露天爆破作業(yè)降塵方案比選

王愛愛

（中煤科工集團(tuán)沈陽(yáng)設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110015）

露天礦生產(chǎn)爆破以及城市建筑拆除爆破中均會(huì)產(chǎn)生大量的高濃度粉塵，在爆破作業(yè)瞬間釋放的高溫高壓氣體會(huì)形成沖擊波產(chǎn)生大量粉塵，該粉塵具有擴(kuò)散速度快、擴(kuò)散面積大，對(duì)周邊環(huán)境污染嚴(yán)重。2017 年8 月內(nèi)蒙古自治區(qū)人民政府印發(fā)《內(nèi)蒙古自治區(qū)綠色礦山建設(shè)方案》，要求礦山“三廢”得到有效處理，各項(xiàng)污染物排放達(dá)標(biāo)，對(duì)礦山粉塵環(huán)境濃度做出規(guī)定，為粉塵治理工作提供了政策基礎(chǔ)，要求煤炭的生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、地面實(shí)行全封閉管理，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的粉塵源得到有效處置，內(nèi)蒙古露天煤礦區(qū)環(huán)境質(zhì)量越來越受到關(guān)注。露天煤礦粉塵污染伴隨礦山開采及運(yùn)輸過程，對(duì)環(huán)境造成持續(xù)性影響，做好粉塵防治工作是改善大氣污染現(xiàn)狀并提高礦區(qū)環(huán)境質(zhì)量的關(guān)鍵舉措。

1 露天煤礦爆破區(qū)粉塵

露天礦爆破區(qū)產(chǎn)生的粉塵主要來源為穿孔作業(yè)起塵和爆破作業(yè)起塵。爆破環(huán)節(jié)單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)塵量所占比重最大已成公認(rèn)的事實(shí)，據(jù)文獻(xiàn)介紹爆破環(huán)節(jié)產(chǎn)塵量對(duì)礦山開采各環(huán)節(jié)產(chǎn)塵占比在40 %～98 %浮動(dòng)。

1）穿孔作業(yè)產(chǎn)塵。露天礦采用牙輪鉆機(jī)及潛孔鉆機(jī)進(jìn)行穿孔作業(yè)，動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)鉆頭穿鑿巖石，帶壓氣體將孔內(nèi)巖粉吹出后形成爆破孔，期間會(huì)產(chǎn)生大量粉塵，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)塵量不大，但持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，起塵總量很大，受風(fēng)力影響，污染大片露天煤礦區(qū)。

2）爆破作業(yè)產(chǎn)塵。巖石爆破由于受到破碎的巨大壓力，形成的大量粉塵會(huì)隨著爆炸所釋放的能量向外擴(kuò)散，濃度高、塵粒細(xì)、擴(kuò)散快。在露天煤礦中，爆破瞬時(shí)會(huì)產(chǎn)生數(shù)十米高的塵柱[2]，產(chǎn)塵量巨大（可達(dá)數(shù)千至數(shù)萬mg/m3，且爆破時(shí)塵源表面吸附有毒有害氣體，對(duì)人體傷害大。

爆破后，產(chǎn)生的粉塵擴(kuò)散到露天爆區(qū)，然后進(jìn)入大氣流擴(kuò)散到地表。粉塵擴(kuò)散時(shí)間超過30 min，擴(kuò)散速度達(dá)到7～8 m/s，擴(kuò)散的水平距離達(dá)12～15 km時(shí)，飄逸高度可達(dá)1.6 km[3]。爆破粉塵的粒度多處在0.01～0.10 mm。巖層爆破粉塵的主要成分為二氧化硅、黏土和硅酸鹽類物質(zhì)、親水性較強(qiáng)。

爆破作業(yè)產(chǎn)生的粉塵量與爆破方法、爆破技術(shù)、裝藥量、炮孔布網(wǎng)方式、礦巖性質(zhì)及氣象條件等眾多因素相關(guān)，無法準(zhǔn)確計(jì)算。目前主要的估算有：①在礦山建立監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，利用粉塵平均濃度估算；②根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，爆破產(chǎn)生的粉塵量約為爆破巖量的0.001 1 %[4]。

2 爆破區(qū)降塵技術(shù)方案

2.1 穿孔作業(yè)捕塵

穿孔作業(yè)粉塵防治方法主要有干式捕塵法和濕式捕塵法。干式捕塵設(shè)備由捕塵罩、抽塵軟管、除塵器、風(fēng)管及風(fēng)機(jī)組成，穿孔過程中產(chǎn)生的粉塵在壓縮空氣作用，排到孔口吸塵罩內(nèi)，經(jīng)旋風(fēng)除塵器分離除去大部分10 μm 以上的粉塵，10 μm 以下的粉塵進(jìn)入布袋除塵器被濾掉。

