羅晶晶

惠州藍鼎環(huán)境科技有限公司

1 引言

改革開放以來，我國取得了舉世矚目的發(fā)展成就，而礦產資源的開發(fā)利用為這一成就的取得做出了極大貢獻。礦產資源的開發(fā)環(huán)節(jié)主要涉及礦山生產，但礦山作業(yè)因為其工作場合和環(huán)境的特殊性，難免在生產作業(yè)中伴隨產生礦塵。這些礦塵一旦被吸入人體內，會引發(fā)塵肺等嚴重疾病，危害作業(yè)人員的身體健康。此外，礦山作業(yè)中產生的一些粉塵在特定條件下可能會發(fā)生爆炸，進而可能造成極其嚴重的生命和財產損失，必須引起高度的重視。

鑒于此，我們有必要提高對礦山防塵工作的重視，通過科學應用礦山防塵技術并努力提升其應用水平，力求為礦山的生產作業(yè)營造一個良好環(huán)境。本文對當前礦山防塵技術的應用現(xiàn)狀進行了分析，并進一步就其未來的發(fā)展趨勢進行了探討，希望對礦山作業(yè)中的粉塵防治工作能夠產生一些有意義的借鑒。

2 礦塵的產生與危害概述

在礦山的生產作業(yè)中，因為涉及鑿巖、爆破、破碎以及礦石的裝卸等操作，所以難免會產生大量的微細粉塵，這些礦山根據存在狀態(tài)可以分為浮游礦塵和沉積礦塵兩類。前者主要代指懸浮于空氣中的粉塵；后者就從空氣中沉降下來的礦塵。在實際作業(yè)中，礦塵中的小顆粒越多，其分散度就越高。在濕式作業(yè)時，5μm以下的粉塵占比80%～90%。同時，考慮到許多巖石和礦石中都含有硅的氧化物，而SiO2又是最主要的硅的氧化物，所以礦塵中基本都會含有SiO2，特別是游離二氧化硅對人體會產生嚴重危害，其含量在礦山井下粉塵中的占比可以達到30%～70%，個別情況甚至可以達到90%以上，對其的防治工作必須得到高度重視。

礦山作業(yè)產生的粉塵無論是對人體健康還是生產安全都會產生巨大威脅，具體表現(xiàn)為以下三個方面：第一，對人體健康的危害。礦塵會嚴重人的身體健康，是礦山開采作業(yè)人員罹患塵肺等職業(yè)病的主要原因。它不僅會嚴重危害人的生命和健康，而且還會給國家、企業(yè)造成巨大的經濟損失，并產生不良的社會影響，目前已經引起了社會的高度關注。第二，引發(fā)爆炸等安全事故。一些礦塵中含有易爆物質，導致其在高溫、高壓等特殊條件下會發(fā)生瞬間爆炸。由于爆炸會產生強大的摧毀力和破壞性，不僅會給企業(yè)的生產設施造成損害，導致巨大的經濟損失，而且還會引發(fā)傷亡事故，必須強化對粉塵爆炸問題的防治處理工作。第三，加速機器磨損，使設備的使用壽命大大降低。礦塵中的大量小顆粒粉塵一旦進入到作業(yè)設備中，會導致設備的相對運動副產生較大的摩擦力，進而引起磨損。尤其是現(xiàn)代礦山生產中普遍都采用了機械化、電氣化甚至自動化的作業(yè)方式，這其中的很多高精度設備對粉塵影響非常敏感，長久在惡劣的環(huán)境中工作會影響其使用性能和工作壽命。

3 防塵技術的應用現(xiàn)狀分析

3.1 礦層注水

所謂礦層注水是通過鉆孔將高壓水注入礦體內部，在煤礦的開采除塵中應用較多。因為礦體的裂隙中被注入了水，使得礦塵濕潤并產生黏結作用，這樣在后續(xù)的破碎開采時就降低了礦塵的飛揚能力。同時，因為注水的作用，使得開采的破碎面大多有水存在，這就有效避免了開采中浮塵的產生。當然，考慮到很多礦層的透氣性差且地應力較大，一般的注水技術在使用中存在較多限制，所以需要對注水的工藝、技術和設備進行進一步的深入研究，從而達到最佳的注水效果。

3.2 通風除塵

通風除塵指借助空氣的流動將作業(yè)現(xiàn)場的懸浮礦塵帶出，進而實現(xiàn)對工作場所礦塵濃度的降低?，F(xiàn)階段，通風除塵仍然是一種去除礦塵的主要技術手段，該技術的應用成效受到粉塵的密度、粒度、形狀以及濕潤情況的影響。在采用該技術時，空氣流速必須達到最低排塵風速，而要想獲得最佳的除塵效果，則應達到最優(yōu)排塵風速。最低排塵風速指能夠使呼吸性粉塵保持懸浮并伴隨空氣流動排出時的最低風速；而最優(yōu)排塵風速則指在避免造成落塵二次飛揚的基礎上，使得懸浮粉塵能夠最大限度排出時的空氣流速。

