化學抑塵劑在煤層爆破粉塵治理方面的應用研究

張辛忻 王立杰

摘要：本文以黑岱溝露天煤礦煤層松動爆破時產生的粉塵為研究對象，通過現場試驗的方式，探索露天煤礦煤層松動爆破作業環節控制煤塵起因及來源，并找出合理高效的治理措施。

關鍵詞：爆破;粉塵;治理

Abstract：This paper takes the dust produced in the loose blasting of coal seam in Heidaigou open-pit coal mine as the research object， and through the field test， explores the cause and source of controlling the dust in the loose blasting of coal seam in open-pit coal mine， and find out the reasonable and high-efficient management measure.

Key words：Blasting;Dust;Treatment

1 引言

在露天礦生產過程中，穿爆采運排各個環節都會產生大量粉塵。不僅損害礦坑內作業人員的身體健康，也會對采礦作業安全有著不利的影響，除此以外，擴散到礦坑外還會影響周邊環境，礦區整個大氣也會受到塵染。露天礦粉塵污染治理作為業內公認的一大難題，煤炭企業不斷探索與應用各種粉塵污染治理舉措，力爭最大限度地降低粉塵濃度，減少粉塵擴散。本文以露天煤礦爆破粉塵的治理作為研究課題，并經過現場試驗論證，得出合理可行的結論。

2 煤層爆破粉塵起因及來源

煤層開采時首先要對煤巖進行鉆孔，在爆孔內灌裝炸藥，通過爆破松動煤巖以便于裝載機械設備的鏟裝。每次松動爆破，炮孔多達50-120孔，使用炸藥爆破后，會產生大量的煤巖粉塵，因此，爆破作業產生的粉塵是露天煤礦主要粉塵源之一。與煤層爆破相關的粉塵主要來源以下幾個方面：（1）鉆孔時產生并留在煤層表面的煤粉。牙輪鉆機鉆孔時會產生大量的煤巖粉末留在煤層表面。每個鉆孔深17-40m不等，每個炮孔產生煤巖粉末750～1 760kg，這些煤巖粉末留在煤層表面，部分用于填充炮孔，其余隨爆破后的沖擊波飛向空氣中產生粉塵。（2）爆破瞬間產生的粉塵。炸藥爆炸時，形成爆炸漏斗，爆炸產生的氣體首先將上部爆炸漏斗內的煤巖及填充物（煤巖粉末）沖向天空，產生大量一次粉塵。（3）爆炸氣體對煤巖進行擠壓，拋擲，在空中碰撞形成二次破碎，又會產生大量二次粉塵。（4）爆破后煤巖拋擲回落地表及爆炸沖擊波對周邊沖擊再次產生大量粉塵。（5）填充炮孔時產生的煤塵。與爆破相關的粉塵除以上5點外，填充炮孔產生的粉塵還會直接對操作工人帶來嚴重的危害。

3 粉塵的防治技術與爆破粉塵治理思路

3.1 粉塵的防治技術

近年來，國際上粉塵治理理念發生著轉變，逐步由被動防塵（布袋過濾、負壓抽出、靜電捕捉、密閉等）轉變為主動抑塵（減少產生）;治理關口也逐步前移，由傳統的排污節點治理轉變為源頭把控;由以灑水噴霧降塵措施轉變為水中添加化學劑，以改變水分子活性來提高抑塵效果。

空氣中的大多數塵埃是疏水的，所帶電荷具有排斥水的特性。此外，微小粉塵通常比水滴小得多，因此粉塵通過空氣中水滴湍流時，會在其周圍產生空氣流，粉塵圍繞水滴進行移動。另外，由于水極易蒸發，在炎熱的夏季和干旱多風的春秋季節，水灑在煤堆上很快被蒸發掉，抑塵效果短暫。國際上先進的抑塵研究與應用的趨勢是通過添加化學劑使水滴具有與微小粉塵相反的離子電荷，帶電水滴與粉塵相吸，使水滴像空氣中的磁鐵一樣，將粉塵包容至液滴中。同時，添加化學抑塵劑后，可以降低水的表面張力，使之形成并持續保持更小的液滴的狀態。

3.2 爆破粉塵治理思路

根據煤層爆破粉塵的產生機理及化學抑塵劑的抑塵原理，采用化學抑塵劑進行煤層爆破粉塵治理的思路是：首先，改變原有炮孔的填充物，減少爆破時粉塵來源;其次，在炸藥起爆之初即實施抑塵，減少粉塵擴散。

具體措施：改變原有的使用煤巖粉末填充炮孔的方式，現采用抑塵劑水溶液填充炮孔，實現提高水的捕塵效率，做到從粉塵產生源頭進行污染控制。

4 試驗工作方案

4.1 試驗內容

（1）調查煤層松動爆破現狀，分析現有爆破參數，孔間距及炸藥裝藥結構并研究改進建議。（2）實驗用裝有抑塵劑混合液的塑料袋充填炮孔、混合液塑料袋垛在炮孔內不同擺放方式的抑塵效果。（3）配制混合液，選擇美國進口的Coaltrol65-4X、X50和Resinator3種抑塵劑分別與水混合，這幾種材料具有活化、速凝和黏粘結性，不含有毒化學成分，無致癌或誘變物，無污染，不易燃，無腐蝕性等特性。（4）采用不同濃度的抑塵劑混合液（1∶300、1∶400、1∶500）進行爆破試驗。（5）觀測回落混合液及留在爆堆上的混合液對爆堆表面的抑塵效果。