濕式捕塵法除塵效率高，可捕集小粒徑的粉塵。除塵用水貯存在水箱內(nèi)，同時(shí)向管路內(nèi)供水和壓縮空氣，水被吹成極細(xì)的水霧形成風(fēng)水混合物，沿管路由鉆桿中心孔送入孔底，把粉塵粘結(jié)成塵團(tuán)。濕式捕塵法可使鉆機(jī)周圍空氣中的含塵量低于2 mg/m3。目前，穿孔作業(yè)產(chǎn)生的粉塵采用自帶干式或濕式收塵裝置的穿孔設(shè)備，已經(jīng)得到有效控制。

2.2 降塵措施方案

目前，對(duì)于露天礦生產(chǎn)爆破的降塵方式主要有：預(yù)濕注水法、泡沫降塵法、水袋降塵法、高壓噴水、噴霧法等，還有凝并劑、抑塵劑降塵法等，受其成本和氣候的原因，在露天煤礦均未得到范圍推廣應(yīng)用。

1）水袋降塵方案。爆破前采用水袋爆破進(jìn)行填塞，即以裝水的塑料袋代替炮泥，爆破瞬間水袋破裂，利用炸藥爆炸能量將水霧化并拋撒，使瞬時(shí)形成的水霧通過慣性碰撞、攔截、凝聚等作用捕集瞬時(shí)形成的大面積粉塵，并在重力作用下沉降，最終達(dá)到降塵的目的。爆破水袋除塵技術(shù)優(yōu)勢(shì)為：提高水的利用率且除塵效果顯著，水霧拋撒速度快，控制范圍廣，除塵成本較低，水袋為聚乙烯材料，便宜易得。同時(shí)也存在一定技術(shù)上的限制，增加了工程應(yīng)用上操作的復(fù)雜性[5]。從改良炸藥本身及裝填工藝的角度，可進(jìn)一步改進(jìn)防塵工藝，如水封爆破（即水炮泥爆破），還可利用不同的表面活性劑溶液作為炮孔填料來降低爆破粉塵。

2）泡沫降塵方案。爆破前將降塵藥劑和水按比例混合，通過發(fā)泡器制備氣液兩相泡沫，由發(fā)泡器向爆堆處噴灑一定厚度的泡沫層[5]，爆破時(shí)產(chǎn)生的粉塵與泡沫碰撞而被濕潤(rùn)、吸收、黏附并沉降粉塵。該降塵方式優(yōu)點(diǎn)為：隔絕性能好、降塵效率高、耗水量小[6]。目前泡沫降塵藥劑配方種類繁多，多以發(fā)泡劑為主，以穩(wěn)泡劑等輔劑配制而成。

3）預(yù)濕降塵方案。爆破前對(duì)煤層注水，借助粉塵顆粒間液橋力的作用來降低爆破時(shí)的粉塵濃度，一定范圍內(nèi)，被爆破體含水率越高，降塵效果越好，但一般當(dāng)煤體水分達(dá)到一定程度時(shí)，降塵率不再提高，需在水中加入添加劑提高其張力，同時(shí)張力的增加會(huì)降低塵粒表面的潤(rùn)濕性[7]。所以該技術(shù)存在難以把握爆破對(duì)象干濕度的問題。

4）高壓噴霧降塵方案。高壓噴霧抑塵系統(tǒng)要由高壓水泵、水箱、水質(zhì)過濾器、不銹鋼管道等組成[8]。噴霧需要有高壓力的噴嘴，運(yùn)用高壓射流，整體覆蓋爆破面積，讓爆破揚(yáng)塵無法外溢。但高壓噴霧對(duì)水質(zhì)要求高[9]。

5）高壓噴水降塵方案。高壓噴水降塵方案，射流附近產(chǎn)生負(fù)壓，能吸引周圍含塵空氣，且增加帶電性，加速塵粒凝聚[10]。主要由高壓水泵、水箱、水質(zhì)過濾器、不銹鋼管道等組成。高壓噴水水質(zhì)要求低，可采用過濾后的坑內(nèi)水。該方法應(yīng)用簡(jiǎn)單，便于控制。

