劉志斌

（紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司，福建 龍巖 364200）

0 引言

完整的礦石加工線須經(jīng)破碎、篩分、運(yùn)輸、集料等工序，每道工序都將產(chǎn)生粉塵。粒徑細(xì)微的呼吸性粉塵，具有分散度高、吸附能力強(qiáng)、不易沉降等特點(diǎn)，長(zhǎng)期懸浮于空氣中，不僅污染工作場(chǎng)所，還會(huì)危害作業(yè)人員的健康，存在極大的安全隱患[1]。

金屬礦山開(kāi)采過(guò)程中如何消除或減少粉塵是研究中的重要課題，是實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)的關(guān)鍵。該文通過(guò)某金屬礦山井下巷道破碎、運(yùn)輸系統(tǒng)和運(yùn)輸巷道除塵項(xiàng)目的構(gòu)建及改造優(yōu)化，并進(jìn)行評(píng)價(jià)，為改善金屬礦山作業(yè)環(huán)境和保護(hù)礦工安全與健康提供相關(guān)建議。

1 塵源調(diào)研

經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)某金屬礦山井下巷道粉塵產(chǎn)生主要集中在破碎、運(yùn)輸過(guò)程，根據(jù)粉塵監(jiān)測(cè)結(jié)果，破碎系統(tǒng)粉塵濃度20mg/m3～40mg/m3，皮帶運(yùn)輸巷道粉塵濃度5mg/m3～8 mg/m3。

破碎系統(tǒng)主要是礦石的碰撞、擠壓和碎裂，以及破碎機(jī)震動(dòng)，使細(xì)微級(jí)顆粒隨運(yùn)動(dòng)氣流分離，導(dǎo)致空氣中集結(jié)越來(lái)越多的粉塵。

皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)主要包括皮帶運(yùn)輸機(jī)的受料點(diǎn)、卸料點(diǎn)和運(yùn)輸過(guò)程。皮帶受料點(diǎn)由物料攜帶氣流沖入，造成增壓，使氣流攜塵沖擊及物料下落時(shí)受到空氣剪切作用而塵化，下落高度越大，礦粒速度越高，塵化越嚴(yán)重。某金屬礦山第三平硐由各天井經(jīng)破碎卸礦，用皮帶運(yùn)輸匯至主帶再往選礦篩分系統(tǒng)輸送，第三平硐皮帶下料點(diǎn)多達(dá)9個(gè)，由下料點(diǎn)產(chǎn)生的粉塵使運(yùn)輸巷道粉塵彌漫。井下巷道示意圖如圖1所示。

圖1 某礦山井下巷道示意圖

2 破碎、運(yùn)輸系統(tǒng)除塵項(xiàng)目構(gòu)建

2.1 目標(biāo)

根據(jù)國(guó)家綠色可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，該井下巷道除塵項(xiàng)目的整體目標(biāo)如下：1）加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)區(qū)域操作空間的降塵和除塵效果，使操作間的空氣潔凈程度達(dá)到或超過(guò)金屬礦山行業(yè)職業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。2）從井下巷道整體礦石破碎和運(yùn)輸系統(tǒng)出發(fā)，完成前期規(guī)劃和管理，完成預(yù)見(jiàn)性、進(jìn)行定期性合規(guī)評(píng)價(jià)，源頭上避免“頭痛醫(yī)頭，腳痛醫(yī)腳”現(xiàn)象[2]。3）加強(qiáng)對(duì)除塵系統(tǒng)的日常維護(hù)和管理，遵循設(shè)備運(yùn)行和粉塵沉降規(guī)律，使除塵系統(tǒng)的日常工作易操作、易保養(yǎng)，提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率，使設(shè)備運(yùn)行處于低能耗、低成本、長(zhǎng)壽命、高效運(yùn)行的狀態(tài)。

2.2 工藝技術(shù)路線

結(jié)合井下巷道產(chǎn)塵的實(shí)際情況，對(duì)破碎、運(yùn)輸過(guò)程及運(yùn)輸主巷道的除塵系統(tǒng)項(xiàng)目改造的總體思路如下。

