金龍哲 郭敬中，2 李 剛 王天暘 劉建國(guó)歐盛南 鞏 琦 王嘉瑩

（1.北京科技大學(xué)土木與資源工程學(xué)院，北京100083；2.華北科技學(xué)院安全工程學(xué)院，河北廊坊065201；3.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司，安徽馬鞍山243000；4.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國(guó)家工程研究中心有限公司，安徽馬鞍山243000；5.金屬礦山安全與健康國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽馬鞍山243000）

金屬礦山爆破塵毒防控是加強(qiáng)企業(yè)環(huán)保意識(shí)與構(gòu)建綠色礦山的重要途徑，是實(shí)現(xiàn)礦業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的必然要求。爆破塵毒是指金屬礦山爆破破巖產(chǎn)生的大量微細(xì)顆粒和有毒有害氣體，嚴(yán)重污染作業(yè)場(chǎng)所及其周邊環(huán)境，降低礦山生產(chǎn)效率，致使中毒事故和矽肺病等職業(yè)病時(shí)有發(fā)生［1］。據(jù)2016年工業(yè)企業(yè)粉塵危害情況抽樣調(diào)查結(jié)果，57.4%的工業(yè)企業(yè)（約138萬家）存在粉塵和化學(xué)毒物危害，接害人數(shù)約2 300萬，塵毒污染相當(dāng)嚴(yán)重。為此，《國(guó)家職業(yè)病防治規(guī)劃（2016—2020年）》、《安全生產(chǎn)“十三五”規(guī)劃》、《塵肺病防治攻堅(jiān)行動(dòng)方案》及《“健康中國(guó)2030”規(guī)劃綱要》中明確要求，要加強(qiáng)高危粉塵、高毒物品等職業(yè)病危害源頭治理，到2030年健康危險(xiǎn)因素得到有效控制。因而，開展塵毒防控研究不僅符合健康中國(guó)發(fā)展戰(zhàn)略，而且為礦山職業(yè)病的有效控制提供理論和技術(shù)支撐。

為控制采場(chǎng)爆破塵毒，減少作業(yè)環(huán)境污染，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者通過分析污染因子特征，基于“源頭減塵、過程控塵”的思路開展研究，取得了一定的進(jìn)展。在礦塵理化特性研究方面，礦塵的潤(rùn)濕、沉降效果與其粒徑、粒度分布，表面化學(xué)結(jié)構(gòu)、官能團(tuán)、荷電性等理化特征數(shù)據(jù)密切相關(guān)，粉塵潤(rùn)濕性能通常用潤(rùn)濕接觸角來定量表征［2］。KOLLIPARA等［3］詳細(xì)分析了美國(guó)某內(nèi)陸盆地煤塵的理化特性，發(fā)現(xiàn)煤塵復(fù)雜的物理化學(xué)性質(zhì)顯著影響其潤(rùn)濕性能。粒徑是影響粉塵潤(rùn)濕性的重要因素，粒徑越小，被潤(rùn)濕的可能性越小。因?yàn)槊悍劢?jīng)過超細(xì)化粉碎后，表面潤(rùn)濕性發(fā)生了很大變化，不同變質(zhì)程度的超細(xì)煤粉表面都變成了強(qiáng)疏水表面［4］。GOSIEWSKA 等［5］通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，煤塵表面礦物性質(zhì)對(duì)其表面潤(rùn)濕效果影響甚大，且親水礦物含量越大，其潤(rùn)濕性越好。YANG等［2］較為系統(tǒng)地分析了呼吸性粉塵的表面特性及其潤(rùn)濕機(jī)理，基于煤塵比表面積及孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)得出，煤塵孔容、孔體積及表面粗糙度越大，煤塵潤(rùn)濕性越差。LI等［6］采用低溫氮吸附法測(cè)定了煤塵表面孔隙參數(shù)，認(rèn)為具有復(fù)雜多孔表面的粉塵潤(rùn)濕能力相對(duì)較弱。但煤塵表面發(fā)生氧化效應(yīng)可以提高粉塵潤(rùn)濕能力［7］。粉塵粉碎后不僅表面發(fā)生變化，而且攜帶電荷［8］，直接影響其碰撞、凝結(jié)、沉降效果。影響粉塵電荷特征和強(qiáng)度的因素很多，主要為水分含量，環(huán)境濕度，粉塵成分（如礦物質(zhì)含量、硫酸鹽含量），粉塵產(chǎn)生方式和粒徑分布等［9］。在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，粉塵潤(rùn)濕理論研究也不斷向前發(fā)展。1975年MANDELBROT首次提出分形理論［10］，為研究煤塵粒度分布提供了全新的數(shù)學(xué)手段和理論基礎(chǔ)。聶百勝等［11］基于粉塵大分子和表面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，應(yīng)用分子熱力學(xué)和表面物理化學(xué)理論分析了煤塵表面自由能特征和煤吸附水微觀機(jī)理，認(rèn)為煤對(duì)水分子的吸附是多層吸附，吸附第一層水的動(dòng)力主要來自于煤對(duì)水分子的氫鍵，分子力引起的長(zhǎng)程力是促使對(duì)其余水分子層吸附的主要推動(dòng)力，為研究煤塵潤(rùn)濕性提供了理論基礎(chǔ)。隨著試驗(yàn)研究與理論分析的深入，建立粉塵理化特性與其潤(rùn)濕性之間關(guān)系的設(shè)想逐步獲得學(xué)術(shù)界的關(guān)注。OFORI等［12］建立了煤塵成分與潤(rùn)濕接觸角的定量表征關(guān)系，用于評(píng)估粉塵的潤(rùn)濕能力。孫勇［13］運(yùn)用表面活性理論，進(jìn)行了鋁粉塵潤(rùn)濕性與溫度、荷電性等因素之間關(guān)系的探索。程衛(wèi)民等［14-16］、楊靜等［17］通過大量試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，煤塵潤(rùn)濕能力與其表面基團(tuán)種類及含量存在明顯關(guān)聯(lián)性，主要涉及煤塵表面無機(jī)礦物質(zhì)官能團(tuán)（以灰分和無機(jī)硅酸鹽為代表）、含氧官能團(tuán)（以芳香羥基為代表）以及有機(jī)大分子結(jié)構(gòu)（以C—H鍵為代表）；煤塵表面的脂肪烴、芳香烴等疏水基團(tuán)是造成其疏水性較強(qiáng)的主要原因，煤塵表面賦存的羧基、羥基、羰基等含氧官能團(tuán)及Si—O—Si礦物基團(tuán)會(huì)提高粉塵的親水能力。與煤塵方面已開展的研究相比，金屬礦塵理化特性研究尚處于起步階段，有關(guān)礦塵潤(rùn)濕性能與其理化特性之間的關(guān)聯(lián)體系尚未建立，加之金屬礦塵種類繁多、差異性大，亟待對(duì)金屬礦塵理化特性展開廣泛而深入的研究。

