張 瑞

(馬鋼(集團(tuán))控股有限公司南山礦業(yè)公司)

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水間隔裝藥降塵爆破技術(shù)在高村鐵礦的應(yīng)用

張 瑞

(馬鋼(集團(tuán))控股有限公司南山礦業(yè)公司)

露天礦山爆破粉塵含大量微細(xì)顆粒，嚴(yán)重污染采場(chǎng)環(huán)境。通過(guò)分析水霧除塵機(jī)理，自主設(shè)計(jì)并建立爆破粉塵測(cè)試系統(tǒng)，在高村鐵礦進(jìn)行水袋間隔裝藥結(jié)構(gòu)與巖粉間隔裝藥結(jié)構(gòu)的爆破粉塵對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明：采用水袋間隔裝藥，粉塵吸附效果較好，吸附率達(dá)到46.72%～51.20%；同時(shí)在改善破碎塊度方面也優(yōu)于巖粉間隔裝藥。水間隔裝藥降塵爆破技術(shù)在露天采礦以及非礦山領(lǐng)域的工程爆破中具有廣闊的應(yīng)用前景。

水間隔裝藥 爆破粉塵 水霧降塵 降塵率

爆破粉塵是爆破有害效應(yīng)之一，其含大量微細(xì)顆粒，嚴(yán)重污染環(huán)境，導(dǎo)致人員矽肺病等職業(yè)病高發(fā)[1]。許多爆破工程技術(shù)人員在解決爆破粉塵問(wèn)題方面做了大量的研究工作，并達(dá)到了一定的除塵效果，但由于爆破粉塵具有產(chǎn)生速度快、塵量大、分散度高、粒度小等特點(diǎn)，使爆破粉塵研究十分困難，未能徹底消除爆破粉塵。隨著對(duì)爆破要求的不斷提高，減少爆破粉塵對(duì)工作面及周邊環(huán)境的污染成為急需解決的技術(shù)難題之一[2]。為了降低高村鐵礦采場(chǎng)及附近粉塵濃度，本文通過(guò)分析水霧除塵機(jī)理，研究并采用水袋間隔裝藥結(jié)構(gòu)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，為礦山爆破粉塵控制提供了指導(dǎo)。

1 礦山概況

高村鐵礦地處江南丘陵地帶，地形起伏不大，自然標(biāo)高一般在30～60 m。礦區(qū)常年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|風(fēng)，夏季為西南風(fēng)。礦體埋藏淺，適宜露天開(kāi)采，礦石、圍巖穩(wěn)固，水文地質(zhì)條件中等。周邊分布有鎖庫(kù)、砂崗等多個(gè)村莊，西南還有一個(gè)居民安置小區(qū)，周邊環(huán)境復(fù)雜，對(duì)爆破公害控制，尤其是爆破粉塵控制要求高。

高村鐵礦設(shè)計(jì)年產(chǎn)鐵礦石700萬(wàn)t，采剝總量為1 600萬(wàn)t，采用KY250型牙輪鉆機(jī)穿孔，10 m3電鏟鏟裝。礦石主要為磁鐵礦，以他形粒狀為主，少量呈半自形—自形，粒度為0.05～2 mm。礦石主要有害元素為硫、磷，其次有鈣、鎂、鉀、鈉、硅、鋁等。礦體頂?shù)装鍑鷰r均為閃長(zhǎng)玢巖。礦體及圍巖的基本性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 礦體及圍巖性質(zhì)

高村鐵礦采用澳瑞凱高精度雷管實(shí)現(xiàn)逐孔順序起爆，原采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，選用乳化炸藥和粒狀銨油炸藥(裝藥車(chē)生產(chǎn))，其中含水量較大的地段采用乳化炸藥。具體爆破參數(shù)及指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 爆破參數(shù)及指標(biāo)

