李 超，王 夢(mèng)，趙錦生，范軍富

（1.國(guó)家能源集團(tuán)神華國(guó)能大南湖二礦，新疆 哈密 839000；2.遼寧工程技術(shù)大學(xué)，遼寧 阜新 123000）

哈密大南湖二號(hào)礦區(qū)范圍內(nèi)存在Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ火燒區(qū)。目前，露天礦首采區(qū)采掘場(chǎng)+405m水平剝離臺(tái)階均進(jìn)入Ⅳ火燒區(qū)，由于火燒區(qū)巖體破碎，穩(wěn)固性差，采裝作業(yè)產(chǎn)生大量的粉塵，產(chǎn)生的粉塵嚴(yán)重污染環(huán)境、影響作業(yè)人員身體健康。同時(shí)，露天礦大氣中有過(guò)高的粉塵含量會(huì)使設(shè)備零件過(guò)早磨損，更為嚴(yán)重的是由于作業(yè)環(huán)境能見(jiàn)度低，存在作業(yè)安全隱患、降低了作業(yè)效率，這將給露天礦帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

因此，為確保大南湖二礦的安全、綠色、高效開(kāi)采，研究火燒區(qū)采裝過(guò)程粉塵控制技術(shù)措施，是進(jìn)一步提高大南湖二礦經(jīng)濟(jì)效益，降低環(huán)境影響程度的主要途徑。

1 燒變巖采裝過(guò)程產(chǎn)塵機(jī)理分析

露天礦采裝過(guò)程產(chǎn)生的粉塵主要原因：

1.1 采裝過(guò)程巖塊之間碰撞、摩擦等作用產(chǎn)塵

剝離物在采裝過(guò)程中因互相摩擦、擠壓、沖撞作用，使疏松或硬度較低的巖塊，特別是塊體的棱角部分被粉化，隨著劇烈的擠摩沖撞，塊體與塊體間的空氣被猛烈地?cái)D壓出來(lái)，并將剛剛粉化的巖石顆粒物及附著于塊體表面上的粉狀巖石顆粒迅速?lài)姲l(fā)出來(lái)。

1.2 挖掘機(jī)挖掘、提升、卸載過(guò)程誘導(dǎo)作用產(chǎn)塵

挖掘機(jī)挖掘、提升、卸載過(guò)程使剝離物及其粉塵以一定速度運(yùn)動(dòng)，能帶動(dòng)其運(yùn)動(dòng)軌跡周?chē)諝怆S其走向產(chǎn)生一定速度的流動(dòng)，這種流動(dòng)氣體稱(chēng)誘導(dǎo)氣流。當(dāng)誘導(dǎo)氣流一旦產(chǎn)生，就會(huì)將剝離物表面附著的巖粉或群體巖粉中的部分粉狀物游離到空氣中，即誘導(dǎo)氣流產(chǎn)塵。挖掘機(jī)挖掘、提升、鏟斗向卡車(chē)?yán)镄遁d時(shí)的產(chǎn)塵是以誘導(dǎo)氣流作用為主的產(chǎn)塵。

1.3 采場(chǎng)空氣流動(dòng)作用產(chǎn)塵

露天礦因自然風(fēng)流空氣而產(chǎn)生上升氣體流動(dòng)造成顆粒物飛揚(yáng)，另一方面因火燒巖產(chǎn)生的粉塵顆粒物本身就具有較強(qiáng)的游離性，從而大大增加了產(chǎn)塵作用。

事實(shí)上，露天礦采裝過(guò)程產(chǎn)生的粉塵是綜合作用形成的，主要為挖掘機(jī)勺斗挖掘過(guò)程擾動(dòng)了巖塊間粉塵、勺斗撞擊巖塊形成、勺斗提升過(guò)程撒落、卸載過(guò)程巖塊之間相互碰撞以及巖塊間粉塵飛揚(yáng)等綜合作用。

2 抑塵劑實(shí)驗(yàn)研究

由于火燒巖的特殊性，采用濕式除塵直接用水抑塵除塵效果不理想，需要加入抑塵劑增強(qiáng)除塵效果。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)研究選擇確定最佳抑塵劑、抑塵劑的最佳用量、最佳的噴水量、噴水間隔等技術(shù)參數(shù)。

新型復(fù)合功能抑塵劑研發(fā)實(shí)驗(yàn)方案如下：

①火燒巖物化性質(zhì)的測(cè)定：測(cè)定粉塵形貌、表面電性、潤(rùn)濕性等物化性質(zhì)。②抑塵劑單體選擇實(shí)驗(yàn)：潤(rùn)濕劑、吸濕劑、凝并劑、保濕劑的選擇實(shí)驗(yàn)。③新型復(fù)合功能抑塵劑復(fù)配實(shí)驗(yàn)

正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)：從多種原材料中選擇出最佳潤(rùn)濕劑、最佳吸濕劑、最佳凝并劑、最佳保濕劑。經(jīng)過(guò)正交試驗(yàn)來(lái)科學(xué)合理快速的優(yōu)選出最佳的配方。

