張辛忻 王立杰

摘要：本文以黑岱溝露天煤礦煤層松動(dòng)爆破時(shí)產(chǎn)生的粉塵為研究對(duì)象，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的方式，探索露天煤礦煤層松動(dòng)爆破作業(yè)環(huán)節(jié)控制煤塵起因及來(lái)源，并找出合理高效的治理措施。

關(guān)鍵詞：爆破;粉塵;治理

Abstract：This paper takes the dust produced in the loose blasting of coal seam in Heidaigou open-pit coal mine as the research object， and through the field test， explores the cause and source of controlling the dust in the loose blasting of coal seam in open-pit coal mine， and find out the reasonable and high-efficient management measure.

Key words：Blasting;Dust;Treatment

1 引言

在露天礦生產(chǎn)過(guò)程中，穿爆采運(yùn)排各個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)產(chǎn)生大量粉塵。不僅損害礦坑內(nèi)作業(yè)人員的身體健康，也會(huì)對(duì)采礦作業(yè)安全有著不利的影響，除此以外，擴(kuò)散到礦坑外還會(huì)影響周邊環(huán)境，礦區(qū)整個(gè)大氣也會(huì)受到塵染。露天礦粉塵污染治理作為業(yè)內(nèi)公認(rèn)的一大難題，煤炭企業(yè)不斷探索與應(yīng)用各種粉塵污染治理舉措，力爭(zhēng)最大限度地降低粉塵濃度，減少粉塵擴(kuò)散。本文以露天煤礦爆破粉塵的治理作為研究課題，并經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)論證，得出合理可行的結(jié)論。

2 煤層爆破粉塵起因及來(lái)源

煤層開(kāi)采時(shí)首先要對(duì)煤巖進(jìn)行鉆孔，在爆孔內(nèi)灌裝炸藥，通過(guò)爆破松動(dòng)煤巖以便于裝載機(jī)械設(shè)備的鏟裝。每次松動(dòng)爆破，炮孔多達(dá)50-120孔，使用炸藥爆破后，會(huì)產(chǎn)生大量的煤巖粉塵，因此，爆破作業(yè)產(chǎn)生的粉塵是露天煤礦主要粉塵源之一。與煤層爆破相關(guān)的粉塵主要來(lái)源以下幾個(gè)方面：（1）鉆孔時(shí)產(chǎn)生并留在煤層表面的煤粉。牙輪鉆機(jī)鉆孔時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的煤巖粉末留在煤層表面。每個(gè)鉆孔深17-40m不等，每個(gè)炮孔產(chǎn)生煤巖粉末750～1 760kg，這些煤巖粉末留在煤層表面，部分用于填充炮孔，其余隨爆破后的沖擊波飛向空氣中產(chǎn)生粉塵。（2）爆破瞬間產(chǎn)生的粉塵。炸藥爆炸時(shí)，形成爆炸漏斗，爆炸產(chǎn)生的氣體首先將上部爆炸漏斗內(nèi)的煤巖及填充物（煤巖粉末）沖向天空，產(chǎn)生大量一次粉塵。（3）爆炸氣體對(duì)煤巖進(jìn)行擠壓，拋擲，在空中碰撞形成二次破碎，又會(huì)產(chǎn)生大量二次粉塵。（4）爆破后煤巖拋擲回落地表及爆炸沖擊波對(duì)周邊沖擊再次產(chǎn)生大量粉塵。（5）填充炮孔時(shí)產(chǎn)生的煤塵。與爆破相關(guān)的粉塵除以上5點(diǎn)外，填充炮孔產(chǎn)生的粉塵還會(huì)直接對(duì)操作工人帶來(lái)嚴(yán)重的危害。

3 粉塵的防治技術(shù)與爆破粉塵治理思路

3.1 粉塵的防治技術(shù)

近年來(lái)，國(guó)際上粉塵治理理念發(fā)生著轉(zhuǎn)變，逐步由被動(dòng)防塵（布袋過(guò)濾、負(fù)壓抽出、靜電捕捉、密閉等）轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)抑塵（減少產(chǎn)生）;治理關(guān)口也逐步前移，由傳統(tǒng)的排污節(jié)點(diǎn)治理轉(zhuǎn)變?yōu)樵搭^把控;由以灑水噴霧降塵措施轉(zhuǎn)變?yōu)樗刑砑踊瘜W(xué)劑，以改變水分子活性來(lái)提高抑塵效果。

