爆炸水霧降塵效率的研究

【摘要】本文通過爆炸水霧除塵實驗，研究不同藥量、距離、表面活性劑、粉塵種類、起爆順序?qū)Τ龎m效率的影響。實驗說明：增加炸藥用量或通過改變粉袋與水袋的距離，增加表面活性劑，延期，采用多水袋（如三個水袋）等方法都可以有效地提高粉塵的沉降率。

【關(guān)鍵詞】爆破粉塵；水霧；除塵效率

引言

隨著社會的進步和城市建設(shè)的發(fā)展，城市建筑物拆除爆破技術(shù)在全國規(guī)模較大城市中的應(yīng)用比較普及，其節(jié)省勞動力和降低勞動強度并加快施工進度，縮短工期，降低工程成本等獨特的優(yōu)越性得到了充分的體現(xiàn)，取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。但是在城市控制爆破中爆破粉塵危害已越來越引起全社會的關(guān)注，因其不僅污染大氣環(huán)境，而且危害作業(yè)場所工程人員及相關(guān)人員的身心健康。爆破產(chǎn)生呼吸性粉塵量（塵粒直徑在5μm以下的稱為呼吸性粉塵）很高，它常常帶有大量的電荷，不易被捕獲，長時間彌漫于空氣中，與空氣形成氣溶膠。若人體長時間呼吸此含塵空氣，可使肺組織纖維化并產(chǎn)生硅結(jié)接節(jié)，最終導(dǎo)致硅肺病，對人體有很大的危害。研究爆破粉塵的特征、降低爆破粉塵的技術(shù)，在解決城市拆除爆破粉塵問題具有十分重要的理論意義和現(xiàn)實意義。

1、實驗部分

1.1關(guān)于水霧降塵實驗

關(guān)于水霧捕塵的實驗前人已有不少研究，正交實驗得出：取正側(cè)方、近距離、同時起爆時，水霧和粉塵的相對作用速度最大；由于爆炸水霧的粒度較大，濃度較低，要使水霧和塵粒充分作用，也必須使兩者的近距離同時產(chǎn)生。隨著兩者距離的加大，時間的延長，水霧和粉塵的相對碰撞速度顯著降低，相對濃度也很快降低，使降塵效果明顯降低。但是，考慮到拆除爆破粉塵的形成的最高峰時期是在建筑物倒塌的瞬間，高壓氣流揚起的粉塵和爆生氣體膨脹帶動的粉塵飄散，并不是在起爆瞬間。鑒于此，本次實驗所做的是不同粉塵濃度的實驗。

1.1.1實驗材料及儀器設(shè)備

FASTCAM super 10kc高速攝像機；攝像機適配計算機；臨時監(jiān)視設(shè)備（便攜式電視機）；15cm寬聚乙烯水袋；廢雷管腳線；粉塵；導(dǎo)爆索；3段延期電雷管；5段延期電雷管；8#瞬時電雷管；放炮線；起爆器；1.7×1.6m2帶橫梁鐵架。

1.1.2實驗步驟

（1）水袋制作

采用寬度為16cm，長度60cm的柱狀水袋。取導(dǎo)爆索4cm、6cm、8cm的反復(fù)實驗，以 8cm導(dǎo)爆索藥量的拋霧效果最好，由公式：

Q=KV

式中：

Q為水袋裝藥量，kg；

V為水的容積，m3；

K為水的用藥系數(shù)，kg/m3；

取0.4～0.5 kg/m3拋霧效果最好。

水袋藥包設(shè)計集中裝藥和條形裝藥兩種形式（柱狀水袋實驗以條形裝藥為主），將導(dǎo)爆索）（RDX）和雷管用廢舊雷管腳線綁住，用廢雷管腳線緊緊扎牢水袋底部，使導(dǎo)爆索緊貼雷管的中下部，整體置于水袋中下方，以水袋中間預(yù)置的腳線固定藥包位置，水袋示意圖如下：

（2）實驗裝置

將水袋懸吊在鐵架的上橫梁中間，粉塵懸吊在中間橫梁上，攝像機鏡頭置于大約8m遠(yuǎn)處。當(dāng)一切準(zhǔn)備就緒后，按動攝像開關(guān)，立即起爆。本實驗采用250幅/秒和1000幅/秒的拍攝速度，取水滴完全沉降到粉塵擴散前的0～4秒作為滅塵效果分析段（主要取水袋爆炸后的第2秒作比較），并在相同時間點進行對比。

