張文平，蔡明明

(山東黃金礦業(yè)科技有限公司選冶實(shí)驗(yàn)室分公司，山東 煙臺(tái) 261441)

有色金屬采礦過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量細(xì)粒礦塵，其中，從空氣沉降下來(lái)的礦塵被稱作沉積礦塵；懸浮于礦內(nèi)空氣中的礦塵被稱作浮游礦塵。細(xì)粒有色金屬粉塵的分散度會(huì)隨的細(xì)小顆粒的增多而增高，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，濕式鑿巖產(chǎn)生的粉塵站粉塵總量的41.3%，裝運(yùn)礦巖石占粉塵總量的13.1%，爆破占粉塵總量的45.6%[1]。

1 粉塵的概念及結(jié)構(gòu)性質(zhì)

1.1 粉塵的概念

粉塵是指懸浮在空氣中的固體微粒。習(xí)慣上講，對(duì)粉塵有許多名稱，但這些名詞并沒(méi)有明顯的界限，如灰塵、煙塵、礦塵、塵埃、砂塵、粉末等。根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織規(guī)定，粉塵是粒徑小于75μm的固體懸浮物。地球溫度能夠一直保持的最主要原因之一是由于大氣中粉塵的存在，大氣中粉塵過(guò)多或者過(guò)少都將對(duì)環(huán)境產(chǎn)生災(zāi)難性的影響。生產(chǎn)性粉塵在生活和工作中，會(huì)對(duì)人類(lèi)的健康產(chǎn)生嚴(yán)重的危害，可以誘發(fā)很多疾病。

1.2 粉塵的結(jié)構(gòu)性質(zhì)

1.2.1 粉塵的粒度

粉塵的粒度又稱為粒徑，是指粉塵的大小。因粉塵的形狀并不規(guī)則，一般用塵粒的平均直徑或其投影定向長(zhǎng)度來(lái)表示粒度。

1.2.2 粉塵的分散度

粉塵分散度一般指物質(zhì)破碎的程度，也就是說(shuō)的粉塵分散度是指某粒級(jí)的粉塵量與粉塵總量的百分比。

1.2.3 粉塵中游離二氧化硅的含量

二氧化硅是地殼內(nèi)最常見(jiàn)的氧化物，粉塵中的二氧化硅通常會(huì)以游離狀態(tài)的形式以及結(jié)合狀態(tài)的形式存在。

2 有色金屬礦塵的危害性

(1)引發(fā)塵肺病等職業(yè)疾病，對(duì)職工的身體健康產(chǎn)生嚴(yán)重危害。有色金屬礦塵容易引發(fā)塵肺病，不但給礦工身體健康帶來(lái)了嚴(yán)重危害，同時(shí)也會(huì)給企業(yè)造成很大的經(jīng)濟(jì)損失以及不良的社會(huì)影響，目前已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外引起廣泛的關(guān)注。

(2)有色金屬礦塵爆炸。同其他物質(zhì)一樣，粉塵也具有一定的能量。因?yàn)榉蹓m具有表面積大，粒徑小的特點(diǎn)，所以其表面能也很大。當(dāng)空氣中粉塵濃度較高時(shí)，會(huì)形成很容易著火的可燃混合氣體，當(dāng)遇到高溫物體或者明火時(shí)，會(huì)釋放出大量的熱能，并在一瞬間完成燃燒過(guò)程，這樣燃燒氣體的溫度就會(huì)猛然升高，體積迅速膨脹，從而形成了很高的膨脹壓力。有色金屬礦山的礦塵粒度極細(xì)，在高溫高壓的環(huán)境下，很有可能會(huì)引發(fā)破壞力極大的爆炸。一旦爆炸產(chǎn)生，將會(huì)帶來(lái)重大的人員傷亡，并且給企業(yè)帶巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因此對(duì)于有色金屬礦山粉塵爆炸的問(wèn)題應(yīng)該給予高度重視，實(shí)施嚴(yán)格的管控措施，有效防止和預(yù)防粉塵爆炸的產(chǎn)生。

(3)嚴(yán)重污染環(huán)境，有很大的安全隱患。有色金屬礦山的礦塵濃度較高時(shí)，會(huì)造成工作面的能見(jiàn)度會(huì)降低，職工在這種惡劣的環(huán)境中長(zhǎng)期工作，會(huì)有很多安全隱患，造成不必要的傷亡。

