水間隔裝藥降塵爆破技術在高村鐵礦的應用

張 瑞

(馬鋼(集團)控股有限公司南山礦業公司)

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水間隔裝藥降塵爆破技術在高村鐵礦的應用

張 瑞

(馬鋼(集團)控股有限公司南山礦業公司)

露天礦山爆破粉塵含大量微細顆粒，嚴重污染采場環境。通過分析水霧除塵機理，自主設計并建立爆破粉塵測試系統，在高村鐵礦進行水袋間隔裝藥結構與巖粉間隔裝藥結構的爆破粉塵對比試驗，結果表明：采用水袋間隔裝藥，粉塵吸附效果較好，吸附率達到46.72%～51.20%；同時在改善破碎塊度方面也優于巖粉間隔裝藥。水間隔裝藥降塵爆破技術在露天采礦以及非礦山領域的工程爆破中具有廣闊的應用前景。

水間隔裝藥 爆破粉塵 水霧降塵 降塵率

爆破粉塵是爆破有害效應之一，其含大量微細顆粒，嚴重污染環境，導致人員矽肺病等職業病高發[1]。許多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，并達到了一定的除塵效果，但由于爆破粉塵具有產生速度快、塵量大、分散度高、粒度小等特點，使爆破粉塵研究十分困難，未能徹底消除爆破粉塵。隨著對爆破要求的不斷提高，減少爆破粉塵對工作面及周邊環境的污染成為急需解決的技術難題之一[2]。為了降低高村鐵礦采場及附近粉塵濃度，本文通過分析水霧除塵機理，研究并采用水袋間隔裝藥結構進行現場試驗，并對試驗結果進行對比分析，為礦山爆破粉塵控制提供了指導。

1 礦山概況

高村鐵礦地處江南丘陵地帶，地形起伏不大，自然標高一般在30～60 m。礦區常年主導風向為東風，夏季為西南風。礦體埋藏淺，適宜露天開采，礦石、圍巖穩固，水文地質條件中等。周邊分布有鎖庫、砂崗等多個村莊，西南還有一個居民安置小區，周邊環境復雜，對爆破公害控制，尤其是爆破粉塵控制要求高。

高村鐵礦設計年產鐵礦石700萬t，采剝總量為1 600萬t，采用KY250型牙輪鉆機穿孔，10 m3電鏟鏟裝。礦石主要為磁鐵礦，以他形粒狀為主，少量呈半自形—自形，粒度為0.05～2 mm。礦石主要有害元素為硫、磷，其次有鈣、鎂、鉀、鈉、硅、鋁等。礦體頂底板圍巖均為閃長玢巖。礦體及圍巖的基本性質見表1。

表1 礦體及圍巖性質

高村鐵礦采用澳瑞凱高精度雷管實現逐孔順序起爆，原采用連續裝藥結構，選用乳化炸藥和粒狀銨油炸藥(裝藥車生產)，其中含水量較大的地段采用乳化炸藥。具體爆破參數及指標見表2。

表2 爆破參數及指標

2 水霧除塵機理分析

爆破粉塵的主要成分為二氧化硅、黏土和硅酸鹽類物質，親水性較強。在爆破前用水濕潤初生或已沉積的粉塵，是有效而簡便的防塵措施，但是對于爆破過程中產生的粉塵卻難以起到明顯的效果。爆炸水霧降塵法是新提出的一種方法，利用爆炸能量驅動霧化拋撒水，形成具有一定壓力、粒徑、速度和濃度的水霧，通過霧滴對塵粒的碰撞、攔截、捕獲和沉降，達到液態霧滴與固態塵粒凝結成較大的顆粒后加速沉降的目的[3]。

降塵主要有2種途徑：一是增加粉塵密度，二是增大粉塵粒度。水霧除塵就是利用這2個基本原則。塵粒吸水后密度顯著增加，有利于沉降，同時吸水后有利于粉塵發生凝聚，粒度增加，促使粉塵沉降。根據斯托克斯沉降公式(式1)，任何2個小塵粒的凝聚將使其沉降速度提高3倍[4]。

(1)

式中，vt為顆粒沉降速度，m/s;ρp、ρg為可沉降顆粒及空氣密度，kg/m3；dp為沉降顆粒直徑，m；μ為空氣粘滯度，kg/(m·s)。

影響爆炸水霧除塵的因素有水霧的粒徑、水滴與塵粒的相對速度、水量、粉塵濃度及濕潤性、物粒濃度。水間隔爆破裝藥結構見圖1。

圖1 水間隔爆破裝藥結構

3 現場試驗

3.1 試驗方案

試驗分為巖粉間隔裝藥結構和水間隔裝藥結構。針對不同的裝藥結構，采用FCS-30型粉塵采樣器進行相應的粉塵測試。

FCS-30型粉塵采樣器工作原理：將已知質量的纖維濾膜裝在采樣器的采樣頭內，采集含有粉塵的空氣，再由采樣后濾膜的增量計算出單位體積空氣中粉塵濃度。計算公式為

(2)