水炮泥作為一種源頭降塵措施引發(fā)廣泛關(guān)注。自20世紀(jì)80年代起，礦山采掘面水炮泥的使用經(jīng)歷了兩個(gè)階段，分別為普通水炮泥和新型水炮泥（添加一種或若干種化學(xué)試劑的混合溶液）。普通水炮泥主要用于水平、淺孔爆破，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其水炮泥袋是由聚乙烯或聚氯乙烯壓延的塑料薄膜袋，水袋周邊熱壓封閉，一端為注水口，另一端封閉。袋口處向內(nèi)折疊成雙層“亞”字形壓制。當(dāng)袋內(nèi)注滿清水時(shí)，封口處薄膜在袋內(nèi)水壓作用下閉合形成自動(dòng)封口［18］。此類水炮泥袋存在質(zhì)量較差、不能長(zhǎng)期存放、承受壓力不強(qiáng)、破損率高的缺點(diǎn)。水炮泥安放位置好壞與否直接影響其爆破及降塵效果，蔡如法［19］分別將水炮泥放于炮眼底部、緊跟引藥、炮眼口、封口泥與封頭泥之間4個(gè)位置，試驗(yàn)結(jié)果表明：利用封頭泥避開水炮泥與引藥直接接觸，能夠有效傳遞爆炸應(yīng)力波，增強(qiáng)爆破效果，避開引藥與水炮泥接觸，可以大幅降低因使用水炮泥而造成的瞎炮、燃爆現(xiàn)象，具有良好的除塵效果。大量水炮泥現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果表明［18］：普通水炮泥對(duì)于大顆粒粉塵具有很好的潤(rùn)濕及降塵效果，全塵降塵率可達(dá)72.5%，但小顆粒粉塵（呼吸性粉塵）潤(rùn)濕與沉降效果不佳。由于水溶液表面張力大、易蒸發(fā)，潤(rùn)濕、凝聚微細(xì)粉塵能力弱，表面活性劑、潤(rùn)濕劑等化學(xué)試劑能夠降低水溶液表面張力，提高小顆粒粉塵被潤(rùn)濕的概率［20-23］，因而在采掘面爆破、轉(zhuǎn)載點(diǎn)噴霧、路面灑水等方面得到廣泛應(yīng)用。在普通水炮泥中加入一定數(shù)量的表面活性劑、潤(rùn)濕劑等化學(xué)試劑可升級(jí)為新型水炮泥。目前新型水炮泥概念比較籠統(tǒng)，種類繁多，蔣仲安等［24］、杜翠鳳等［25-26］、李向東等［27］、鄒常富等［28］都開展了新型水炮泥的研究與試驗(yàn)，盡管配方不同，但都認(rèn)為新型水炮泥具有降低水溶液表面張力、提高溶液潤(rùn)濕能力、減少塵毒產(chǎn)生的效果。隨著表面活性劑及其復(fù)配溶液研究的大量開展，人們對(duì)其功能與使用范圍提出了更高的期望。受作業(yè)環(huán)境復(fù)雜性影響，水炮泥中化學(xué)試劑成分與種類呈多樣化發(fā)展趨勢(shì)，功能也從降塵為主向降塵消毒［29-32］、增濕保濕、環(huán)境友好等多重功效發(fā)展；水炮泥的使用從淺孔、水平孔爆破拓展到中深孔、傾斜孔爆破領(lǐng)域，從巷道掘進(jìn)擴(kuò)大到采場(chǎng)爆破，從煤礦拓展到金屬礦山，使用范圍逐步加大。

噴霧降塵是指將水分散成霧滴噴向塵源，抑制和捕捉粉塵的方法與技術(shù)。在巷道內(nèi)安裝低壓噴霧裝置、高壓噴霧裝置［33-34］具有一定的降塵效果，但缺點(diǎn)明顯：一是噴霧粒徑較大，沉降大顆粒粉塵尚可，捕集呼吸性粉塵能力不足；二是單位耗水量巨大，濕滑路面，不利于安全生產(chǎn)?？諝忪F化是一種新型霧化方式，其霧化原理為剪切破碎，利用氣液兩相相互碰撞與摩擦實(shí)現(xiàn)液體霧化。與傳統(tǒng)壓力噴霧相比，空氣霧化具有耗水量低、水壓低、不易堵塞及降塵效率高等特點(diǎn)［35-37］。但是，空氣霧化噴嘴結(jié)構(gòu)和霧化過程復(fù)雜，空氣霧化噴嘴霧化性能的研究依賴于氣體動(dòng)力學(xué)、兩相流體動(dòng)力學(xué)、數(shù)值方法等學(xué)科的發(fā)展，當(dāng)前除部分理論探究外，數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究為主要研究手段［38-40］。蔣仲安等［41］、侯騰彥等［42］、王曉英等［43］結(jié)合理論分析與實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，推導(dǎo)出空氣霧化噴嘴降塵效率關(guān)系式，分析表明：空氣霧化噴嘴的霧化特性受噴嘴的水流量、氣流量、氣壓和水壓影響，水流量隨著水壓的增大而增大，隨著氣壓的增大而減小；當(dāng)水流量一定時(shí)，氣體流量越大，除塵效果越好；粉塵粒徑越大，噴霧霧滴的有效作用距離越長(zhǎng)，粉塵越容易被沉降。由于空氣霧化噴嘴種類繁多、結(jié)構(gòu)各異，試驗(yàn)結(jié)果差異性也比較大，根據(jù)空氣霧化噴頭霧化特性及最佳工況點(diǎn)等研究成果，可單獨(dú)或組合使用，或研制除塵裝置，用于不同作業(yè)地點(diǎn)減少污染。劉國(guó)慶等［44］研制了氣動(dòng)高壓微霧除塵裝置，與傳感器組合構(gòu)成自動(dòng)噴霧降塵系統(tǒng)，在回風(fēng)巷噴霧形成一道水幕墻，在短距離內(nèi)捕捉浮游煤塵，實(shí)現(xiàn)回風(fēng)巷粉塵濃度超限報(bào)警與凈化，取得一定的效果。但在金屬礦山［45-47］，空氣霧化主要用于破碎硐室、掘進(jìn)巷道等相對(duì)狹小、風(fēng)流不暢的區(qū)域，在采場(chǎng)、回風(fēng)巷等區(qū)域的應(yīng)用鮮有涉及。

