董憲偉

(河北聯(lián)合大學(xué)，河北 唐山 063009)

礦山路面揚塵不但危害工人的身體健康和行車安全，而且加快車輛和礦山機械的磨損，增加油耗，縮短發(fā)動機和輪胎的使用壽命，使車輛維修費用增大，給礦山的經(jīng)濟(jì)造成巨大的損失。因此，采取措施控制路面揚塵是每個礦山必須面對的問題。

對露天礦來說，我國將近80%的礦產(chǎn)品是由露天開采的，露天礦山正在朝大規(guī)模生產(chǎn)能力和高度機械化方向發(fā)展，大型電鏟和大型汽車運輸是露天坑內(nèi)的主流作業(yè)方式。露天礦開放式的作業(yè)環(huán)境，如剝離、采礦、裝卸、運輸、破碎等引起的粉塵污染非常嚴(yán)重，特別是露天坑道路為土質(zhì)或碎石簡易路面，擾動荷載大，動態(tài)性強，運輸路面揚塵是露天坑最大的粉塵污染源，給粉塵控制帶來了很大的困難。資料表明，在運輸作業(yè)中，汽車產(chǎn)塵強度為各露天開采作業(yè)設(shè)備之首，是露天礦最大的粉塵污染源，揚塵量占全礦總產(chǎn)塵量的70%～90%，距路邊5m 處，空氣含塵量高達(dá)750～800mg/m3，超過國家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)400 倍左右。

1.粒徑大小與揚塵風(fēng)速的關(guān)系

(1)根據(jù)風(fēng)沙動力學(xué)理論，粉塵的粒徑與其揚塵風(fēng)速之間有一定關(guān)系。即揚塵風(fēng)速和粉塵粒徑的平方根成正比。

(2)在新疆塔里木盆地布古里沙漠地區(qū)，我國科研工作者用染色沙進(jìn)行過多次實驗觀測，其結(jié)果見表1。

表1 粉塵粒徑與揚塵風(fēng)速的關(guān)系

由表1 的數(shù)據(jù)可以看出，粉塵的粒徑越大，所需的揚塵風(fēng)速越大。因此可以通過增大粉塵粒徑，增大其揚塵風(fēng)速，從而減少粉塵。

2.粉塵間的凝聚力

(1)粉體力學(xué)研究證明，集聚在一起的固體顆粒間有各種各樣的吸引力。它們是范德華力、靜電作用力和液體橋聯(lián)力，研究表明，粉塵顆粒間的上述3 種力都有促進(jìn)顆粒相互吸引、吸附并凝聚成大顆粒的作用，且其大小都隨顆粒半徑的增大呈線性增大關(guān)系。

對于干燥粉塵顆粒和濕潤粉塵顆粒，它們起主導(dǎo)作用的顆粒間作用力是不同的。干燥粉塵顆粒間不存在液體橋聯(lián)力，范德華力起主導(dǎo)作用。濕潤粉塵顆粒存在液體橋聯(lián)力并起主導(dǎo)作用，而且液體橋聯(lián)力比靜電力和范德華力大得多。

在一定的假設(shè)條件下，對4 種粉塵顆粒間液體橋聯(lián)力、范德華力、靜電力與其自身重量的量級分析結(jié)果比較見表2。

由表2 可見，液體橋聯(lián)力比靜電力、范德華力均大104以上。液體橋聯(lián)力的產(chǎn)生將促進(jìn)粉塵顆粒間的凝聚，使小顆粒積聚成大顆粒。同時，由于液體橋聯(lián)力較大，通過液體橋聯(lián)力粘結(jié)起來的粉塵揚起風(fēng)速大大增強，與干燥粉塵相比，不易被揚起。

表2 粉塵液體橋聯(lián)力、范德華力、靜電力與其自身重量的量級比較 10－5N

(2)不同含水率的沙層進(jìn)行揚起風(fēng)速風(fēng)洞實驗研究表明，試驗結(jié)果如表3 所示，揚起風(fēng)速隨沙子濕度的增加而明顯增大，該實驗還說明液體橋聯(lián)力在抑制揚塵方面的重要作用。

表3 沙子含水率對揚起風(fēng)速的影響

3.數(shù)據(jù)分析

北京科技大學(xué)杜翠鳳教授采用YCH 抑塵劑對露天礦路面揚塵進(jìn)行現(xiàn)場實踐應(yīng)用，測試數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 路面粉塵分布測試結(jié)果 %

圖1 路面粉塵分布測試結(jié)果

從表中數(shù)據(jù)可以看出，噴灑抑塵劑的路面其粉塵情況是:粒徑小于0.147mm 的粉塵占總量的12%，大于0.147mm 的粉塵占總量的88%;而未噴灑抑塵劑的路面其粉塵情況是:粒徑大于0.147mm的粉塵占總量的33%，小于0.147mm 的粉塵占總量的67%。大顆粒粉塵由于液體橋聯(lián)力較大，與小顆粒粉塵相比，在同樣風(fēng)力作用下不易被揚起，從而可以減少環(huán)境污染。

結(jié)果比較表明，噴灑抑塵劑的路面粉塵不僅粉塵含濕量大而且粒度也明顯加大，而未噴灑抑塵劑的路面粉塵恰恰相反。在液體橋聯(lián)力的作用下，噴灑抑塵劑的路面粉塵其揚塵風(fēng)速大大提高，從有效地抑制了路面揚塵。

4.結(jié)論

(1)粉塵的粒徑越大越不易被風(fēng)揚起。

(2)粉塵保濕可以增大其液體橋聯(lián)力，促使小顆粒凝聚成大顆粒。

(3)傳統(tǒng)的灑水車灑水抑制路面揚塵，其有效作用時間短的缺點不容忽視，尤其是高溫的夏天，噴灑一次的有效作用時間只有30min，在水資源匱乏的地區(qū)，灑水降低路面揚塵，致使抑塵成本大大提高，實踐證明，采用高效抑塵劑抑制路面揚塵是比較理想的方法。

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