2 水霧除塵機(jī)理分析

爆破粉塵的主要成分為二氧化硅、黏土和硅酸鹽類(lèi)物質(zhì)，親水性較強(qiáng)。在爆破前用水濕潤(rùn)初生或已沉積的粉塵，是有效而簡(jiǎn)便的防塵措施，但是對(duì)于爆破過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵卻難以起到明顯的效果。爆炸水霧降塵法是新提出的一種方法，利用爆炸能量驅(qū)動(dòng)霧化拋撒水，形成具有一定壓力、粒徑、速度和濃度的水霧，通過(guò)霧滴對(duì)塵粒的碰撞、攔截、捕獲和沉降，達(dá)到液態(tài)霧滴與固態(tài)塵粒凝結(jié)成較大的顆粒后加速沉降的目的[3]。

降塵主要有2種途徑：一是增加粉塵密度，二是增大粉塵粒度。水霧除塵就是利用這2個(gè)基本原則。塵粒吸水后密度顯著增加，有利于沉降，同時(shí)吸水后有利于粉塵發(fā)生凝聚，粒度增加，促使粉塵沉降。根據(jù)斯托克斯沉降公式(式1)，任何2個(gè)小塵粒的凝聚將使其沉降速度提高3倍[4]。

(1)

式中，vt為顆粒沉降速度，m/s;ρp、ρg為可沉降顆粒及空氣密度，kg/m3；dp為沉降顆粒直徑，m；μ為空氣粘滯度，kg/(m·s)。

影響爆炸水霧除塵的因素有水霧的粒徑、水滴與塵粒的相對(duì)速度、水量、粉塵濃度及濕潤(rùn)性、物粒濃度。水間隔爆破裝藥結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 水間隔爆破裝藥結(jié)構(gòu)

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)分為巖粉間隔裝藥結(jié)構(gòu)和水間隔裝藥結(jié)構(gòu)。針對(duì)不同的裝藥結(jié)構(gòu)，采用FCS-30型粉塵采樣器進(jìn)行相應(yīng)的粉塵測(cè)試。

FCS-30型粉塵采樣器工作原理：將已知質(zhì)量的纖維濾膜裝在采樣器的采樣頭內(nèi)，采集含有粉塵的空氣，再由采樣后濾膜的增量計(jì)算出單位體積空氣中粉塵濃度。計(jì)算公式為

(2)

式中，R為總粉塵濃度，mg/m3；m2為采樣后濾膜的質(zhì)量，mg；m1為采樣前濾膜的質(zhì)量，mg；Q為采樣時(shí)流量，L/min；t為采樣時(shí)間，min。

設(shè)計(jì)在-42,-54 m臺(tái)階進(jìn)行9次爆破試驗(yàn)，其中-42,-54 m臺(tái)階各進(jìn)行一次巖粉間隔裝藥爆破作為對(duì)照試驗(yàn)；-42 m臺(tái)階進(jìn)行3次，-54 m臺(tái)階進(jìn)行4次水間隔裝藥爆破。在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中，炮眼直徑為250 mm，炮孔深15.5 m，采用塑料袋裝水，爆破水袋長(zhǎng)1.5～2 m，直徑為220 mm。測(cè)點(diǎn)布置在爆區(qū)中間，與爆區(qū)炮孔最近距離為40 m。采用FCS-30型粉塵采樣器，在微風(fēng)情況下，采樣點(diǎn)距工作面位置及高度固定，采樣時(shí)間為5 min，采樣流量為10 L/min。測(cè)點(diǎn)儀器采用鋼絲網(wǎng)防護(hù)，防止爆破飛石砸損儀器。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

不同裝藥結(jié)構(gòu)的粉塵測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3?？梢钥闯?，采用水間隔裝藥降塵后，爆破粉塵濃度明顯降低，-42 m臺(tái)階北3次試驗(yàn)的平均粉塵濃度降低51.20個(gè)百分點(diǎn)，-54 m臺(tái)階北4次試驗(yàn)的平均粉塵濃度降低46.72個(gè)百分點(diǎn)，表明該裝藥結(jié)構(gòu)的降塵效果非常明顯(圖2和圖3)。同時(shí)，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)對(duì)比，水間隔裝藥爆破在改善破碎塊度、降低大塊率方面優(yōu)于巖粉間隔裝藥結(jié)構(gòu)爆破。

4 結(jié) 論

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，礦山采用水間隔裝藥結(jié)構(gòu)爆破技術(shù)是可行的、有效的?；谒F除塵機(jī)理，利用炸藥爆炸產(chǎn)生沖擊波將水間隔瞬間霧化，高壓霧化水分子將粉塵吸附結(jié)團(tuán)，大幅度降低

