任 藝，于 琴

（天津礦山工程有限公司，天津 300073）

露天開采過程中的鑿巖、爆破、礦石（廢石）堆場(chǎng)和運(yùn)輸?shù)茸鳂I(yè)環(huán)節(jié)會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵。粉塵會(huì)影響礦區(qū)周邊空氣質(zhì)量，危害人體健康和生命安全[1-2]。并且，隨著露天開采深度不斷增加，粉塵的擴(kuò)散會(huì)更加困難，礦山開采作業(yè)條件也逐漸惡化[3]。隨著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國內(nèi)外的露天礦山粉塵問題日益凸顯[4-5]。因此，為把露天礦山粉塵污染降到最低限度，制定科學(xué)切實(shí)可行的粉塵防治措施，采取更加有效的降塵抑塵措施勢(shì)在必行。目前，控制粉塵的方法有噴水抑塵法、水霧降塵法[6-7]、抑制劑法、超聲霧化抑塵除塵、超聲波除塵技術(shù)[8-9]等。其中，噴水抑塵法簡便易行，但是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的噴水方式和噴水效率的限制，不能精細(xì)控制和計(jì)算噴水量，效果一直差強(qiáng)人意。因此，若要增強(qiáng)噴水抑塵的效果，使之符合礦山粉塵控制的要求，仍需探索新的噴水抑塵方式。噴淋系統(tǒng)在礦山抑塵中已經(jīng)有過研究和應(yīng)用[10-12]。

1 工程概況

惠州市光大水泥企業(yè)有限公司上窩石場(chǎng)開采工程由天津礦山工程有限公司承建，開采規(guī)模960×104t/a。礦巖主要為黃土狀粉土與剝離物砂巖組成，表面風(fēng)化強(qiáng)烈，上有黃土覆蓋，地形破碎，沖溝極為發(fā)育。礦山地處北回歸線附近，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均溫度20.8℃。日極端最高氣溫出現(xiàn)在7月份，為39.9℃；日平均極端最低氣溫出現(xiàn)在1月份，為-4.4℃。風(fēng)向具有明顯的季節(jié)性，夏、秋兩季多東風(fēng)和東南風(fēng)，且常有臺(tái)風(fēng)襲擾，最大風(fēng)力達(dá)11～12 級(jí)，冬春兩季以西北風(fēng)為主。由于空氣干燥、水蒸發(fā)量極大，該礦區(qū)極易發(fā)生揚(yáng)沙和浮塵天氣。

上窩石場(chǎng)礦山（圖1）采用露天開采，汽車運(yùn)輸方式。在礦山開采過程中，常采用灑水車、霧炮等傳統(tǒng)方式進(jìn)行降塵，存在下列不足：

圖1 上窩石場(chǎng)全貌

（1）作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備近400 臺(tái)套，運(yùn)輸?shù)缆奋嚵髅芏却蟆鉁馗?，因此灑水揮發(fā)快，不能滿足降塵的需要。

（2）該方法對(duì)于挖裝、爆破工序降塵效果不明顯或受現(xiàn)場(chǎng)條件限制無法使用。

（3）施工現(xiàn)場(chǎng)揚(yáng)沙和浮塵極為嚴(yán)重，能見度低，尤其是夜間，影響交通安全，極易出現(xiàn)交通事故，還會(huì)影響現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的身體健康。

2 5G智能噴淋系統(tǒng)的應(yīng)用

采用傳統(tǒng)的噴水降塵方法無法達(dá)到控塵的目的，亦不能滿足環(huán)保督察的要求。為此，“5G 智能噴淋系統(tǒng)”新工藝可為礦區(qū)的粉塵控制提供新的解決方案。

2.1 5G智能噴淋系統(tǒng)介紹

上窩石場(chǎng)礦區(qū)采用的5G 智能噴淋系統(tǒng)采取高壓噴淋方式，由自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的噴槍將水噴灑在指定的道路、平臺(tái)，并且通過粉塵傳感器的控制，實(shí)現(xiàn)全方位的噴淋智能監(jiān)控。上窩石場(chǎng)礦區(qū)所采用的5G 噴淋中央控制系統(tǒng)，裝機(jī)功率為450kW，安裝有大噴槍20 個(gè)，小噴頭231 個(gè)。單個(gè)噴槍覆蓋直徑達(dá)160m，整個(gè)噴淋系統(tǒng)可覆蓋全部2.6km2礦區(qū)和6km 運(yùn)礦道路。該5G 智能噴淋系統(tǒng)功能如下：

（1）程序順序控制功能。該功能主要控制噴頭布置、噴射時(shí)間等參數(shù)的設(shè)定，可在“本地模式”、“自動(dòng)巡演模式”中切換。其中，自動(dòng)巡演模式按照預(yù)設(shè)的“巡演時(shí)間”，每一組或每一個(gè)噴頭、噴槍自動(dòng)依次噴淋、“巡演”。而本地模式則是按照預(yù)設(shè)的“本地時(shí)間”，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要，按需手動(dòng)控制噴淋過程。

（2）監(jiān)測(cè)與控制功能。在手機(jī)、電腦及遙控面板上設(shè)有轉(zhuǎn)換界面，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)控制、在線溫度監(jiān)測(cè)、水池水位報(bào)警、運(yùn)行狀態(tài)、定時(shí)控制、環(huán)境粉塵濃度監(jiān)測(cè)等功能。