空氣中的大多數(shù)塵埃是疏水的，所帶電荷具有排斥水的特性。此外，微小粉塵通常比水滴小得多，因此粉塵通過(guò)空氣中水滴湍流時(shí)，會(huì)在其周?chē)a(chǎn)生空氣流，粉塵圍繞水滴進(jìn)行移動(dòng)。另外，由于水極易蒸發(fā)，在炎熱的夏季和干旱多風(fēng)的春秋季節(jié)，水灑在煤堆上很快被蒸發(fā)掉，抑塵效果短暫。國(guó)際上先進(jìn)的抑塵研究與應(yīng)用的趨勢(shì)是通過(guò)添加化學(xué)劑使水滴具有與微小粉塵相反的離子電荷，帶電水滴與粉塵相吸，使水滴像空氣中的磁鐵一樣，將粉塵包容至液滴中。同時(shí)，添加化學(xué)抑塵劑后，可以降低水的表面張力，使之形成并持續(xù)保持更小的液滴的狀態(tài)。

3.2 爆破粉塵治理思路

根據(jù)煤層爆破粉塵的產(chǎn)生機(jī)理及化學(xué)抑塵劑的抑塵原理，采用化學(xué)抑塵劑進(jìn)行煤層爆破粉塵治理的思路是：首先，改變?cè)信诳椎奶畛湮?，減少爆破時(shí)粉塵來(lái)源;其次，在炸藥起爆之初即實(shí)施抑塵，減少粉塵擴(kuò)散。

具體措施：改變?cè)械氖褂妹簬r粉末填充炮孔的方式，現(xiàn)采用抑塵劑水溶液填充炮孔，實(shí)現(xiàn)提高水的捕塵效率，做到從粉塵產(chǎn)生源頭進(jìn)行污染控制。

4 試驗(yàn)工作方案

4.1 試驗(yàn)內(nèi)容

（1）調(diào)查煤層松動(dòng)爆破現(xiàn)狀，分析現(xiàn)有爆破參數(shù)，孔間距及炸藥裝藥結(jié)構(gòu)并研究改進(jìn)建議。（2）實(shí)驗(yàn)用裝有抑塵劑混合液的塑料袋充填炮孔、混合液塑料袋垛在炮孔內(nèi)不同擺放方式的抑塵效果。（3）配制混合液，選擇美國(guó)進(jìn)口的Coaltrol65-4X、X50和Resinator3種抑塵劑分別與水混合，這幾種材料具有活化、速凝和黏粘結(jié)性，不含有毒化學(xué)成分，無(wú)致癌或誘變物，無(wú)污染，不易燃，無(wú)腐蝕性等特性。（4）采用不同濃度的抑塵劑混合液（1∶300、1∶400、1∶500）進(jìn)行爆破試驗(yàn)。（5）觀測(cè)回落混合液及留在爆堆上的混合液對(duì)爆堆表面的抑塵效果。

4.2 試驗(yàn)工作步驟

4.2.1 爆破參數(shù)與裝藥結(jié)構(gòu)

黑岱溝露天煤礦煤層松動(dòng)爆破臺(tái)階高度31m，孔深33m-37m，平均孔距8m，排距9m，孔徑0.2m。采用低密度銨油炸藥（0.5kg/m3），由導(dǎo)爆索連接孔下部起爆藥包，排間微差爆破。

單孔裝藥結(jié)構(gòu)如圖1所示。

4.2.2 試驗(yàn)水袋充填炮孔

主要目的：找出合適的裝抑塵混合液裝置，采用不同厚度的塑料袋盛水進(jìn)行爆破試驗(yàn)。

4.2.2.1少量水袋試驗(yàn)

首次水袋試驗(yàn)使用薄、厚2種塑料袋，薄塑料袋注水時(shí)發(fā)生破裂，厚塑料袋完好。因此，使用厚塑料袋注入化學(xué)抑塵劑混合液放入爆破孔，混合液在起爆瞬間沖向上空，然后灑落在爆破孔周?chē)▏姙⒏采w半徑2～3m），2個(gè)試驗(yàn)孔爆破后孔周邊幾乎沒(méi)有起塵（現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)圖如圖2、圖3、圖4）。

4.2.2.2批量水袋試驗(yàn)

采用的厚塑料袋，塑料材質(zhì)、厚度與充填間隔器的材料相同，直徑略小于炮孔直徑，防止孔壁扎破塑料袋。每次試驗(yàn)30-40孔，試驗(yàn)效果均能達(dá)到預(yù)期的抑塵效果。

4.2.3 配置抑塵劑混合液

采用室外小樣試驗(yàn)。室外小樣試驗(yàn)的目的主要是比選Coaltrol65-4X、X50和Resinator3種不同抑塵劑在不同稀釋濃度下，對(duì)煤塵的捕捉效果及持續(xù)時(shí)間。

分別采用水，65-4X（1∶300，1∶400，1∶500），Resinator，X-50分別試驗(yàn)，3種不同抑塵劑效果對(duì)比見(jiàn)表1。

