深溜井卸礦高壓氣流粉塵治理技術研究

劉偉強 姚銀佩 王志 李印洪 譚浪浪

摘 要：地下礦山礦石一般采用中段卸礦，經主溜井匯集后集中提升至地表。隨著礦山開采的延伸，多中段溜井卸礦作業時，礦石極速下落形成沖擊氣流并帶有粉塵，由下部中段的支岔溜井噴出，嚴重影響了下部中段的作業環境。文章分析了深溜井放礦高壓氣流的原理及影響因素，總結了礦山對沖擊氣流粉塵治理的三種綜合措施。

關鍵詞：溜井卸礦；高壓氣流；粉塵；綜合治理

前言

礦山井下礦石運輸一般采用多中段分別卸礦，經主溜井匯集后集中提升至地表。溜井卸礦作業時，松散的礦石在井筒內極速下落，致使井筒內下部空氣急劇壓縮，形成高壓氣流，由下部中段的支岔溜井沖出，甚至形成暴風。氣流含有大量的粉塵，嚴重污染了卸礦后巷，并且部分污風可能擴散進入生產巷道影響礦山生產。近些年來，俄羅斯上茲吉特礦、加拿大Panel礦、云錫馬拉格礦、紅透山銅礦、凡口鉛鋅礦、安慶銅礦等國內外礦山開展了深溜井放礦粉塵治理研究[1]，取得了一些成效。

礦山一般采用密閉封堵下部支岔溜井的方法，將粉塵密閉在井筒內，阻止風流的溢出，再配合噴水降塵的方式。還有一些礦山，將卸礦時各支岔溜井沖出的高壓氣流用風機排入回風巷道，或凈化合格后送入風源井巷。但這些方法對于深井多中段開采的礦山來說，主溜井卸礦高差大，產生的沖擊氣壓大，溜井中段支岔多，封堵工作多，且影響中間中段的生產工作，增加了通風系統壓力，且除塵效果差。研究深溜井沖擊氣流產生規律，優化和改造溜井防塵工藝是改善井下作業環境，實現礦山安全、環保生產的需要。

1 深溜井沖擊氣流產生原理

礦山采用溜井轉運礦石，轉運設備將礦石卸入溜井時，受到井筒壁的制約，礦石在下落過程中將壓縮礦石下部井筒內的空氣，形成類似于活塞推動進程，礦石利用自身的重力對下部空氣的做功，壓縮空氣具有了動壓，形成高壓風流，下落的破碎礦石含有大量的粉塵，氣流會帶著粉塵由下部支岔溜井沖出，進入卸礦硐室，然后擴散開來。隨著礦山開采深度的增加，礦山主溜井高差甚至超過三四百米，若無防護措施，主溜井井筒內空氣急劇被壓縮，產生的高壓氣流，包含著粉塵順著支叉溜井像暴風一樣沖出，造成卸礦硐室附近區域嚴重污染，甚至沿著礦石運輸巷道進入入風源井巷或者采場作業面，造成新鮮風流污染，因此，溜井卸礦粉塵成為了井下塵源之一[2]。

2 深溜井高壓氣流粉塵的影響因素

深溜井卸礦時產生的高壓氣流沖擊粉塵受礦石性質、卸礦方式、卸礦量和卸礦高度的影響，對于一個礦山來說，礦石性質和卸礦方式基本相同，則卸礦量和卸礦高度的溜井沖擊粉塵的主要影響因素[3]，對其分析如下。

2.1 卸礦量對高壓氣流的影響

沖擊氣壓隨單次卸礦量的增大而增大，單次卸礦量越大，礦石對溜井井筒的封堵效果越好，礦山下落形成的沖擊氣壓越明顯，帶出的沖擊粉塵越多。

單次卸礦量取決于礦山采用的搬運設備，如礦車、鏟運機、卡車等，采用大型卸裝設備一般會形成較高的沖擊氣流。

2.2 卸礦高度對高壓氣流的影響

沖擊氣流隨卸礦高度增大而增大，卸礦高度增加，礦石在井筒內下落行程增加，帶起的風速越大，激起風塵量越大。

深溜井設計時一般按中段劃分，各中段設有支岔溜井，為中段卸礦的需要，所以礦山中段設置越高，支叉溜井卸礦高度越高，形成越高的沖擊氣流。

3 除塵綜合治理措施

3.1 密閉封堵，抽風排塵

上部中段卸礦時，下部各中段的支岔溜井井口的沖出風塵問題，可密閉井口和石門方向，在另一側抽出式排塵，即可在支岔溜井口設置自動密閉裝置，礦車進入卸礦時，打開溜井口，其他時間為關閉狀態，并在與主石門巷道的交匯處安裝一電動風門，礦車經過時開啟，其他時間為關閉狀態，隔斷高壓氣流風塵污染風源風質，同時卸礦巷另一側設置風機，將污風壓入回風巷[4]。

3.2 細霧噴灑降塵

為達到良好的降塵除塵效果，減少污風的形成，及污風污染范圍，在溜井口和石門方向設計噴霧裝置，可沿巷道壁一周內設置噴頭，形成水霧，形成隔斷，在這里形成飽和水霧區，有效的捕集到高壓氣流帶出的粉塵，污風在此得到凈化，可減少二次污染。

3.3 卸壓井分風降壓

考慮礦巖穩固性和工程費用，在主溜井一側約6～10m處開鑿一條與之平行的卸壓井，根據中段高度的不同在每隔15-20m，施工水平聯絡巷與主溜井貫通。礦石在溜井內下落時，礦石上部為負壓，礦石下部為正壓，通過平行的卸壓井和聯絡巷使正負壓力區貫通，可實現溜井封閉區域內空氣循環，對正壓力區卸壓，大大降低沖擊氣流的危害[5]。

在卸壓井上部將沖擊氣流集中抽出，并采用多級凈化措施，如大空間自然沉降、濕式噴淋除塵、干霧降塵、碳式吸附等方式，使風流達到風源風質要求，可作為新鮮風流進入工作面使用，既達到了溜井高壓氣流粉塵治理的目的，又增加了礦山通風的有效風量。

卸壓井分風降壓，結合風流凈化措施，在很多礦山得到應用， 值得注意的是循環風的利用要保證凈化質量，氣流中的有毒有害氣體和粉塵都要達到要求，實踐證明，此方案是處理高溜井卸礦高壓氣流粉塵比較有效的方法。

4 結束語

隨著礦山開采深度的增加，礦山主溜井卸礦高度增大，針對也隨之產生高壓氣流粉塵問題，文章分析了深溜井放礦高壓氣流的原理及影響因素，總結了礦山對沖擊氣流粉塵治理的行之有效的方法。

參考文獻

[1]李政.坑下礦山高溜井漏風及粉塵污染控制技術研究[J].有色金屬（礦山部分），2006，58（5）：42-45.

[2]楊凱，呂淑然.銅興公司卸礦溜井沖擊性粉塵治理研究[J].有色金屬（礦山部分），2013，65（2）：68-70.

[3]吳國珉，劉金明，吳超.溜井放礦沖擊氣流的分析與污染控制措施[J].采礦技術，2007，7（4）：40-41+43.

[4]趙鵬.云錫溜井防塵措施研究[J].工業安全與防塵，1989（3）：1-3.

[5]石長巖.紅透山銅礦卸礦溜井系統防塵工藝技術綜述[J].有色礦冶，2005，21（5）：10-12.

作者簡介：劉偉強（1963-），男，高級工程師，主要從事礦山安全和通風技術的研究工作。