目前粉塵顆粒監(jiān)測(cè)方法有濾膜稱重法、光散射法、β射線法、微量振蕩天平法等［48-49］。濾膜稱重法為人工測(cè)塵，只能測(cè)得單點(diǎn)設(shè)定時(shí)間內(nèi)的粉塵濃度平均值，無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測(cè)；光散射法具有非接觸、監(jiān)測(cè)速度快、重復(fù)性好、數(shù)據(jù)處理及時(shí)、可長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)監(jiān)測(cè)粉塵質(zhì)量濃度等優(yōu)點(diǎn)，逐步成為粉塵濃度監(jiān)測(cè)研究熱點(diǎn)。近年來，國(guó)內(nèi)外粉塵濃度連續(xù)監(jiān)測(cè)設(shè)備研究方面取得了顯著進(jìn)展［50-52］，如美國(guó)粉塵雷達(dá)、英國(guó)西姆斯林測(cè)塵儀、德國(guó)紅外數(shù)碼測(cè)塵儀、我國(guó)重慶煤科院粉塵傳感器等，在井下粉塵濃度連續(xù)在線監(jiān)測(cè)方面發(fā)揮了重要作用。與煤礦相比，金屬礦山塵煙監(jiān)測(cè)手段相對(duì)落后，普遍采用濾膜稱重法，采場(chǎng)爆破塵毒在線監(jiān)測(cè)研究處于起步階段。

綜上所述，與煤礦防塵研究投入相比，金屬礦山爆破塵毒防治投入嚴(yán)重不足。目前主要采用優(yōu)化通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)、濕式噴霧等常規(guī)措施進(jìn)行塵毒防治，因井下爆破場(chǎng)所差異性大，塵毒防控效果有限。在金屬礦山塵毒防控研究中，防塵研究?jī)?yōu)于防毒，有毒有害氣體防控未引起足夠重視。因此，金屬礦山爆破塵毒防控面臨基礎(chǔ)性研究不足、先進(jìn)技術(shù)手段缺乏、檢測(cè)方法與標(biāo)準(zhǔn)落后等一系列問題，加強(qiáng)爆破塵毒防控研究勢(shì)在必行。金屬礦山爆破塵毒防控是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)性問題，涉及面廣、影響因素多、過程復(fù)雜。因此，梳理爆破塵毒源頭解析、典型金屬礦塵理化特性與其潤(rùn)濕性關(guān)系、水炮泥降塵技術(shù)、塵毒在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、巷道云霧除塵技術(shù)等方面的研究成果，探討礦山塵毒防控的不足與未來發(fā)展方向，可為國(guó)內(nèi)外類似條件下的礦山爆破塵毒防控提供技術(shù)參考。

1 爆破塵毒源頭解析

1.1 礦塵源頭分析

爆破是金屬礦山采場(chǎng)粉塵產(chǎn)生的重要來源。爆破作業(yè)時(shí)，礦體在爆破功作用下，產(chǎn)生大量裂隙、孔隙，并被破碎成粉塵顆粒和碎石屑；在強(qiáng)大爆炸沖擊波作用下，粉塵和碎石屑被細(xì)化分解，裂解成粒徑更小的浮塵。爆炸沖擊波不但會(huì)產(chǎn)生大量粉塵，而且會(huì)揚(yáng)起巖壁和地表附著的粉塵。

爆破粉塵生成后，在脫離礦體的短時(shí)間內(nèi)，不同粒徑的顆粒物運(yùn)動(dòng)軌跡各不相同，不同運(yùn)動(dòng)軌跡的顆粒物疊加形成粉塵云。由于固相顆粒密度大于氣相物質(zhì)密度，因此，固相顆粒慣性大于氣相物質(zhì)慣性，固相顆粒及顆粒團(tuán)位于粉塵云前端，且以慣性運(yùn)動(dòng)為主；隨著時(shí)間推移，受空氣阻力作用，粉塵動(dòng)量逐漸變小，固相顆粒速度下降，氣相物質(zhì)頂替固相顆粒占據(jù)粉塵云前端，以擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)為主［53］。

爆破生產(chǎn)的粉塵濃度及粒徑分布受爆破巖體性質(zhì)、爆破工藝等影響，產(chǎn)異性明顯。當(dāng)爆破巖體含水率高時(shí)產(chǎn)生粉塵量少而粗，當(dāng)爆破巖體含水率低時(shí)產(chǎn)生粉塵量大而細(xì)。此外，裝藥參數(shù)、起爆方式、炸藥類型、炮泥類型及堵塞參數(shù)等也會(huì)影響爆破礦塵的產(chǎn)生量及其特征。

1.2 有毒有害氣體源頭分析

采場(chǎng)爆破時(shí)，爆炸產(chǎn)物以氣體為主，主要有CO2、H2O、CO、NO2、O2、N2、SO2、H2S等，習(xí)慣上稱為炮煙。其中CO，氮化物（NO、NO2），H2S等都是有毒有害氣體［54］。有毒有害氣體產(chǎn)生與否與產(chǎn)生量大小受多種因素影響［55］：

（1）炸藥的氧平衡。爆破采礦炸藥大多由碳、氫、氧、氮4種元素組成。炸藥發(fā)生爆炸時(shí)，氧元素分別與碳、氫元素發(fā)生劇烈的氧化反應(yīng)，生成爆炸產(chǎn)物。零氧平衡是最理想狀態(tài)，炸藥發(fā)生完全化學(xué)反應(yīng)后，幾乎無有毒有害氣體產(chǎn)生。正氧平衡會(huì)產(chǎn)生氮氧化物，負(fù)氧平衡會(huì)產(chǎn)生一氧化碳。在實(shí)際應(yīng)用中，正氧平衡或負(fù)氧平衡是常態(tài)，有毒有害氣體的產(chǎn)生難以避免。

（2）炸藥反應(yīng)的完全程度。炸藥反應(yīng)的完全程度與炸藥組成、成分性質(zhì)、炸藥密度、粒度、裝藥直徑等因素有關(guān)，如：當(dāng)炸藥組成成分相同時(shí)，粒度越小，混合越均勻，反應(yīng)就越完全，毒氣產(chǎn)生量便越小。

（3）周圍介質(zhì)的影響。炸藥發(fā)生爆炸時(shí)，瞬間產(chǎn)生大量熱，為炸藥周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)提供了環(huán)境條件，造成礦石中某些元素可能會(huì)產(chǎn)生有毒有害氣體；爆炸產(chǎn)生的二氧化碳在高溫下也有可能被周圍碳元素還原成一氧化碳。

