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Dust pollution during shotcrete process in high-altitude tunnel based on numerical simulation

Particuology 2023年第4期75卷 82-95页

作者： Cong Li Zhongan Jiang Guoliang Zhang Xue Feng fabin zeng College of Civil and Resource Engineering University of Science and Technology BeijingBeijing100083China NHC Key Laboratory for Engineering Control of Dust Hazard University of Science and Technology BeijingBeijing100083China

The surrounding rock needs shotcrete support after drilling and blasting excavation in the tunnel;the high concentration of dust generated in the process will endanger workers'occupational ***,to ensure the cleanness and safety of the tunnel construction process,a full-scale model of the tunnel was established based on field data of a high-altitude tunnel of the Sichuan-Tibet *** dust production mechanism is summarized by combing the whole process of *** Computa-tional Fluid Dynamics(CFD)method was used to study the diffusion and transport of dust under different *** grey relational analysis was applied to investigate the correlation values of the influ-encing factors on dust diffusion in the shotcrete operation *** results show that the dust gener-ation mechanism of shotcrete includes the sudden change of particle velocity in the jet area leading to escape and particle impact dust generation,where fine dust is easily dispersed in the *** continuous dust production,the dust concentration is higher near the wet spraying machine and on the backflow side of the working *** the air supply volume and shortening the distance between the air duct and the working face is conducive to diluting the dust concentration in the *** the high-altitude environment,the dust concentration in the tunnel decreases,the diffusion distance be-comes smaller,the settlement proportion of dust particles increases,and the risk of secondary pollution *** simulation results and the field measurement data are consistent,which can provide theoretical support for the construction site dust control.

关键词： High-altitude tunnel Shotcrete Dust diffusion Numerical simulation Ventilation system

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Effect of inlet area on the performance of a two-stage cyclone separator

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Chinese Journal of Chemical Engineering 2022年第4期35卷 8-19页

作者： Jihe Chen Zhongan Jiang Bin Yang Yapeng Wang fabin zeng School of Civil and Resource Engineering University of Science and Technology BeijingBeijing 100083China China Academy of Safety Science and Technology Beijing 100029China

The cyclone separator is an important separation *** paper presents a new type of embedded two-stage cyclone,which includes a 2 nd-stage cyclone(internal traditional cyclone)with multiple inlets and a 1 st-stage cyclone(outer cylinder)that unifies the 2 nd-stage cyclone inlets into one *** Taguchi experimental method was used to study the two-stage cyclone separator’s inlet area on its *** have shown that the increase of the 1 st-stage cyclone inlet area and the increase in the number of 2 nd-stage cyclone inlets(N)positively affect reducing the pressure drop and a negative effect on *** is recommended to use 2 S(the original 1 st-stage cyclone inlet area)of the 1 st-stage cyclone inlet area and 2 N of the 2 nd-stage cyclone inlets when separating fine *** with a traditional cyclone,the pressure drop is reduced by 1303 Pa,the mass separation efficiency(Eq)is increased by 0.56%,and the number separation efficiency(En)is increased by 2.05%.When separating larger particles,it is recommended to use 2 S of the 1 st-stage cyclone inlet area and 4 N of the 2 nd-stage cyclone *** with a traditional cyclone,although Endecreases slightly,the pressure drop is reduced by 3055 Pa,and the Eqis increased by 0.56%.The research results provide new insight into the design of the cyclone.

关键词： Two-stage cyclone Mass separation efficiency Pressure drop Taguchi method Particle concentration

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基于CNKI文献计量学的矿山粉尘研究可视化知识图谱分析

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矿业安全与环保 2022年第4期49卷 37-44,50页

作者：蒋仲安曾发镔北京科技大学土木与资源工程学院北京100083

为探明矿山粉尘的研究脉络与热点变化,以CNKI收录的2001—2021年的1 863篇文献为样本,利用Citespace与VOSviewer可视化知识图谱技术,对我国近20年矿山粉尘研究的时空分布特征、热点主题与前沿趋势进行了分析。研究表明:矿山粉尘研究分... 详细信息

为探明矿山粉尘的研究脉络与热点变化,以CNKI收录的2001—2021年的1 863篇文献为样本,利用Citespace与VOSviewer可视化知识图谱技术,对我国近20年矿山粉尘研究的时空分布特征、热点主题与前沿趋势进行了分析。研究表明:矿山粉尘研究分为波动增长期(2001—2007年)、快速上升期(2008—2015年)及缓慢过渡期(2016—2021年)3个阶段;载文期刊所属学科主要集中在矿业工程、安全科学与工程领域;研究领域已经初步形成了较为稳定的核心作者群与机构;研究主题包含了矿山粉尘的产生、运移、防治及致灾后果的全过程。未来矿山粉尘研究应关注复杂艰险环境下的地下矿山与深凹露天矿,加强研究机构跨学科的合作交互,促使矿山粉尘研究与自动化、信息化、智能化等技术的融合与应用。

