陳鵬能，李志國，涂 旺

(1.云南磷化集團有限公司，云南 昆明 650600；2.武漢工程大學興發(fā)礦業(yè)學院，湖北 武漢 430073)

在露天采礦爆破過程中會產生大量粉塵，嚴重影響環(huán)境、危害人體，由塵肺病引起礦山工作人員致殘和死亡的人數，在國內外都十分驚人。根據相關統(tǒng)計，自建國以來，我國礦山企業(yè)累計已發(fā)生塵肺病近七十余萬例，死亡人數超過二十余萬人，居各類職業(yè)病之首[1-3]。同時工作人員的身體健康也被爆破過程中產生的有毒有害氣體所威脅，由于對炮煙和粉塵處理或防護不當，炮煙中毒事故導致人員傷亡的案例時有發(fā)生。爆破粉塵、炮煙危害顯而易見，因此很有必要對爆破時產生的粉塵及有害氣體進行控制[4]。目前已有爆破工程技術人員在解決爆破粉塵問題方面做了大量的研究工作。文獻[5]表明在高村鐵礦采用水間隔裝藥降塵爆破技術，利用爆破產生沖擊波將水瞬間霧化，高壓霧化水分子將粉塵吸附結團，取得了一定降塵效果；文獻[6]在武漢軌道交通光谷廣場綜合體項目中采用水封爆破進行降塵，采用水炮泥對炮孔進行堵塞，取得了較好的降塵效果；文獻[7]在城市隧道施工環(huán)境保護措施中，采用水幕降塵，將水霧通過水幕降塵器化成細水滴噴射到空氣中，使之與爆破產生的粉塵碰撞，則塵粒附于水滴上，被潮濕的塵粒凝聚成大顆粒，加快了其降落速度，從而達到除塵的目的。隨著綠色礦山、和諧礦山等理念的不斷深入，尋求高效、快捷的爆破降塵除煙技術迫在眉睫。本文從粉塵產生的源頭入手，結合不同的間隔裝藥方式，在昆陽磷礦開展降塵技術措施研究，通過水預濕和半水封作用，達到露天爆破煙塵控制的目的。

1 爆破煙塵控制機理

爆破降塵實質就是減少被拋到空氣中的細顆粒物，據安斯托克斯沉降公式(式(1))，粉塵沉降速度與顆粒物密度、直徑、空氣密度及黏滯度有關。據相關研究表明，塵粒在紊流中的沉降與流體的黏性無關[8]。因此，要消除空氣中的粉塵，可以通過兩個方式，一個是增加顆粒物的密度，另一個是增加顆粒物粒徑[9]。

(1)

式中：ρp、ρg分別為可沉降顆粒、空氣密度，kg/m3；v1為沉降速度，m/s；dp為沉降顆粒直徑，m；μ為空氣黏滯度，kg/(m·s)。

增加爆破前爆炸物密度可以用水預濕技術。在爆破前對爆破對象用水淋濕，借助粉塵顆粒間液橋力的作用來達到降低爆破破碎時產生粉塵的目的[9]。在一定范圍內，被爆破體含水率越高，降塵效果越好。但是該技術存在爆破對象干濕度把握不準，容易出現(xiàn)防護過當及防護不足的問題。相關研究表明，當爆破對象含水率達到4%時，降塵率趨于穩(wěn)定，當爆破體水分達到4%以上時，降塵率不再提高[8,10-11]。因此，后續(xù)實驗中水預濕方案實施時，爆破體含水率控制在不低于4%的水平。

增加爆破過程粉塵粒徑及密度可用水封爆破技術。在爆破前將裝水的塑料袋充填于炮孔內，利用炸藥爆炸能量霧化，拋撒水分，形成水霧，通過粉塵粒子與液滴的作用可捕集爆破瞬時形成的大面積粉塵，并受重力作用沉降，最終達到降塵的目的[9]。

2 爆破煙塵控制實驗

2.1 礦山概況

昆陽磷礦是國有大型露天礦山，礦體屬海相沉積的大型磷塊巖礦床，上覆巖層主要為白云質粉砂巖、泥質粉砂巖和頁巖，采用露天大孔徑中深孔爆破逐孔微差起爆技術，隨著開采境界向南部的推進，1采區(qū)、2采區(qū)和3采區(qū)距離生活區(qū)越來越近，爆破作業(yè)危及生活區(qū)的環(huán)境安全。

2.2 實驗設計

在空氣間隔裝藥的基礎上，結合半水封與水預濕降塵技術設計了4種實驗方案，選取等面積的4塊實驗區(qū)域，開展了12次實驗研究。

方案一，對照實驗。在裝藥、充填和起爆網絡連接完成之后，不采取任何措施，再接入磁電雷管和起爆器，然后起爆網絡起爆。

方案二，單純水預濕降塵。在裝藥、充填和起爆網絡連接完成之后，將水噴灑到整個爆區(qū)(圖1和圖2)。灑水量應滿足爆破體含水率達到4%的控制指標，同時在灑水過程中要求合理控制水的壓力，避免水壓過大而破壞起爆網絡，灑水完畢之后，檢查起爆網絡是否有損壞，確定無損壞之后方可接入磁電雷管和起爆器，然后按正常的起爆程序起爆。