2 典型爆破粉塵潤(rùn)濕性影響機(jī)制分析

潤(rùn)濕特性是礦山粉塵的主要理化性質(zhì)之一，是礦山降塵技術(shù)的重要理論依據(jù)。以江蘇梅山鐵礦、山東羅山金礦、江西德興銅礦及安徽神山石灰石礦采掘面爆破粉塵為研究對(duì)象，探索典型金屬非金屬礦塵理化特性對(duì)其潤(rùn)濕特性的影響效應(yīng)，并對(duì)礦塵潤(rùn)濕特性進(jìn)行定量表征。

2.1 粉塵潤(rùn)濕機(jī)理分析

潤(rùn)濕性常被用于評(píng)定粉塵對(duì)同一液體的親和能力，接觸角是固體粉塵潤(rùn)濕性的量化體現(xiàn)［56］。液體滴在固體表面上，在平衡液滴的固、液、氣三相交界處，自固—液界面經(jīng)液體內(nèi)部到氣—液界面的夾角稱為接觸角，通常以θ表示（圖1）。固—液γls、液—?dú)猞胓l和氣—固γgs之間作用力的關(guān)系可用潤(rùn)濕方程（Young equation）（式1）來表示：

自發(fā)進(jìn)行的潤(rùn)濕過程的潤(rùn)濕功必須為正數(shù)，因此，θ≥90°時(shí)，為不易潤(rùn)濕狀態(tài)，表現(xiàn)為疏水性；θ＜90°時(shí)，為容易潤(rùn)濕狀態(tài)，表現(xiàn)為親水性。

Young方程是基于理想光滑固體界面的潤(rùn)濕方程，但實(shí)際固體表面基本均為粗糙界面。WENZEL等認(rèn)為，對(duì)于表面粗糙而化學(xué)成分均勻的固體界面，實(shí)際接觸角要大于觀測(cè)接觸角，記作

式中，γ為粗糙界面的實(shí)際表面積與其投影面積的比值，并且γ始終大于1；θw為表觀接觸角，（°）；θ為平衡接觸角，（°）。

式（2）說明：親水表面會(huì)增大其親水性，疏水表面會(huì)增大其疏水性。但當(dāng)γcosθ＜-1時(shí)，此式將不再適用。

CASSIE認(rèn)為，對(duì)于多相接觸的表面，會(huì)有部分氣體被阻斷在液滴下面，即液滴并不能與實(shí)際粗糙界面完全接觸。故在實(shí)際條件下，固—液接觸面實(shí)則為固—液、固—?dú)獾幕旌辖佑|界面（圖2），混合界面的表面接觸角θCB可由Cassie-Baxter方程計(jì)算：

式中，θCB為固體表面接觸角，（°）；f1是在整個(gè)接觸底面中，固—液接觸面的占比，%；f2為（孔隙凹處等）液—?dú)饨佑|面的占比，%；θ1為固—液接觸角，（°）；θ2為氣—液接觸角，（°）。

因f1+f2=1，θ2通常定為180°，故式（3）可進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為

對(duì)于極度粗糙的表面，f1→ 0，θCB→ 180°。

礦塵理化特性會(huì)影響θ1、f1與f2的比例。固—液接觸角θ1值會(huì)受到礦塵自身化學(xué)性質(zhì)的影響，主要涉及顆粒表面基團(tuán)及組成物相等因子。f1與f2的比例關(guān)系主要與顆粒表面的自由能、表面活性、表面粗糙度等參數(shù)有關(guān)，主要涉及粉塵的物理特性，包括粒徑、比表面積、表面孔隙特征等。

2.2 典型爆破礦塵潤(rùn)濕性影響機(jī)制

礦塵粒徑及顆粒表面孔結(jié)構(gòu)是影響粉塵潤(rùn)濕強(qiáng)弱的重要因素。從圖3可以看出：隨著金屬礦爆破粉塵顆粒粒徑逐漸變小，其表面孔體積有增大的趨勢(shì)，這與YANG等［2］的觀點(diǎn)基本一致。這是因?yàn)榉蹓m在破碎細(xì)化過程中，較大孔隙易破壞而多生成介孔和微孔孔隙，且在破碎過程中顆粒中的一些盲孔也會(huì)被打開，導(dǎo)致顆粒表面的孔隙進(jìn)一步增多。說明礦塵粒徑減小及顆粒表面孔體積增大共同弱化了礦塵的潤(rùn)濕特性。

由圖4可知：典型金屬非金屬礦爆破粉塵顆粒表面總孔體積隨著粉塵顆粒粒徑變小有明顯增大趨勢(shì)，當(dāng)粒徑小于30μm時(shí)，該規(guī)律尤為明顯。

Cassie-Baxter公式可表示為

由式（5）可知：物相組成會(huì)影響固—液接觸角θ1大小。因粉塵粒徑會(huì)影響顆粒表面自由能及表面活性強(qiáng)弱，通常粒徑越小的粉塵，其表面孔隙結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，顆粒表面孔體積會(huì)影響表面粗糙度大小。表面自由能及表面粗糙度會(huì)進(jìn)一步影響顆粒表面的空氣吸附能力及表面空氣膜效應(yīng)的強(qiáng)弱，而空氣膜效影響了f1與f2的比例關(guān)系。

進(jìn)一步分析圖3和圖4可知：礦山爆破粉塵顆粒粒徑越小、表面孔隙結(jié)構(gòu)越多，致使顆粒表面自由能及表面活性越大、表面粗糙度越大，進(jìn)而使得顆粒表面的空氣吸附能力越強(qiáng)，空氣膜效應(yīng)更為明顯，那么當(dāng)液滴與固體表面接觸時(shí)，f2會(huì)變大，則f1會(huì)變小，使得θCB變大，粉塵的潤(rùn)濕性會(huì)變?nèi)酢?/p>

綜上所述，典型爆破礦塵理化特性對(duì)其潤(rùn)濕性的影響機(jī)制（圖5）可進(jìn)行如下闡釋［57-60］：

（1）粉塵物相組成是界定其親疏水性的主要指標(biāo)。金屬非金屬礦山爆破粉塵的組成物相基本均為親水物質(zhì)，直接導(dǎo)致了礦塵的潤(rùn)濕特性表現(xiàn)為親水性，使得固—液接觸角θ1小于90°。

（2）對(duì)于親水性粉塵，顆粒粒徑及表面孔結(jié)構(gòu)是影響粉塵潤(rùn)濕性強(qiáng)弱的重要指標(biāo)。具體表現(xiàn)為：粒徑越小及表面孔體積越大，潤(rùn)濕接觸角有明顯變大趨勢(shì)，具體通過影響固—液接觸面占比f1和固—?dú)饨佑|面占比f2的配比關(guān)系，進(jìn)而影響礦塵的潤(rùn)濕進(jìn)程。

