降塵技術(shù)在冬瓜山銅礦的應(yīng)用探討

張少伍，李從華，張良貴

（1.銅陵學院，安徽 銅陵 244061；2.安徽銅陵有色冬瓜山銅礦，安徽 銅陵 244000）

1、概述

冬瓜山銅礦是我國大型企業(yè)銅陵有色金屬（集團）公司下屬采選聯(lián)合骨干礦山，富含銅、硫、金、銀、鐵等元素，日采選能力1.3萬噸，有冬瓜山、東、西獅子山、大團山等七個主礦床，其中冬瓜山礦床埋藏在地表以下-680～-1050m，是我國有色金屬礦山首座埋藏深度超過1000米，且處于熱礦區(qū)的特大型高硫銅礦。礦山自1997年12月國家計劃委員會批準建設(shè)以來，已很好解決深井開采所涉及的熱害與通風降溫、地壓管理、深井采礦方法和工藝、深井涌水、粉塵污染等一系列問題，是我國一流的現(xiàn)代化礦山。

由于生產(chǎn)能力大，礦石含硫量高，在開采、運輸和選礦等過程中都會產(chǎn)生大量含硫粉塵，造成工作環(huán)境嚴重污染，危害了工作人員的身體健康，縮短了機電設(shè)備的運行壽命，危害了礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境，且粉塵易燃有毒，給安全生產(chǎn)帶來了很大的危害。為此銅陵有色金屬集團和礦區(qū)都十分重視粉塵的治理，對生產(chǎn)過程中的主要產(chǎn)塵點，包括打眼放炮掘進施工地、井下破碎站、各水平下礦溜井口、采場卸料口、選礦廠輸送系統(tǒng)轉(zhuǎn)載點及充填站等處采取了一系列專項研究，并提出治理方案，有效降低了各產(chǎn)塵點的粉塵含量。本文在介紹常見幾種降塵技術(shù)的基礎(chǔ)上，分別說明冬瓜山銅礦典型產(chǎn)塵點的降塵應(yīng)用方案，為其它礦山的降塵方案提供參考。

2、常見的幾種降塵技術(shù)

由于粉塵能引起自燃、嚴重影響身心健康、損壞設(shè)備等一系列危害，自上世紀五十年代開始，國內(nèi)外就開始研究粉塵的防治，到目前為止在礦山粉塵防治方面的理論與技術(shù)已逐步走向成熟，盡管針對不同工況有不同的降塵方案，但降塵方式總體可分為干式除塵與濕式除塵兩大類，其中干式除塵的實質(zhì)是通過集塵器收集粉塵，再進行清除；而濕式除塵主要是通過水吸收粉塵。近年來隨著磁、聲、電等領(lǐng)域的新技術(shù)引入，人們對濕式除塵的研究與應(yīng)用也比較多。一般常見的降塵技術(shù)有以下幾種：

（1）噴霧降塵

噴霧降塵是利用噴嘴將水霧化，通過霧粒與粉塵間的碰撞、靜電吸附、布朗運動等原理，實現(xiàn)霧粒與粉塵的結(jié)合，從而吸收粉塵，目前主要有預(yù)荷電噴霧降塵技術(shù)、超聲波霧化降塵技術(shù)、高壓噴霧降塵技術(shù)、文丘里管降塵技術(shù)，其中高壓噴霧降塵技術(shù)是目前研究的熱點。

（2）泡沫降塵

泡沫降塵是在水中加入特定的發(fā)泡劑，利用發(fā)泡裝置的噴嘴產(chǎn)生泡沫噴灑粉塵，通過泡沫與粉塵間的覆蓋、濕潤和黏附等方式，吸附粉塵并防止粉塵擴散，從而降低空氣中粉塵濃度。該方式相對噴霧降塵耗水量少，對呼吸性粉塵降塵效果相對理想。

（3）水幕降塵

水幕降塵是在巷道中設(shè)置水幕使之與含塵氣體接觸，利用水幕和粉塵顆粒間的慣性碰撞、混合及其他作用捕集粉塵。該方式結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)能，但應(yīng)用環(huán)境受限，效率不高，一般作為輔助降塵措施。

（4）通風降塵

通風降塵是在塵源旁設(shè)置通風裝置，將粉塵連同混合的氣體送入通風系統(tǒng)，經(jīng)風管送至除塵裝置進行凈化，以達到降低粉塵的目的。這種方法會根據(jù)具體工況選用不同的通風降塵系統(tǒng)，其效率也較高，但應(yīng)用場合有限制，且作用范圍小。

（5）抽塵凈化

抽塵凈化屬于負壓降塵，是在塵源處利用負壓把含塵氣體引入除塵器做凈化處理。常用的除塵器有濕式旋流除塵器、文丘里除塵器、濕式纖維除塵器和布袋除塵器等，不同類型的除塵器應(yīng)用于不同的工況有不同的降塵率。

