冬瓜山銅礦濕式抑塵技術(shù)

李曉東　賈敏濤

(1.銅陵有色金屬集團(tuán)股份有限公司冬瓜山銅礦；2.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司；3.金屬礦山安全與健康國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；4.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國(guó)家工程研究中心有限公司)

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冬瓜山銅礦濕式抑塵技術(shù)

李曉東1賈敏濤2,3,4

(1.銅陵有色金屬集團(tuán)股份有限公司冬瓜山銅礦；2.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司；3.金屬礦山安全與健康國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；4.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國(guó)家工程研究中心有限公司)

針對(duì)冬瓜山銅礦井下進(jìn)風(fēng)側(cè)揚(yáng)塵污染嚴(yán)重的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)比分析國(guó)內(nèi)外路面揚(yáng)塵綜合防塵技術(shù)措施及應(yīng)用情況，設(shè)計(jì)了冬瓜山銅礦進(jìn)風(fēng)側(cè)管網(wǎng)噴灑防塵系統(tǒng)，有效解決了進(jìn)風(fēng)側(cè)風(fēng)源被污染的問(wèn)題，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)采樣檢測(cè)，進(jìn)入采區(qū)風(fēng)流的含塵量小于2mg/m3，成效顯著，可供類(lèi)似礦山參考。

路面揚(yáng)塵綜合防塵技術(shù)防塵系統(tǒng)

冬瓜山銅礦是亞洲最大的地下開(kāi)采銅礦，作為國(guó)內(nèi)機(jī)械化程度最高的地下銅礦之一，目前開(kāi)采深度近千米。該礦山采用豎井開(kāi)拓，副井作為井下行人、材料運(yùn)輸?shù)闹饕ǖ?，也是輔助進(jìn)風(fēng)通道，與多中段相互貫通，大量細(xì)砂、水泥和碎石由副井經(jīng)各水平石門(mén)運(yùn)往作業(yè)點(diǎn)。細(xì)砂碎石灑落，車(chē)輛通過(guò)時(shí)產(chǎn)生了大量揚(yáng)塵。新風(fēng)將車(chē)輛揚(yáng)塵帶入采區(qū)，導(dǎo)致井下風(fēng)質(zhì)惡化，井下粉塵濃度超標(biāo)，超過(guò)《金屬非金屬礦山安全操作規(guī)程》的要求(2mg/m3)。粉塵大量積聚沉降，附著于運(yùn)礦、破碎設(shè)備以及有軌運(yùn)輸巷架線和管路表面，降低了設(shè)備及管線的使用壽命[1-2]。為此，有必要從源頭進(jìn)行采區(qū)綜合抑塵，確保采區(qū)新風(fēng)風(fēng)質(zhì)。

1　進(jìn)風(fēng)側(cè)揚(yáng)塵特點(diǎn)

車(chē)輛的重量易引起路面下沉、彎曲及路面龜裂，車(chē)輛運(yùn)行產(chǎn)生顛簸，從而加速了地面自由顆粒變成粉塵的過(guò)程，因而運(yùn)輸車(chē)輛是產(chǎn)塵的主源。井下運(yùn)輸和輔助車(chē)輛運(yùn)行無(wú)固定頻率和地點(diǎn)，產(chǎn)塵點(diǎn)多且不固定、涉及面廣，屬于陣發(fā)產(chǎn)塵性質(zhì)的塵源，粉塵逸散至大氣中不易用常用的排氣罩等形式的除塵設(shè)備進(jìn)行捕捉，給防塵工作帶來(lái)了較大困難。

