露天石灰石礦山爆破降塵施工技術

崔強

摘要：露天石灰石礦山爆破粉塵具有瞬時性且擴散快的特點，不僅危害周圍環境，而且威脅著現場施工人員的健康。結合實際工程概況，制定水袋降塵方案，以布置爆破孔、選擇水袋、鋪設水袋的步驟實現爆破降塵施工。降塵效果測試結果表明，使用本文設計爆破降塵施工技術，可以提升49%的爆區落塵量，并降低40.4%的粉塵濃度，從而驗證了采用該技術降塵效果顯著。

關鍵詞：露天礦山；石灰石礦山；爆破降塵；施工技術

0? ?引言

隨著全球經濟的高速發展，各國對礦產資源的需求量與日俱增。當下，我國為推動礦山產能，在礦山開采過程中采用大規模的爆破作業手段。然而，在露天石灰石礦山爆破中，不可避免會產生大量爆破粉塵。這種高濃度且擴散快的粉塵，對周圍環境以及現場作業人員產生了巨大危害。近年來，露天石灰石礦山爆破粉塵的治理，逐漸成為我國礦產開發中亟需解決的問題。國內眾多學者們針對于此展開了大量的研究工作，先后提出水管噴水法、直升機灑水法以及預先淋水法等一系列的礦山爆破降塵技術。石灰石礦山爆破產生的粉塵具有產量大、瞬時性等特點，僅采取傳統的灑水降塵技術無法有效治理爆破粉塵。本文結合露天石灰石礦山爆破開采的特點，重點對降塵施工技術進行探討和研究。

1? ?礦山概況

某石灰石礦山位于山區，礦山南北寬度為1.8km，東西長度為5.2km，主要采用露天開采的形式。雖然該礦山遠離城市，但其附近開采安全距離范圍內仍存在一些建筑物，如礦區礦山辦公樓、居民房屋等。

該露天石灰石礦山正常爆破時，所產生的大量粉塵將會擴散至上述建筑物附近，嚴重影響了附近居民及礦山作業人員的生命健康，并對礦產資源的正常生產造成了一定影響。為確保該露天石灰石礦山可以順利開采，急需找出一種有效的爆破降塵施工技術。

2? ?制定爆破降塵方案

露天石灰石礦山爆破開采中產生的粉塵，不僅可以短期內迅速擴散到爆區的整個空間，而且其濃度極高，嚴重影響著周圍生態環境及作業人員健康。針對上述露天石灰石礦山的實際情況，需制定有效的降塵方案[1]。

2.1? ?粉塵特點

通常情況下，石灰石礦山爆破產生的粉塵具有以下特征：一是粉塵濃度高。在礦山開采爆破的瞬間，產生的粉塵以超高的濃度擴散至大氣中。二是顆粒小、質量輕，擴散快。礦山開采爆破所產生的粉塵大多為0.005～0.08mm級別的粒度，擴散速度極快。三是滯留時間長。礦山爆破產生的粉塵中存在大量電荷，會吸附空氣，從而長時間滯留在空氣中。

2.2? ?針對性治理方案

針對露天石灰石礦山爆破粉塵的這些特點以及實際施工環境，本文采取水袋降塵施工技術來治理礦山爆破粉塵。水袋降塵技術如圖1所示。

水袋降塵施工，就是在礦山爆區表面提前布置裝滿水的袋子，開采爆破時會優先破壞水袋，通過水霧來實現降塵。在采用水袋降塵技術進行露天石灰石礦山爆破降塵施工時，雖然搬運與布置水袋的勞動強度較大，但該施工過程較為簡單，且具有良好的降塵效果，為此本文選用水袋降塵施工技術。

