高壓復合膜水袋臺階爆破降塵技術(shù)應用研究

趙金銀，陽 俊

（1.豪瑞（四川）企業(yè)管理有限公司，四川 成都 610000；2.湖南有色金屬職業(yè)技術(shù)學院，湖南 株洲 412006）

粉塵是露天礦山生產(chǎn)環(huán)節(jié)中最主要的危害因素之一，隨著國家和社會對礦產(chǎn)資源綠色開發(fā)利用的要求越來越高，如何控制粉塵災害已成為露天礦山開采需要解決的一個關(guān)鍵性課題。在整個生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，臺階爆破產(chǎn)生的粉塵占比最大，在某些情況下甚至達到了98%［1］。因此，如何在臺階爆破中減少粉塵產(chǎn)生并控制粉塵擴展受到了諸多學者的關(guān)注。

從目前的情況來看，在爆破降塵控制技術(shù)中，如何有效利用水的作用始終是研究的重點。早在20世紀60年代，國外就有學者提出可用水來實施礦山降塵，如CampoliA［2］就采用注水和噴灑水的方式開展了采煤過程的降塵試驗，取得了一定的效果。其后，國內(nèi)外學者通過研究粉塵顆粒的運動規(guī)律，提出了諸如水炮泥［3］、水預濕法［4］、半水封［5］、水袋爆破拋灑［6，7］等降塵技術(shù)。盡管這些研究和試驗都取得了一定的降塵效果，但其存在一些共性問題：操作復雜、裝水困難和效果參差不齊等［8，9］。由于這些共性問題，導致這些技術(shù)很難在礦山實際生產(chǎn)中被長期使用。

為了克服上述問題，提高臺階爆破水霧降塵效果，提出了采用定制高壓復合膜水袋裝水充填代替炮泥堵塞降塵的技術(shù)，并開展了現(xiàn)場實踐。

1 高壓復合膜水袋及降塵原理

1.1 高壓復合膜水袋

高壓復合膜水袋如圖1所示，取材方便，制作簡單。為了達到爆破堵塞的技術(shù)要求，高壓復合膜水袋的焊接封囗抗?jié)q強度≥70%，復合袋橫向延伸拉力測試40 N，高度及允差5 000±10 mm。

圖1 高壓復合膜水袋

為了適應不同的臺階爆破炮孔規(guī)格，高壓復合膜水袋分為6種不同的規(guī)格：90 mm、120 mm、150 mm、200 mm、250 mm、310 mm，長度2～8 m。

1.2 降塵原理

高壓復合膜水袋的作用是在爆破過程中裝入清水填入炮孔中以取代炮泥，堵塞和填充炮孔。當炸藥爆炸時，其產(chǎn)生的爆炸能量對高壓復合膜水袋做功，使其瞬間破碎，液態(tài)水壓縮成水霧，水霧粉塵相結(jié)合，從而達到降塵的目的。

對臺階爆破而言，爆破粉塵主要來自于爆破粉碎區(qū)的粉礦、巖體破碎及裂隙形成過程中產(chǎn)生的粉碎巖石以及原有砂土被沖擊擴散等方面［10］；而一些研究還表明臺階爆破后，爆破粉塵的運動可大致分為沖擊運動、蘑菇云形成與擴展等三個階段［11］。

因此，要取得好的降塵效果，首要條件就是要有足夠的水霧產(chǎn)生。相比較于其他裝水方式，高壓復合膜水袋裝水具有水量大和水霧效果好的特點，因此具有較好的降塵效果。

2 現(xiàn)場試驗

2.1 試驗礦山簡介

本次試驗選擇在湖南某礦山進行。

試驗礦區(qū)四周有多個自然村莊，晴天爆破產(chǎn)生大量粉塵隨風飄到周邊村莊，污染環(huán)境，村民反響強烈，空中長時間飄浮大量粉塵，有損企業(yè)形象，環(huán)保壓力巨大。

2.2 試驗方案

為了排除其他因素影響，本次試驗采用單孔臺階爆破進行對比試驗。

高壓復合膜水袋臺階爆破裝藥結(jié)構(gòu)與礦山原裝藥結(jié)構(gòu)對比如圖2所示。

圖2 試驗裝藥結(jié)構(gòu)圖

由圖2可知，該礦山炮孔長度為16.5 m，炮孔直徑152 mm，炸藥采用袋裝改性銨油炸藥，單耗0.17 kg/t。

礦山原先采用間隔分兩段裝藥，其中下段裝藥長度8.00 m，上段裝藥2.00 m，中間2.00 m用巖粉作為間隔，最上部采用4.50 m巖粉作為堵塞。

為保證施工方便，高壓復合膜水袋降塵爆破裝藥結(jié)構(gòu)不改變炮孔主要裝藥結(jié)構(gòu)，僅對最上部堵塞段進行調(diào)整。調(diào)整時，將上部堵塞段分為三段，下部采用0.50 m巖粉堵塞，中部采用3.80 m高壓復合膜水袋，水袋中裝滿清水，水袋之上，再用0.20 m的巖粉覆蓋。

為了切實保證水袋爆破效果，施工需按照以下流程進行：

1.將孔內(nèi)炸藥裝好，留4.5 m左右填塞。

2.向孔內(nèi)填塞0.5 m左右?guī)r粉。

3.水袋填塞施工準備。

4.將竹竿插入到水袋中。

5.將竹竿和水袋一起插入孔中。

6.準備好水袋向孔內(nèi)注水。

7.注水完成后，水袋扎緊，孔口填塞0.2 m左右?guī)r粉。

8.實施其他輔助降塵措施。

施工完畢后，應檢查施工情況，確保水袋中裝滿水且不漏水，水袋之上覆蓋不小于0.15 m的巖粉。水袋扎緊及堵塞巖粉可以保證水在爆破時不向沖出。施工完成后的情況如圖3所示。

圖3 施工完成后的試驗炮孔

2.3 試驗結(jié)果分析

爆破結(jié)束后，采用高壓復合膜水袋降塵技術(shù)的炮孔的粉塵濃度明顯比未采用水袋的炮孔要小得多，其粉塵分布的廣度和高度也小得多。

為了定量研究高壓復合膜水袋降塵技術(shù)的降塵效果，爆破前在兩個炮孔下風方向20 m處各設(shè)置了一個FCC-25防爆型粉塵采樣儀完成粉塵數(shù)據(jù)采集工作，用以采集在爆破結(jié)束后一段時間內(nèi)的平均粉塵濃度。爆破結(jié)束后2 min內(nèi)兩種爆破方式的平均濃度見表1。

表1 兩種爆破方式的粉塵濃度對比

由表1可知，兩種爆破的粉塵濃度均隨時間延長而逐漸降低，這與實際情況相符。采用高壓復合膜水袋降塵爆破技術(shù)的降塵效果顯著，比未采用的降塵率超過了50%。

3 結(jié) 論

1.高壓復合膜水袋臺階爆破降塵技術(shù)的降塵效果顯著，其降塵率超過50%，且定制的高壓復合膜水袋具有裝水方便和適用性廣的特點，具有很好的推廣價值。

2.目前對高壓復合膜水袋臺階爆破降塵技術(shù)的研究還較為初步，下一步可進一步考慮在孔內(nèi)實施分段裝水并設(shè)置合理的延時，以達到更優(yōu)的降塵效果。