最佳配比確定：依據(jù)正交試驗(yàn)結(jié)果，綜合分析12組試驗(yàn)的功能材料的配方的潤(rùn)濕、吸濕、凝并、保濕效果，確定新型復(fù)合功能抑塵劑的最佳復(fù)配比例。

最佳稀釋比確定：通過(guò)改變抑塵劑稀釋比條件分別，對(duì)露天礦工作面火燒巖粉塵的成膜時(shí)間、蒸發(fā)量和失重實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步測(cè)試，確定最佳抑塵效果下的最佳稀釋比。

多個(gè)剝離臺(tái)階粉塵普適性驗(yàn)證：在不同剝離臺(tái)階多點(diǎn)采集粉塵，更換受試粉塵樣品，繼續(xù)測(cè)試成膜時(shí)間、蒸發(fā)量和失重實(shí)驗(yàn)等參數(shù)，確定適合于大南湖二礦不同變質(zhì)程度的火燒巖的新型復(fù)合功能抑塵劑。

3 采裝作業(yè)防塵減塵方案

大南湖二礦采用液壓挖掘機(jī)-卡車(chē)間斷開(kāi)采工藝，采用液壓挖掘機(jī)進(jìn)行下裝車(chē)作業(yè)，有利于挖掘機(jī)司機(jī)瞭望條件，但不利于卡車(chē)司機(jī)準(zhǔn)確停車(chē)，特別是粉塵較大時(shí)增加了司機(jī)準(zhǔn)確停車(chē)位置難度。

露天礦常用的除塵防塵方法是灑水，這也是改變物料性質(zhì)的一種方法，即通過(guò)改變物料的含水量來(lái)提高粉塵顆粒之間的粘連力，使其相對(duì)密度增加，粘結(jié)成大塊，以達(dá)到減少粉塵揚(yáng)起的目的。

針對(duì)火燒區(qū)采裝作業(yè)起塵機(jī)理及作業(yè)實(shí)際條件，主要進(jìn)行如下防塵減塵措施：

（1）預(yù)先在爆堆上灑水進(jìn)行防塵減塵措施：

在采裝前預(yù)先在爆堆上鋪設(shè)輸水管線以及灑水設(shè)備，為了提高水的入滲率，需要時(shí)間長(zhǎng)、水量大。這種措施可以起到有效防塵減塵效果，但需要鋪設(shè)復(fù)雜的管線以及所需時(shí)間長(zhǎng)不利于與主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)，影響生產(chǎn)效率。

技術(shù)關(guān)鍵：灑水的可行性、防塵減塵效果，灑水系統(tǒng)主管線鋪設(shè)、灑水系統(tǒng)布設(shè)、合理灑水量等。

（2）采裝作業(yè)的同時(shí)進(jìn)行噴霧防塵減塵措施：

由于單斗-卡車(chē)工藝系統(tǒng)工作面布置設(shè)備多而且處于動(dòng)態(tài)變化中，為了提高除塵抑塵的效果，結(jié)合塵源點(diǎn)的特點(diǎn)，因此，采用移動(dòng)式除塵炮作為除塵方式。

移動(dòng)式除塵炮濕式除塵直接針對(duì)塵源，一是除塵所需水量小，二是在裝車(chē)過(guò)程進(jìn)行噴霧不影響卡車(chē)司機(jī)停車(chē)操作。

通過(guò)對(duì)采裝過(guò)程粉塵的粒徑、粒徑分布、粉塵濃度、粉塵逸散規(guī)律等研究，確定除塵設(shè)備參數(shù)主要包括：霧普范圍、噴量、水平射程、垂直射程、定點(diǎn)噴灑范圍等。

結(jié)合采裝系統(tǒng)特點(diǎn)、設(shè)備作業(yè)規(guī)格、位置等研究，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試確定除塵設(shè)備最佳位置。

技術(shù)關(guān)鍵：噴霧設(shè)備工藝參數(shù)、噴霧設(shè)備與露天礦采裝設(shè)備協(xié)調(diào)作業(yè)、噴霧設(shè)備供水系統(tǒng)等。

4 結(jié)論

通過(guò)分析火燒區(qū)燒變巖的特性、露天礦開(kāi)采工藝，提出了火燒區(qū)巖石臺(tái)階采裝環(huán)節(jié)防塵減塵方案，研究結(jié)論如下：

（1）依據(jù)采裝作業(yè)方式，分析了火燒區(qū)剝離臺(tái)階產(chǎn)塵主要原因。

（2）依據(jù)燒變巖的特點(diǎn)，研制了適合于大南湖二礦粉塵防治的高校抑塵劑。

（3）針對(duì)火燒區(qū)采裝作業(yè)起塵機(jī)理及作業(yè)實(shí)際條件，提出了預(yù)先在爆堆上灑水進(jìn)行防塵減塵、采裝作業(yè)的同時(shí)進(jìn)行噴霧防塵減塵方案。