式中，R為總粉塵濃度，mg/m3；m2為采樣后濾膜的質量，mg；m1為采樣前濾膜的質量，mg；Q為采樣時流量，L/min；t為采樣時間，min。

設計在-42,-54 m臺階進行9次爆破試驗，其中-42,-54 m臺階各進行一次巖粉間隔裝藥爆破作為對照試驗；-42 m臺階進行3次，-54 m臺階進行4次水間隔裝藥爆破。在現場試驗中，炮眼直徑為250 mm，炮孔深15.5 m，采用塑料袋裝水，爆破水袋長1.5～2 m，直徑為220 mm。測點布置在爆區中間，與爆區炮孔最近距離為40 m。采用FCS-30型粉塵采樣器，在微風情況下，采樣點距工作面位置及高度固定，采樣時間為5 min，采樣流量為10 L/min。測點儀器采用鋼絲網防護，防止爆破飛石砸損儀器。

3.2 試驗結果

不同裝藥結構的粉塵測試結果見表3?？梢钥闯?，采用水間隔裝藥降塵后，爆破粉塵濃度明顯降低，-42 m臺階北3次試驗的平均粉塵濃度降低51.20個百分點，-54 m臺階北4次試驗的平均粉塵濃度降低46.72個百分點，表明該裝藥結構的降塵效果非常明顯(圖2和圖3)。同時，經過現場工業試驗對比，水間隔裝藥爆破在改善破碎塊度、降低大塊率方面優于巖粉間隔裝藥結構爆破。

4 結 論

通過現場試驗，礦山采用水間隔裝藥結構爆破技術是可行的、有效的。基于水霧除塵機理，利用炸藥爆炸產生沖擊波將水間隔瞬間霧化，高壓霧化水分子將粉塵吸附結團，大幅度降低

表3 不同裝藥結構時粉塵測試結果

序號爆區位置孔網參數/m總藥量/t爆破前粉塵濃度/(mg/m3)爆破后粉塵濃度/(mg/m3)降塵率/%爆后效果備注1-42m北6×8.515.50.0925.35有少量大塊巖粉間隔2-54m北6×8.513.50.1023.21有少量大塊巖粉間隔3-42m北5.5×914.20.1013.5146.71基本無大塊水間隔4-42m北5.5×8.513.20.1112.3651.24基本無大塊水間隔5-42m北5.5×912.80.0911.2455.66基本無大塊水間隔6-54m北6×8.513.60.1210.9852.69基本無大塊水間隔7-54m北5.5×912.50.1212.1647.61基本無大塊水間隔8-54m北6×8.511.80.1113.6541.19基本無大塊水間隔9-54m北6×8.514.30.1212.6845.37基本無大塊水間隔

注：在計算降塵率時，利用本臺階巖粉間隔裝藥結構爆破作為對照試驗計算。

圖2 巖粉間隔裝藥結構爆破粉塵效果

圖3 水間隔裝藥結構爆破粉塵效果

了爆破粉塵；同時，水間隔中水柱吸收沖擊波峰值能量，降低其峰值壓力，水柱中吸收能量傳遞給了周邊圍巖，有效地破碎了圍巖，提高了炸藥能量利用率，從而改善爆破效果。礦山采用水間隔裝藥結構爆破后，粉塵濃度降低46.72～51.20個百分點，降塵效果顯著。該項技術不僅適用于露天礦山，也同樣適用于其他非礦山領域的工程爆破，具有廣闊的推廣應用前景。

[1] 楊國彥，李懷宇，程學軍．爆破粉塵顆粒物運動過程的力學分析[J]．河北理工學院學報，1996(4)：1-5．

[2] 胡 濤，刁 偉，崔正輝，等．水袋在爆破水霧除塵技術中的應用[J]．水力科學與工程技術，2012(4)：52-54．

[3] 李戰軍，汪旭光，鄭炳旭．水預濕被爆體降低爆破粉塵機理研究[J]．爆破，2004，21(3)：20-23．

[4] 薛 里，顏事龍．爆炸水霧降塵在拆除爆破中應用的探討[J]．采礦技術，2004，4(3)：65-67．

Application of the Basting Technique of Water Interval Charge Dust Removing in Gaocun Iron Mine

Zhang Rui

(Nanshan Mining Company, Masteel (Group) Holding Co., Ltd.)

Large amount of micro-sized particles is contained by blasting dust in open-pit mine, the environmental pollution of the stope is serious. Based on analyzing the water fog dust removal mechanism, the blasting dust test system is designed and established, the blasting dust comparative test of water bag interval charge structure and rock power interval charge structure in Gaocun iron mine is conducted, the results show that the dust adsorption effect of water bag interval charge structure is better than rock power interval charge structure, the dust adsorption rate is 46.72%～51.20%,besides that, the improving effects of the rock broken size of water bag interval charge structure is also superior to rock power interval charge structure. The study results of this paper further indicated that the blasting technique of water interval charge dust removing has good application prospect in the engineering blasting of open-pit mining and other industries.

Water interval charge, Blasting dust, Water fog dust removing, Dust removing rate

2016-08-11)

張 瑞(1984—),男，工程師，243000 安徽省馬鞍山市雨山區向山鎮。