（3）溶液表面張力是影響粉塵潤(rùn)濕進(jìn)程的重要指標(biāo)。上述礦塵的試驗(yàn)結(jié)果均表明：降低溶液表面張力，粉塵的初始潤(rùn)濕接觸角會(huì)變小，礦塵的潤(rùn)濕過程會(huì)明顯加快。大部分礦塵表現(xiàn)出溶液表面張力越小，其對(duì)粉塵的潤(rùn)濕效果越明顯的規(guī)律。

（4）礦塵潤(rùn)濕性基本不受其表面基團(tuán)影響，且礦塵潤(rùn)濕性與其真密度之間并無明顯關(guān)聯(lián)。

結(jié)合礦山實(shí)際工況條件及理化特性間的相互作用關(guān)系（圖6）可知：粉塵粒徑分布、孔隙結(jié)構(gòu)及組成物相均會(huì)顯著影響粉塵的潤(rùn)濕特性（①、②、③）。粉塵的產(chǎn)生工藝（如粉碎、切割、摩擦及爆炸等）直接影響粉塵的孔隙結(jié)構(gòu)與粒徑分布（④和⑤），產(chǎn)生工藝的能量越大，粉塵粒徑越小，孔隙度越發(fā)達(dá)，潤(rùn)濕性越差。在相同作用力下，不同力學(xué)性質(zhì)（硬度、彈性等）的巖石的破壞效果不同，直接影響產(chǎn)生粉塵的孔隙結(jié)構(gòu)與粒徑分布（⑥和⑦），而巖石的力學(xué)特性又由其所含的礦物質(zhì)種類與含量決定（⑧）。同時(shí)，巖石中所含礦物質(zhì)的特性直接影響其真密度大?。á幔?；盡管粉塵真密度對(duì)其潤(rùn)濕性沒有直接影響，但可影響粉塵在水中的沉降特性（⑩），因此為保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可比較性，在利用沉降法測(cè)定粉塵潤(rùn)濕性時(shí)需要對(duì)其真密度進(jìn)行表征。

3 多組份水炮泥試驗(yàn)研究

采場(chǎng)爆破塵毒產(chǎn)生及分布規(guī)律研究發(fā)現(xiàn)［61-62］，巷道型采場(chǎng)內(nèi)粉塵濃度呈中間高、兩側(cè)低的分布態(tài)勢(shì)，采場(chǎng)進(jìn)路內(nèi)有風(fēng)流漩渦存在；在斷面方向，塵毒濃度以斷面中心為圓心徑向逐步降低；在軸線方向，沿遠(yuǎn)離工作面方向塵毒濃度逐步降低。以通風(fēng)排塵為主要降塵措施的金屬礦山，粉塵凈化主要依靠重力沉降，呼吸性粉塵因難以沉降，排出時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，不利于提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率和改善作業(yè)環(huán)境。

在采掘面，采用水炮泥代替?zhèn)鹘y(tǒng)炮泥，可以從源頭實(shí)現(xiàn)降塵消煙效果。水炮泥指用水袋或添加化學(xué)添加劑的水袋代替或部分代替?zhèn)鹘y(tǒng)炮泥，利用爆炸產(chǎn)生的高溫高壓條件，使得炮孔內(nèi)水炮泥袋爆裂，袋內(nèi)液體以高速射流形式向四周發(fā)散并被汽化，形成水霧將爆破云包裹，霧滴與粉塵接觸后，使粉塵濕潤(rùn)并凝結(jié)沉降，起到消減源頭塵毒的效果。

3.1 水炮泥塵毒防控機(jī)理

多組份水炮泥具有降低水溶液表面張力、增強(qiáng)粉塵被潤(rùn)濕效果、強(qiáng)化液體爆破霧化效果的能力，其作用機(jī)理［63-65］為：

（1）增強(qiáng)粉塵與液滴碰撞與沉降效果。吸濕性無機(jī)鹽等化學(xué)試劑的加入，使得水炮泥溶液密度大于清水，爆炸時(shí)更具迸發(fā)力，形成的液滴粒徑更細(xì)更小、數(shù)量更多、分布范圍更廣，大幅增加了氣化霧滴與粉塵的碰撞概率；霧滴與粉塵碰撞結(jié)合，形成的凝結(jié)核或被潤(rùn)濕的礦塵密度均較大，加快了粉塵，尤其是呼吸性粉塵的沉降速度。

（2）改善粉塵被潤(rùn)濕能力。由于加入了陰離子表面活性劑溶液和CaCl2、MgCl2等電解質(zhì)，能改善礦塵的潤(rùn)濕能力［64-65］。這是因?yàn)楸砻婊钚詣┡c添加劑結(jié)合，使礦塵表面的疏水晶格吸附表面活性劑產(chǎn)生親水作用；高價(jià)負(fù)離子吸附在礦塵表面的親水晶格上，使其保持親水性；在礦塵表面疏水晶格的表面活性劑的密實(shí)填充作用和半膠束形成，改善其親水性。陰離子表面活性劑溶液添加CaCl2、MgCl2后能改善潤(rùn)濕作用，對(duì)難于潤(rùn)濕的煤塵更有效。

（3）降低二次揚(yáng)塵。水炮泥中吸濕性無機(jī)鹽除了加速其凝結(jié)核沉降外，還可以使?jié)櫇窈蟮姆蹓m能繼續(xù)吸收空氣中水分，保持一定的含水率，使微細(xì)粉塵保持長(zhǎng)時(shí)間的濕潤(rùn)性，從根本上降低二次揚(yáng)塵。

（4）源頭降低毒氣產(chǎn)生量。水炮泥的有效封堵作用，使得炸藥在炮孔內(nèi)發(fā)生充分反應(yīng)，接近零氧平衡狀態(tài)，減少有毒有害氣體；在有限空間內(nèi)，爆炸產(chǎn)生的高溫、高壓、高濕條件為各種化學(xué)反應(yīng)提供了條件，水炮泥分解產(chǎn)生的多種離子、礦物分子，與產(chǎn)生的有毒有害氣體等相互發(fā)生反應(yīng)，特別是礦巖中含有 Fe2O3、Al2O3、SiO2、MgO等催化劑的情況下反應(yīng)加快，可從源頭減少有毒有害氣體產(chǎn)生［66］。

3.2 試驗(yàn)材料

在普通水炮泥中添加一定數(shù)量的粘塵劑，能夠降低水溶液的表面張力、增大潤(rùn)濕粉塵能力、提高粉塵捕集能力［67］。本研究課題組在新型水炮泥研發(fā)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方面進(jìn)行了大量的工作，建立了以溶液的表面張力和潤(rùn)濕速度等為量化指標(biāo)，以正交復(fù)配試驗(yàn)為手段，以基料與輔料為組成成分的水炮泥研發(fā)流程［63-64］。為減少梅山鐵礦爆破工作面垂直中深孔（圖7）爆破塵毒污染，課題組首次提出了應(yīng)用多組份水炮泥降低爆破塵毒污染的技術(shù)思路。