关键词：矿山粉尘防治文献计量学知识图谱 VOSviewer Citespace

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基于云模型的复杂艰险山区深埋隧道施工通风系统综合评估

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铁道学报 2022年第3期44卷 123-131页

作者：罗勋谢文强曾发镔川藏铁路有限公司四川成都610041 西南交通大学土木工程学院四川成都610036 中铁二局集团有限公司四川成都610031 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083

针对隧道施工通风系统综合评估过程中存在模糊性与不确定性的问题,引入云模型理论,构建了复杂艰险山区深埋隧道施工通风系统综合评估模型。以某山区铁路施工隧道为研究背景,选取通风网络、通风动力、通风设施、通风管理以及特殊地域作... 详细信息

针对隧道施工通风系统综合评估过程中存在模糊性与不确定性的问题,引入云模型理论,构建了复杂艰险山区深埋隧道施工通风系统综合评估模型。以某山区铁路施工隧道为研究背景,选取通风网络、通风动力、通风设施、通风管理以及特殊地域作业环境5个方面共计18项影响因素作为评估指标。建立优(Ⅰ)、良(Ⅱ)、中等(Ⅲ)、较差(Ⅳ)、差(Ⅴ)5个评判等级,并利用正向云发生器计算隶属于不同等级的确定度。运用区间数替换传统点数值构造矩阵以确定各评估指标权重,依据评估指标的云模型特征参数计算该隧道通风系统的综合等级。研究结果表明,经过模型的数据检验与应用性验证,该评估模型具有较高的实用性与可操作性,可为类似隧道施工通风系统评估提供借鉴。

关键词：深埋隧道施工通风系统云模型综合确定度特殊地域环境

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基于煤矿安全生产标准化的双控机制APP系统研究

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中国安全生产科学技术 2019年第9期15卷 141-146页

作者：曾发镔蒋仲安北京科技大学土木与资源工程学院

针对我国煤矿安全生产标准化工作中数据采集的时效性差、数据录入工作量繁琐、数据汇总分析不明确的问题,利用易安卓编程语言与SQLite数据库技术,采用瀑布生命周期模型的软件开发方法,以《煤矿安全生产标准化考核定级办法》中双控机制... 详细信息

针对我国煤矿安全生产标准化工作中数据采集的时效性差、数据录入工作量繁琐、数据汇总分析不明确的问题,利用易安卓编程语言与SQLite数据库技术,采用瀑布生命周期模型的软件开发方法,以《煤矿安全生产标准化考核定级办法》中双控机制的基本内容为依据,设计包括个人信息管理、法律知识库检索、安全风险分级管控、事故隐患排查治理、数据可视化分析、其他6大功能模块的APP系统。结果表明:该系统可提供适合相关管理人员使用的可视化界面,减少了复杂繁琐的工作量,为标准化工作的定点巡检与数据的完整性提供了良好的技术支持,也为非煤矿山、冶金、石油化工等行业的标准化工作实现信息化管理提供了较好的应用模式。

关键词：煤炭行业安全生产标准化双控机制 Android程序开发瀑布模型

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制曲车间多尘源粉尘分布特征数值模拟

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中国安全科学学报 2023年第4期33卷 130-139页

作者：李沛琳蒋仲安曾发镔中国工程物理研究院流体物理研究所四川绵阳621900 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083

为揭示制曲车间粉尘运移规律及其分布特征,以某酒厂制曲车间拆曲工艺区为研究背景,基于高斯模型建立制曲车间粉尘质量浓度方程,运用Fluent软件数值模拟自然通风条件下,不同尘源位置及数量等多种工况的制曲车间粉尘扩散过程,并相互验证... 详细信息

为揭示制曲车间粉尘运移规律及其分布特征,以某酒厂制曲车间拆曲工艺区为研究背景,基于高斯模型建立制曲车间粉尘质量浓度方程,运用Fluent软件数值模拟自然通风条件下,不同尘源位置及数量等多种工况的制曲车间粉尘扩散过程,并相互验证粉尘质量浓度的理论计算值、数值模拟结果与实测数据,得到不同工况下制曲车间粉尘质量分布及运移时空演变特征。研究结果表明:发酵仓内尘源位于不同位置时,粉尘主要集中于作业面附近,其中,仓内近窗作业与中部作业相比较,前者造成发酵仓粉尘高质量浓度区域更广,全尘峰值质量浓度在200 mg/m 3附近上下波动;与走道相对位置不同的发酵仓进行近窗作业时,走道粉尘主要集中于作业仓附近,多个发酵仓同时作业与单仓作业相比,多尘源会对走道粉尘分布产生叠加效应,其中,相邻仓作业时走道粉尘污染最严重,全尘质量浓度高达75 mg/m 3以上;单仓、相邻仓、相对仓作业工况下,分别在作业时长为525、470、498 s前后,粉尘已扩散至整个走道。

