露天礦開(kāi)采工藝過(guò)程粉塵污染及防治措施

馬藝聞，崔兆杰，侯燕楠

露天礦開(kāi)采工藝過(guò)程粉塵污染及防治措施

馬藝聞1，崔兆杰2，侯燕楠3

（1.遼寧科技大學(xué)，遼寧鞍山114051；2.山東大學(xué)，山東濟(jì)南250100；3.山東三潤(rùn)環(huán)?？萍加邢薰?，山東濟(jì)南250100）

露天礦開(kāi)采過(guò)程中，粉塵產(chǎn)生環(huán)節(jié)多、產(chǎn)生量大，并且露天礦進(jìn)入深凹開(kāi)采后，隨著開(kāi)采深度的下降，粉塵外逸困難，坑內(nèi)污染嚴(yán)重，對(duì)礦區(qū)自然環(huán)境和職工身體健康都有很大的影響，必須加以防治。以大孤山露天礦為例，分析了礦山開(kāi)采過(guò)程中各個(gè)粉塵產(chǎn)生源及產(chǎn)塵原因，并提出有效的防塵措施。

露天礦；粉塵污染；防治措施

從地殼中對(duì)可利用礦物進(jìn)行開(kāi)采并將其運(yùn)輸?shù)降V物加工地點(diǎn)或使用地點(diǎn)的過(guò)程為露天礦開(kāi)采。露天礦相比地下礦開(kāi)采在生產(chǎn)規(guī)模方面具有很大的優(yōu)勢(shì)，因此，露天礦在世界固態(tài)礦產(chǎn)開(kāi)采中占主導(dǎo)地位[1]。露天礦進(jìn)入深凹開(kāi)采后，隨著開(kāi)采深度的下降，采場(chǎng)內(nèi)形成一個(gè)像鍋底狀的深坑，坑內(nèi)風(fēng)速急劇降低，通風(fēng)不暢，在采場(chǎng)內(nèi)形成逆溫，使粉塵難以外逸，坑內(nèi)污染嚴(yán)重，空氣質(zhì)量惡化[2]。因此，露天礦粉塵防治工作對(duì)保護(hù)礦區(qū)職工身體健康以及改善礦區(qū)周?chē)h(huán)境具有重要意義。

1 粉塵對(duì)人體危害

粉塵是指懸浮在空氣中的固體微粒，根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的規(guī)定，粒徑小于75 μm的固體懸浮物定義為粉塵。粉塵主要來(lái)源于：固體物質(zhì)的機(jī)械加工或粉碎；物質(zhì)加熱時(shí)產(chǎn)生的蒸氣在空氣中凝結(jié)或被氧化形成的微粒；有機(jī)物質(zhì)不完全燃燒形成的微粒；鑄件的翻砂、清砂粉狀物質(zhì)的混合產(chǎn)生二次揚(yáng)塵等。粒徑大于10 μm的粉塵對(duì)人體危害較小，而0.5～5 μm的粉塵對(duì)人體的危害比較大，最危險(xiǎn)的途徑是經(jīng)人的呼吸道進(jìn)入到肺部，在肺泡內(nèi)沉積，形成矽肺病[3]。

2 大孤山鐵礦生產(chǎn)過(guò)程中粉塵產(chǎn)生源確定

對(duì)大孤山鐵礦進(jìn)行調(diào)研可知，露天礦山的開(kāi)采工藝主要包括鉆孔、爆破、裝載、道路運(yùn)輸、堆場(chǎng)。

大型露天礦鉆孔設(shè)備一般使用牙輪鉆機(jī)，在礦石開(kāi)采的復(fù)雜區(qū)段，也會(huì)采用潛孔鉆作業(yè)。

鉆孔過(guò)程中產(chǎn)塵的主要機(jī)理是機(jī)械沖擊，利用生磨削和剪切作用將沖擊痕間的三角棱狀巖體破碎并粉化。

2.2 爆破

爆破作業(yè)的步驟是向要爆破的介質(zhì)鉆出的炮孔或開(kāi)挖的藥室或在其表面敷設(shè)炸藥，放入起爆雷管，然后引爆，爆破過(guò)程中產(chǎn)生的揚(yáng)塵較大。

礦山爆破時(shí)，炸藥起爆后形成高溫、高壓氣體瞬間膨脹產(chǎn)生巨大爆炸力，對(duì)炮孔壁及其作用半徑內(nèi)的礦巖驟然實(shí)施以壓力和剪切力，巖石由于受力而被壓碎、壓縮和破碎，受力最大的巖石的粉化程度最高，同時(shí)巖石在位移過(guò)程中產(chǎn)生劇烈的相互沖擊碰撞也會(huì)造成進(jìn)一步的粉化，被粉化了的礦巖就會(huì)隨著爆炸波所形成的氣浪高速度地充滿(mǎn)爆區(qū)及附近地區(qū)的整個(gè)空間。