多組份水炮泥［68］是一種由基料和輔料，按照一定比例，經(jīng)熱合成加工工藝而制成的一種液體，其中基料為吸濕性無機(jī)鹽，輔料為表面活性劑、凝膠劑和凝膠劑復(fù)配溶液。氯化鈣和氯化鎂不僅都具有良好的吸濕性能（圖8），而且能夠滿足化工產(chǎn)品在井下應(yīng)用的條件，即：無毒無臭，對(duì)環(huán)境不造成污染；能溶于任何礦井水中，且溶解度較大；無燃燒、爆炸性；無明顯的腐蝕性。該類材料來源廣泛，價(jià)格低，是十分理想的吸濕性材料。輔料則是多種表面活性劑的復(fù)配物，主要具有降低基料溶解液的表面張力，增強(qiáng)其潤(rùn)濕、分散、增稠、緩蝕等性能。選擇與CaCl2和MgCl2具有良好配伍性的功能表面活性劑，是對(duì)多組份水炮泥配方優(yōu)化研究的技術(shù)關(guān)鍵。因此，在選擇表面活性劑時(shí)，不僅要考慮表面活性劑在無機(jī)鹽溶液中的添加濃度等問題，還要解決好表面活性劑與無機(jī)鹽的匹配問題。

通過對(duì)多種表面活性劑、降毒劑進(jìn)行正交復(fù)配，獲得復(fù)合試劑，隨后將其與吸濕性無機(jī)鹽復(fù)配，經(jīng)過熱合成工藝獲得3種多組份水炮泥配方，分別記為M1、M2、M3?；谂浞降谋砻鎻埩蜐?rùn)濕速度，最終選擇配方M1、M2作為現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)材料?？紤]到現(xiàn)場(chǎng)爆破鉆孔深度達(dá)21 m，直徑為90 mm，鉆孔內(nèi)壁粗糙，且局部區(qū)域出現(xiàn)孔徑變小的現(xiàn)象，研制了耐摩擦、防滑落的大尺寸水炮泥袋，如圖9所示。

3.3 塵毒在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

為實(shí)現(xiàn)對(duì)梅山鐵礦巷道型采場(chǎng)爆破粉塵及炮煙的在線連續(xù)監(jiān)測(cè)，綜合考慮實(shí)用性及經(jīng)濟(jì)性，在該礦井下巷道型采場(chǎng)搭建了占地面積小、實(shí)用性強(qiáng)、精度高的塵煙在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

塵煙在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)［69］主要由“感知端”、“傳輸端”、“應(yīng)用端”三大模塊組成，設(shè)備包括礦用本安型電源、呼吸性粉塵采樣器、粉塵濃度傳感器、有毒有害氣體傳感器、計(jì)算機(jī)等，通過硬件集成共同完成巷道型采場(chǎng)粉塵及有毒有害氣體在線監(jiān)測(cè)，塵煙在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案如圖10所示。為有效應(yīng)對(duì)采場(chǎng)爆破沖擊波對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備的破壞風(fēng)險(xiǎn)，研發(fā)了移動(dòng)防爆監(jiān)測(cè)車對(duì)測(cè)量設(shè)備進(jìn)行集成防護(hù)，可在各個(gè)采場(chǎng)內(nèi)來回移動(dòng)。

3.4 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.4.1 有毒有害氣體抑制效果

利用塵煙在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，獲得不裝水炮泥，裝普通水炮泥，裝M1、M2多組份水炮泥情況爆破時(shí)CO、NO濃度的變化數(shù)據(jù)，并繪制了峰值擬合曲線［31-32］，如圖11和圖12所示，其中SO2產(chǎn)生量可忽略不計(jì)，故不作分析。

由圖11可知：采場(chǎng)爆破中不同水炮泥裝填類型的CO濃度擴(kuò)散均有著相似的規(guī)律，即在擴(kuò)散過程中存在兩個(gè)峰值，可稱為“雙峰曲線”。通過分析不裝水泡泥情形下的試驗(yàn)結(jié)果（圖11（a））可以發(fā)現(xiàn)，起爆后，部分炮煙及粉塵在沖擊波的作用下迅速涌出，流經(jīng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)處的CO濃度迅速攀升，進(jìn)而出現(xiàn)第1個(gè)峰值2 254.0×10-6；由于爆破產(chǎn)生的局部負(fù)壓，聯(lián)絡(luò)道中的新鮮空氣涌入采場(chǎng)內(nèi)部，沖淡部分煙塵，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的CO濃度迅速降至1 119.0×10-6；采場(chǎng)內(nèi)部壓力平衡后，在風(fēng)流作用下采場(chǎng)內(nèi)部存留的炮煙向聯(lián)絡(luò)巷擴(kuò)散，再次經(jīng)過監(jiān)測(cè)點(diǎn)使得CO濃度緩慢上升，形成第2個(gè)峰值；在風(fēng)流作用下，炮煙不斷被排出采場(chǎng)，CO濃度逐漸下降至監(jiān)測(cè)結(jié)束。根據(jù)上述分析，建議礦井在CO濃度第2次上升前，及時(shí)采取有效措施抑制CO濃度，縮短CO排出采場(chǎng)的時(shí)間。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明：添加多組份水炮泥可有效抑制CO生成，其中裝M1配方的多組份水炮泥抑制CO效果最佳，CO濃度相較于不裝水炮泥時(shí)降低了52.5%，相較于普通水炮泥降低了51.9%［32］。根據(jù)《工作場(chǎng)所有害因素職業(yè)接觸限值》（GB Z2—2007），本研究設(shè)定的NO和CO的職業(yè)接觸濃度限值分別為11.2×10-6和16.0×10-6。由圖12可知：相較于不裝水炮泥和普通水炮泥，多組份水炮泥CO濃度達(dá)到職業(yè)接觸限值的時(shí)間平均縮短了30～50 min，說明多組份水炮泥抑制CO效果較為明顯。

通過對(duì)比圖11與圖12發(fā)現(xiàn)：多組份水炮泥和普通水炮泥對(duì)于NO的抑制效果均很顯著，在NO抑制過程中，水炮泥添加劑起到的作用十分有限，而清水起到了至關(guān)重要的作用。這是因?yàn)镹O化學(xué)性質(zhì)非?；顫姡?dāng)它與氧氣相遇即可發(fā)生反應(yīng)生成NO2，NO2再與爆破后水炮泥產(chǎn)生的水霧發(fā)生反應(yīng)可生成硝酸，從而減少了NO的生成量［32］。