关键词：制曲车间多尘源数值模拟分布方程粉尘扩散粉尘质量浓度

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煤矿安全生产标准化安全风险分级管控APP开发

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煤矿安全 2019年第11期50卷 235-238,243页

作者：曾发镔倪文耀北京科技大学土木与资源工程学院北京1OOO83 华北科技学院安全工程学院河北三河101601

从煤矿安全生产标准化安全风险分级管控专业的基本内容和评分依据入手,利用易安卓编程语言和SQLite数据库进行系统开发,采用生命周期的软件开发方法,将纸质化的评分依据导入到开发的APP中,同时提供适合相关管理人员使用的可视化界面,将... 详细信息

从煤矿安全生产标准化安全风险分级管控专业的基本内容和评分依据入手,利用易安卓编程语言和SQLite数据库进行系统开发,采用生命周期的软件开发方法,将纸质化的评分依据导入到开发的APP中,同时提供适合相关管理人员使用的可视化界面,将打分工作智能化、信息化、数字化。APP系统的应用有利于煤矿安全工作的信息化管理,减少了复杂繁琐的工作量,为提高安全监管水平和实现煤炭企业的本质安全化提供了较好的技术支持。

关键词：煤炭行业安全生产标准化风险分级 Android程序开发生命周期法

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矿井湿喷过程的产尘特性和复合降尘外加剂的制备

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煤炭学报 2024年第2期49卷 865-875页

作者：蒋仲安司明理张国梁曾发镔李聪北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083 国家卫生健康委粉尘危害工程防护重点实验室北京102308 中国安全生产科学研究院北京100012 新疆维吾尔自治区安全生产应急救援指挥中心新疆乌鲁木齐830013

矿井湿喷过程的粉尘污染是制约湿喷支护工程高效、清洁和安全生产的重要因素。为降低湿喷过程粉尘对作业人员的危害,提高矿山企业粉尘防治和职业健康保障的能力,运用气溶胶力学与HertzMindlin碰撞理论,构建了湿喷混凝土冲击产尘的动力... 详细信息

矿井湿喷过程的粉尘污染是制约湿喷支护工程高效、清洁和安全生产的重要因素。为降低湿喷过程粉尘对作业人员的危害,提高矿山企业粉尘防治和职业健康保障的能力,运用气溶胶力学与HertzMindlin碰撞理论,构建了湿喷混凝土冲击产尘的动力学模型;并针对湿喷工艺特点,建立了湿喷混凝土相似实验装置,对不同工艺条件下的产尘特性进行分析;结合湿喷过程外加剂的降尘机制,对外加剂的减弹降尘性能进行研究,配置适用于湿喷工艺的高性能复合降尘外加剂。结果表明,湿喷过程中弥散在空气中的气溶胶颗粒粒径大部分在2μm以下,2μm以下(不含2μm)颗粒数占比在90%以上。湿喷产尘主要受喷射距离、喷射压力和水灰比影响。喷射距离不宜太大或太小;随着喷射距离的增加,颗粒浓度呈先降低后增加的趋势。同样,喷射压力为0.4 MPa时,较为合适。当压力太大时,会导致回弹率和粉尘质量浓度增加;当压力太小时,物料到达受喷面时的动能较小,不能很好地黏附在受喷面。同时,在保证物料流动性的同时,可通过减小水灰比来降低回弹率和产尘量。研制的复合降尘外加剂主要由速凝剂、络合剂、早强剂、黏结剂以及表面活性剂复配形成。通过正交实验以及优化实验,最终确定的湿喷复合降尘外加剂配方及其质量分数为:A-55%、B-3%、C-4.5%、D-0.5%、E-0.15%、水-36.85%。掺入该复合降尘外加剂后,湿喷过程粉尘质量浓度下降了约57%,有效降低湿喷过程的粉尘产生量,降尘效果明显。

关键词：降尘外加剂产尘特性粉尘湿喷矿井

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高原矿井掘进工作面截割粉尘污染效应及通风控尘参数分析

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煤炭学报 2021年第7期46卷 2146-2157页

作者：蒋仲安杨斌张国梁曾发镔王亚朋北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083

为降低高原矿井掘进工作面开挖过程的粉尘污染,改善工作面整体施工环境,根据海拔上升环境参数的变化,运用数值模拟软件对黏性流体及粒子运动特性的变化规律进行分析;研究掘进机动态截割煤岩时粉尘的污染效应,分析不同海拔高度下颗粒物... 详细信息