6）冬季噴雪降塵方案。選用造雪機(jī)經(jīng)高壓射流在爆破環(huán)節(jié)向作業(yè)區(qū)進(jìn)行灑雪降塵，射程可達(dá)160 m[11]，因污染擴(kuò)散范圍較廣，需結(jié)合具體作業(yè)情況進(jìn)行設(shè)備的位置及數(shù)量布置。該方法使用時(shí)段受季節(jié)限制，僅應(yīng)用于嚴(yán)寒冬季，且技術(shù)成熟性有待提升。

3 降塵方案比選

爆破粉塵的主要成分為SiO2，黏土和硅酸鹽類物質(zhì)，這些物質(zhì)親水性較強(qiáng)，容易被水潤(rùn)濕，爆破粉塵采用濕式降塵效率高，見效快。以濕式降塵法為主，從經(jīng)濟(jì)性、可行性、操作方面對(duì)提出的6 種方案進(jìn)行比較，給出推薦方案。方案優(yōu)缺點(diǎn)比較見表1。

表1 方案優(yōu)缺點(diǎn)比較

從可操作性和成本綜合考慮，推薦采用高壓噴水結(jié)合噴雪的綜合降塵方案，操作簡(jiǎn)單，可采用坑內(nèi)過濾水，就近取材。根據(jù)爆破帶長(zhǎng)度50～100 m，選用礦山爆破抑塵機(jī)3 臺(tái)，每臺(tái)噴射寬度30 m，噴頭距外側(cè)炮口3 m 以外（具體與爆破方式結(jié)合），在500～800 m 處遠(yuǎn)程遙控操作。抑塵機(jī)系統(tǒng)可選擇車載型，也可選擇拖車型。礦上可用車輛較多，推薦采用整體拖車形式，移動(dòng)方便。該系統(tǒng)自帶防爆發(fā)電機(jī)，無需外接電源，自帶水箱。嚴(yán)寒冬季使用造雪機(jī)進(jìn)行噴雪降塵。該方案的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)表現(xiàn)在可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控，確保抑塵設(shè)備作用的實(shí)時(shí)性及操作人員的安全性。同時(shí)，該方案結(jié)合礦區(qū)作業(yè)方式，以礦用車作為輔助，節(jié)省成本，兼?zhèn)鋵?shí)用性及經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)爆破帶長(zhǎng)度，需要選用拖車型的礦山爆破抑塵機(jī)3 臺(tái)，造雪機(jī)2 臺(tái)。

為達(dá)到更佳抑塵效果，可在爆破點(diǎn)采取措施來削減爆破時(shí)粉塵的產(chǎn)生量，從源頭進(jìn)行控塵：研究發(fā)現(xiàn)，爆破方式中淺孔爆破產(chǎn)塵量較大，中深孔爆破后產(chǎn)塵量較少，且壓渣爆破比清渣爆破產(chǎn)塵量更少。對(duì)于臺(tái)階爆破效果不佳的情況需要進(jìn)行二次爆破，一般采用裸露爆破方式，該種方式產(chǎn)塵量最大，在實(shí)際生產(chǎn)中要盡量避免二次爆破。爆破粉塵粒徑、濃度與爆破對(duì)象、工藝有關(guān)，可在工藝上進(jìn)行孔網(wǎng)參數(shù)優(yōu)化、微差爆破和空氣柱間隔裝藥來減少粉塵產(chǎn)生量，也可考慮控制炸藥的包裝材料、完善炸藥配方、采用高臺(tái)階擠壓爆破或松動(dòng)爆破等。為最大可能減少爆破粉塵產(chǎn)生量，建議在濕度較大，最好是陰雨天氣條件下進(jìn)行爆破，同時(shí)在微風(fēng)或無風(fēng)天氣下進(jìn)行爆破，也可達(dá)到減少爆破粉塵擴(kuò)散的目的。

4 結(jié)語

為了解決露天爆破工程中瞬間揚(yáng)塵過大，高濃度粉塵污染環(huán)境問題，分析了露天爆破作業(yè)產(chǎn)塵原因，并針對(duì)產(chǎn)塵點(diǎn)提出了水袋降塵、泡沫降塵、預(yù)濕降塵、高壓噴霧降塵、高壓噴水降塵、噴雪降塵6 種措施方案。經(jīng)過對(duì)比各方案優(yōu)缺點(diǎn)，給出了高壓噴水結(jié)合噴雪的推薦方案。采用高壓噴水結(jié)合噴雪的綜合降塵方案操作簡(jiǎn)單，取材方便。該方案的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)表現(xiàn)在可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控，確保抑塵設(shè)備作用的實(shí)時(shí)性及操作人員的安全性。同時(shí)，該方案結(jié)合礦區(qū)作業(yè)方式，以礦用車作為輔助，節(jié)省成本。