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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

干旱区外排土场反向平盘风蚀作用影响规律数值模拟研究

2024-08-12

创新点


基于干旱区露天煤矿水资源匮乏,外排土场风力大,植物存活率低的实际问题,本文以红沙泉露天煤矿外排土场为例,提出外排土场反向三级平盘结构,利用Fluent数值模拟软件探究在不同挡土墙高度、风速及反向平盘角度条件下无风区域的大小及变化规律。

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干旱区外排土场反向平盘风蚀作用影响规律数值模拟研究

作者:  1  1毕银丽2彭苏萍3王晓民1胡盛炫1倪魏杰1张奇峰1李蒙博1
单位:1.西安科技大学 能源学院; 2.西安科技大学 地质与环境学院; 3.中国矿业大学(北京矿山生态修复研究院

引用格式:马力马宁毕银丽.干旱区外排土场反向平盘风蚀作用影响规律数值模拟研究[J].绿色矿山,2024,2(2):183-190.



摘要



干旱区露天矿水资源匮乏外排土场风力较大风速过快导致植物存活率降低不利于生态修复为有效解决大风对植物存活率的影响以红沙泉露天矿为例利用Fluent 软件模拟了在6~10 m/s风速条件下外排土场不同挡土墙高度的无风区域大小及变化规律根据无风区大小确定外排土场挡土墙最佳高度为2 m,考虑挡土墙高度对排土作业的影响采用1 m 挡土墙叠加1 m防风抑尘网结构。 
同时在外排土场设置反向平盘结构相较于传统水平方向布置平盘可以有效增大无风区域减少土壤中水分的蒸发弱化风沙对植物带来的危害从而使干旱区外排土场植物 的存活率提升依据大涡模拟研究了在反向平盘角度为5°、10°、15°和 20°的条件下不同风速的无风区范围确定了外排土场平盘倾斜最佳角度和不同风速条件下反向平盘三级结构的无风区域
结果表明:随着角度的增加相同速度下无风区域先增大后减小角度对无风区域的影响不明显;在角度相同的情况下随着速度增加无风区域逐渐减小依据模拟结果发现角度为10°时无风区范围达到最大为2.8 m,确定10°为最合适角度挡土墙加排土场反向设计可以一定程度的增大无风 区范围且起到降低风速的作用对植物生长有利反向三级平盘结构中间平盘无风区域较小最下部平盘无风区域最大可以在最下部平盘种植较高植物在中间平盘种植较低长势植物


引言



我国露天煤矿产量规模逐年上升的同时也由此导致地表植被破坏水土流失等生态环境问题引起矿区生态退化排土场生态修复是解决露天煤 矿开采过程中排土场环境问题的重要手段相关学者 针对排土场生态修复做了大量研究孔令伟等致力于解决矿区排土场生态恢复困境提出了一种新的穴铺建植技术;张明天等利用软件模拟了规划区域的后期效果将排土工程与后期的生态恢复和景观 改善有机地融为一体;已有学者对露天矿排土场生态修复相关内容进行研究王广等系统地提出了表土保质边坡优化土壤改良植被优化配置节水灌 溉等生态修复技术形成一套适用于北方地区排土场 生态修复的生态修复技术;李全生等研究了外围 草原区排土场不同坡向的土壤理化性质形成了露 天矿排土场生态修复关键技术体系;孟兴国对矿山开采中剥离岩土体所堆积形成的排土场进行生态 修复;肖栋等揭示了排土场生态修复中所需关注的有效积温冻害根系越冬和风场等气候因素特性

同时还有一些学者研究了矿山生态修复体系评价体系等内容肖平等建立了完善的生态修复体系;赵传鹏等根据当地的植被状况挑选出具有 良好适应性和生命力的植物种类用于生态恢复;程睿采用原位综合改良方法与栽植乔灌木袋苗+混 播乔灌草种子的直接植被快速重建模式开展了基于生态复垦的污染土壤综合改良修复效应研究;马兴德等采用了坡面整形挡土墙支护截排水削坡减载等措施改善矿山生态地质环境并维护了矿坑综合 治理期间边坡安全;唐玉情等运用层次分析法构 建生态适应性生态防护性绿化效果经济性的综合 筛选评价体系;薛东明等得出沙柳网格模式产沙量对产流量响应程度较小

本文以红沙泉露天煤矿外排土场为例该矿处于干旱区水资源匮乏使用传统的方法进行排土场生态修复后期维护成本高因此以现场工程参数为基 准采用调整排土场平盘结构的方法探究不同风速条件下的挡土墙高度与最佳平盘反向角度增大平盘无风区范围促进植物生长并进行现场实验验证



部分图片


图 网格模型


图 无风区范围变化趋势


图 挡土墙加工程材料设计


图 不同反向角度与风速条件下无风区变化


图 无风区变化规律


图 现场反向平盘布设模拟效果


图 平盘反向三级结构






作者简介


马力(1986.9—),男,汉族,中共党员,黑龙江省集贤县人,采矿工程博士、力学博士后、矿业工程博士后,副教授,硕士生导师。2010年、2015年分别获得中国矿业大学采矿工程专业(露天开采方向)学士及博士学位,20177月在中国矿业大学完成力学博士后研究工作后进入西安科技大学工作。20221月在西安科技大学矿业工程博士后流动站完成博士后研究工作。主要研究方向为露天采矿理论与方法、露天矿生态修复、露天矿爆破工程及浅层岩土边坡。西安科技大学采矿工程专业露天开采方向负责人、中国煤炭学会露天开采专业委员会委员、中国岩石力学与工程学会露天开采边坡工程专委会委员、《露天采矿技术》编委会委员、《煤炭学报》青年编委、《煤炭工程》青年编委、贵州省能源行业专家。主持国家自然科学基金青年基金1项、国家重点研发计划项目子任务1项、国家能源集团2030重大项目先导项目子课题1项、中国博士后科学基金面上项目2项、陕西省自然科学基础研究计划项目2项、陕西省教育厅科研计划项目1项、江苏省博士后资助计划项目1项、辽宁工程技术大学煤炭资源安全开采与洁净利用工程研究中心开放基金1项、企业委托项目20余项。出版学术专著2部,参编专著2部、教材1部,发表学术论文80余篇,其中发表SCI/EI论文20余篇,授权国家发明专利10项、登记软件著作权2项。

  责任编辑:宫在芹

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