2.2.1 破碎硐室粉塵治理

2.2.1.1 新增除塵器

9、10#硐室新增脈沖式除塵器， 7、8#硐室各新增2臺(tái)濕法除塵器，降低硐室內(nèi)粉塵。

2.2.1.2 安裝水霧裝置

對(duì)各硐室顎破虎口及臺(tái)板安裝噴頭霧化，對(duì)揚(yáng)塵部位進(jìn)行水霧降塵及礦石表面濕潤(rùn)，對(duì)比環(huán)形噴頭、扇形噴頭、花灑噴頭使用效果，扇形噴頭使用效果較好。

2.2.1.3 制作安裝密閉室

破碎硐室粉塵主要來(lái)源于顎式破碎機(jī)破碎過(guò)程和放礦臺(tái)板激振落料過(guò)程，對(duì)硐室內(nèi)顎式破碎機(jī)及放礦臺(tái)板進(jìn)行密閉隔離[2]，使粉塵不溢出硐室外。

因井下濕度大，采用δ=2mmQ235A鋼材制作密閉室容易銹蝕，使用時(shí)間只有1～2年；密閉室在顎破運(yùn)行中存在共振現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)開(kāi)裂，出現(xiàn)粉塵溢出及維修工作量大等問(wèn)題。對(duì)比采用304不銹鋼鋼材制作密閉室，Q235A 鋼材根據(jù)設(shè)備型號(hào)按照距離設(shè)備0.7m制作密閉室，能解決以上問(wèn)題。經(jīng)密閉隔離處理后硐室內(nèi)揚(yáng)塵有明顯的改善。

2.2.1.4 新增通風(fēng)措施巷

因各硐室風(fēng)流不暢，造成粉塵富積現(xiàn)象，為確保新鮮風(fēng)源可以順暢進(jìn)入硐室，各硐室安裝2臺(tái)7 kW軸流風(fēng)機(jī)，硐室粉塵濃度下降明顯。

2.2.1.5 破碎硐室除塵系統(tǒng)進(jìn)行效果評(píng)價(jià)

井下巷道破碎硐室從一期技改新增除塵器開(kāi)始，直至四期技改新增通風(fēng)措施巷，在經(jīng)歷了4次技改后，破碎硐室整體降塵效果明顯，項(xiàng)目施工前各硐室檢測(cè)的粉塵濃度為20mg/m3～40mg/m3隨技改項(xiàng)目的推進(jìn)，破碎硐室日常檢測(cè)粉塵濃度下降至0.7 mg/m3～1 mg/m3，見(jiàn)表1。

表1 第三平硐破碎硐室粉塵治理效果推進(jìn)表

2.2.2 皮帶運(yùn)輸粉塵治理

2.2.2.1 除塵系統(tǒng)的整體構(gòu)建

首先，在皮帶運(yùn)輸各下料點(diǎn)安裝一套自動(dòng)循環(huán)除塵器系統(tǒng)，該下料點(diǎn)除塵系統(tǒng)運(yùn)用空氣動(dòng)力學(xué)原理，采用壓力平衡和閉環(huán)流通方式，在需要除塵的設(shè)備上，依次設(shè)置除塵室、塵氣分離室和循環(huán)降塵室，對(duì)各產(chǎn)塵點(diǎn)進(jìn)行分散除塵，解決除塵不徹底的問(wèn)題。輸送帶密封改造示意圖如圖2所示。

圖2 輸送帶密封改造示意圖

其次，在除塵室內(nèi)設(shè)置應(yīng)力板，物料跌落或受到振動(dòng)時(shí)，含塵氣流往上運(yùn)動(dòng)撞擊到應(yīng)力板，成為紊亂氣流，氣流的速度與方向均發(fā)生改變，使大顆粒粉塵逐漸沉降。除塵室內(nèi)腔處于密封狀態(tài)，而皮帶處于持續(xù)運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)物料下料口出現(xiàn)微負(fù)壓時(shí)，除塵室內(nèi)腔中密封氣體回流管，將微正壓氣流引至物料下料口前端，讓整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)保持壓力平衡，使除塵器內(nèi)閉環(huán)流通，保證粉塵連續(xù)沉降。