3.4.2 降塵效果

《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》（GB l6423—2006）規(guī)定，當(dāng)粉塵中游離SiO2含量小于10%時(shí)，井下作業(yè)場(chǎng)所空氣中粉塵最高允許濃度為10 mg/m3。在炮眼數(shù)量、裝藥量、水炮泥裝入數(shù)量等外界條件等同的情況下，利用塵煙在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，從裝藥開始開機(jī)，直至爆破后可安全下井時(shí)結(jié)束，分別記錄采場(chǎng)巷幫、巷中處粉塵濃度，并分別對(duì)不裝水炮泥、裝普通水炮泥、裝M1/M2多組份水炮泥4種爆破條件下的粉塵數(shù)據(jù)進(jìn)行了記錄，結(jié)果見圖13。

由圖13可知：起爆后，在爆炸沖擊波作用下，大量粉塵迅速?zèng)_入巷道內(nèi)。短時(shí)間（約2 min）內(nèi)，經(jīng)過測(cè)站的粉塵濃度達(dá)到最大值，為453.77 mg/m3（圖13（a）），高濃度粉塵持續(xù)12 min左右，之后粉塵濃度呈間歇性減弱。巷幫與巷中處粉塵濃度變化趨勢(shì)基本一致，但峰值較小，為371.21 mg/m3。經(jīng)過大約1.5 h的通風(fēng)排塵，粉塵濃度仍高于20 mg/m3，說明采用通風(fēng)排塵方法不僅無法降低粉塵產(chǎn)生量，而且凈化時(shí)間長(zhǎng)、效果差、成本高。

統(tǒng)計(jì)4種爆破條件下粉塵濃度數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，巷幫區(qū)域全塵濃度峰值分別為371.27、265.51、118.62、132.29 mg/m3，降塵率分別為28.49%、68.08%、64.37%。通風(fēng)排塵1.5 h后，全塵濃度分別為56.24、34.21、2.52、6.54 mg/m3，降塵率分別為39.17%、95.52%、88.37%；呼塵濃度分別為37.61、25.87、2.09、4.86 mg/m3，降塵率分別為31.22%、94.44%、87.08%。巷中區(qū)域全塵濃度峰值分別為453.77、291.85、125.87、139.82 mg/m3，降塵率分別為35.68%、72.26%、69.19%。通風(fēng)排塵1.5 h后，全塵濃度分別為73.39、49.83、4.82、8.12 mg/m3，降塵率分別為32.10%、93.43%、88.94%；呼塵濃度分別為42.68、28.91、3.28、7.26 mg/m3，降塵率分別為 32.26%、92.31%、82.99%。說明應(yīng)用多組份水炮泥可有效地從源頭減少粉塵產(chǎn)生量；在1.0 h內(nèi)粉塵濃度值降到安全規(guī)程規(guī)定的最高允許濃度以下，通風(fēng)排塵時(shí)間減小，可降低通風(fēng)成本，提高工作面效率；與普通水炮泥相比，多組份水炮泥全塵降塵率提高了90%以上，呼塵降塵率提高了80%以上。

4 巷道云霧除塵試驗(yàn)研究

云霧除塵裝置［70］包括云霧除塵主機(jī)和氣水源處理裝置兩個(gè)部分。云霧除塵主機(jī)解決云霧噴嘴及其他組件的布局問題。氣水源處理裝置完成對(duì)云霧噴嘴工作介質(zhì)的處理，提高云霧噴嘴的工作效率和使用壽命。

4.1 技術(shù)集成

4.1.1 云霧除塵主機(jī)

云霧除塵主機(jī)的工作原理是利用云霧噴嘴按照一定角度與方向固定在拱形鋼架結(jié)構(gòu)上，分別向巷道四周和內(nèi)部噴霧，使云霧充滿巷道整個(gè)斷面，形成巷道全斷面霧簾，阻截粉塵擴(kuò)散并加速其沉降。由于金屬礦山爆破地點(diǎn)多且較為分散，故本研究將云霧除塵裝置設(shè)計(jì)為手推車形式，可隨爆破地點(diǎn)靈活移動(dòng)，除塵裝置的其他組件集成于小車上方的箱體內(nèi)［70］。

為了能使超聲霧化噴頭的噴霧充滿巷道全斷面，且各處?kù)F滴粒徑較為均勻，參照井下巷道斷面形狀——三心拱，云霧除塵裝置上部設(shè)計(jì)為底角45°的等腰梯形，下部為矩形的鋼架結(jié)構(gòu)（圖14）。將超聲霧化噴頭固定于鋼架的四周和正面，四周的噴頭向四周噴霧，使云霧充滿整個(gè)斷面，正面的噴頭正對(duì)著風(fēng)流方向噴霧，它的作用是填補(bǔ)四周噴霧的空缺同時(shí)抵擋風(fēng)壓，并將粉塵排向四周。

相對(duì)于傳統(tǒng)除塵方式，云霧除塵主機(jī)特點(diǎn)有：①云霧除塵主機(jī)體積小、占用空間小、移動(dòng)方便，尤其適用于金屬礦山井下巷道類區(qū)域等狹小空間內(nèi)的除塵；②云霧除塵主機(jī)單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的霧滴顆粒數(shù)量大，霧滴粒徑小，分布更加均勻細(xì)密，吸附能力強(qiáng)，能充分增加與粉塵顆粒的接觸面積，定向抑塵，可有效消除呼吸性粉塵［70］。

4.1.2 氣水源處理裝置

井下氣、水源供給的質(zhì)量好壞直接影響到云霧噴嘴的使用性能及壽命。為凈化井下氣、水源質(zhì)量，分別設(shè)計(jì)了氣、水源兩級(jí)處理裝置（圖15）。水源兩級(jí)處理裝置包括水源預(yù)處理和水質(zhì)過濾器，采用不銹鋼超濾網(wǎng)對(duì)水路中的鐵銹、泥沙、懸浮物等進(jìn)行預(yù)處理；利用水質(zhì)過濾器對(duì)水源進(jìn)行二級(jí)凈化，水中顆粒物粒徑降到5 μm以下，且具有反沖洗功能，完全能夠滿足云霧噴嘴對(duì)水質(zhì)的要求。參照水源兩級(jí)凈化思路，自制了氣源預(yù)處理器對(duì)氣源進(jìn)行預(yù)處理，然后經(jīng)過氣體精密過濾器，使之滿足云霧噴嘴對(duì)氣源的要求。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果與分析