經(jīng)比較，發(fā)現(xiàn)65-4X（1∶300、1∶400）抑塵效果最好，按照該比例配置抑塵劑混合液繼續(xù)進(jìn)行煤層爆堆工業(yè)試驗(yàn)。

4.2.4 煤層爆破抑塵工業(yè)試驗(yàn)

煤層爆破抑塵工業(yè)試驗(yàn)采用1∶300、1∶400兩種濃度的混合液。

4.2.4.1混合液配置

每次爆破時(shí)根據(jù)炮孔數(shù)量及填充高度計(jì)算抑塵劑混合液需要量，使用灌裝運(yùn)輸車(chē)完成溶液配制（先加水后加藥）后運(yùn)往爆破現(xiàn)場(chǎng)，藥劑運(yùn)運(yùn)送的路途中，抑塵劑與水可以實(shí)現(xiàn)混合均勻。

4.2.4.2實(shí)驗(yàn)對(duì)比

第1次實(shí)驗(yàn)（1：300），布置30個(gè)抑塵混合液填充孔，35個(gè)煤粉充填孔，共計(jì)65個(gè)炮孔?？咨?7m，裝低密度銨油炸藥10m，填充物（抑塵混合液或煤粉）7m。

第2次實(shí)驗(yàn)（1：400），布置40個(gè)抑塵混合液填充孔，50個(gè)煤粉充填孔，29個(gè)水充填孔，共計(jì)119個(gè)炮孔。孔深33m，裝低密度銨油炸藥23m，填充物（抑塵混合液或煤粉）10m。

經(jīng)過(guò)為期兩天的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)觀察對(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩種濃度的抑塵劑混合液都可以有效降低爆破作業(yè)產(chǎn)塵量，抑塵效果都非常明顯。

5 抑塵效果及經(jīng)濟(jì)效益分析

5.1 抑塵效果分析

采用抑塵劑混合液填充煤層爆破炮孔的抑塵效果較好。其抑塵作用主要表現(xiàn)于以下4個(gè)方面。

（1）減少爆破時(shí)的粉塵量。按炮孔填充7-10m煤巖粉末計(jì)算，每個(gè)炮孔直接減少250-350kg煤粉，每次按70個(gè)炮孔計(jì)算，可減少17 500～24 500kg粉塵。（2）抑塵劑混合液捕塵效率高。抑塵劑混合液改變了水離子電荷，將煤塵原有的“疏水”變?yōu)椤坝H水”，并使水滴變得更小，從而提高捕捉煤塵的效率。炸藥爆炸后，填充在炮孔上部的抑塵劑混合液首先沖向上空，混合液上升、散開(kāi)、下落的過(guò)程即是捕塵的過(guò)程，能夠有效降塵。（3）抑塵劑混合液在炸藥起爆的同時(shí)發(fā)生抑塵作用，可以減少粉塵擴(kuò)散范圍，達(dá)到抑塵關(guān)口前移，變被動(dòng)防塵為主動(dòng)抑塵。（4）降低爆破后煤層粉塵污染程度。爆破后抑塵劑水溶液液與捕捉的煤塵下落到煤堆表面可固化煤堆表層，抑制了煤堆揚(yáng)塵，從現(xiàn)場(chǎng)來(lái)看，至少2d仍能起到煤堆表面抑制作用。

5.2 社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益分析

5.2.1 經(jīng)濟(jì)效益

減少煤炭流失，經(jīng)測(cè)算，每孔直接減少（少填充）煤塵約0.35t，另外，320kg液體還要捕捉一部分煤塵（約液體的30%），按每孔能減少煤塵500kg，每噸煤300元計(jì)算。收益：300*0.5=150元。

5.2.2 社會(huì)效益

爆破抑塵的主要作用在于減少露天礦爆破時(shí)的揚(yáng)塵，對(duì)改善職工工作環(huán)境，提高職工身心健康和安全生產(chǎn)水平，減少大氣污染等將產(chǎn)生巨大社會(huì)效益。

6 結(jié)論

本項(xiàng)目“黑岱溝露天煤礦道路抑塵劑試驗(yàn)”取得了預(yù)期成果，結(jié)論與體會(huì)如下：（1）抑塵劑Coaltrol65-4X，治理爆破揚(yáng)塵效果明顯。（2）優(yōu)化每個(gè)炮孔炸藥用量，在保證松動(dòng)爆破效果的前提下，炸藥越少，填充抑塵混合液量越多，抑塵效果越好。（3）爆破揚(yáng)塵的多少還與每次爆孔數(shù)量正相關(guān)，一次爆破數(shù)量越多，揚(yáng)塵治理難度越大。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2020-07-11

作者簡(jiǎn)介：張辛忻（1970-），女，本科學(xué)歷，學(xué)士學(xué)位，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境保護(hù)管理工作。