張　?！≠Z敏濤

(1.銅陵有色金屬集團(tuán)控股有限公司冬瓜山銅礦；2.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司；3.金屬礦山安全與健康國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；4.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國家工程研究中心有限公司)

粉塵特別是呼吸性粉塵是導(dǎo)致塵肺病的主要危害因素。近年來，隨著政府對(duì)職業(yè)病防治的重視和有效防治措施得到不斷落實(shí)，井下作業(yè)環(huán)境有了明顯改善，但是粉塵依然是我國工礦企業(yè)主要的職業(yè)危害因素[1-3]。研究井下生產(chǎn)性粉塵的高效捕集方法，對(duì)于進(jìn)一步降低職工職業(yè)危害，保障職工身體健康和實(shí)現(xiàn)礦山安全高效開采具有十分重要的意義。為有效防治冬瓜山銅礦井下-875 m主卸礦站在卸礦過程中產(chǎn)生的沖擊性粉塵，本研究將高壓噴霧抑塵和水幕除塵方法進(jìn)行有機(jī)融合，對(duì)井下粉塵綜合防治方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1　工程概況

冬瓜山銅礦屬于大型地下有色金屬礦山，在-875 m 水平設(shè)置有軌運(yùn)輸水平，采場出礦通過溜井下放至-875 m水平礦車內(nèi)，由電機(jī)車牽引礦車至-875 m主卸礦站，底卸式礦車將礦石卸至溜井后下放至-920 m水平破碎硐室進(jìn)行初碎。卸載站位于礦體上盤運(yùn)輸大巷的上風(fēng)向，卸礦產(chǎn)生的沖擊性粉塵通過上盤運(yùn)輸大巷匯入中段回風(fēng)井內(nèi)進(jìn)入回風(fēng)系統(tǒng)。含塵量高的污風(fēng)對(duì)上盤運(yùn)輸大巷造成了較為嚴(yán)重的污染。-875 m水平主卸礦站位置如圖1所示。

圖1　冬瓜山銅礦-875 m主卸礦站位置

2　產(chǎn)塵機(jī)理及一般性防治措施

2.1　產(chǎn)塵機(jī)理

冬瓜山銅礦采用底卸式礦車進(jìn)行礦石運(yùn)輸，礦車運(yùn)行至溜井上方時(shí)，底部慢慢打開，將礦石從底部卸入溜井內(nèi)，礦石下落過程中受到空氣沖擊產(chǎn)生揚(yáng)塵；礦車底部開關(guān)過程中與側(cè)壁產(chǎn)生碰撞，發(fā)生較大震動(dòng)，也會(huì)產(chǎn)生一定的粉塵。該類粉塵外溢速度小，捕捉降塵較為簡單和高效。

礦石在溜井內(nèi)下落的過程中，溜井內(nèi)空氣受到井壁約束，不斷被壓縮，形成類似活塞運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，溜井內(nèi)的空氣被急劇壓縮后形成較大的動(dòng)壓。當(dāng)?shù)V石觸底時(shí)，壓縮空氣形成強(qiáng)大的沖擊氣流，將溜井內(nèi)的粉塵夾帶著在短時(shí)間內(nèi)高速外溢，形成沖擊性粉塵，造成卸礦站粉塵污染[4-5]。該類粉塵外溢速度快，時(shí)間短，捕捉難度較大，捕捉效率偏低。

2.2　一般性防治措施

礦井一般性抑塵措施主要為：

(1)除塵凈化。在溜井口開拓1條專用巷道，將濕式過濾旋流除塵器布置于該繞道內(nèi)，在除塵器吸風(fēng)口處打1道密閉，使下礦溜井在卸礦時(shí)產(chǎn)生的污風(fēng)僅能從吸風(fēng)口進(jìn)入除塵器，而不擴(kuò)散外溢。采用對(duì)射式紅外傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)除塵系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)開機(jī)控制。當(dāng)?shù)V車(或鏟車)通過溜井入口時(shí)，阻斷紅外光，紅外傳感器接收到信號(hào)后發(fā)送電信號(hào)給控制箱，從而打開水路執(zhí)行元件電磁閥給除塵器供水，同時(shí)控制啟動(dòng)控制柜啟動(dòng)除塵器，按設(shè)定的延時(shí)時(shí)間將彌漫的粉塵抽入除塵器進(jìn)行凈化處理，延時(shí)過后的除塵器和電磁閥自動(dòng)關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)對(duì)除塵系統(tǒng)開閉的自動(dòng)控制。

