Investigación sobre la Concentración de Polvo y los Mecanismos de Migración en Caminos de Minería de Carbón a Cielo Abierto: Efectos de las Condiciones Meteorológicas y los Movimientos de Camiones de Carga
Autores: Assefa, Fisseha Gebreegziabher; Xiang, Lu; Yang, Zhongao; Gebretsadik, Angesom; Wahab, Abdoul; Fissha, Yewuhalashet; Cheepurupalli, N. Rao; Sazid, Mohammed
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ciencias de los Materiales
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 11
Citaciones: Sin citaciones
Las emisiones de polvo de las carreteras de acarreo sin pavimentar en la minería de carbón a cielo abierto representan un riesgo significativo para la calidad del aire, la salud y la eficiencia operativa de las operaciones mineras. Este estudio integró el monitoreo de campo en tiempo real con simulaciones numéricas utilizando ANSYS Fluent 2023 R1 para investigar la generación, dispersión y migración de material particulado (PM) en la mina de carbón a cielo abierto de Ha"erwusu bajo diversas condiciones meteorológicas. Se recopilaron y analizaron mediciones en tiempo real de PM2.5, PM10 y TSP, junto con variables meteorológicas (velocidad del viento, dirección del viento, humedad, temperatura y presión del aire) utilizando análisis de correlación de Pearson y regresión lineal multivariada. La velocidad del viento y la presión del aire emergieron como factores dominantes en invierno, mientras que el viento y la temperatura fueron más influyentes en verano (R = 0.391 para temperatura vs. PM2.5). Las simulaciones de flujo de aire externo revelaron que la turbulencia inducida por los camiones y las altas velocidades del viento generaron vórtices de estela con energía cinética turbulenta (TKE) alcanzando un pico de 5.02 m/s, acelerando así la dispersión de partículas. Las tasas de migración de polvo alcanzaron 3.33 m/s dentro de los 6 s posteriores a la emisión y disminuyeron gradualmente con la distancia. Las velocidades de asentamiento de las partículas variaron de 0.218 m/s para polvo grueso a 0.035 m/s para PM2.5, con dispersión extendiéndose hasta 37 m a favor del viento. La concentración de polvo simulada más alta alcanzó 4.34 x 10 g/m cerca de un solo camión y aumentó a 2.51 x 10 g/m bajo operaciones con múltiples camiones. Basado en tendencias de atenuación espacial, se recomienda un buffer de seguridad mínimo de 55 m a favor del viento y 45 m cruzado al viento para minimizar la exposición ocupacional. Estos hallazgos contribuyen a la planificación de supresión de polvo impulsada por datos y sensible al clima en operaciones de minería a cielo abierto y establecen un marco de modelado validado para futuras estrategias de mitigación en este campo.
Descripción
Las emisiones de polvo de las carreteras de acarreo sin pavimentar en la minería de carbón a cielo abierto representan un riesgo significativo para la calidad del aire, la salud y la eficiencia operativa de las operaciones mineras. Este estudio integró el monitoreo de campo en tiempo real con simulaciones numéricas utilizando ANSYS Fluent 2023 R1 para investigar la generación, dispersión y migración de material particulado (PM) en la mina de carbón a cielo abierto de Ha"erwusu bajo diversas condiciones meteorológicas. Se recopilaron y analizaron mediciones en tiempo real de PM2.5, PM10 y TSP, junto con variables meteorológicas (velocidad del viento, dirección del viento, humedad, temperatura y presión del aire) utilizando análisis de correlación de Pearson y regresión lineal multivariada. La velocidad del viento y la presión del aire emergieron como factores dominantes en invierno, mientras que el viento y la temperatura fueron más influyentes en verano (R = 0.391 para temperatura vs. PM2.5). Las simulaciones de flujo de aire externo revelaron que la turbulencia inducida por los camiones y las altas velocidades del viento generaron vórtices de estela con energía cinética turbulenta (TKE) alcanzando un pico de 5.02 m/s, acelerando así la dispersión de partículas. Las tasas de migración de polvo alcanzaron 3.33 m/s dentro de los 6 s posteriores a la emisión y disminuyeron gradualmente con la distancia. Las velocidades de asentamiento de las partículas variaron de 0.218 m/s para polvo grueso a 0.035 m/s para PM2.5, con dispersión extendiéndose hasta 37 m a favor del viento. La concentración de polvo simulada más alta alcanzó 4.34 x 10 g/m cerca de un solo camión y aumentó a 2.51 x 10 g/m bajo operaciones con múltiples camiones. Basado en tendencias de atenuación espacial, se recomienda un buffer de seguridad mínimo de 55 m a favor del viento y 45 m cruzado al viento para minimizar la exposición ocupacional. Estos hallazgos contribuyen a la planificación de supresión de polvo impulsada por datos y sensible al clima en operaciones de minería a cielo abierto y establecen un marco de modelado validado para futuras estrategias de mitigación en este campo.