應用水袋降塵施工技術時，必須準確掌握水袋各項因素與降塵效果之間的關系。水霧擴散效果與水袋壁厚之間存在直接聯系，且水袋的鋪設位置與整體降塵效果有關。

3? ?露天石灰石礦山爆破降塵施工

3.1? ?布置爆破孔

3.1.1? ?布置要求

根據露天石灰石礦山開采爆破現場的勘查結果可知，產生爆破粉塵的主要位置為爆破孔口[2]，所以在進行露天石灰石礦山爆破降塵施工時，首先需要結合爆炸水霧場來布置爆破孔。合理布設爆破孔，可確保后續鋪設水袋產生的爆炸水霧，可以完整的包覆礦山爆破蘑菇塵云，進而保障露天石灰石礦山爆破降塵效果[3]。

3.1.2? ?布置爆破孔要點

本文在布置爆破孔時，引入GPS技術來設計爆破孔網，以增強爆破孔的布置精度。先將天線安裝在鉆機上，要求各天線之間的距離在1.8m以上，以保證爆破孔定位數據精準。在天線安裝成功之后，需要獲取鉆機作業位置，在已知GPS天線定位坐標信息的基礎上，進一步求得鉆桿的坐標信息，即可實現鉆桿的定位。

然后再進行機頭的定位。由于機頭是確定鉆孔方向的關鍵組件，所以在鉆機處于穩定作業狀態下，獲取GPS天線移動前后的坐標信息，根據二者之間的差值，即可獲取機頭位置。

通過GPS軟件，進行露天石灰石礦山爆破孔的自動布置作業。對于后排孔的布置，根據露天石灰石礦山爆區臺階的走向，確定穿孔區域的起始點與終點，將二者連接即可得到穿孔位置線。對于前排孔的布置，結合露天石灰石礦山爆區臺階形狀來確定，以確保前排爆破孔的走向符合爆區實際情況。對于露天石灰石礦山開采爆破作業而言，爆破孔的深度與爆破效果之間存在直接聯系，可以根據代表性的典型點位孔深，來求得全部爆破孔的深度。

在確定上述爆破孔的參數后，將這些數據輸入GPS軟件中，即可實現露天石灰石礦山爆破孔的自動布置。布置好爆破孔后，還需對各個爆破孔進行放樣校驗，以確保各個孔位均為完整、有效的爆破孔。

3.2? ?選擇水袋

在本文所設計的露天石灰石礦山爆破降塵技術中，水袋的選擇至關重要，無論是水袋的材質還是水袋的尺寸均影響著爆破降塵的效果[4]。

3.2.1? ?確定水帶材質

在確保降塵水袋環保高效使用的前提下，盡量選擇經濟效益較高的水袋。通常水袋由乳膠或者聚乙烯塑料制作而成，這類水袋雖然透明柔軟，但其經過爆炸后會產生一氧化碳等有毒氣體，且未破碎的殘留物具有難降解的特征，這樣雖然解決了礦山爆破帶來的粉塵污染，但會因水袋爆破帶來白色污染，從而失去了露天石灰石礦山爆破降塵施工的意義。

本文在進行露天石灰石礦山爆破降塵施工時，選用LDP-低密度聚乙烯吹塑而成的水袋，該水袋不僅環保實用，可以快速降解，而且保持了傳統水袋抗壓、密封的優點。

3.2.2? ?水帶參數設計

在確定水袋材質之后，需要對水袋壁厚、寬度、長度等尺寸參數進行設計[5]。在應用水袋爆破降塵施工技術時，如果水袋的壁厚過大，將會影響爆破水霧擴散效果，從而失去降塵效果。反之如果水袋壁厚過小，很容易在注水、鋪設過程中受水壓力的影響，出現破裂漏水現象，會影響炸藥的爆破效果。本文根據下式來確定降塵水袋的壁厚：

V=G/R×D·〔W/H×p〕 （1）

式中：V代表水袋內溶液爆炸擴散的最大速度；G代表系數，取值為2.7×10³；R代表爆破孔的直徑；D代表降塵水袋的壁厚；W代表降塵水袋的寬度；H代表降塵水袋的長度；ρ代表水袋內溶液的密度；γ代表固有系數，一般取值為γ=-0.2。