2　礦井粉塵綜合防治方針

減少路面揚(yáng)塵的關(guān)鍵是保持一定的含濕量和良好的路面狀況，防止路面粉塵飛揚(yáng)的3種防塵機(jī)理分別為固結(jié)、潤(rùn)濕、凝并[3-4]。固粉塵綜合治理措施為：①革，即工藝改革，以低粉塵、無(wú)粉塵物料代替高粉塵物料，以不產(chǎn)塵設(shè)備、低產(chǎn)塵設(shè)備代替高產(chǎn)塵設(shè)備，是減少或消除粉塵污染的根本措施；②水，濕式作業(yè)可有效防止粉塵飛揚(yáng)；③密，即密閉塵源，使用密閉的生產(chǎn)設(shè)備或?qū)⒊谠O(shè)備改裝為密閉設(shè)備，是防止和減少粉塵外逸、治理作業(yè)場(chǎng)所空氣污染的重要措施；④風(fēng)，即通風(fēng)排塵，受生產(chǎn)條件限制，設(shè)備無(wú)法密閉或密閉后仍有粉塵外逸時(shí)，需采取通風(fēng)措施，將產(chǎn)塵點(diǎn)的含塵氣體直接抽出，確保作業(yè)場(chǎng)所空氣中的粉塵濃度符合國(guó)家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)；⑤管，相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)應(yīng)重視防塵工作，不斷改善防塵設(shè)施并加強(qiáng)設(shè)施維護(hù)，確保設(shè)備始終處于高效運(yùn)行狀態(tài)；⑥教，加強(qiáng)防塵工作的宣傳教育，普及防塵知識(shí)，使接塵者對(duì)粉塵危害有充分的了解和認(rèn)識(shí)；⑦護(hù)，受生產(chǎn)條件限制，在粉塵無(wú)法控制或高濃度粉塵條件下作業(yè)，須合理、正確地使用防塵口罩、防塵服等個(gè)人防護(hù)用品；⑧檢，定期對(duì)接塵人員進(jìn)行體檢，對(duì)從事特殊作業(yè)的人員應(yīng)發(fā)放保健津貼，有作業(yè)禁忌證的人員，不得從事接塵作業(yè)。

3　外揚(yáng)塵綜合防治技術(shù)措施

3.1灑水防塵

灑水防塵是傳統(tǒng)的防塵方法，因其操作簡(jiǎn)單、方便，在許多國(guó)家一直沿用至今。灑水防塵的主要作用在于濕潤(rùn)顆粒細(xì)小的粉塵，使其密度增加，并相互黏結(jié)成較大顆粒，使之在外力作用下無(wú)法飛揚(yáng)。實(shí)踐表明，灑水防塵方法較適用于相對(duì)濕度大于40%條件下的混凝土路面。采用供水管網(wǎng)、組合噴頭、加壓水泵組成的一套管網(wǎng)自動(dòng)噴灑防塵系統(tǒng)防塵，可克服灑水車(chē)灑水成本高、維修工作復(fù)雜、灑水不及時(shí)等缺點(diǎn)，實(shí)踐證明，該系統(tǒng)防塵效果較好，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益較顯著[5-7]。

3.2固體吸濕劑防塵

固體吸濕劑防塵是在路面噴撒吸水強(qiáng)的物質(zhì)吸收空氣中水分來(lái)濕潤(rùn)粉塵，使粉塵凝結(jié)并達(dá)到防塵的目的，常用的固體吸濕劑有NaCl、CaCl2、MgCl2、FeCl3、K2CO3、(NH4)2SO4、活性Al2O3、木質(zhì)素等[3]。采用該類(lèi)抑塵劑成本高，存在二次污染，對(duì)汽車(chē)輪胎和金屬零部件具有較強(qiáng)的腐蝕作用，故而應(yīng)用較少。

3.3液體吸濕劑防塵

國(guó)內(nèi)外液體吸濕劑主要使用一些來(lái)源廣、價(jià)格便宜、具有抗蒸發(fā)、能吸濕而又保持濕潤(rùn)的鹵化物溶液，如NaCl、CaCl2、MgCl2等水溶液。該類(lèi)水溶液具有較好的吸濕性，抑塵效果優(yōu)于水，但成本高于水，且對(duì)汽車(chē)輪胎和金屬零部件具有較強(qiáng)的腐蝕作用，綜合抑塵效果不理想。