2.3 裝載

露天礦山采裝作業(yè)一般采用電鏟，電鏟作業(yè)時(shí)粉塵排放量的變化較大。物料在電鏟的抓料和放料過(guò)程中會(huì)相互摩擦、擠壓和碰撞，疏松或硬度較低的塊體棱角部分會(huì)被粉化，在裝載端及物料本身與空氣間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成的氣流作用下，被粉化的巖石會(huì)產(chǎn)生粉塵。

1947年2月的萊蕪戰(zhàn)役，擔(dān)架隊(duì)從家門(mén)口經(jīng)過(guò)，盡管隊(duì)員們已離家很久，但為贏得時(shí)間，全體隊(duì)員嚴(yán)守紀(jì)律，無(wú)一人離隊(duì)。整個(gè)萊蕪戰(zhàn)役，一區(qū)擔(dān)架隊(duì)緊隨華東野戰(zhàn)軍“01”部隊(duì)浴血奮戰(zhàn)，除勝利完成轉(zhuǎn)運(yùn)傷病員的任務(wù)外，還積極參加戰(zhàn)斗，3天捉獲俘虜215人。

電鏟鏟斗向礦車(chē)?yán)镄兜V時(shí)，物料下落過(guò)程中會(huì)帶動(dòng)其運(yùn)動(dòng)軌跡周?chē)目諝怆S其走向產(chǎn)生一定速度的流動(dòng)，即誘導(dǎo)氣流，在誘導(dǎo)氣流的作用下，會(huì)將礦巖表面附著的粉狀物帶到空氣中產(chǎn)塵。

2.4 道路運(yùn)輸

礦山道路一般由砂、石、土鋪設(shè)而成，車(chē)輛通過(guò)時(shí)，道路表面的浮塵被輪胎帶起產(chǎn)生揚(yáng)塵。道路揚(yáng)塵量受多方面的影響，如風(fēng)速、路面巖土性質(zhì)、空氣中自然飄塵的大小、汽車(chē)行駛速度、載重量、行車(chē)密度等。

2.5 堆場(chǎng)

廢石經(jīng)過(guò)膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)輸送至排巖場(chǎng)，用排巖機(jī)卸下，在巖石卸下過(guò)程中產(chǎn)生粉塵。同時(shí)廢石在排巖場(chǎng)邊坡自然堆積過(guò)程中，受到自然風(fēng)流造成的影響較大，空氣濕度、溫度、風(fēng)速綜合影響堆場(chǎng)物料表面的粉料而產(chǎn)生揚(yáng)塵。

礦山粉塵產(chǎn)生環(huán)節(jié)示意圖見(jiàn)圖1。

3 露天礦粉塵防治對(duì)策

3.1 鉆孔工藝粉塵防治

牙輪鉆機(jī)工作時(shí)，其附近的空氣中粉塵濃度平均為448.9 mg/m3[1]，目前廣泛使用的是濕式和干式結(jié)合的捕塵方式。美、蘇等國(guó)露天礦采用的濕潤(rùn)劑和泡沫式除塵器可使鉆孔作業(yè)周?chē)姆蹓m濃度降到0.5～1.0 mg/m3。有文獻(xiàn)資料表明，除塵效率一般的牙輪鉆機(jī)單臺(tái)設(shè)備排放量為1.05 kg/（臺(tái)·h）；除塵效率較好的設(shè)備可達(dá)到0.22 kg/（臺(tái)·h），比除塵效率一般設(shè)備排放量降低近80%。

塵源封閉也是目前鉆孔作業(yè)降塵措施之一，通過(guò)采取密封措施，使粉塵封閉在一定的空間內(nèi)，如在牙輪鉆機(jī)的鑿巖平臺(tái)設(shè)置孔口集塵罩，使產(chǎn)塵部位全部密封，達(dá)到就地控制粉塵的目的[4]。

3.2 爆破工藝粉塵防治

實(shí)測(cè)資料表明，爆破粉塵產(chǎn)生量一般為礦巖總爆破量的0.001 1%[2]。研究者指出，影響爆破產(chǎn)塵的主要因素有礦巖性質(zhì)、炸藥消耗量、炸藥猛度、爆破參數(shù)、裝藥方法，是否采用微差爆破、擠壓爆破等。

爆破防塵主要采用濕式措施，如爆破前灑水和注水、水封爆破等方式。爆破前灑水和通過(guò)鉆孔向礦體內(nèi)實(shí)行高壓注水可以人為提高礦巖濕度，起到降塵作用。國(guó)外有些礦山還使用了各種自行通風(fēng)灑水裝置來(lái)進(jìn)行爆破后的空氣除塵，這種裝置每小時(shí)能將3～3.5 m3的水噴成水霧，從而降低爆破時(shí)產(chǎn)生的煙塵。