3、降塵技術(shù)在冬瓜山銅礦的應(yīng)用

冬瓜山銅礦是座埋藏深度超過千米的無軌礦山，年生產(chǎn)能力達400萬噸以上，全礦不僅塵源復(fù)雜，產(chǎn)塵量大，而且粉塵含硫量高，粉塵污染嚴重。受產(chǎn)塵點擴散面積、生產(chǎn)工藝、粉塵含硫量等因素限制，常規(guī)的降塵技術(shù)不能達到滿意的效果。針對礦山不同產(chǎn)塵點的特殊性，礦山采用了高壓噴霧系統(tǒng)和濕式過濾旋流除塵抽塵凈化處理系統(tǒng)等綜合降塵系統(tǒng)，有效降低了各產(chǎn)塵點的污染。

3.1 高壓噴霧系統(tǒng)的應(yīng)用

作為一種最常用、有效的一種除塵方法，高壓噴霧降塵技術(shù)被廣泛應(yīng)用于礦山、機場、紡織廠等場所，其原理是利用高壓產(chǎn)生大量的細小液滴顆粒噴向含塵氣體，通過液粒與粉塵的慣性碰撞、攔截、布朗擴散、靜電吸附、重力沉降等作用，捕集粉塵以達到降塵的目的。在不同應(yīng)用場所，上述捕塵機理并不是同時一起發(fā)生作用，而是按照除塵的類型不同，各種機理除塵的效果各不相同。冬瓜山銅礦在-580米中段卸礦站和-920米破碎站都采用了高壓噴霧降塵系統(tǒng)，吳江在《冬瓜山銅礦-580m中段卸礦站綜合防塵系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用》中已經(jīng)對-580m中段卸礦站的高壓噴霧系統(tǒng)應(yīng)用作了詳細的說明，本文以-920米破碎站的應(yīng)用為例說明高壓噴霧系統(tǒng)的應(yīng)用。

3.1.1 -920m破碎站工況分析

-920m破碎站是冬瓜山銅礦的主要破碎站之一，其破碎能力高達1500t/h，產(chǎn)塵量非常大，加上給料機下料時也產(chǎn)生粉塵，因此整個破碎站粉塵污染十分嚴重。同時破碎站產(chǎn)塵擴散面積近30m2，無法進行塵源密閉；破碎后礦石不宜含有過多水分等，上述因素限制了諸如水幕降塵、通風降塵、抽塵凈化等方式在-920m破碎站的應(yīng)用。結(jié)合高壓噴霧降塵系統(tǒng)的特點，在此處使用高壓噴霧降塵系統(tǒng)降塵。

3.1.2 高壓噴霧降塵系統(tǒng)的應(yīng)用

-920m破碎站高壓噴霧降塵系統(tǒng)主要由高壓泵站、過濾式自動控制水箱、高壓噴嘴及其輔助附件等部分組成。

高壓泵站主要提供8MPa～10MPa的高壓力噴霧，并使霧粒具有一定的動能（速度），不僅保證降塵效果，也防止霧粒被巷道內(nèi)風流吹散，影響周邊電氣設(shè)備。根據(jù)控塵面積大小和高壓泵提供的壓力和流量，在破碎機上方圍欄內(nèi)的四角分別布置高壓噴嘴，以覆蓋整個產(chǎn)塵擴散面，如圖1所示。為提高粉塵捕集效率、減少高壓噴霧用水、降低運行成本，當給料機給料時自動啟動高壓泵電源，開始噴霧降塵；給料機和破碎機停止工作后，需延時2-3分鐘再關(guān)閉電源，結(jié)束噴霧。過濾式自動控制水箱可實現(xiàn)高水位時自動關(guān)閉進水閥門，避免水位過高溢出；低水位時高壓泵自動斷電停轉(zhuǎn)，避免高壓泵無水運行造成損壞。輔助附件主要包括高壓管及相關(guān)配件、過濾器、節(jié)流減壓器和自動控制柜等，保證降塵系統(tǒng)正常運行。

圖1 高壓噴霧降塵系統(tǒng)布置示意

3.1.3 實際應(yīng)用效果分析

-920m破碎站采用上述高壓噴霧降塵系統(tǒng)，實際用水量只有50L/min，按破碎能力1500t/h計算，每噸礦石只增加水分2L，因此對礦石的含水率影響較小；系統(tǒng)采用8MPa～10MPa的高壓噴霧，適當調(diào)整噴嘴霧化擴張角度，可實現(xiàn)-920m破碎站產(chǎn)塵擴散面積全覆蓋和遠距離塵源控制，進一步提高了降塵效率；隨著高壓噴霧技術(shù)的日趨成熟，其系統(tǒng)運行穩(wěn)定，布置靈活。實踐證明此處總粉塵吸收率達80%以上，尤其呼吸性粉塵吸收率達92%以上，降塵效果良好。