（3）粉塵濃度實(shí)時(shí)在線控制功能。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)捕捉粉塵測(cè)定PM值，一旦超標(biāo)，該系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)開啟噴淋。

（4）超壓報(bào)警及水流故障報(bào)警功能。當(dāng)管道堵塞或噴槍閥門不能正常啟動(dòng)、水泵不運(yùn)轉(zhuǎn)、壓力傳感器或流量傳感器超過額定值時(shí)，噴淋系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停機(jī)報(bào)警，并在故障處理后自動(dòng)恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

（5）無線變頻控制功能。當(dāng)作業(yè)面轉(zhuǎn)移時(shí)，基于5G技術(shù)的無線模擬量反饋信號(hào)傳輸與控制系統(tǒng)可在手機(jī)或電腦操控界面按需變頻（0~50Hz），按需調(diào)整角度，保證噴淋范圍覆蓋整個(gè)作業(yè)區(qū)域。

2.2 5G智能噴淋系統(tǒng)參數(shù)配置

（1）噴淋參數(shù)的設(shè)定。主要的噴淋參數(shù)包括噴淋強(qiáng)度和噴淋時(shí)間。噴淋強(qiáng)度設(shè)定為4.8mm/h，日最大噴淋量根據(jù)日最大蒸發(fā)強(qiáng)度確定。噴淋時(shí)間設(shè)定為每30min噴淋一次，每次噴淋作業(yè)運(yùn)行10min。

（2）采準(zhǔn)平臺(tái)噴槍設(shè)計(jì)。根據(jù)礦區(qū)面積、采區(qū)分布、開采規(guī)模、噴槍射程等條件，該噴淋系統(tǒng)共計(jì)布置20 把噴槍。已知噴槍的射程為80m，每平米的單日最大蒸發(fā)量為13.94mm/d。若按每日工作9h 算，根據(jù)前述噴淋參數(shù)的設(shè)定，單個(gè)噴槍每日累計(jì)噴淋的時(shí)間為3h。根據(jù)已知量，計(jì)算噴槍和水泵參數(shù)如下：

單個(gè)噴槍最大有效覆蓋面積為：3.14×80m×80m=20096m2

單個(gè)噴槍日需噴水量為：20096m2×13.94mm/d=280.14m3/d

噴淋灑水系統(tǒng)每小時(shí)最大流量：280.14m3/d÷3h/d=93.38m3/h，按照80%的有效功率計(jì)算，考慮一定的富余量，選定水泵的流量應(yīng)不小于93.38/80%=116.73m3/h。

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，噴槍和水泵的參數(shù)配置如表1所示。

表1 采準(zhǔn)平臺(tái)噴槍和水泵參數(shù)表

（3）道路噴頭設(shè)計(jì)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)道路的尺寸，選定噴頭射程為10m、間距為15m，單個(gè)噴頭覆蓋角度為0°~180°。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選定每500m（即33個(gè)噴頭）為一組，逐組運(yùn)行。相應(yīng)運(yùn)行參數(shù)計(jì)算如下：

每組噴頭最大有效覆蓋面積：33×3.14×10m×10m/2=5181m2

每組噴頭每日需噴水量為：5181m2×13.94mm/d=72.2m3/d

噴淋灑水系統(tǒng)每小時(shí)最大流量：72.2m3/d÷3h/d=24.1m3/h，按照80%的有效功率計(jì)算，考慮一定的富余量，選定水泵的流量應(yīng)不小于24.1/80%=30.13m3/h。

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，以及可供選擇的水泵型號(hào)、噴槍和水泵的參數(shù)配置如表2所示。

表2 道路噴頭和水泵參數(shù)表

3 5G智能噴淋系統(tǒng)的降塵效果

噴淋系統(tǒng)的每個(gè)噴頭、噴槍上均裝有粉塵捕捉儀，一旦粉塵超標(biāo)，就會(huì)自動(dòng)噴淋。據(jù)統(tǒng)計(jì)和觀察，在采用該5G智能噴淋系統(tǒng)后，每天的用水量近800m3，現(xiàn)場(chǎng)基本達(dá)到無塵生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了全工序控塵、清潔生產(chǎn)。具體效果圖展示如圖2~圖4所示。

圖2 5G智能噴淋系統(tǒng)使用前后挖裝作業(yè)對(duì)比照片

圖3 5G智能噴淋系統(tǒng)使用前后爆破作業(yè)對(duì)比照片

圖4 5G智能噴淋系統(tǒng)使用前后道路運(yùn)輸對(duì)比照片

4 結(jié)論

5G智能噴淋系統(tǒng)自運(yùn)行以來，降塵效果明顯，為礦山帶來了良好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益，得到了當(dāng)?shù)卣块T的好評(píng)。目前，該系統(tǒng)已在公司內(nèi)部和行業(yè)內(nèi)推廣應(yīng)用。

目前，該噴淋系統(tǒng)的智能化主要體現(xiàn)在基于5G通信技術(shù)的噴淋作業(yè)智能啟動(dòng)、運(yùn)行和調(diào)整。該系統(tǒng)未來的研究將集中在根據(jù)不同的粉塵特征、氣候條件以及開采條件，系統(tǒng)參數(shù)配置的智能化。