試驗(yàn)場(chǎng)所選在梅山鐵礦-318 m水平西區(qū)，在云霧除塵裝置前后5 m分別布置觀察點(diǎn)，記作凈化前、凈化后觀察點(diǎn)。每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)分別安放一臺(tái)觀測(cè)臺(tái)車，觀測(cè)臺(tái)車上方固定一臺(tái)CCZ20呼吸性粉塵采樣器和一臺(tái)ICF-2粉塵采樣儀，分別進(jìn)行呼吸塵和全塵采樣，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果見圖16。

爆破落礦前，風(fēng)流未經(jīng)云霧除塵裝置凈化前，全塵、呼吸塵濃度分別為 44.00 mg/m3、25.01 mg/m3，經(jīng)云霧除塵裝置凈化后，全塵、呼吸塵濃度降為1.24 mg/m3、1.20 mg/m3，降塵效率分別為97.18%、95.20%；爆破后，應(yīng)用云霧除塵裝置，全塵、呼吸塵的降塵效率分別為96.89%、96.04%。由此可知，無論是爆破前，還是爆破后，云霧除塵裝置都可以將粉塵濃度降到最高許可濃度以下，說明云霧除塵裝置對(duì)爆破粉塵的控制效果非常有效。

5 存在不足及展望

倡導(dǎo)環(huán)境友好、礦地和諧的綠色礦業(yè)發(fā)展模式已逐步成為世界各國(guó)共識(shí)。金屬礦山爆破塵毒防治是綠色礦山發(fā)展的重要內(nèi)容，經(jīng)過多年發(fā)展，金屬礦山爆破塵毒防控技術(shù)取得了一定的進(jìn)展，新技術(shù)、新工藝、新材料和新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，但仍與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求存在一定的差距，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）金屬礦塵種類繁多、差異性強(qiáng)、數(shù)量大，截至目前，各類礦塵理化特性測(cè)試樣本采集基數(shù)小，金屬礦塵理化特性數(shù)據(jù)庫(kù)尚未建立，有毒有害氣體防治鮮有涉及。

（2）水炮泥塵毒防控機(jī)理有待于從微觀角度進(jìn)一步探索；水炮泥配方研發(fā)流程規(guī)范性不足，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)落后，多數(shù)配方僅停留于實(shí)驗(yàn)室探索階段，未得到現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證。

（3）現(xiàn)有塵毒傳感器精度普遍不高，無線化和智能化傳輸方式尚處于探索階段；未實(shí)現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)等技術(shù)聯(lián)網(wǎng)的在線塵毒監(jiān)測(cè)，缺少對(duì)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的深度處理與分析。

（4）云霧除塵作為一種新型除塵技術(shù)，其研究與應(yīng)用還處于探索階段。云霧除塵設(shè)備的核心部件是空氣霧化噴嘴，空氣霧化噴嘴噴霧降塵理論尚不完善，導(dǎo)致云霧除塵技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中存在很大的盲目性，氣、水流量等主要參數(shù)設(shè)定僅憑經(jīng)驗(yàn)。有關(guān)若干空氣霧化噴嘴組合噴霧特征及降塵效果的研究鮮有成果問世。

（5）隨著新材料、新工藝等不斷出現(xiàn)，粉塵危害分級(jí)監(jiān)管、接觸限值、檢測(cè)方法等標(biāo)準(zhǔn)存在規(guī)定過于籠統(tǒng)、年代比較久遠(yuǎn)等問題，很多內(nèi)容要求與現(xiàn)實(shí)情況脫節(jié)嚴(yán)重。

（6）礦井作業(yè)場(chǎng)所環(huán)境復(fù)雜，工作人員操作水平參差不齊，科研成果技術(shù)轉(zhuǎn)化存在優(yōu)化周期長(zhǎng)、使用效果差、投入成本高等一系列問題，降低了企業(yè)的應(yīng)用意愿。

為更好地進(jìn)行金屬礦山塵毒防控研究，今后的發(fā)展方向主要有：

（1）借助三維激光掃描儀、CT掃描、大數(shù)據(jù)等技術(shù)手段，分級(jí)分類測(cè)定典型金屬礦塵物理化學(xué)特性基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如微觀形態(tài)結(jié)構(gòu)、物相組成、官能團(tuán)等，建立典型金屬礦塵理化特性數(shù)據(jù)庫(kù)；探索典型金屬礦塵物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、不同尺度與其潤(rùn)濕性之間的關(guān)聯(lián)矩陣，為采用物理化學(xué)方法降解塵毒提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及技術(shù)支撐。

（2）提高水炮泥潤(rùn)濕保濕能力、炮煙降解能力，降低對(duì)礦石與環(huán)境的影響，以表面張力、接觸角、臨界膠束濃度、防蒸發(fā)性等為篩選指標(biāo)，建立水炮泥降塵消毒優(yōu)選體系；優(yōu)化多組份水炮泥配方，拓寬其適用范圍；采用理論分析、試驗(yàn)研究、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等相結(jié)合的方法，從微觀上進(jìn)一步探索多組份水炮泥塵毒防控機(jī)理。

（3）開展空氣霧化噴霧霧化特性、降塵效果及其影響因子的研究，獲得最佳工況參數(shù)；研發(fā)氣源、水源過濾凈化措施，為云霧除塵技術(shù)應(yīng)用提供保障條件；通過數(shù)值模擬及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)方法研究巷道內(nèi)風(fēng)流時(shí)空演化規(guī)律，借鑒傳統(tǒng)巷道噴霧及除塵器優(yōu)點(diǎn)，研發(fā)占地空間小、成本低、移動(dòng)方便的移動(dòng)式全斷面巷道云霧凈化裝置，通過優(yōu)化噴嘴排列組合形成霧簾，凈化污染風(fēng)流，加速微細(xì)粉塵凝結(jié)與沉降。

（4）研發(fā)高精度、多點(diǎn)連續(xù)測(cè)量、耐污染、使用壽命長(zhǎng)的粉塵濃度檢測(cè)技術(shù)和在線濃度監(jiān)測(cè)裝備，研發(fā)適用于工礦潮濕、沖擊等復(fù)雜環(huán)境的高精度粉塵監(jiān)控體系，實(shí)現(xiàn)粉塵監(jiān)控的自動(dòng)化、智能化。

（5）組織開展標(biāo)準(zhǔn)頂層設(shè)計(jì)與發(fā)展規(guī)劃，完善粉塵監(jiān)管強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)體系，加快標(biāo)準(zhǔn)的整合精減和“立、改、廢”工作，提高標(biāo)準(zhǔn)的針對(duì)性和適用性。

（6）應(yīng)注重一線作業(yè)人員實(shí)操技術(shù)培養(yǎng)，加強(qiáng)新技術(shù)、新裝備在一線的適用性研究，加大新技術(shù)、新裝備的推廣應(yīng)用。