張 召 吳 明 馮東如

(武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院)

淺論露天礦管道傳感器灑水除塵

張 召 吳 明 馮東如

(武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院)

黃麥嶺磷礦采用汽車運(yùn)輸系統(tǒng)，通過測(cè)試，道路及采場(chǎng)的粉塵濃度嚴(yán)重超過了安全標(biāo)準(zhǔn)，甚至影響司機(jī)的視野。該礦的道路均是靠山坡修建的，出入溝緊挨著邊坡，經(jīng)過對(duì)傳感器管道灑水系統(tǒng)的模擬研究，設(shè)計(jì)管道鋪設(shè)在山坡和邊坡上，形成高處灑水，使水滴與粉塵結(jié)合的更充分，達(dá)到降雨降塵的效果。與傳統(tǒng)的灑水車灑水比較，此套系統(tǒng)能使粉塵濃度時(shí)刻保持在標(biāo)準(zhǔn)濃度以下。

粉塵傳感器 降塵 多降少灑

湖北大悟縣黃麥嶺露天磷礦年剝離量450萬(wàn)t，礦石產(chǎn)量100萬(wàn)t，最高氣溫43.1 ℃，最低-14.8 ℃。最大風(fēng)速17 m/s。礦山采用汽車運(yùn)輸，運(yùn)輸車輛過后，大量灰塵飄揚(yáng)在空中?；覊m是細(xì)干而成粉末的土或其他粉末，影響人們的正常生活和工作，誘發(fā)呼吸道疾病等，大的灰塵會(huì)造成司機(jī)視線模糊，導(dǎo)致發(fā)生交通事故。因此，必須采用降塵措施，以減少其危害性，保證礦山的安全生產(chǎn)。

1 傳統(tǒng)的灑水車灑水

黃麥嶺磷礦選用東風(fēng)140灑水車，罐體容積8 m3，功率105 kW，灑水5次/d，1次/2 h，灑水6 t/次。灑水車行程4 km，高差50 m，工作時(shí)車速為10 km/h,灑水時(shí)下坡，返回時(shí)上坡，上坡車速為30 km/h，除去下雨天、降雪日，一年工作日取300 d，灑水費(fèi)用84.6萬(wàn)元/a。

2 管道傳感器灑水

2.1 灰塵傳感器

(1)灰塵傳感器的原理。微粒和分子在光的照射下會(huì)產(chǎn)生散射現(xiàn)象，與此同時(shí)，還吸收部分照射光的能量。當(dāng)一束平行單色光入射到被測(cè)顆粒場(chǎng)時(shí)，會(huì)受到顆粒周圍散射和吸收的影響，光強(qiáng)將被衰減。可求得入射光通過待測(cè)濃度場(chǎng)的相對(duì)衰減率，而相對(duì)衰減率的大小基本上能線性反應(yīng)待測(cè)場(chǎng)灰塵的相對(duì)濃度。光強(qiáng)的大小與經(jīng)光電轉(zhuǎn)換的電信號(hào)強(qiáng)弱成正比，通過測(cè)得電信號(hào)就可以求得相對(duì)衰減率。

(2)灰塵傳感器的應(yīng)用?；覊m傳感器被廣泛應(yīng)用于大氣測(cè)量、火災(zāi)、煙氣測(cè)量及工業(yè)鍋爐、窯爐、化工廠排煙測(cè)量等領(lǐng)域，也可以用于各種布袋除塵器的破損檢測(cè)及其除塵效率的測(cè)量，為自動(dòng)化控制提供可靠的信號(hào)。

(3)灰塵傳感器的特性?；覊m傳感器可以感知煙草產(chǎn)生的煙氣和花粉1 μm以上的微小粒子,體積小,重量輕,便于安裝。5 V的輸入電路,便于信號(hào)處理，且保養(yǎng)簡(jiǎn)單,可以長(zhǎng)期保持傳感器的特性。

