露天礦山爆破降塵技術分析

曹 健

（中國葛洲壩集團易普力股份有限公司，重慶 401120）

礦山產業在業務發展中，常會進行爆破作業，來維持后續開采效率。但對于露天礦山來說，其爆破作業相當于在開敞空間內進行，此時產生的粉塵物質將會有更廣闊的漂浮、流動空間，該作業類型若不采取適當的降塵把控措施，將難以符合綠色礦山的建設需求。由礦山爆破所產生粉塵的物質內部組成較為復雜，主要成分為礦巖的殘渣，爆破所產生的沖擊波將會直接將粉塵擴散，由此增大污染面積。對此，使用適當的降塵技術，可有效降低粉塵危害程度。

1 露天礦山在爆破降塵時的原理分析

1.1 水降塵原理

露天礦山在其爆破期間，將產生較大規模揚塵現象，若此時外環境有風力因素影響，則粉塵危害范圍進一步擴張，不利于礦山產業完成較高水準的爆破目標，污染環境。使用水降塵的技術，能根據揚塵粒度指標，來將塵粒運動模式做以分析，進而起到降塵目的。首先，塵粒會因為爆破沖擊波強度而產生不同粒徑數值，分析不同粒徑的存在、分布趨勢，能較直觀展示水降塵原理。比如使用鉆孔爆破形式，該類爆破作業產生的塵粒多為氣體、粉塵，因此該粒徑的塵粒結構會在爆破后的一段時間內長期存在于空氣中，對周邊環境產生的影響性較大。

其次，要分析單顆塵粒的運行模式，大氣中的塵粒通常會存在兩類運動狀態，其一為風力影響塵粒飄動，其二為僅受自身重力（無外力干擾）的飄動。因此水降塵技術應用到的原理便是使粉塵顆粒大范圍聚集，由此靠重力因素將其下墜到礦山地表，縮減粉塵在空中的擴散范圍。

1.2 塵粒作用力

爆破后產生的粉塵，將在空中漂浮，但此時會受到風力等外力影響，所以粉塵顆粒運動不僅要考慮單顆影響，更要結合實際情況，分析不同顆粒之間的碰撞問題，以便優化得到性能顯著的降塵技術原理。首先，塵土會受到范德華力影響，該種作用力能較好解釋粉塵在空氣中的運動軌跡，且從微觀視角來看，該種力的作用是塵土自身原子核帶來的，不能被抹去。其次，塵粒將會受到靜電力影響，塵粒作為一類非最小結構物質，它即便處于相對靜止狀態，其內部也將因各粒子間電位差的存在，產生庫侖力。最后，塵粒運動中會存在液體橋聯力，多數塵粒外表面為不規則形態，則含有曲面結構的塵粒，在曲面位置上將會對塵粒自身產生一定壓力，并且會受到表面張力的影響，從而構成了液體橋聯力。

因塵粒自身會存在以上三類力的作用形式，所以爆破瞬間及之后的一段時間內，粉塵顆粒會發生彼此間的碰撞，此時可借助較強勢的凝聚性降塵原理，使粉塵能夠大規模集聚，進而沉降到地表。經分析，塵粒在碰撞中受到的這三類作用力，將會因塵粒體積的增大而呈現線性增大關系，即當塵粒碰撞到一起并集聚后，塵粒所產生的凝聚力將相應增大，沉降規模由此變大，這也為水降塵原理提供了更為充分的技術支持。

2 水炮車設備的技術分析

使用水炮車移動設備，可以在爆破區作業前，由爆破技術員與運礦車間水車司機共同完成噴水操作，水車由爆區負責技術員與調度室預定，預定時說明爆區地點和水車到達爆區的時間和需要的水量，一般爆破方量1萬噸以下使用20噸水，方量1～3萬噸，使用40噸水，能達到很好的降塵效果[1]。在爆破前，技術人員應規劃出合理的行車及噴水軌跡，此時所設置的噴水量要按照爆破區域預估產生粉塵量計算，噴水時應格外關注爆破區地形，低洼處要存有一定水量，高處則應保持表面濕潤，以便粉塵在沉降后能與濕潤土地產生作用力，不易再次被風力等原因擴散至周邊范圍。

噴水操作在不同位置有著具體規劃，首先在正常爆區噴水，為節省爆破過程時間，一般先噴臺階根部4m～5m處，水車與臺階根部保持一定安全距離，防止噴水時落石砸水車，然后噴射爆堆前撲的30m～40m范圍然后噴爆區表面，噴水時先噴巖粉最細的渣面，最后大范圍掃噴。其次在邊幫部位進行噴水操作，要考慮到該位置上可能會存在滾石危害，噴水順序要按照危險程度由高到低依次排布，然后在連接起爆網絡后，保護導爆管設備，謹防滾石砸傷。

水炮車設備在應用時，為保持作業安全，有需要注意的情況。比如該露天礦區在冬季進行爆破作業，應參照該地區歷年室外作業溫度數據，避免因結冰問題，導致噴水降塵作用失效，冬季噴水應先將起爆網絡規劃、接連完畢后，再噴水操作，保護起爆網絡安全。另外，在對碎石較多位置進行噴水前，需要將導爆管設備位置進行合理規劃，避免發生在噴水時直接噴射到導爆管的不良操作行為，正確操作應是向上噴水，保證噴射出的水柱能以自然下落形態，完成噴水作業。

