探礦坑道爆破粉塵及炮煙控制技術(shù)

孫宗席，姚建光

(武警警種指揮學(xué)院，北京昌平 102202)

探礦坑道爆破粉塵及炮煙控制技術(shù)

孫宗席，姚建光

(武警警種指揮學(xué)院，北京昌平 102202)

在分析探礦坑道爆破粉塵及炮煙產(chǎn)生的影響因素及其特性的基礎(chǔ)上，綜述了在甘肅岷縣馬塢礦區(qū)進(jìn)行的粉塵與炮煙控制技術(shù)攻關(guān)試驗(yàn)的情況和試驗(yàn)成果。獲得的成果可為探礦坑道及交通隧道的爆破施工提供參考。

探礦坑道;爆破;炮煙;粉塵;控制技術(shù)

0 引言

坑道爆破作業(yè)中，粉塵及炮煙是大量存在的，如果對粉塵和炮煙處理或防護(hù)不當(dāng)，很可能導(dǎo)致炮煙中毒致人死亡。如2010年河南平頂山“6.21”礦難，由于井下炸藥庫爆炸，產(chǎn)生的大量有毒有害氣體沒有及時(shí)排出，炮煙濃度嚴(yán)重超標(biāo)，造成47人死亡。對于我部探礦坑道來說，地下空間狹小，通風(fēng)阻力大，排煙除塵困難，爆破粉塵及炮煙濃度時(shí)常超標(biāo)，坑道環(huán)境惡劣，這一問題一直沒有得到很好的解決，潛在威脅很大。因此，解決探礦坑道粉塵及炮煙控制技術(shù)，對確保我部官兵身體健康和生命安全具有十分重要的意義。

1 粉塵及炮煙源解析

探礦坑道斷面狹小，斷面規(guī)格一般為1.8 m× 2.0 m或2 m×2.0 m，鑿巖爆破作業(yè)中產(chǎn)生的大量粉塵和炮煙擴(kuò)散空間有限，排除困難。

炮煙產(chǎn)生量的多少主要與使用的炸藥成分、配比及爆轟是否完全等因素有關(guān)，炮煙中以“一氧化碳”和“氮氧化合物”的毒性最大。

粉塵濃度、粒徑與爆破巖石類型、爆破工藝等有關(guān)。據(jù)文獻(xiàn)［1］研究，爆破粉塵在爆破瞬間粉塵濃度可達(dá)1000～3000 mg/m3，而文獻(xiàn)［3］則認(rèn)為粉塵濃度為10～100 mg/m3;文獻(xiàn)［1］認(rèn)為爆破后粉塵粒徑多介于0～30 μm之間，而文獻(xiàn)［2］則認(rèn)為小于5 μm的粉塵顆粒占總顆粒數(shù)的95%。筆者認(rèn)為，造成如此大的差異，主要是由于爆破對象不同造成的，此外，也與爆破工藝有關(guān)，如爆破參數(shù)、爆破方法等。不同的巖石，其脆性、含水率是不同，爆破后所產(chǎn)生粉塵的量和顆粒大小也不同的。巖石越脆，爆破后產(chǎn)生的粉塵越細(xì)，反之，越粗;巖石的含水率大，產(chǎn)生的粉塵量少而粗，反之，產(chǎn)生的粉塵量大而細(xì)。另外在探礦坑道中，裝巖、支護(hù)、采樣等工序也產(chǎn)生很多粉塵。所以，不同的爆破對象、不同的爆破工藝，產(chǎn)生的粉塵濃度、粒徑是不同的。

2 粉塵及炮煙控制技術(shù)

2.1 粉塵及炮煙控制方法

對于小斷面探礦坑道，由于空間狹小，爆破后擴(kuò)散空間有限，粉塵和炮煙濃度很容易超標(biāo)。煙塵控制可以采取濕式鑿巖、水幕過濾、水封爆破、機(jī)械強(qiáng)力排塵等多種方法相結(jié)合進(jìn)行。

2.2 粉塵及炮煙控制技術(shù)

我們在甘肅岷縣馬塢礦區(qū)PD5、PD6、PD8、PD9等探礦坑道進(jìn)行了粉塵與炮煙控制技術(shù)攻關(guān)試驗(yàn)。對濕式鑿巖、水幕過濾、水封爆破、機(jī)械強(qiáng)力排塵等煙塵控制技術(shù)進(jìn)行了多次研究論證。