2.2 管道傳感器灑水

在運(yùn)輸車輛的線路邊上布置一列PVC管道，在PVC管道上每隔30 m裝一個(gè)灰塵傳感器。運(yùn)輸卡車過后產(chǎn)生的灰塵濃度高于10 mg/m3時(shí)，就會(huì)觸動(dòng)傳感器，打開電磁閥降塵；當(dāng)濃度低于10 mg/m3時(shí)，觸動(dòng)傳感器，自動(dòng)關(guān)閉電磁閥。

ZPF660礦用防爆型粉塵傳感器的工作環(huán)境要求及技術(shù)參數(shù)見表1、表2。

表1 傳感器技術(shù)參數(shù)

表2 灑水道路參數(shù)

2.3 管道鋪設(shè)及灑水系統(tǒng)

2.3.1 管道線路的鋪設(shè)

2.3.1.1 非采場(chǎng)布置

與傳統(tǒng)灑水方式相比，粉塵傳感器可以時(shí)刻在需要灑水的時(shí)候?yàn)⑺?，將空氣中的粉塵降到合理的范圍內(nèi)。管道要緊挨著路的斜坡上布置，高于路面5 m，傳感器布置在高于2 m處，水從上面噴灑，更容易和粉塵結(jié)合，如同降雨降塵。單個(gè)布置剖面見圖1。

圖1 非采場(chǎng)裝置布置

2.3.1.2 采場(chǎng)布置

基于出入溝設(shè)計(jì)在南幫邊坡，可布置臨時(shí)管道在安全平臺(tái)上。根據(jù)工作面的開采情況，可以適時(shí)的轉(zhuǎn)移管道，盡量保證管道在工作面的上一個(gè)安全平臺(tái)上。鉆機(jī)可以采用干濕結(jié)合的方法降塵，電鏟附近也可以布置臨時(shí)管道，在電鏟開挖平臺(tái)的上一個(gè)平臺(tái)控制灑水，降低粉塵濃度。下雨時(shí)粉塵濃度不高于10 mg/m3，不需要灑水。冬天的蒸發(fā)量小，路面起塵濕度的時(shí)間長(zhǎng)，灑水次數(shù)少。傳感器管道灑水不需要人工控制，可以自動(dòng)識(shí)別，符合數(shù)字化礦山的發(fā)展理念。采場(chǎng)單個(gè)設(shè)計(jì)剖面見圖2。

圖2 采場(chǎng)裝置布置

2.3.1.3 噴灑方式

黃麥嶺磷礦夏秋以東南風(fēng)為主，春冬主要是東北和西北風(fēng)，最大風(fēng)速17 m/s。起風(fēng)時(shí)會(huì)有揚(yáng)塵，車輛走過時(shí)也會(huì)有揚(yáng)塵。當(dāng)路面粉塵濃度高于10 mg/m3時(shí)，傳感器控制電磁閥打開灑水降塵；當(dāng)粉塵濃度小于10 mg/m3，傳感器控制電磁閥關(guān)閉，循環(huán)結(jié)束。同時(shí)工作的噴頭最好不超過8個(gè)，裝置不要安裝在有淋水和強(qiáng)腐蝕性物質(zhì)的場(chǎng)所[3]，傳感器連接見圖3。

圖3 傳感器連接

2.3.2 噴灑系統(tǒng)的主要構(gòu)成及技術(shù)參數(shù)

黃麥嶺磷礦地處湖北大悟縣陽(yáng)平鎮(zhèn)，區(qū)域內(nèi)年平均降雨量1 208.4 mm，年蒸發(fā)量為1 560 mm，7月蒸發(fā)量最大，為210 mm，日最大蒸發(fā)量與降雨量差為9.7 mm，設(shè)計(jì)日最大噴淋強(qiáng)度為降雨量與蒸發(fā)量差值的1.2倍11.64 mm，為了確定傳感器的噴灑次數(shù)，進(jìn)行了一次模擬實(shí)驗(yàn)，測(cè)量數(shù)據(jù)見表3。