最后，在塵氣分離室采用傾斜的應(yīng)力板繼續(xù)改變含塵氣流的運(yùn)動(dòng)方向和速度，使粉塵與氣流分離、沉降；在循環(huán)降塵室設(shè)置傾斜的應(yīng)力板和垂懸的橡膠條，通過(guò)橡膠條上產(chǎn)生的靜電進(jìn)一步降低粉塵的動(dòng)能，讓漂浮細(xì)微的粉塵逐漸沉降下來(lái)，顯著提高了除塵效果。粉塵量大的地方，在除塵室上安裝一個(gè)小功率的ND-P集塵機(jī)，達(dá)到高精度除塵的目的，解決了粉塵量過(guò)大而降塵難以清除的問(wèn)題。除塵工藝流程圖如圖3所示。

圖3 除塵工藝流程圖

2.2.2.2 除塵系統(tǒng)的局部改造

根據(jù)運(yùn)輸系統(tǒng)除塵效果，后續(xù)相應(yīng)開(kāi)展了如下優(yōu)化改造：1）增加1個(gè)緩塵回流管，回流管改造及觀察口示意圖如圖4所示。將下礦過(guò)程中形成的微正壓氣流引至物料下料口前，使下料口的壓力相對(duì)平衡，實(shí)現(xiàn)除塵器內(nèi)氣體的閉環(huán)流通，確保粉塵連續(xù)沉降。2）導(dǎo)料槽增加1個(gè)密封段，將其上蓋設(shè)計(jì)成可拆卸，并在下礦口和緩塵回流管側(cè)板處開(kāi)設(shè)1個(gè)觀察口，便于日常檢修?；亓鞴芨脑旒坝^察口示意圖如圖4所示。3）導(dǎo)料槽的防溢裙板設(shè)計(jì)成與導(dǎo)料槽側(cè)板成一定夾角，使導(dǎo)料槽的密封防塵效果更佳；在密封導(dǎo)料槽內(nèi)安裝4組噴霧除塵裝置，避免導(dǎo)料槽內(nèi)二次產(chǎn)塵。導(dǎo)料槽密封示意圖如圖5所示。4）在導(dǎo)料槽進(jìn)出口和風(fēng)管兩側(cè)均設(shè)置、安裝1組擋塵簾，從而使飛濺的粉塵被擋塵簾隔阻，然后順著擋塵簾返回輸送皮帶上。同時(shí)，對(duì)氣流進(jìn)行多級(jí)降速，不僅起到了梯度除塵的作用，而且導(dǎo)料槽內(nèi)實(shí)現(xiàn)了全封閉的目的。

圖4 回流管改造及觀察口示意圖

圖5 導(dǎo)料槽密封示意圖

2.2.2.3 皮帶運(yùn)輸除塵系統(tǒng)實(shí)施效果評(píng)價(jià)

井下巷道皮帶運(yùn)輸從除塵系統(tǒng)的整體構(gòu)建開(kāi)始，直至除塵系統(tǒng)的局部改造，特別是除塵系統(tǒng)的4次細(xì)節(jié)優(yōu)化，進(jìn)一步提高了皮帶運(yùn)輸?shù)慕祲m效果，并改善人員作業(yè)條件，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，使日常檢測(cè)粉塵濃度下降至0.5 mg/m3～1 mg/m3，見(jiàn)表2。