2.2.1 濕式鑿巖技術(shù)攻關(guān)試驗(yàn)

該技術(shù)是充分用釬頭的水孔給水，在孔底巖石被破碎的瞬間被水完全濕潤、捕捉后隨水流排出孔外。為驗(yàn)證濕式鑿巖控塵效果，在PD5、PD6兩個(gè)探礦坑道中，分別進(jìn)行了濕式鑿巖和干式鑿巖試驗(yàn)。PD5坑道采用濕式鑿巖后，粉塵濃度由63 mg/m3降低到1 mg/m3，降低了81.6%;PD6坑道采用濕式鑿巖后，粉塵濃度由67 mg/m3降低到2.5 mg/m3，降低了79.6%。實(shí)際上，在相同的外部環(huán)境條件下，對于不同的鑿巖工和不同的巖石，鉆鑿炮眼產(chǎn)生的粉塵量是不同的。因此，有必要建立濕式鑿巖數(shù)據(jù)庫，以利于對濕式鑿巖技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，便于更好地封堵塵源。

2.2.2 水幕過濾技術(shù)

水幕是在敷設(shè)于巷道頂部或兩幫的水管上間隔地安裝數(shù)個(gè)噴霧器噴霧形成，如圖1所示。噴霧器(又稱噴嘴)，可使水流霧化成細(xì)微的水滴噴射于空氣中，使巖堆、巷道周壁及空氣中的粉塵被水潤濕，塵粒間會(huì)互相附著凝集成較大的顆粒，使其沉降或附著性增強(qiáng)，從而達(dá)到降塵的目的。同時(shí)，也有利于消除炮煙，縮短通風(fēng)時(shí)間。

圖1 巷道水幕示意圖

噴霧器布置應(yīng)以水幕布滿巷道斷面盡可能靠近塵源為原則。凈化水幕應(yīng)安設(shè)在支護(hù)完好、壁面平整、無斷裂破碎的巷道段內(nèi)。在PD9探礦坑道中，采用了PZA－2.5/55錐型噴霧器，耗水量為11.2 L/(個(gè)·min)。在距工作面15、35、55 m處各設(shè)了一道水幕，在爆前2～3 min打開噴霧器。測算顯示，工作面含塵風(fēng)流經(jīng)第一道水幕后降塵率為59%～60.5%，經(jīng)第二道水幕后降塵率為 78.2% ～80%，經(jīng)第三道水幕后粉塵濃度僅為0.78 mg/m3，降塵率達(dá)98.6%，粉塵濃度完全得到了控制，達(dá)到了理想的效果。

為更好地掌控排煙除塵技術(shù)，在PD9坑道還進(jìn)行了4種工況對比試驗(yàn):(1)無噴霧，無通風(fēng);(2)無噴霧，有通風(fēng);(3)有噴霧，無通風(fēng);(4)有噴霧，有通風(fēng)。試驗(yàn)效果如圖2所示。試驗(yàn)結(jié)果表明，第(4)種工況“有噴霧，有通風(fēng)”的排煙除塵效果最好，時(shí)間最短，27 min左右即可將工作面粉塵、炮煙排除干凈。

圖2 不同工況下的粉塵濃度

2.2.3 水炮泥封堵技術(shù)

水炮泥封堵技術(shù)就是將裝水的塑料袋代替一部分炮泥，填于炮眼內(nèi)，對炮眼進(jìn)行封堵。爆破時(shí)水袋破裂，水在高溫高壓下汽化與塵粒凝結(jié)，達(dá)到降塵的目的。采用水封爆破有很多優(yōu)點(diǎn)，如:可降低爆破時(shí)產(chǎn)生的粉塵;減少有毒氣體產(chǎn)生，縮短通風(fēng)時(shí)間，加速作業(yè)循環(huán);增加堵塞的嚴(yán)密性，提高爆破效率等。

在PD8探礦坑道中，進(jìn)行了水炮泥封堵技術(shù)試驗(yàn)。水炮泥裝填結(jié)構(gòu)如圖3所示，水袋結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖3 水炮泥布置圖

