胡 濤，刁 偉，崔正輝，吳曉楊，呂 鑫

（武漢大學水利水電學院，武漢430072）

1 研究背景

隨著我國水利事業(yè)的飛速發(fā)展，水利水電工程建設對爆破技術的依賴度越來越高，爆破技術的應用范圍日益廣泛。爆破過程中產生的粉塵對環(huán)境、施工人員健康危害較大，消除爆破粉塵一直是工程建設研究的重要問題。但爆破產生的粉塵的危害仍然沒有得到有效的控制，在環(huán)境保護、勞動保護等方面引發(fā)一些問題，使得水利水電工程巖石的拆除爆破受到了一定的限制，成為阻礙爆破技術發(fā)展的難題［1-3］。

2 爆破粉塵的特性與除塵機理

2.1 來源

爆破粉塵的來源主要分為兩部分［4］：①施工準備階段產生的粉塵，主要包括拆除物表面的粉塵，施工器械附著的粉塵，鉆孔產生的巖屑等；②在進行爆破階段產生的粉塵，主要包括拆除物破碎產生的粉塵，構件觸地解體產生的粉塵，爆破沖擊波揚起的粉塵等。

2.2 危害

近年來，水利水電工程爆破施工及城市爆破拆除中的粉塵對環(huán)境和社會的危害越來越受到人們的關注。①環(huán)境危害，主要包括大氣污染和生態(tài)系統的破壞；②社會影響，對人體產生的危害會引起矽肺等呼吸系統疾?。虎鄯蹓m污染后的空氣通過大氣循環(huán)對周邊的城市空氣質量造成嚴重的影響［5-6］。

2.3 防治現狀

爆破粉塵污染的防治一直是水利水電工程研究的重要問題，長期以來形成了多種除塵方法。但是目前爆破降塵技術還沒有形成一套完整的技術體系，很多研究工作比較分散，理論成果也很難應用到實際工程中，而且應用僅局限于城市建筑物爆破領域，并未在野外一些工程中大量使用，其次爆破工藝還存在著各種問題，例如材料不合理，容易造成二次污染；除塵效率低；除塵花費高；除塵安全性低，易造成事故［8］。

2.4 水霧除塵機理

普遍認為在水霧中存在的各種動力學現象和蒸發(fā)、凝結及水蒸氣濃度差異造成的擴散現象等對呼吸性粉塵的捕集起重要作用［8-10］。其中包括空氣動力學理論、云物理學機理、斯蒂芬輸運原理［11-15］。

3 水霧除塵效果影響因素

3.1 爆炸水霧的粒徑

捕塵效率與爆炸水霧粒徑大小關系密切，粒徑過小或者過大都會影響捕塵效率；霧滴與塵粒粒徑大小應大體相當，否則會使塵粒沿霧滴周圍繞過而逃逸，使除塵效率降低。對于不同粒徑的粉塵，有最佳霧滴直徑范圍，最佳霧滴直徑隨粉塵粒徑減小而減小，且霧滴直徑為塵粒直徑的100～150倍適宜。史富川、康聚鼎通過分析各國學者的研究成果，認為：①粒徑在l00um左右霧滴的捕塵能力為最強；②霧滴粒徑在l00um以下卻又在十分容易汽化的濕度以上時，則50um左右的霧滴對捕獲呼吸性粉塵的效果為最佳。薛里等［16］在理論和實驗數據分析的基礎上，提出在水霧和粉塵高速碰撞中，水霧粒度在大于300～450um時捕塵為益，但有一定的濃度限制，即在距離超過2.5m后，水霧粒度較均勻，但濃度較低，水霧將會很難對粉塵起到抑制效果。張小艷［17］從超聲霧化系統的除塵效果出發(fā)，建立了除塵效率與霧化效果之間關系的數學模型，對于除塵效率的量化計算具有重要意義。

3.2 爆炸水霧霧滴與塵粒的相對速度

一般來說，沖擊能量會隨著水霧霧滴與塵粒的相對速度提高而提高，同時霧滴的表面張力對粉塵的阻力會減小，從而濕潤塵粒。但要注意相對速度不宜過高，過高會使塵粒與霧滴的接觸時間縮短，使捕塵效率降低。

根據資料［18-19］表明，當霧滴與塵粒碰撞時，霧粒和塵粒的相對速度不應小于20～30m/s，水霧霧滴的初速度以不小于80～100m/s為宜?？傊械膮嫡{整都是為了在水霧捕塵的有效半徑內，盡量讓霧滴和塵粒發(fā)生正碰，以實現有效降塵的目的。

3.3 水量對水霧捕塵效果的影響

水量的大小是影響除塵效果的主要因素。一般認為水量增大可以有效提高除塵效率，如表1。

表1 同水量不同塵量的除塵效果

表1可以看出，捕塵效率與水量及空氣中含塵濃度有密切關系。總捕塵效率隨著粉塵濃度的升高而升高，當粉塵量到達一定數值后，捕塵效率開始減小。在其他條件相同下，一定的水量對應一定的最大除塵量。研究最大捕塵量和水量的關系有利于充分利用水量，以節(jié)約總用水量。

3.4 水袋爆破時間間隔對水霧捕塵效果的影響

根據水霧與粉塵作用原理，水霧對粉塵的作用時間越長越好，因此應設定一定的起爆時間，使水霧與粉塵具有較長的作用時間。水袋爆破時間的確定主要包括兩個方面：①確定爆破粉塵與爆破水霧之間的時間間隔，誰先爆破，時間間隔多少；②由于爆破開挖的面積較大，不會只有1個水袋，為加強除塵效果，單個炮孔的周圍不會只設置1個水袋，因此還要確定不同布置位置水袋起爆時間。

單水袋爆炸后水霧的停留時間較短，但一般爆破工程中粉塵的停留時間卻很長，因此需要先進行巖體的爆破，再進行水袋的爆破。增加水袋的個數，爆破除塵可以有效延長水霧與粉塵的作用時間。

安徽理工大學薛里等［16］做雙水袋實驗，利用控制變量法，研究水袋爆破延時單一變量對爆破除塵的影響。實驗中第1個水袋與塵源同時起爆，第2個水袋延遲第1個水袋分別為1s、2s和3s進行起爆，粉塵的原始濃度為472.61mg/m3，檢測第2個水袋爆破一定時間后的粉塵濃度，如表2。

表2 不同延時除塵效果

由表2可以看出，雙水袋捕塵效率提高較小，即雙水袋的相對單個水袋除塵效率沒有現在變化。因此，采用雙水袋除塵并不是十分有效的除塵方式，反而加大了水袋的使用量而使工程造價提高，既不經濟也不實用，一般采用單一水袋除塵最佳。

4 結語

（1）捕塵效率與爆炸水霧粒徑大小關系密切，粒徑過小或者過大都會影響捕塵效率，且霧滴直徑為塵粒直徑的100～150倍適宜。

（2）在設計水霧爆破速度時，應根據粉塵的速度進行調整。霧粒和塵粒的相對速度應20～30m/s之上，水霧霧滴的初速度以大于80～l00m/s為宜。

（3）一定的水量對應一定的最大除塵量，且粉塵濃度提高可以增大捕塵效率，但粉塵濃度到達一定數值后，除塵效率不再增大反而較小。

（4）采用雙水袋除塵效果不明顯，既不經濟也不實用，一般采用單一水袋除塵即可。

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