3.3 濕式作業(yè)

現(xiàn)代礦山作業(yè)主要采用濕式作業(yè)的方式進行排塵，它主要是利用水或其他液體與粉塵接觸而達到捕獲粉塵的目的，該技術被廣泛應用于礦山生產中的破碎挖掘、爆破、裝載運輸等環(huán)節(jié)。采用濕式作業(yè)可以潤濕粉塵，從而增加粉塵重力，使其避免在空氣中懸浮，而且因為顆粒粉塵重力增大的緣故，還會使得其不宜產生二次飛揚，具有良好的除塵效果。

現(xiàn)實中，濕式作業(yè)根據其除塵機理，又可以進一步細分為以下兩種：第一，濕法捕塵。直接向礦塵的產生源噴灑具有顯著捕塵效果的液體，目前主要存在三種技術措施：噴霧除塵、噴霧降塵和覆蓋防塵。所謂噴霧除塵是將液體直接向礦堆進行噴灑；噴霧降塵主要指向空氣中噴射水霧或含有降塵劑的水霧，以實現(xiàn)濕潤降塵的目的；覆蓋防塵跟噴霧除塵類似，都是直接向礦堆進行噴灑，只不過噴灑物由清水變?yōu)榱烁采w劑。第二，降塵。降塵主要指向含有粉塵的氣旋中噴射含有濕潤劑的水霧，因為加入了濕潤劑，可以極大地強化液體對粉塵的潤濕性，進而增強降塵效果。

3.4 凈化風流

凈化風流指在含塵空氣流動的場所部署一些專業(yè)化的設施和設備，待粉塵氣旋流過這些裝置時對礦塵加以捕獲，進而實現(xiàn)對礦塵的去除目的，該方法根據使用裝置的不同主要有以下兩種類型：第一，水幕凈化入風流。顧名思義，就是通過安裝水幕噴頭（如圖1所示）以布設水幕的方式，對入風流中的礦塵進行捕獲去除。為了達到最佳的除塵效果，水幕應布滿氣流通道的整個截面且應盡量靠近塵源。水幕能對空氣中的礦塵進行有效的凈化處理，是當前降低風流礦塵濃度的一種有效舉措。第二，濕式除塵裝置。礦山除塵采用的濕式除塵裝置又稱集塵器或捕塵器，它是利用水或其他液體對氣流中的礦塵進行捕集，進而達到降低氣流或空氣中粉塵濃度的效果。

圖1 某型自動凈化風流水幕噴頭

3.5 化學降塵劑除塵

以上介紹的礦山防塵技術主要是物理手段，因為水的表面張力較高，所以很多細粉塵不容易被水迅速有效地濕潤，再加上一些礦塵表現(xiàn)出了明顯的疏水性，這就使得水的降塵效率受到了極大影響。而在水中添加化學降塵劑，可以顯著改善水對礦塵的濕潤效果，這對提升降塵效率具有積極意義。同時，考慮到單一的化學降塵劑在處理各種礦塵時的效果存在差異，即綜合降塵效果欠佳的缺陷。在實際應用中可基于各類礦塵的潤濕性，采用表面張力測量、接觸角測量及礦塵沉降實驗，復配優(yōu)選出化學降塵劑，使降塵效果達到最佳化。最后，目前化學降塵劑的現(xiàn)場添加技術也存在一定不足和缺陷，無法實現(xiàn)應用于礦井下的可調比例降塵劑添加裝置，因此還需要對降塵劑的添加裝置進行優(yōu)化設計，確保添加濃度穩(wěn)定且易于調節(jié)。

3.6 泡沫除塵

所謂泡沫除塵是將泡沫劑和水按一定比例混合，然后通過發(fā)泡器產生大量高倍數的泡沫滴液，最后將泡沫滴液直接噴灑在塵源或者含有高濃度礦塵的空氣中。當泡沫滴液被噴灑在塵源比如礦石和堆料上時，會形成沒有空隙的泡沫覆蓋，這樣就起到了遮蓋塵源的效果，而且能夠讓礦塵得到濕潤和抑制。而當泡沫滴液向工作空間中的空氣噴灑時，則會形成大量的泡沫粒子群并占滿大量空間。因為泡沫粒子群的體積和面積比較大，所以就有效增加了霧液和塵粒的接觸面和附著力，使得除塵效果達到最佳。泡沫除塵具有眾多優(yōu)點，它幾乎可以將所有與泡沫相接觸的粉塵都進行捕獲，特別是對呼吸性粉塵有非常強的凝聚能力，這對提升除塵效果和降低礦塵對作業(yè)人員的危害意義重大。此外，與普通的濕式抑塵手段相比，泡沫除塵的用水量可以降低30%～80%，但除塵效率卻能成倍數提升，這對節(jié)約水資源和減少煤礦廢水排放也具有積極效果。最后，泡沫除塵采用的設備具有能耗小和投資低的特點，易于在廣大礦山生產中進行普及推廣，具有較大的應用潛力。