3.4復(fù)合抑塵劑

復(fù)合抑塵劑是由2種或2種以上的抑塵劑在一定的物理或化學(xué)條件下復(fù)合而成，適用范圍較廣，抑塵性能較佳，但目前國(guó)內(nèi)外對(duì)該類(lèi)抑塵劑的研究成果較少。

4　冬瓜山銅礦進(jìn)風(fēng)側(cè)濕式防塵方案

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，冬瓜山銅礦進(jìn)風(fēng)側(cè)石門(mén)底板全部采用混凝土硬化，一側(cè)設(shè)置排水溝。巷道內(nèi)沿線鋪設(shè)2寸生產(chǎn)供水管道，水源取自-460m水倉(cāng)，水壓均在2.0MPa以上。供水管道每隔50～100m不等距離設(shè)置有三通取水閥，設(shè)計(jì)在-670，-730，-790，-850，-875m水平進(jìn)風(fēng)側(cè)大巷設(shè)置管網(wǎng)噴灑防塵系統(tǒng)，保證巷道底板濕潤(rùn)，減少車(chē)輛行進(jìn)過(guò)程中的揚(yáng)塵，降低進(jìn)風(fēng)風(fēng)源中粉塵濃度，確保進(jìn)入采區(qū)的風(fēng)質(zhì)符合《金屬非金屬礦山安全操作規(guī)程》的要求。

4.1給水管道選材與鋪設(shè)

進(jìn)風(fēng)側(cè)大巷設(shè)置管網(wǎng)噴灑防塵系統(tǒng)的主要目的是確保巷道底板濕潤(rùn)，在車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中不產(chǎn)生揚(yáng)塵。因此噴灑對(duì)于水霧的顆粒無(wú)嚴(yán)格要求。進(jìn)風(fēng)側(cè)巷道底板噴灑防塵系統(tǒng)在巷道頂板布置噴灑管道，管道壁面開(kāi)小孔，由壓力水通過(guò)管壁噴淋出，形成霧狀水滴噴灑巷道。結(jié)合該礦山現(xiàn)有的設(shè)備，選用PE80聚乙烯管材作為噴灑防塵系統(tǒng)管網(wǎng)，管道外徑25mm，耐壓等級(jí)為20～23kg。噴灑管網(wǎng)沿巷道頂板鋪設(shè)。在巷道頂板距巷道照明燈高度方向下方100mm，水平方向偏向背離電纜一側(cè)400mm處沿巷道拉一根鋼絲，沿巷道每隔6m在巷道頂板設(shè)置錨桿，懸吊鋼絲。將供水管道用塑料綁扎帶沿鋼絲固定。具體安裝情況如圖1所示。

圖1　噴淋灑水管道安裝示意(單位：mm)

管網(wǎng)每段長(zhǎng)度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)巷道壁面上2寸供水管的取水口位置確定，設(shè)計(jì)2～3個(gè)取水點(diǎn)的間距之和為一段管網(wǎng)的長(zhǎng)度。管網(wǎng)內(nèi)每段管道的長(zhǎng)度在保證管道端部水壓的情況下盡可能長(zhǎng)，以減少開(kāi)關(guān)閥的數(shù)量，降低灑水工作量。在管網(wǎng)與主管路連通的部位安裝三通和閥門(mén)，確保噴灑管網(wǎng)取水不影響巷道壁面沖洗取水。管網(wǎng)應(yīng)平直安設(shè)，吊掛牢固，小于或等于90°的轉(zhuǎn)角應(yīng)設(shè)置彎頭，接頭應(yīng)保持嚴(yán)密不漏水(滴水成線視為漏水)。

4.2噴淋灑水管道開(kāi)孔方案設(shè)計(jì)