(2)防塵卸壓井。針對(duì)沖擊性粉塵由活塞式運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的壓縮空氣沖擊而形成高濃度外溢粉塵的特征，一般采用防塵卸壓井進(jìn)行沖擊性粉塵防治，即在原主溜井一側(cè)新增1條與之平行的卸壓井，卸壓井與主溜井之間間隔開鑿卸壓聯(lián)絡(luò)巷。礦石降落產(chǎn)生的沖擊氣流分為兩路，一路由溜井口涌出，另一路經(jīng)聯(lián)絡(luò)道、卸壓井和主溜井構(gòu)成循環(huán)風(fēng)路，在防塵卸壓溜井系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)，使得溜井井口的沖擊風(fēng)速顯著降低，從而縮短含塵氣流的污染長度[6-7]。

(3)局部增阻。相關(guān)研究表明，沖擊風(fēng)流可隨著溜井口局部阻力系數(shù)的增大而迅速減小[8]。為降低沖擊氣流強(qiáng)度，降低沖擊性粉塵濃度，可以在溜井口增設(shè)必要的設(shè)施(如溜井口懸掛柔性吊簾[9]、設(shè)置多片式擋風(fēng)板[10]、鏈?zhǔn)椒缐m擋板[5]等)，增大局部阻力系數(shù)。

(4)噴霧除塵。噴霧除塵是礦山井下最常用的除塵凈化方式。在溜井口上方設(shè)置噴霧架并安裝噴嘴，實(shí)現(xiàn)人工或電磁閥控制，當(dāng)溜井卸礦時(shí)開啟噴霧裝置，在井口形成一層細(xì)霧，對(duì)外溢粉塵進(jìn)行捕集和沉降。

采用除塵器凈化除塵、卸壓井卸壓降塵或局部增阻和噴霧降塵方法，對(duì)于抑制溜井揚(yáng)塵具有一定的效果，但也存在一定的弊端：盡管除塵器凈化和卸壓井卸壓除塵效果好，但需要新增大量工程和設(shè)備，投資比較大，服務(wù)范圍??；局部增阻法在卸礦通道上設(shè)置障礙物，設(shè)備易損壞，維修量和維修難度大；普通噴霧除塵霧化效果差，捕塵效率偏低。

3　綜合降塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)該礦-875 m水平主卸礦站產(chǎn)塵具有沖擊速度快、卸礦頻率高的特點(diǎn)，本研究設(shè)計(jì)采用礦車底板雙向高壓噴霧加水幕過濾凈化綜合降塵系統(tǒng)。

3.1　系統(tǒng)布置

本研究高壓噴霧降塵系統(tǒng)由精細(xì)化高壓噴嘴、過濾式自動(dòng)控制水箱、高壓泵和管路組成。在卸礦站兩側(cè)礦車支撐滾輪下部安裝高壓膠管，高壓膠管每隔2 m安裝1個(gè)高壓噴嘴，兩側(cè)噴嘴錯(cuò)位安裝。噴嘴一直沿支撐滾輪安裝至卸礦站端部。利用高壓泵提供的8～10 MPa高壓噴霧水源，接入高壓噴嘴。在過濾式自動(dòng)控制水箱與高壓泵之間安裝水質(zhì)過濾器，實(shí)現(xiàn)二次過濾水源，防止噴嘴堵塞。噴霧系統(tǒng)采用觸發(fā)式開關(guān)連接時(shí)間繼電器控制，在卸礦站中部架線上安裝觸發(fā)式開關(guān)，當(dāng)牽引礦車的電機(jī)車頭運(yùn)行至卸礦站中部時(shí)，架線弓子觸發(fā)開關(guān)，開關(guān)將信號(hào)傳遞給繼電器，繼電器控制高壓水泵運(yùn)行，噴霧系統(tǒng)開始噴霧。通過時(shí)間繼電器可以設(shè)定高壓泵工作時(shí)間，根據(jù)井下現(xiàn)場一列礦車卸礦時(shí)間的測算結(jié)果，本研究設(shè)定噴霧系統(tǒng)的工作時(shí)間間隔為80 s，80 s后系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉。-875 m水平卸礦站降塵系統(tǒng)布置如圖2所示，高壓噴霧裝置如圖3所示。