金堆城鉬業(yè)公司采用水封爆破降塵措施，將水裝入塑料袋填在炮孔中封堵炸藥，利用爆破時(shí)水袋炸破形成的水霧來(lái)捕獲粉塵，證明可降低1～5 μm的粉塵50%～70%[3]；在德國(guó)的采石場(chǎng)，淺眼鑿巖時(shí)使用特制的塑料堵塞物填塞炮孔，爆破時(shí)凍膠狀的塑料堵塞物能粘附爆破時(shí)產(chǎn)生粉塵的60%～70%[5]。

3.3 裝載工藝粉塵防治

電鏟裝載礦石過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵濃度每立方米高達(dá)幾十到幾百毫克，降塵方式主要是濕式除塵，如預(yù)先濕潤(rùn)爆堆、水槍沖洗硬巖、灑水器噴灑軟巖土、裝載時(shí)噴霧灑水等方式。白銀露天礦在電鏟上安裝了噴霧灑水裝置，鏟裝工作面粉塵濃度由145 mg/m3降至12.9 mg/m3，司機(jī)室由11.9 mg/m3降至2.9 mg/m3，收到了良好的除塵效果[5]。

有文獻(xiàn)提出了超聲霧化抑塵，在局部密閉產(chǎn)塵點(diǎn)中，安裝利用壓縮空氣驅(qū)動(dòng)的超聲波霧化器，激發(fā)高度密集的亞微米級(jí)霧，霧迅速捕集凝聚微細(xì)粉塵，使粉塵特別是呼吸性粉塵很快沉降到產(chǎn)塵點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)就地抑塵[6]。

3.4 運(yùn)輸工藝粉塵防治

影響運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生的揚(yáng)塵量的主要因素是路面巖土含濕量，目前國(guó)內(nèi)外露天礦汽車(chē)路面的防塵措施主要有灑水、路面噴灑吸濕性強(qiáng)的鈣或鎂鹽溶液、路面表層中摻入粉狀和粒狀氯化鈣和用乳液處理路面等方式。

中南大學(xué)的吳超[7]開(kāi)發(fā)了應(yīng)用渣油-水乳化液于露天礦汽車(chē)運(yùn)輸路面揚(yáng)塵防治的制備工藝和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用技術(shù)，王坪龍、吳超[8]提出利用具有優(yōu)良的重復(fù)吸水、保水性能的聚丙烯酸鈉溶膠作為路面噴灑抑塵劑，在其有效期內(nèi)，多次重復(fù)灑水，能夠使塵土保持較高的含水率，且其灑水時(shí)間間隔比單獨(dú)灑水的時(shí)間間隔長(zhǎng)。

3.5 堆場(chǎng)工藝粉塵防治

礦山廢石堆、尾礦庫(kù)是嚴(yán)重的粉塵污染源，尤其是在干燥、刮風(fēng)季節(jié)，粉塵污染比較嚴(yán)重。大部分礦山采用在揚(yáng)塵物料表面噴灑覆蓋劑的方式進(jìn)行抑塵，覆蓋劑和廢石間具有粘結(jié)力，它們互相滲透擴(kuò)散。在化學(xué)鍵和物理吸附下，廢石表面形成薄層硬殼，以防風(fēng)吹、日曬而揚(yáng)塵。

4 結(jié)語(yǔ)

粉塵防治是一項(xiàng)綜合性工作，大型露天礦產(chǎn)塵環(huán)節(jié)較多，空間范圍較大，因此，必須在各個(gè)環(huán)節(jié)加強(qiáng)粉塵防治工作，同時(shí)應(yīng)該從側(cè)重于污染末端治理，改為從源頭控制并減少粉塵源的產(chǎn)生以及實(shí)行生產(chǎn)全過(guò)程控制。

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[8]王坪龍，吳超.聚丙烯酸鈉溶膠的抑塵性能[J].中南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1997(7)：319-321.

Pollution and prevention measures of dust in open-pit mining process

MA Yiwen1,CUI Zhaojie2,HOU Yanan3
（1.University of Science and Technology Liaoning,Anshan 114051,China; 2.Shandong University,Jinan 250100,China; 3.Shandong Sanrun Environment Technology Company Limited,Jinan 250100,China）

large amount of dusk is produced during the multi-links mining process in open-pit mine.With the increasing of the mining depth,the diffusion of the dust is more difficult and the pollution is more serious,which has great influence on the natural environment and the mine workers'health.So it is necessary to prevent and control the dust.This article analyzed the pollution pits of Dagu Mountain and found out the reasons of the dust generation,and put forward some effective dust control measures.

open-pit mine;dust pollution;prevention and control measure

X75

A

1674-0912（2015）06-0025-03

2015－02－05）

馬藝聞（1985-），男，吉林長(zhǎng)春人，碩士研究生，助教，研究方向：礦物加工。