(4)減少設(shè)備的使用壽命。粉塵隨風(fēng)流運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)跟儀器、設(shè)備產(chǎn)生摩擦與碰撞，隨著時(shí)間的增加，儀器和設(shè)備表面就會(huì)受到磨損。目前，有色金屬礦山的自動(dòng)化水平日益提高，精密儀器的數(shù)量也不斷增加，如果不能有效控制風(fēng)流中的礦塵，會(huì)嚴(yán)重影響儀器和設(shè)備的使用壽命，進(jìn)而對(duì)有色金屬礦山的生產(chǎn)工作產(chǎn)生不利影響。

3 有色金屬礦山綜合防塵降塵技術(shù)

有色金屬礦山綜合防塵降塵技術(shù)是指為防止粉塵對(duì)人體、礦山等產(chǎn)生危害，而采用各種技術(shù)手段以降低空氣中的粉塵濃度、減少礦山粉塵的產(chǎn)生量等措施[2-6]。

3.1 通風(fēng)除塵技術(shù)

通風(fēng)除塵技術(shù)一般將有色金屬礦山中的粉塵通過(guò)風(fēng)流帶出，從而使得有色金屬礦山內(nèi)部的粉塵濃度得到降低。所謂的最優(yōu)除塵風(fēng)速就是大幅度的降低粉塵濃度，同時(shí)還不會(huì)產(chǎn)生二次揚(yáng)塵的風(fēng)速；最低排塵風(fēng)速是能使粉塵一直保持懸浮，并且隨著風(fēng)的流動(dòng)而排出的最低風(fēng)速[7-8]。一般情況下，粉塵的粒度和形狀以及風(fēng)速的大小都會(huì)影響通風(fēng)除塵的效果。

3.2 凈化風(fēng)流技術(shù)

凈化風(fēng)流技術(shù)指對(duì)進(jìn)入礦井含塵濃度超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)流進(jìn)行除塵凈化的技術(shù)措施。進(jìn)人礦井的風(fēng)流，粉塵濃度超過(guò)一定濃度時(shí)，必須采取措施進(jìn)行凈化。

3.2.1 水幕凈化風(fēng)流技術(shù)

水幕是用來(lái)降塵或隔爆的技術(shù)，為凈化空氣而在巷道中用噴嘴噴出的水霧構(gòu)成屏障，通過(guò)水霧技術(shù)可以有效的降低礦塵濃度，并且凈化如風(fēng)流。

一般情況下，有色金屬礦井總?cè)腼L(fēng)流凈化水幕會(huì)安裝在距井20-100m巷道內(nèi)；巷道中產(chǎn)塵源凈化水幕安裝在塵源下風(fēng)側(cè)5～10m內(nèi)；采區(qū)入風(fēng)流凈化水幕安裝在風(fēng)流分叉口支流里側(cè)20～50m巷道內(nèi)；回風(fēng)流凈化水幕安裝在距工作面回風(fēng)口10～20m回風(fēng)巷內(nèi)；掘進(jìn)回風(fēng)流凈化水幕安裝在距工作面30～50m巷道內(nèi)。

3.2.2 除塵裝置

除塵裝置可根據(jù)是否利用水或其它液體，分為干式和濕式兩大類(lèi)。除塵裝置俗稱除塵器，是除去或降低煙氣中飛灰含量的裝置。

3.3 濕式作業(yè)

濕式作業(yè)是有色金屬礦山綜合防塵抑塵的主要方式之一，通過(guò)有色金屬礦塵同水等液體碰撞接觸，實(shí)現(xiàn)粉塵的捕集，它被廣泛應(yīng)用于采礦過(guò)程的諸多環(huán)節(jié)中。在濕式作業(yè)投運(yùn)過(guò)程中，水等液體同礦塵接觸后，不但濕潤(rùn)了礦塵，更增加了礦塵的重量，使得礦塵的下沉速度增加，有效防止了礦塵的飛揚(yáng)[9]。

3.4 職工自身防護(hù)

職工自身防護(hù)是通過(guò)自行佩戴安全帽、口罩、頭盔等防護(hù)裝備，來(lái)減少進(jìn)入人體內(nèi)部的粉塵的數(shù)量。加強(qiáng)職工自身的粉塵個(gè)人防護(hù)意識(shí)，會(huì)對(duì)職工的身體健康有很大幫助。

4 有色金屬礦山噴霧防塵技術(shù)

噴霧除塵技術(shù)在有色金屬礦山上已經(jīng)應(yīng)用了很長(zhǎng)時(shí)間。在國(guó)外，通常會(huì)在裝車(chē)點(diǎn)安裝自動(dòng)噴霧裝置，在裝巖機(jī)上安裝自動(dòng)噴霧灑水裝置，利用濕潤(rùn)劑噴灑在空氣中或下落礦石高度大的地方，從而實(shí)現(xiàn)凈化空氣的目的[10-11]。