表2 第三平硐皮帶運(yùn)輸粉塵治理效果推進(jìn)表

2.2.3 運(yùn)輸巷道粉塵治理

2.2.3.1 皮帶清洗項(xiàng)目

通過(guò)清掃器、沖洗水管、沖洗氣壓等試驗(yàn)，對(duì)各級(jí)清掃器材質(zhì)選用、沖洗水管型號(hào)和沖洗氣壓設(shè)定進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如下：1）皮帶清洗較好的方式是一級(jí)清掃器采用自主雙層皮帶清掃器，二、三級(jí)采用材質(zhì)較硬的聚氨酯板清掃器，四、五級(jí)采用質(zhì)地較軟的橡膠清掃器。2）沖洗水管使用方面，通過(guò)沖洗管道孔徑（1 mm～5 mm）和孔距（50mm～100mm）試驗(yàn)對(duì)比分析，使用沖洗管道孔徑2 mm～3 mm和孔距50 mm效果比較明顯，用水量也較少，皮帶清洗效果良好，避免了皮帶返程中將礦漿帶到皮帶支架及運(yùn)輸巷道，避免了礦漿干燥后容易引起的二次揚(yáng)塵。3）使用氣管沖洗皮帶，對(duì)清理礦漿及吹干皮帶的效果都不明顯。

2.2.3.2 回風(fēng)巷、大件道風(fēng)門(mén)和水霧簾安裝

根據(jù)該金屬礦山第三平硐設(shè)計(jì)風(fēng)源路徑，更方便控制硐室風(fēng)向流動(dòng)，防止污風(fēng)串流或倒流，對(duì)各硐室支皮帶尾輪回風(fēng)巷及大件道安裝風(fēng)門(mén)，進(jìn)行隔絕污風(fēng)措施，并在污風(fēng)的回風(fēng)巷安裝水霧簾進(jìn)一步降塵。

2.2.3.3 巷道、皮帶支架及管道清洗

利用灑水車清洗運(yùn)輸巷道路面，第三平硐風(fēng)源由主巷道硐口進(jìn)入，減少主巷道路面及皮帶支架積塵，防止主巷道二次揚(yáng)塵。同時(shí)，規(guī)定主巷道、皮帶支架及管道清洗頻次，固化清潔效果。

2.2.3.4 返砂和礦漿回抽

經(jīng)對(duì)皮帶支架及管道清洗，各皮帶巷道積砂嚴(yán)重，在各運(yùn)輸皮帶尾輪處挖掘沉砂池和安裝返砂管道，將皮帶及支架上沖洗下來(lái)的礦漿在皮帶尾輪處收集起來(lái)，使用液下泵回抽到收集箱，用渣漿泵打出硐室外集中處理，再回抽到選礦車間渣漿池。

2.2.3.5 運(yùn)輸巷道除塵系統(tǒng)進(jìn)行效果評(píng)價(jià)

破碎硐室和皮帶運(yùn)輸是井下巷道主要產(chǎn)塵源，通過(guò)源頭治理，抑制粉塵使其無(wú)法進(jìn)入井下巷道的空氣中飄散，再輔以清潔、云霧、濕法和返砂等技術(shù)，進(jìn)行綜合治理，全方位解決井下運(yùn)輸巷道的粉塵，將粉塵控制在0.5mg/m3～0.8mg/m3。

3 結(jié)語(yǔ)

該項(xiàng)目投入使用后，具有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行、操作人員少、設(shè)備維護(hù)簡(jiǎn)便及運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，根據(jù)LD-5C（B）型微電腦激光粉塵儀檢測(cè)結(jié)果，其井下巷道破碎、運(yùn)輸系統(tǒng)作業(yè)場(chǎng)所的總粉塵濃度由原來(lái)的20 mg/m3～40 mg/m3、5mg/m3～8 mg/m3持續(xù)下降至1 mg/m3及以下，其設(shè)備運(yùn)行噪聲小于85dB（A），符合GBJ87《工業(yè)企業(yè)噪聲控制設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，不僅能夠達(dá)到國(guó)家的相關(guān)規(guī)定，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，還能有效減少粉塵帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失和職業(yè)健康問(wèn)題，為礦山井下巷道除塵提供技術(shù)參考和構(gòu)建依據(jù)。