當然，為了使泡沫除塵效果得到進一步的提升改善，實踐應用中應結合具體礦山的實際生產要求，尤其是根據其塵源的要求，研究采用具有較強針對性和契合性的泡沫除塵劑和相關的配套工藝設備，這樣才能促使該技術的應用價值得到最大限度發(fā)揮。

3.7 磁化水除塵

一般濕式降塵技術是利用水霧粒子濕潤和黏附粉塵，從而使粉塵不能處于懸浮狀態(tài)，進而達到降塵目的。而普通水的表面張力較大，這限制了水對礦塵的濕潤作用，進而對降塵效果產生了不利影響。而用經磁化處理過的水代替普通水進行噴霧除塵，可以在一定程度上減少水的表面張力，進而改善水對礦塵的濕潤性能，這顯然對提升降塵效果具有積極意義。此外，磁化水和普通水的蒸發(fā)率不同，磁化水的蒸發(fā)率在各種條件下都遠高于普通的非磁化水，使得采用磁化水進行噴霧降塵時，工作空間含塵空氣中的水蒸氣分壓比及其數量都會顯著提升。這一方面增加了工作空間的含塵空氣濕度，為降塵創(chuàng)造了有利條件；另一方面還利于破壞礦塵表面的氣體薄膜，使得礦塵粒子的親水性大幅提升，增強了降塵效果。最后，相關研究證實，在環(huán)境條件一致的情況下，經磁化處理后的水噴霧在含塵風流中的停留時間更長，而這就增加了水霧顆粒與礦塵顆粒發(fā)生膨脹和吸附的概率，也會在一定程度上改善除塵效果。

3.8 超聲波除塵

現(xiàn)實中，礦山中的粉塵多種多樣，而這些礦塵中一些可能具有疏水性，導致一般的濕式除塵手段效果欠佳。而采用超聲波除塵技術，可以利用超聲波的作用使得作業(yè)空間的含塵空氣發(fā)生激烈震蕩，這樣就能加劇懸浮塵粒間的膨脹作用，促使塵粒凝結沉降。此外，還可以將超聲波和濕式除塵技術進行結合應用，利用超聲波的沖擊震蕩作用，可以將水霧化成極細微的霧滴，然后就近在塵源附近的空間對產生的粉塵進行捕集，實現(xiàn)就地抑塵。因為超聲霧化產生的霧滴極其細微，所以耗水量非常少，同時抑塵后的物料增濕也不明顯，對工藝流程及其相關設備運行產生影響極低。

在實踐應用中，無論是直接采用超聲波除塵還是將其與濕式霧滴除塵技術進行結合應用，都需要根據具體礦山生產空間內的粉塵濃度情況，對超聲波的頻率進行科學控制，這樣才能保證最佳的除塵效果。

4 發(fā)展趨勢探討

4.1 實現(xiàn)粉塵濃度的自動在線監(jiān)測

現(xiàn)實中，礦山防塵的一個首要工作就是對粉塵濃度進行有效監(jiān)測，待濃度升高至警戒值時就必須立即采取有效地除塵措施，進而達到有效防塵的目標。鑒于此，未來的礦山防塵技術也必將會向著提升粉塵監(jiān)測水平的方向發(fā)展，通過在關鍵節(jié)點部署濃度監(jiān)測傳感器，并借助信息網絡傳輸實現(xiàn)對環(huán)境粉塵濃度的實時和在線監(jiān)測。當監(jiān)測到工作空間的礦塵濃度超過設定的警戒值時，系統(tǒng)能夠自動啟動全部降塵手段，使綜合除塵能力達到最大化；反之，如果監(jiān)測到的礦塵濃度低于安全值，則可以關閉一些非常規(guī)的防塵設施，僅保留常規(guī)手段進行除塵。自動化在線監(jiān)測技術的應用可以讓安全管理人員及時掌握礦塵分布及其危害程度，為及時采取有針對性的干預措施提供了基礎依據。

4.2 強化生產工藝流程中的控塵效果

礦山在作業(yè)生產的過程中難以徹底避免粉塵產生，但通過對現(xiàn)有的生產工藝流程和相關設備進行改善，可以實現(xiàn)對粉塵產生的有效控制。強化生產環(huán)節(jié)的控塵效果，可以在源頭就降低粉塵的產生量，這是解決礦山粉塵防治問題的根本性措施之一，也必然是礦產防塵技術發(fā)展的一個主流趨勢。

4.3 綜合防塵技術的開發(fā)應用

對于實際的作業(yè)而言，單一的防塵技術措施往往難以取得理想效果，所以為了提升礦山粉塵防治質量，未來的防塵技術必然會向著綜合防塵技術的方向發(fā)展。通過對礦山的生產流程進行科學分析，在同一環(huán)節(jié)可以綜合采用一系列的防塵技術手段，同時在不同環(huán)節(jié)對防塵技術措施間的銜接配合進行科學設計，進而構建出一個完善的礦塵防治體系，實現(xiàn)防塵效果的優(yōu)化提升。