根據式（1）不僅可以確定降塵施工采用水袋的壁厚，而且可以確定出水袋的尺寸。本文結合本次工程的實際情況，選擇的降塵水袋的長度×寬度×壁厚為1200mm×200mm×0.08mm。該水袋不僅不易破損，而且在爆破后形成的水霧擴散狀態也較為理想，從而可保障露天石灰石礦山爆破降塵施工效果。

3.3? ?鋪設水袋

在選擇好本次露天石灰石礦山爆破降塵施工使用的水袋后，即可開始進行水袋的鋪設施工。

3.3.1? ?設計鋪設模式

為確保降塵效果[6]，設計如圖2所示的雙水袋鋪設模式。雙水袋模式就是在爆破孔內炸藥安放完畢之后，于孔內填塞一個水袋，與炸藥之間緊密接觸，然后在爆破孔頂部設置一個水袋，使其與爆破孔內水袋之間形成一個整體，從而提升降塵效果。

3.3.2? ?水帶鋪設要點

在水袋的鋪設過程中，需要在鋪設凹槽內填充一定的細砂[7-8]，用于固定水袋，避免水袋在注水之后出現位移。對于露天石灰石礦山爆區地表水袋的鋪設，為避免與起爆網之間產生交叉現象，影響爆破效果，需要以斜排的形式進行水袋鋪設，并且將導爆索安放在降塵水袋的正下方。在露天石灰石礦山的炸藥的安裝與水袋的鋪設完成之后，于水袋內注水。注水過程中，實時監測注水效果，避免出現施工事故。注水完畢后，即可進行炸藥的起爆，這時礦山爆破產生的粉塵即可被水袋爆破形成的水霧有效攔截。

4? ?施工效果分析

為驗證本文所提爆破降塵施工技術的有效性，于露天石灰石礦山爆破現場進行測試，通過對比同一爆區下無降塵措施與應用降塵措施下爆破粉塵濃度與擴散情況，來判斷本文設計技術的降塵效果。

4.1? 測試現場布置

降塵效果測試現場布置如圖3所示。在有降塵措施實驗區域，爆區前布設一排水袋，水袋下鋪設了4根導爆索。在有、無降塵措施的實驗區域內，分別布設4個用于檢測單位面積的落塵量集塵盒，以及1臺用于檢測粉塵濃度的測塵儀。

4.2? 落塵量數據分析

在此基礎上，開始爆破實驗。爆破結束后，統計出各集塵盒所采集的單位面積落塵量數據，落塵量對比如表1所示。

由表1測試結果可知，隨著集塵盒與爆破點之間距離的增加，單位面積的落塵量呈下降狀態。其中無降塵措施下的爆破粉塵的落塵量平均為3.33g/m²，而應用了本文設計降塵技術后的爆破粉塵的落塵量平均為6.53g/m2，提升了49%，說明本文設計爆破降塵技術，可以對爆破粉塵進行有效攔截。

與此同時，測塵儀所采集的數據顯示，無降塵措施下的爆破粉塵濃度為147.96mg/m3，而有降塵措施下的爆破粉塵濃度為88.13mg/m³，降低了40.4%。由此可以說明，本文設計爆破降塵施工技術的降塵效果顯著，可以滿足露天石灰石礦山爆破需求。

5? ?結束語

在露天石灰石礦山的爆破開采中，產生的粉塵較正常礦山濃度更高、擴散速度更快。在整個社會環保意識不斷提升的今日，礦山爆破粉塵已經影響到礦產資源生產及環保效益。本文結合露天石灰石礦山的實際情況，提出一種爆破降塵施工技術，并通過現場測試驗證了該降塵技術的有效性。應用該技術不僅可以取得顯著的礦山爆破降塵效果，而且可以提升降塵效率。當然，本文所研究的水袋降塵施工技術仍存在一定不足之處有待解決，如在冬天等寒冷天氣下，水袋極易發生結冰現象，從而影響爆破降塵效果。今后筆者將針對水袋內抗凍溶液進行深入研究，以便提升該降塵技術的實用性。

參考文獻

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