表3 一天灑水次數(shù)和時(shí)間的模擬試驗(yàn)

噴灑次數(shù)出入溝時(shí)間采場(chǎng)至排土場(chǎng)時(shí)間采場(chǎng)至維修站時(shí)間第1次8:087:408:30第2次10:2510:0511:01第3次12:4012:1814:25第4次14:4114:2016:50第5次16:5016:40無(wú)噴灑

設(shè)計(jì)日噴灑次數(shù)為5次，噴灑時(shí)間不宜過長(zhǎng)，時(shí)間過長(zhǎng)影響車輛運(yùn)行，可以按照10min/次設(shè)計(jì)，噴灑量為2.4mm/次。設(shè)計(jì)噴頭間距為路寬的1.5倍，即為30m，則有效噴灑面積為600m2，計(jì)算噴灑強(qiáng)度為10.8m3/h。

(1)噴頭。選型號(hào)YZ-302可調(diào)玉柱噴頭，水姿成筒狀空心水膜，抗風(fēng)性好，適合風(fēng)速偏大的狀況。技術(shù)參數(shù)見表4。

表4 噴頭參數(shù)

(2)水泵。根據(jù)該礦山的具體情況，設(shè)計(jì)水泵流量為98m3/h，選擇100DDLR100-20×4立式多級(jí)離心泵2臺(tái)，1臺(tái)備用，排出公稱直徑100mm。

(3)儲(chǔ)水池設(shè)在標(biāo)高為185m水平的排土廠附近，利用高差優(yōu)勢(shì)。

(4)采用直徑為100mm的PVC管道，此種管道材料強(qiáng)度高，具有阻燃性，高環(huán)強(qiáng)度，價(jià)格低，性價(jià)比高，臨時(shí)性的采用橡膠管道，便于隨時(shí)移動(dòng)。

3 兩種灑水方式的對(duì)比

3.1 投 資

傳感器灑水需要投資的項(xiàng)目包括管道鋪設(shè)、儲(chǔ)水池修建，噴灑系統(tǒng)等，共投資300萬(wàn)元，維護(hù)費(fèi)用每年41.5萬(wàn)元；汽車灑水每年的維護(hù)費(fèi)用為84.6萬(wàn)元。

3.2 降塵效果

目前國(guó)內(nèi)大部分露天礦山采用傳統(tǒng)的灑水降塵，水分蒸發(fā)快，工作環(huán)境差；傳感器可以完成一次性少量灑水，通過增加噴灑的次數(shù)，實(shí)現(xiàn)多次少量噴水降塵，達(dá)到更好降塵效果。通過表5可以看出，傳感器管道灑水效果明顯優(yōu)于汽車灑水。

表5 兩種灑水方式的最高粉塵濃度對(duì)比

mg/m3

4 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)黃麥嶺的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)傳感器灑水降塵，管道設(shè)計(jì)在道路的邊坡上從高處向下噴灑，原理如同降雨降塵，可進(jìn)行多次少量灑水降塵，節(jié)約用水，達(dá)到了較好的降塵效果。該技術(shù)合理可行，為車輛行駛創(chuàng)造良好的行駛視野，減少工作環(huán)境的粉塵含量，保證工人的安全作業(yè)，可在國(guó)內(nèi)的露天礦山推廣應(yīng)用。

[1] 劉訓(xùn)寧，郝永勝，藺 學(xué).黑岱溝露天煤礦礦山公路噴淋降塵系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J] .露天采礦技術(shù),2006(2)：24-26.

[2] 劉海波.淮南ZP礦用自動(dòng)灑水降塵裝置說(shuō)明書[R].淮南：淮南中煤電子有限責(zé)任公司，2009.

2014-07-01)

張 召(1989—)，男，碩士研究生，430070 湖北省武漢市珞獅路122號(hào)。