表3 不同裝藥結(jié)構(gòu)時(shí)粉塵測(cè)試結(jié)果

序號(hào)爆區(qū)位置孔網(wǎng)參數(shù)/m總藥量/t爆破前粉塵濃度/(mg/m3)爆破后粉塵濃度/(mg/m3)降塵率/%爆后效果備注1-42m北6×8.515.50.0925.35有少量大塊巖粉間隔2-54m北6×8.513.50.1023.21有少量大塊巖粉間隔3-42m北5.5×914.20.1013.5146.71基本無(wú)大塊水間隔4-42m北5.5×8.513.20.1112.3651.24基本無(wú)大塊水間隔5-42m北5.5×912.80.0911.2455.66基本無(wú)大塊水間隔6-54m北6×8.513.60.1210.9852.69基本無(wú)大塊水間隔7-54m北5.5×912.50.1212.1647.61基本無(wú)大塊水間隔8-54m北6×8.511.80.1113.6541.19基本無(wú)大塊水間隔9-54m北6×8.514.30.1212.6845.37基本無(wú)大塊水間隔

注：在計(jì)算降塵率時(shí)，利用本臺(tái)階巖粉間隔裝藥結(jié)構(gòu)爆破作為對(duì)照試驗(yàn)計(jì)算。

圖2 巖粉間隔裝藥結(jié)構(gòu)爆破粉塵效果

圖3 水間隔裝藥結(jié)構(gòu)爆破粉塵效果

了爆破粉塵；同時(shí)，水間隔中水柱吸收沖擊波峰值能量，降低其峰值壓力，水柱中吸收能量傳遞給了周邊圍巖，有效地破碎了圍巖，提高了炸藥能量利用率，從而改善爆破效果。礦山采用水間隔裝藥結(jié)構(gòu)爆破后，粉塵濃度降低46.72～51.20個(gè)百分點(diǎn)，降塵效果顯著。該項(xiàng)技術(shù)不僅適用于露天礦山，也同樣適用于其他非礦山領(lǐng)域的工程爆破，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

[1] 楊國(guó)彥，李懷宇，程學(xué)軍．爆破粉塵顆粒物運(yùn)動(dòng)過(guò)程的力學(xué)分析[J]．河北理工學(xué)院學(xué)報(bào)，1996(4)：1-5．

[2] 胡 濤，刁 偉，崔正輝，等．水袋在爆破水霧除塵技術(shù)中的應(yīng)用[J]．水力科學(xué)與工程技術(shù)，2012(4)：52-54．

[3] 李戰(zhàn)軍，汪旭光，鄭炳旭．水預(yù)濕被爆體降低爆破粉塵機(jī)理研究[J]．爆破，2004，21(3)：20-23．

[4] 薛 里，顏事龍．爆炸水霧降塵在拆除爆破中應(yīng)用的探討[J]．采礦技術(shù)，2004，4(3)：65-67．

Application of the Basting Technique of Water Interval Charge Dust Removing in Gaocun Iron Mine

Zhang Rui

(Nanshan Mining Company, Masteel (Group) Holding Co., Ltd.)

Large amount of micro-sized particles is contained by blasting dust in open-pit mine, the environmental pollution of the stope is serious. Based on analyzing the water fog dust removal mechanism, the blasting dust test system is designed and established, the blasting dust comparative test of water bag interval charge structure and rock power interval charge structure in Gaocun iron mine is conducted, the results show that the dust adsorption effect of water bag interval charge structure is better than rock power interval charge structure, the dust adsorption rate is 46.72%～51.20%,besides that, the improving effects of the rock broken size of water bag interval charge structure is also superior to rock power interval charge structure. The study results of this paper further indicated that the blasting technique of water interval charge dust removing has good application prospect in the engineering blasting of open-pit mining and other industries.

Water interval charge, Blasting dust, Water fog dust removing, Dust removing rate

2016-08-11)

張 瑞(1984—),男，工程師，243000 安徽省馬鞍山市雨山區(qū)向山鎮(zhèn)。