圖2　卸礦站降塵系統(tǒng)布置

該系統(tǒng)的工藝流程為井下水源接入自控水箱，通過水箱內(nèi)設(shè)置的過濾器過濾后，進(jìn)入高壓泵前再通過管道過濾器過濾，經(jīng)過高壓泵加壓后由高壓膠管輸送給高壓噴嘴，在每個(gè)高壓噴嘴前設(shè)置精密水質(zhì)過濾器以確保噴嘴長期通暢，利用高壓噴嘴噴出的水霧顆粒實(shí)現(xiàn)高效捕集粉塵。

圖3　-875 m卸礦站高壓噴霧裝置

過濾式自動(dòng)控制水箱的水位由浮球閥自動(dòng)控制補(bǔ)水并與加壓泵聯(lián)動(dòng)控制，水箱水位過高時(shí)，停止向水箱內(nèi)注水，避免水位過高漫流出；水箱水位過低時(shí)，則主動(dòng)切斷高壓泵電源，停止運(yùn)轉(zhuǎn)，避免高壓泵無水運(yùn)行造成故障。

為防止卸礦時(shí)未被上部噴霧系統(tǒng)捕捉的粉塵繼續(xù)逸散至運(yùn)輸大巷，在卸礦站兩端設(shè)置捕塵水幕。水幕給水直接從巷道壁2寸給水管道取水，在兩側(cè)捕塵水幕處2寸給水管上分別連接3通，各自接出1條1寸鋼管給水管，水管上安裝球閥控制給水，過濾器、時(shí)間繼電器與卸礦站中觸發(fā)式開關(guān)連接。鋼管安設(shè)于架線上方橫跨巷道，噴嘴直接安裝于給水管道上，噴嘴安裝間隔為600 mm，1道水幕共計(jì)安裝4個(gè)噴嘴，噴霧方向迎向粉塵方向斜向下。架線弓子觸發(fā)開關(guān)，開關(guān)將信號(hào)傳遞給繼電器，控制噴霧架給水開關(guān)。本研究設(shè)定噴霧架噴霧工作的時(shí)間間隔為120 s，120 s后自動(dòng)關(guān)閉。

3.2　高壓噴霧系統(tǒng)設(shè)備

-875 m水平主卸礦站降塵系統(tǒng)主要設(shè)備選型見表1。

表1　主卸礦站降塵系統(tǒng)設(shè)備類型及技術(shù)參數(shù)

4　降塵效果

在冬瓜山銅礦井下-875m水平卸礦站安裝了本研究設(shè)計(jì)的高壓噴霧降塵系統(tǒng)，在卸礦站礦車支撐滾輪下部增設(shè)了高壓噴嘴連接高壓泵供水形成高壓噴霧，在卸礦站上下風(fēng)向兩側(cè)各安裝了1道噴霧架。系統(tǒng)安裝完畢后，對(duì)現(xiàn)場礦車卸礦時(shí)的粉塵濃度進(jìn)行了采樣檢測，并與方案實(shí)施前的檢測結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果見表2。分析表2可知：-875m水平卸礦站CTWA由4.1mg/m3降至2.1mg/m3，短時(shí)間(15min)接觸濃度(CSTEL)由10.9mg/m3降至6.4mg/m3，表明該系統(tǒng)的降塵效果顯著。

表2　高壓噴霧降塵系統(tǒng)應(yīng)用前后粉塵濃度對(duì)比 mg/m3

5　結(jié)　語

分析了冬瓜山銅礦井下-875 m水平卸礦站卸礦過程中沖擊性粉塵的產(chǎn)生機(jī)理，設(shè)計(jì)了一套高壓噴霧降塵系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過高壓噴霧抑制卸礦時(shí)產(chǎn)生的揚(yáng)塵和沖擊性粉塵，通過水幕進(jìn)一步凈化外溢粉塵?，F(xiàn)場應(yīng)用表明，該系統(tǒng)能夠顯著降低粉塵濃度，對(duì)于大幅改善該礦井下作業(yè)環(huán)境大有裨益，對(duì)于類似礦山也有一定的借鑒價(jià)值。

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