噴灑管網(wǎng)是利用鋪設(shè)于巷道頂板管道內(nèi)的壓力水通過(guò)水管下方小孔噴出形成霧狀水滴對(duì)巷道底板進(jìn)行保濕。因此管道的開(kāi)孔既要保證能夠?qū)ο锏赖装暹M(jìn)行全覆蓋，又不能對(duì)巷道壁上的高壓電纜直接噴水，在巷道走向方向確保巷道底板全覆蓋，嚴(yán)禁出現(xiàn)巷道底板某段有無(wú)法被快速灑濕的現(xiàn)象。設(shè)計(jì)噴灑管網(wǎng)沿巷道長(zhǎng)度方向間隔1m開(kāi)一個(gè)小孔，開(kāi)孔方向取斜向左下、垂直向下和斜向右下3個(gè)方向依次交替排列，孔徑1～3mm，以礦方現(xiàn)有的最小鉆頭進(jìn)行打孔。為保證噴水對(duì)巷道底板全覆蓋又不會(huì)對(duì)巷道壁面高壓電纜產(chǎn)生影響，斜向下的開(kāi)孔方向與豎直方向的夾角取30°～45°(圖2～圖4)。

圖2　噴淋灑水管道安裝示意

圖3　現(xiàn)場(chǎng)噴灑情況

4.3噴灑時(shí)間安排

管網(wǎng)噴灑防塵系統(tǒng)安裝的巷道都是運(yùn)輸和行人較集中的部位，為在噴灑時(shí)不影響

圖4　-730 m水平噴灑管網(wǎng)布置示意

行人和車(chē)輛，對(duì)巷道噴淋灑水時(shí)間進(jìn)行了嚴(yán)格規(guī)定。按照冬瓜山井下情況，選擇在每天交接班時(shí)進(jìn)行，每班在人員進(jìn)入之前，安排專(zhuān)人對(duì)上述需噴淋灑水的地點(diǎn)進(jìn)行作業(yè)。噴淋灑水的時(shí)間長(zhǎng)度由操作者根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況設(shè)定，以巷道底板完全濕潤(rùn)、一個(gè)班次不產(chǎn)生揚(yáng)塵且巷道底板無(wú)連續(xù)積水為標(biāo)準(zhǔn)。

4.4效果分析

冬瓜山銅礦在-730，790m水平進(jìn)風(fēng)側(cè)從副井口經(jīng)進(jìn)風(fēng)井聯(lián)巷至采區(qū)斜坡道口一段巷道安裝了管網(wǎng)噴灑防塵系統(tǒng)，每天3班交接前安排專(zhuān)人進(jìn)行噴灑作業(yè)，能夠較好地保持巷道底板濕潤(rùn)，車(chē)輛行駛過(guò)程中未見(jiàn)揚(yáng)塵產(chǎn)生，有效解決了進(jìn)風(fēng)側(cè)風(fēng)源被污染的問(wèn)題，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)采樣檢測(cè)，進(jìn)入采區(qū)風(fēng)流的含塵量小于2mg/m3，有效確保了進(jìn)入采區(qū)風(fēng)質(zhì)達(dá)標(biāo)。

5　結(jié)　語(yǔ)

為有效解決冬瓜山銅礦井下進(jìn)風(fēng)側(cè)揚(yáng)塵污染嚴(yán)重的問(wèn)題，對(duì)該礦進(jìn)風(fēng)側(cè)管網(wǎng)噴灑防塵系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，實(shí)踐表明，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定可靠、現(xiàn)場(chǎng)安裝方便，能夠有效解決大型無(wú)軌礦山運(yùn)輸設(shè)備揚(yáng)塵問(wèn)題，可在井下斜坡道、地表工業(yè)場(chǎng)內(nèi)道路等揚(yáng)塵點(diǎn)推廣應(yīng)用，對(duì)于國(guó)內(nèi)類(lèi)似礦山也有一定的參考價(jià)值。

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2016-05-18)

李曉東(1967—)，男，工程師，244031 安徽省銅陵市獅子山區(qū)。