4.2 試驗工作步驟

4.2.1 爆破參數與裝藥結構

黑岱溝露天煤礦煤層松動爆破臺階高度31m，孔深33m-37m，平均孔距8m，排距9m，孔徑0.2m。采用低密度銨油炸藥（0.5kg/m3），由導爆索連接孔下部起爆藥包，排間微差爆破。

單孔裝藥結構如圖1所示。

4.2.2 試驗水袋充填炮孔

主要目的：找出合適的裝抑塵混合液裝置，采用不同厚度的塑料袋盛水進行爆破試驗。

4.2.2.1少量水袋試驗

首次水袋試驗使用薄、厚2種塑料袋，薄塑料袋注水時發生破裂，厚塑料袋完好。因此，使用厚塑料袋注入化學抑塵劑混合液放入爆破孔，混合液在起爆瞬間沖向上空，然后灑落在爆破孔周圍（噴灑覆蓋半徑2～3m），2個試驗孔爆破后孔周邊幾乎沒有起塵（現場試驗圖如圖2、圖3、圖4）。

4.2.2.2批量水袋試驗

采用的厚塑料袋，塑料材質、厚度與充填間隔器的材料相同，直徑略小于炮孔直徑，防止孔壁扎破塑料袋。每次試驗30-40孔，試驗效果均能達到預期的抑塵效果。

4.2.3 配置抑塵劑混合液

采用室外小樣試驗。室外小樣試驗的目的主要是比選Coaltrol65-4X、X50和Resinator3種不同抑塵劑在不同稀釋濃度下，對煤塵的捕捉效果及持續時間。

分別采用水，65-4X（1∶300，1∶400，1∶500），Resinator，X-50分別試驗，3種不同抑塵劑效果對比見表1。

經比較，發現65-4X（1∶300、1∶400）抑塵效果最好，按照該比例配置抑塵劑混合液繼續進行煤層爆堆工業試驗。

4.2.4 煤層爆破抑塵工業試驗

煤層爆破抑塵工業試驗采用1∶300、1∶400兩種濃度的混合液。

4.2.4.1混合液配置

每次爆破時根據炮孔數量及填充高度計算抑塵劑混合液需要量，使用灌裝運輸車完成溶液配制（先加水后加藥）后運往爆破現場，藥劑運運送的路途中，抑塵劑與水可以實現混合均勻。

4.2.4.2實驗對比

第1次實驗（1：300），布置30個抑塵混合液填充孔，35個煤粉充填孔，共計65個炮孔?？咨?7m，裝低密度銨油炸藥10m，填充物（抑塵混合液或煤粉）7m。

第2次實驗（1：400），布置40個抑塵混合液填充孔，50個煤粉充填孔，29個水充填孔，共計119個炮孔?？咨?3m，裝低密度銨油炸藥23m，填充物（抑塵混合液或煤粉）10m。

經過為期兩天的現場實驗觀察對比，發現兩種濃度的抑塵劑混合液都可以有效降低爆破作業產塵量，抑塵效果都非常明顯。

5 抑塵效果及經濟效益分析

5.1 抑塵效果分析

采用抑塵劑混合液填充煤層爆破炮孔的抑塵效果較好。其抑塵作用主要表現于以下4個方面。

（1）減少爆破時的粉塵量。按炮孔填充7-10m煤巖粉末計算，每個炮孔直接減少250-350kg煤粉，每次按70個炮孔計算，可減少17 500～24 500kg粉塵。（2）抑塵劑混合液捕塵效率高。抑塵劑混合液改變了水離子電荷，將煤塵原有的“疏水”變為“親水”，并使水滴變得更小，從而提高捕捉煤塵的效率。炸藥爆炸后，填充在炮孔上部的抑塵劑混合液首先沖向上空，混合液上升、散開、下落的過程即是捕塵的過程，能夠有效降塵。（3）抑塵劑混合液在炸藥起爆的同時發生抑塵作用，可以減少粉塵擴散范圍，達到抑塵關口前移，變被動防塵為主動抑塵。（4）降低爆破后煤層粉塵污染程度。爆破后抑塵劑水溶液液與捕捉的煤塵下落到煤堆表面可固化煤堆表層，抑制了煤堆揚塵，從現場來看，至少2d仍能起到煤堆表面抑制作用。

5.2 社會經濟效益分析

5.2.1 經濟效益

減少煤炭流失，經測算，每孔直接減少（少填充）煤塵約0.35t，另外，320kg液體還要捕捉一部分煤塵（約液體的30%），按每孔能減少煤塵500kg，每噸煤300元計算。收益：300*0.5=150元。

5.2.2 社會效益

爆破抑塵的主要作用在于減少露天礦爆破時的揚塵，對改善職工工作環境，提高職工身心健康和安全生產水平，減少大氣污染等將產生巨大社會效益。

6 結論

本項目“黑岱溝露天煤礦道路抑塵劑試驗”取得了預期成果，結論與體會如下：（1）抑塵劑Coaltrol65-4X，治理爆破揚塵效果明顯。（2）優化每個炮孔炸藥用量，在保證松動爆破效果的前提下，炸藥越少，填充抑塵混合液量越多，抑塵效果越好。（3）爆破揚塵的多少還與每次爆孔數量正相關，一次爆破數量越多，揚塵治理難度越大。

參考文獻

[1]黑岱溝露天煤礦煤層爆破粉塵治理試驗結題報告[R].北京茂瑪科技有限公司，2019.

[2]彭小蘭，吳超.化學抑塵劑新進展研究[J].中國安全生產科學技術，2005（05）：44-47.

收稿日期：2020-07-11

作者簡介：張辛忻（1970-），女，本科學歷，學士學位，高級工程師，研究方向為環境保護管理工作。