圖1 灑水車對爆區(qū)進行灑水

圖2 灑水后的爆區(qū)

方案三，單純半水封降塵。該方案關鍵技術在于炮孔裝藥完成后，巖渣填塞到距炮孔孔口1.0 m時，在孔口中裝入一個1.2 m長的水袋(圖3)，然后連接起爆網絡起爆。

圖3 半水封水袋裝入炮孔

方案四，水預濕與半水封聯(lián)合降塵。在炮孔裝藥完成之后，將巖渣填塞到距孔口1.0 m時，裝入一個1.2 m長的水袋，再連接起爆網絡，隨后將水噴灑到整個爆區(qū)。灑水量同樣需滿足爆破體含水率達到4%的控制指標，同時在灑水過程中要求合理控制水的壓力，避免水壓過大而破壞起爆網絡，灑水完畢之后，檢查起爆網絡是否有損壞，確定無損壞之后方可接入磁電雷管和起爆器，最后按正常的起爆程序起爆。

2.3 實驗數據采集

實驗主要通過粉塵擴散范圍及粉塵濃度來對比各方案降塵效果。

粉塵擴散范圍，通過在距炮區(qū)200 m處安裝相機來記錄。設置相機在爆破后4 s自動拍照。

粉塵濃度由粉塵采樣儀采集。起爆前，在距炮區(qū)50 m處布置粉塵采樣儀。粉塵采集選用的儀器為FCC-25防爆型粉塵采樣儀。設置起爆后4 s開始采樣，采樣時間為2 min，采樣流量調整在20 L/min處，并保持整個采樣過程中流量保持不變。采樣結束后，應小心的取出粉塵樣品放入相應的樣品盒內，樣品在進行干燥處理后再稱重記錄。通過電子天平對采樣前后樣品質量進行稱重。FCC-25防爆型粉塵采樣儀工作原理：采樣工作時，微電機帶動葉片泵工作產生負壓將含塵空氣抽入采樣器，形成圖4所示的氣流運動。含塵氣流通過粉塵采樣裝置1分離后呼吸性粉塵被捕集在濾膜夾2上，通過采樣前后濾膜的質量差，計算出單位體積空氣中粉塵濃度，粉塵濃度計算見式(2)。

(2)

式中：C為粉塵濃度，mg/m3；W1為采樣前濾膜的質量，mg；W2為采樣后濾膜的質量，mg；t為采樣時間，min；Q為采樣流量，L/min。

2.4 實驗結果

1) 圖5是在爆破后4 s相機拍攝的典型粉塵擴散范圍。對比不同實驗方案獲得的照片可得到初步結論：在同樣的爆破方法爆破后，單純水預濕區(qū)域粉塵范圍明顯較大，半水封實驗區(qū)域粉塵范圍相對小。單從照片上看，水預濕與半水封聯(lián)合降塵區(qū)域相較半水封實驗區(qū)域無明顯差別。

圖4 采樣器工作原理圖

圖5 水預濕和半水封降塵效果

2) 整理粉塵采樣結果見表1。該表反映了四種方案的降塵效果，方案一(對照實驗)粉塵濃度為0.51 mg/m3，方案二粉塵濃度為0.43 mg/m3，方案三粉塵濃度為0.24 mg/m3，方案四粉塵濃度為0.17 mg/m3。方案四對比方案一粉塵濃度下降66.7%，效果非常明顯。

3) 各方案現(xiàn)場施工及投入情況見表2(不包括作為實驗參照的方案——方案一)。方案二操作簡單，對施工影響小，但是降塵效果不好；方案三除塵率高，較方案二施工復雜，勞動強度大；方案四較方案三勞動強度有所加大，但除塵效果比方案三更加明顯，并且相對方案三不增加額外投入。綜合分析，雖然方案四勞動強度有所增大，但是在生產工作時對工作效率的影響不大，符合現(xiàn)場施工要求，該方案為露天采礦爆破降塵最優(yōu)方案。

表1 不同方案粉塵測試結果

表2 爆破降塵實驗方案綜合比較分析

3 結 論

通過現(xiàn)場試驗發(fā)現(xiàn)，采用水預濕和半水封聯(lián)合降塵，在距炮區(qū)50 m處，起爆后4 s，采樣2 min內地平均爆破粉塵濃度只有0.17 mg/m3，對照方案一,粉塵平均濃度下降66.7%，降塵效果明顯。

綜合分析現(xiàn)場施工、投入和降塵效果，采用水預濕和半水封聯(lián)合實施時勞動強度有所增大，投入與單純半水封降塵持平，但降塵效果最為明顯。其勞動強度的增大對實際生產效率的影響不大，是昆陽磷礦爆破降塵的最優(yōu)方案。