1.2實驗結(jié)果及分析

（1）不同藥量時除塵效率

實驗條件：100g磚粉，粉袋里裝1發(fā)8號瞬發(fā)電雷管，水袋直徑15cm，水袋里裝1發(fā)3段延期電雷管，水量5000ml，導(dǎo)爆索長度見下表，水袋距塵源80cm。

從表中可以看出隨著藥量的增加，粉塵的濃度也隨著降低，但當(dāng)藥量再增加時除塵效率效果反而不好，這是因為增加水霧擴散的速度增加

（2）不同距離捕塵實驗

實驗條件：100g磚粉，粉袋里裝1發(fā)8號瞬發(fā)電雷管，水袋直徑15cm，水袋里裝1發(fā)3段延期電雷管，水量5000ml，導(dǎo)爆索長度8cm，水袋距塵源見下表。

從爆炸水霧的運動情況來說，水霧捕塵有一定的有效范圍，即水從水袋內(nèi)噴出后，霧流作高速直線運動的有效距離。在該距離內(nèi)，霧滴有較大的動能，捕塵效果好。

保持水袋及藥量不變，水袋與塵源包處于同一高度，同時起爆，調(diào)節(jié)不同距離進行測量，研究距離大范圍變化對除塵效果的影響程度，并找出水霧有效捕集區(qū)。

從上表可以看出，水霧在80-120cm左右捕塵效率較高，水霧的有效捕塵半徑為1.5m。

從試驗中可以看出，水霧的有效作用區(qū)或者有效作用半徑為核心段區(qū)和破碎區(qū)的結(jié)合，長度大約為1.5～2m。在這一區(qū)域內(nèi)水流是密集的，由于空氣的阻力而分散成霧滴并以很高的擴散速度向前運動，重力對它不產(chǎn)生影響。到水滴區(qū)后，由于空氣阻力而運動速度開始減慢，霧滴在重力作用下自由下落，這一區(qū)域叫做衰減區(qū)，此時的霧滴已無足夠的動能與塵粒碰撞凝結(jié)，所以在這一區(qū)域內(nèi)的捕塵滅塵效率極低。

（3）表面活性劑用量及種類對除塵效率的影響

實驗條件：100g磚粉，粉袋里裝1發(fā)8號瞬發(fā)電雷管，水袋直徑15cm，水袋里裝1發(fā)瞬發(fā)電雷管，水量5000ml，導(dǎo)爆索長度6cm距塵源80cm。

從上表可看出：表面活性劑的加入可顯著改善除塵效率，隨著表面活性劑量的增加除塵效果也好，這是應(yīng)為表面活性劑能顯著降低水的表面張力，它一方面能使粉塵和水碰撞作用后，粉塵克服水的表面張力，增加水和粉塵的碰撞效果；另一方面，水在添加表面活性劑后在炸藥的爆炸能量作用下很容易形成泡沫，這增加了水的表面積，增大了水和粉塵的接觸面積，這有利于粉塵聚集。這兩種作用增加了爆炸水霧的降塵效果。

（4）粉塵種類對除塵效率的影響

100g磚粉，100g水泥粉，和100g土粉。粉袋里裝1發(fā)8號瞬發(fā)電雷管，水袋直徑15cm，水袋里裝1發(fā)瞬發(fā)電雷管，水量5000ml，導(dǎo)爆索長度6cm，水袋距粉塵80

（5）起爆順序?qū)Τ龎m效率的影響

2、實驗結(jié)論

通過實驗的研究得出以下結(jié)論：

（1）從實驗的結(jié)果可以明顯的看出來，增加炸藥量可以使水滴的粒度變小，水滴的初速度變高，從而使粉塵與水霧的相對速度增加，提高碰撞概率，水滴與粉塵結(jié)合形成液溶膠，并不斷變大，最后沉降。當(dāng)然藥量并不是提高粉塵沉降率的唯一途徑，還可以通過改變粉袋與水袋的距離，增加表面活性劑，延期，采用多水袋（如三個水袋）等方法都可以有效地提高粉塵的沉降率，其中多水袋還可以從水袋的位置，水量，炸藥量，延期等有機結(jié)合。

（2）利用爆炸水霧降塵的方法可以有效提高水的利用率，減少了滅塵用水量。但在除塵過程中同時也帶來了噪聲污染，爆炸水霧法不確定因素比較多，比如在實驗條件下，受到天氣影響較大，環(huán)境的風(fēng)速對模擬爆破粉塵的擴散影響也很大，同時環(huán)境的光線對拍攝的效果影響也較大，可靠性降低。

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