3.2 濕式過濾旋流除塵系統(tǒng)的應(yīng)用

濕式過濾旋流除塵系統(tǒng)核心部件是濕式旋流除塵器，相對于文丘里除塵器、布袋除塵器、空氣過濾除塵器等，濕式旋流除塵器具有安裝簡單、體積小、除塵效率高等特點，是目前應(yīng)用最廣泛的一種除塵器。冬瓜山銅礦在掘進工作面、-850m下礦溜井、-790m下礦溜井和地表主礦倉下料點等多處應(yīng)用濕式旋流除塵器，受篇幅限制，本文以-850m下礦溜井處的應(yīng)用為例說明濕式過濾旋流除塵系統(tǒng)的應(yīng)用。

3.2.1 -850m下礦溜井工況分析

-850m下礦溜井是冬瓜山礦主要溜井之一，主要承擔井下礦石的傾倒和運送。由于此處各卸料口是連通的，不僅卸料時會產(chǎn)生大量粉塵，而且因礦石下落產(chǎn)生氣流沖擊，使下風卸料處受到比上風卸料處更嚴重的揚塵污染，且卸料時間是隨機的，因此-850m下礦溜井粉塵來源復(fù)雜。同時考慮礦石含硫量高，不宜采用噴霧降塵；另外由于溜井巷道空間有限，井下無軌設(shè)備來往頻繁，像袋式除塵器、旋風除塵器等均無法使用。綜合考慮上述因素，對-850m下礦溜井，采用易于實現(xiàn)自動控制的濕式過濾旋流除塵器抽塵凈化。

3.2.2 濕式過濾旋流除塵系統(tǒng)的應(yīng)用

-850m下礦溜井濕式過濾旋流除塵器主要由噴霧過濾除塵段、除塵風機、旋流脫水裝置等三部分組成，如圖2所示。

圖2 濕式過濾旋流除塵器結(jié)構(gòu)示意圖

由于-850m下礦溜井井口面積大（約12m2），受生產(chǎn)工藝限制，礦山采用了風量較大、負壓較高的KCS-250型礦用濕式過濾旋流除塵器，其最大處理風量達250m3/min，工作阻力為1800Pa。除塵器以抽出式風機為動力，將下礦溜井內(nèi)產(chǎn)生的大量粉塵吸入除塵器，利用螺旋噴霧器及過濾器組成螺旋霧化及過濾技術(shù)、葉片導(dǎo)向產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)離心效應(yīng)和氣流導(dǎo)向裝置與脫水器組成的濕式旋流除塵技術(shù)等，將大量粉塵充分濕潤使塵粒質(zhì)量增加、直徑變大而變成塵泥，通過碰撞、攔截、擴散、離心和過濾等機理，使粉塵被濕潤分離后進入環(huán)形排污槽脫水裝置，而潔凈空氣則直接排到巷道。

受井下巷道空間限制，將除塵器與脫水裝置設(shè)計為一體，以減小體積；同時為避免除塵器被機動車輛碰撞，在主巷道邊緣開設(shè)一條專用巷道，將除塵器布置于該繞道內(nèi)，在除塵器吸風口處，設(shè)置一道密閉墻，使下礦溜井在卸礦時產(chǎn)生的污風只能從吸風口進入除塵器，而不會擴散，除塵系統(tǒng)布置圖如圖3所示。

圖3 除塵系統(tǒng)布置示意圖

3.2.3 實際應(yīng)用效果分析

-850m下礦溜井采用上述濕式過濾旋流除塵系統(tǒng)，實際耗水量小于30L/min，對礦石的含水率影響較小；同時系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，利用專用的通道可有效防止除塵器與無軌設(shè)備相撞；當?shù)V車傾倒礦石或其它水平卸礦產(chǎn)生高濃度粉塵時，啟動除塵器進行除塵，待粉塵濃度降低到標準以下時再關(guān)閉除塵系統(tǒng)。實踐證明此處總粉塵吸收率達95%以上，尤其對呼吸性粉塵吸收率達99%以上，除塵效率高。

4、結(jié)束語

作為首座埋藏深度超過千米且含硫量高、生產(chǎn)能力大的有色金屬礦山，冬瓜山礦在開采、破碎、運輸和選礦等過程中都會產(chǎn)生大量含硫粉塵。本文在介紹幾種降塵技術(shù)的基礎(chǔ)上，以產(chǎn)塵量特別大且工況復(fù)雜的-920m破碎站和-850m下礦溜井為例，說明高壓噴霧技術(shù)和濕式過濾旋流除塵技術(shù)在冬瓜山礦的應(yīng)用，經(jīng)實踐驗證能有效降低產(chǎn)塵點的總粉塵，尤其是呼吸性粉塵，為其它礦山降塵除塵提供參考。