圖4 自動(dòng)封口水炮泥示意圖

為節(jié)約試驗(yàn)成本，水袋采用高分子聚乙烯材料，便宜且不易破損，水袋裝滿水后可自行封閉。水袋充水時(shí)要求用表壓為70 kPa的壓力水，炸藥使用量和水袋裝水量之比為2∶1。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用水炮泥封堵技術(shù)與單純用土炮泥相比，炸藥消耗量降低了5.8%，減少了炮煙的產(chǎn)生;微細(xì)粉塵降低了20%～50%。

2.2.4 機(jī)械排塵技術(shù)

機(jī)械排塵技術(shù)是指通過機(jī)械設(shè)備(通風(fēng)機(jī))向工作面送風(fēng)，通過風(fēng)流流動(dòng)將井下作業(yè)點(diǎn)的懸浮粉塵和炮煙排出，同時(shí)降低作業(yè)場所粉塵和炮煙濃度，直到對人體無害。決定通風(fēng)除塵效果的主要因素有風(fēng)速及粉塵密度、粒度、形狀、潤濕度等。監(jiān)測表明，風(fēng)速過低，粗粒粉塵將與空氣分離下沉，粉塵和炮煙不易排出;風(fēng)速過高，將造成坑道內(nèi)二次揚(yáng)塵，增加粉塵濃度。因此，通風(fēng)除塵效果是隨風(fēng)速的增加而增加的，達(dá)到最佳效果后，如果再增大風(fēng)速，效果又開始下降?！犊犹揭?guī)程》規(guī)定巷道風(fēng)速范圍是0.25～0.9 m/s。經(jīng)現(xiàn)場反復(fù)測算，小斷面探礦坑道最優(yōu)風(fēng)速應(yīng)為0.4～0.7 m/s，對粉塵和炮煙的排除最為理想。粉塵濃度與風(fēng)速的關(guān)系如圖5所示。

圖5 粉塵濃度與風(fēng)速關(guān)系曲線圖

3 其它因素

為了最大可能地減少粉塵和炮煙的產(chǎn)生，對使用炸藥的類型、炮孔鉆鑿質(zhì)量及巖層地質(zhì)條件的變化等都必須給予考慮。要盡可能使用零氧平衡或接近零氧平衡的炸藥，炮孔鉆鑿要“直”，要根據(jù)巖層地質(zhì)條件的變化改進(jìn)爆破工藝，提高爆破效果，盡量減少粉塵和炮煙的產(chǎn)生。

4 結(jié)語

探礦坑道空間狹小，通風(fēng)阻力大，排煙除塵困難，控制爆破粉塵和炮煙濃度在安全范圍之內(nèi)，有一定難度。通過在甘肅岷縣馬塢礦區(qū)探礦坑道中進(jìn)行多次現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)和技術(shù)攻關(guān)，結(jié)果表明，只要合理運(yùn)用多種手段對爆破粉塵和炮煙進(jìn)行綜合治理，是可以達(dá)到理想效果的。對于小斷面坑道來說，采取經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、高效的綜合措施是今后爆破粉塵和炮煙控制技術(shù)的發(fā)展趨勢。

［1］王德明.礦井通風(fēng)與安全［M］.江蘇徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2007.

［2］宋 萌，周小鳳，鄭必杰.淺談爆破產(chǎn)生的危害及預(yù)防措施［J］.硅谷，2009.

［3］張 國樞.通風(fēng)安全學(xué)［M］.江蘇徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2007.

［4］劉殿中，楊仕春.工程爆破實(shí)用手冊［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2003.

［5］吳 立，等.鑿巖爆破工程［M］.湖北武漢:中國地質(zhì)大學(xué)出版社，2005.

Technology of Blasting Dust and Fume Control in Exploration Tunnel

SUN Zong-xi，YAO Jian-guang(Chinese Armed Police Force Category Command Academy，Changping Beijing 102202，China)

Based on the analysis on the affecting factors produced by blasting dust and fume in exploration tunnel and the characteristics，the paper summarized the technical tests and the testing results of blasting dust and fume control，which could be the reference to blasting construction for exploration tunnel and traffic tunnel.

exploration tunnel;blasting;blasting fume;dust;control technology

P633

A

1672－7428(2012)08－0082－03

2012－03－18

孫宗席(1971－)，男(漢族)，安徽蚌埠人，武警警種指揮學(xué)院黃金系副教授，采礦工程專業(yè)，從事探礦工程的教學(xué)與研究工作，北京市昌平區(qū)南口鎮(zhèn)，woszx1971@163.com。