3 水霧抑塵車設備技術分析

采用水霧抑塵車來進行爆破降塵處理，該設備能在爆破瞬間借助內部高壓氣體作用力，使水能以霧態形式高速噴射而出，在大范圍內的水霧與爆破粉塵接觸后，將粉塵集聚到一起，從而將大塊的粉塵沉降落地，完成抑塵結果。水霧抑制粉塵的原理較為簡單，但其應用效果較顯著，從抑塵車內噴出的水霧范圍及時間由車內載水量決定，現階段市面上常用的抑塵車載水量規格為8噸，而配置的制備高壓氣體設備在工作中所能產生的風壓約為17兆帕，所以經計算，該類設備噴出水霧能達到的時間在20秒左右，有效噴出射程在50m上下。

使用水霧抑塵車應注意的是要把控好它的入場作業時間，因為水霧在有效噴射時的持續時間不夠長，無論抑塵車工作開始的偏早或偏晚，都將影響實際降塵效果，所以在該技術實踐時，應注意保證時效性。通常情況下，水霧抑塵車所在位置一般距離主爆區最后排孔約14m，在起爆指令發出后，利用遠程遙控水霧噴出7秒左右后，爆區再執行起爆命令[2]。

4 水袋封堵降塵的技術分析

4.1 應用步驟

首先選擇適宜形制的水袋設備。該技術降塵效果是由水袋本身尺寸、安置位置等因素決定的，因此選擇適宜的水袋事半功倍，現階段市面上所流通的水袋材質多為塑料、乳膠等，當該類型材質受到爆破影響后將分解成有毒有害或難降解物質，因此爆破降塵作業不能選擇該類型水袋。為達成綠色礦山建設目標，選擇ldp材質制造降塵水袋，能在起到較高環保優勢之余，具備更好的抗壓性能，在爆破作業影響其完整性時，能在分解中生成優質的可降解物質。

其次，水袋袋厚因素的良好選擇能充分抑制水霧擴散，從而起到更高效的降塵效果，防止粉塵隨水霧大規模擴散。目前部分礦山產業多選用的水袋袋厚在0.03mm～0.055mm之間，但經研究發現，最具應用經濟效益的厚度指標應在此基礎上還要增加約0.033mm，以便獲得最大降塵功效。

再次，應將水袋外形進行科學設計。不同形制水袋的儲水量有所差異，水袋長徑應和鉆孔的實際直接一致，將爆破損壞水袋時產生的沖擊力最小化，保證水袋降塵方式的應用原理能有效發揮。并且水袋形制上還需注意注水操作應將蓄水設備和設計鉆孔的直徑相符合，減少注水損失，降低降塵技術的實際投入。使用良好的水袋外形作為實際所用降塵設備，能將爆炸時的沖擊力有效吸收，確保產生的粉塵可以和水霧相結合，最終完成高效降塵目標。經計算，鉆孔直徑設計為120mm時，相應的水袋長度要達到1200mm，具體選用何種長徑比，應結合爆破降塵需求而定。

然后，水袋設備應在降塵效果最優位置擺放，所分析的主要參數為堵塞長度，堵塞長度需要與水袋的數量相協調，由此便可得出雙水袋比單水袋的經濟成本效益更高。并且，分析降塵效果的最佳作用位置，需要考慮爆破鉆孔所選擇的位置，在鉆孔周邊產生的粉塵危害最為嚴重，且水袋降塵技術原理是通過水霧形態完成，因此將水袋布置在粉塵的生成源頭上，能有效利用降塵原理完成綠色礦山建設。

最后，水袋應發揮的最大化效果中要將爆破鉆孔位置做以粉塵處理。水袋排布位置在炮孔口附近，該位置經分析是產生粉塵數量最大的爆破部分，因此將水袋放置在這里，可借助爆破沖擊影響，將水袋內經振蕩產生的水霧有效揚起一定范圍，確保被爆物體產生的粉塵充分濕潤，以此便阻礙了揚塵情況的產生。

4.2 案例分析

某露天礦山選擇使用水袋降塵技術來減少粉塵危害范圍，該爆破項目借助臺階式深孔毫秒延時松動技術完成作業，一段爆破長度內設置2孔，孔內裝有MS15起爆雷管設備，與孔外雷管網絡相連[3]。分別測試水袋有無及水袋數量等參數下的因素，對降塵效果的影響，每個參數的項目爆破共三次，取三次結果的平均值后，由此得出了不同水袋參數的降塵效果，見表1所示。

表1 粉塵濃度數據

從表中數據明顯可知，水袋降塵技術要比無防護爆破的粉塵濃度低很多，且雙水袋比單水袋的粉塵降低率更高。以孔徑120mm水袋形制、雙水袋數量作為分析對象，其堵塞長度與鉆孔可塞長度保持一致，降塵效率可達到76%。

5 結論

綜上，隨著礦山產業開采技術的發展，在爆破中所用到的降塵技術也應受到管理人員重視。有效降低粉塵危害，能提高各崗位職工的作業效率，側面影響產業收益。現有降塵技術呈多元發展趨勢，各礦山產業需結合所用爆破形式，來選擇最具經濟效益的技術，比如使用噴水降塵方法便要考慮水資源成本。另外，將多類降塵技術結合使用，也可產生較高應用成效，管理人員需協調配合各類作業形式，將產業損害降到最低，贏得更高作業收益。