為了提高水力除塵的效率，各國(guó)科研工作者早就進(jìn)行了大量研究；美國(guó)等國(guó)家還建立了許多噴霧除塵技術(shù)的研發(fā)機(jī)構(gòu)，通過(guò)大量的試驗(yàn)以及數(shù)值模擬，確定噴霧除塵所需要的最優(yōu)參數(shù)，以使噴霧除塵設(shè)備具有較高的質(zhì)量以及優(yōu)良的性能和極佳的效果。

4.1 噴霧防塵技術(shù)機(jī)理

4.1.1 慣性碰撞

有色金屬礦山中粉塵與水滴的慣性碰撞是除塵最基本的原理。粉塵在風(fēng)流中運(yùn)動(dòng)時(shí)，遇到水滴后運(yùn)動(dòng)方向會(huì)發(fā)生改變，運(yùn)動(dòng)軌跡也會(huì)由直線變?yōu)榍€，被捕集的粉塵的粒徑會(huì)隨相對(duì)速度的增大而減小，依靠慣性碰撞作用被捕集的主要是1μm以上粒徑的塵粒。

4.1.2 擴(kuò)散作用及粘附作用

粒徑極小的粉塵，由于質(zhì)量小，所以會(huì)在風(fēng)中做復(fù)雜的無(wú)規(guī)則的布朗運(yùn)動(dòng)，并且擴(kuò)散的速度很快。在有色金屬礦山粉塵的擴(kuò)散過(guò)程中，會(huì)與水的液滴發(fā)生接觸碰撞，從而被捕獲。粉塵會(huì)在半徑大于中心到水滴邊緣的距離時(shí)被水滴粘附并捕集。

4.2 噴霧防塵系統(tǒng)的構(gòu)成

噴霧防塵系統(tǒng)是在有色金屬礦山的粉塵空氣中噴射霧化水滴，霧化水滴中通常會(huì)含有濕潤(rùn)劑，利用濕潤(rùn)劑對(duì)粉塵的潤(rùn)濕效果，加強(qiáng)粉塵顆粒之間的相互碰撞接觸，從而達(dá)到捕塵效果。噴霧降塵系統(tǒng)的主要組成部分為過(guò)濾器、噴嘴、傳感器、主機(jī)、定時(shí)控制閥、增壓泵、管路等組成的。噴霧防塵系統(tǒng)可有針對(duì)性的抑制塵源，如在礦石卸載、轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程利用灑水噴霧抑制粉塵飛揚(yáng)、裝礦鏟斗鏟礦時(shí)潤(rùn)濕礦石，在爆破時(shí)利用沖擊波啟動(dòng)水幕噴霧等。

設(shè)計(jì)噴霧除塵技術(shù)時(shí)不要對(duì)生產(chǎn)工藝產(chǎn)生影響，不要對(duì)工人的操作產(chǎn)生影響，不要改變物料本身的物理化學(xué)性質(zhì)；有效避免噴霧除塵產(chǎn)生的液滴對(duì)設(shè)備及零部件等造成腐蝕；生產(chǎn)設(shè)備應(yīng)與供水水泵連鎖，同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)、同時(shí)停止；射流寬度不宜過(guò)寬，物料與噴嘴間的距離不小于300mm；如果設(shè)有吸塵罩，那應(yīng)將噴霧水幕設(shè)置在則噴嘴與吸塵罩之間。同煤礦相比，噴霧除塵抑塵技術(shù)在有色金屬礦山上的應(yīng)用要少很多。有色金屬礦山噴霧防塵抑塵技術(shù)的使用效果同噴射方向、通風(fēng)形成霧蔽帶的效果、噴嘴的布置以及噴霧裝置距離工作面的距離、管路的壓力等因素有密切的關(guān)系。

5 結(jié)論與展望

有色金屬礦山的防塵抑塵工作需要進(jìn)行綜合治理，要全面考慮到產(chǎn)生粉塵的場(chǎng)所，形成并建立一套完整的有色金屬礦山防塵抑塵治理體系。對(duì)有色金屬礦山應(yīng)該采用先進(jìn)的管理體系，促進(jìn)勞動(dòng)衛(wèi)生的管理納入更加規(guī)范的軌道；強(qiáng)化作業(yè)場(chǎng)所勞動(dòng)環(huán)境的治理和管理工作；采用有針對(duì)性的、效果顯著的防塵抑塵技術(shù)；改善職工的工作環(huán)境，降低塵肺病等職業(yè)病的發(fā)生概率，促進(jìn)有色金屬礦山行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。