为降低高原矿井掘进工作面开挖过程的粉尘污染,改善工作面整体施工环境,根据海拔上升环境参数的变化,运用数值模拟软件对黏性流体及粒子运动特性的变化规律进行分析;研究掘进机动态截割煤岩时粉尘的污染效应,分析不同海拔高度下颗粒物的扩散及沉降特性,并根据颗粒物的扩散特性对高原矿井掘进工作面通风“控尘”及“排尘”参数进行确定。结果表明:截割落岩形成的粉尘受截割头运动和掘进工作面涡流的影响,粒子主要沿截割臂向回风侧方向运动,截割左侧岩体时涌向司机工作区的粉尘明显多于右侧,且以粒径在40μm以下的颗粒为主。受海拔上升环境参数改变的影响,流体性质会发生变化,导致颗粒受力情况和运动轨迹改变,扩散距离变小,沉降加快,其中对PM 5以上的微粒影响较为明显;虽然海拔上升流体携带粉尘的能力减弱,导致掘进工作面沿程粉尘质量浓度下降,但粉尘沉积量会增多,存在二次飞扬的风险。在掘进工作面安装压入式“附壁控尘风筒”后,会在掘进工作面形成顺时针旋转涡流风幕,可将产生的粉尘有效的控制在掘进工作面前段,而另一侧的“除尘风机”会将掘进工作面聚集的粉尘及时排出。当附壁风筒径轴风量比m≥0.7、压抽比n<1时,在“射流、汇流以及旋转风幕”的作用下,能使距掘进工作面20 m之后的区域粉尘质量浓度降低70%以上,有效的降低了高原矿井掘进过程中粉尘对人员和机械设备的损害。

关键词：粉尘污染截割粉尘掘进工作面高原矿井粒径分布附壁风筒径轴风量比

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高海拔隧道爆破后粉尘污染动力学模型及影响因素

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煤炭学报 2023年第1期48卷 263-278页

作者：蒋仲安曾发镔冯雪张国梁杨斌王亚朋北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 四川蜀道高速公路集团有限公司四川成都610041 青岛科技大学环境与安全工程学院山东青岛266042

为降低高海拔隧道钻爆法施工爆破后的粉尘污染,提高隧道掘进工作面粉尘防治技术和职业健康保障能力,推动施工隧道清洁化生产水平。依托西南某铁路隧道工区为背景建立隧道爆破掘进压入式通风模型,根据气固两相流理论与气溶胶力学构建高... 详细信息

为降低高海拔隧道钻爆法施工爆破后的粉尘污染,提高隧道掘进工作面粉尘防治技术和职业健康保障能力,推动施工隧道清洁化生产水平。依托西南某铁路隧道工区为背景建立隧道爆破掘进压入式通风模型,根据气固两相流理论与气溶胶力学构建高海拔隧道粉尘污染动力学模型。运用数值模拟软件分析不同海拔高度、通风距离以及通风风量条件下的爆破驱动掘进工作面,高浓度粉尘污染效应,并采用灰色关联分析法探究粉尘质量浓度降低至安全值所需时间与各影响因素之间的关联度。研究结果表明:海拔高度上升将引起的环境参数与气固耦合流体运动特性的改变,粉尘颗粒水平运移速度与海拔高度和粉尘粒径均呈负相关,竖直沉降速度与之相反。高海拔隧道爆破后粉尘质量浓度空间分布服从多元高斯分布,且扩散系数随海拔高度的上升而增大。隧道内风流场分布区域分为涡流区、过渡区以及稳定区,涡流区呈锥形且中心的风速小于周围区域的风速,隧道断面平均风速降低至约0.3 m/s并逐渐稳定。爆破后粉尘颗粒随风流向隧道外呈“■字型”运移,隧道回风侧的粉尘质量浓度大于风管侧。爆破后产生的大颗粒粉尘(粒径≥30μm)在距掘进工作面100 m范围内快速沉降,小颗粒粉尘将随风扩散并悬浮于隧道空间内,且扩散距离越远,粉尘粒径越小。高海拔环境下扩大风管出口至掘进工作面距离以及增加风管风量均有利于减低隧道爆破后的粉尘污染效应,隧道内粉尘质量浓度降低至安全值所需时间受通风距离的影响最大,通风风量的影响次之,而海拔高度的影响相对有限,其灰色关联度系数分别为0.684、0.678和0.661。

关键词：高海拔隧道爆破粉尘污染动力学模型灰色关联分析数值模拟

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