦區(qū)，云層和降水都較少，地面輻射被云層保留的比例小，近地面層氣溫迅速下降，而高處大氣層降溫較少，從而出現(xiàn)上暖下冷的逆溫現(xiàn)象。這種逆溫黎明前最強(qiáng)，日出后自下而上消失。地形逆溫:露天煤礦礦坑的幾何形狀特別有利于該種逆溫現(xiàn)象?

期時(shí)間段內(nèi)，露天礦的深度可以認(rèn)為是不變的(若以年為研究時(shí)間跨度的話，露天礦的深度也是變化的)。當(dāng)風(fēng)速大于2m/s時(shí)，露天礦局部的逆溫層會(huì)被吹散，或者說很難形成逆溫層［13］。這意味著，當(dāng)露天礦發(fā)生因逆溫引起的粉塵污染時(shí)，一定滿足無風(fēng)或微風(fēng)的氣象條件，否則逆溫層很難形成或很容易被吹散，因此認(rèn)為風(fēng)速較小且變化不大，近似假定為常量。則此時(shí)主要的影響因素為溫度和逆溫強(qiáng)度，夜間溫度的變化趨勢(shì)為逐漸遞減，逆溫強(qiáng)度的變化為逐漸增加。使用Matlab繪制的Froude數(shù)在不同溫度和逆溫強(qiáng)度條件下的變化圖見圖2，其中露天礦深度取100m，風(fēng)速取1m/s，溫度的變化范圍為253～268K，逆溫強(qiáng)度的變化范圍為0～0．021℃/m。圖2不同條件下的Froude數(shù)圖2顯示的是所有的可能組合，單獨(dú)研究各個(gè)變量的影響能更加清楚地展示不同因素的影響程度·97·第44卷第4期2017年8月礦業(yè)安全與環(huán)保MININGSAFETY＆ENVIＲONMENTALPＲOTECTIONVol.44No.4Aug.2017

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