露天石灰石礦山爆破降塵施工技術(shù)

崔強

摘要：露天石灰石礦山爆破粉塵具有瞬時性且擴散快的特點，不僅危害周圍環(huán)境，而且威脅著現(xiàn)場施工人員的健康。結(jié)合實際工程概況，制定水袋降塵方案，以布置爆破孔、選擇水袋、鋪設(shè)水袋的步驟實現(xiàn)爆破降塵施工。降塵效果測試結(jié)果表明，使用本文設(shè)計爆破降塵施工技術(shù)，可以提升49%的爆區(qū)落塵量，并降低40.4%的粉塵濃度，從而驗證了采用該技術(shù)降塵效果顯著。

關(guān)鍵詞：露天礦山；石灰石礦山；爆破降塵；施工技術(shù)

0? ?引言

隨著全球經(jīng)濟的高速發(fā)展，各國對礦產(chǎn)資源的需求量與日俱增。當下，我國為推動礦山產(chǎn)能，在礦山開采過程中采用大規(guī)模的爆破作業(yè)手段。然而，在露天石灰石礦山爆破中，不可避免會產(chǎn)生大量爆破粉塵。這種高濃度且擴散快的粉塵，對周圍環(huán)境以及現(xiàn)場作業(yè)人員產(chǎn)生了巨大危害。近年來，露天石灰石礦山爆破粉塵的治理，逐漸成為我國礦產(chǎn)開發(fā)中亟需解決的問題。國內(nèi)眾多學(xué)者們針對于此展開了大量的研究工作，先后提出水管噴水法、直升機灑水法以及預(yù)先淋水法等一系列的礦山爆破降塵技術(shù)。石灰石礦山爆破產(chǎn)生的粉塵具有產(chǎn)量大、瞬時性等特點，僅采取傳統(tǒng)的灑水降塵技術(shù)無法有效治理爆破粉塵。本文結(jié)合露天石灰石礦山爆破開采的特點，重點對降塵施工技術(shù)進行探討和研究。

1? ?礦山概況

某石灰石礦山位于山區(qū)，礦山南北寬度為1.8km，東西長度為5.2km，主要采用露天開采的形式。雖然該礦山遠離城市，但其附近開采安全距離范圍內(nèi)仍存在一些建筑物，如礦區(qū)礦山辦公樓、居民房屋等。

該露天石灰石礦山正常爆破時，所產(chǎn)生的大量粉塵將會擴散至上述建筑物附近，嚴重影響了附近居民及礦山作業(yè)人員的生命健康，并對礦產(chǎn)資源的正常生產(chǎn)造成了一定影響。為確保該露天石灰石礦山可以順利開采，急需找出一種有效的爆破降塵施工技術(shù)。

2? ?制定爆破降塵方案

露天石灰石礦山爆破開采中產(chǎn)生的粉塵，不僅可以短期內(nèi)迅速擴散到爆區(qū)的整個空間，而且其濃度極高，嚴重影響著周圍生態(tài)環(huán)境及作業(yè)人員健康。針對上述露天石灰石礦山的實際情況，需制定有效的降塵方案[1]。

2.1? ?粉塵特點

通常情況下，石灰石礦山爆破產(chǎn)生的粉塵具有以下特征：一是粉塵濃度高。在礦山開采爆破的瞬間，產(chǎn)生的粉塵以超高的濃度擴散至大氣中。二是顆粒小、質(zhì)量輕，擴散快。礦山開采爆破所產(chǎn)生的粉塵大多為0.005～0.08mm級別的粒度，擴散速度極快。三是滯留時間長。礦山爆破產(chǎn)生的粉塵中存在大量電荷，會吸附空氣，從而長時間滯留在空氣中。

2.2? ?針對性治理方案

針對露天石灰石礦山爆破粉塵的這些特點以及實際施工環(huán)境，本文采取水袋降塵施工技術(shù)來治理礦山爆破粉塵。水袋降塵技術(shù)如圖1所示。

水袋降塵施工，就是在礦山爆區(qū)表面提前布置裝滿水的袋子，開采爆破時會優(yōu)先破壞水袋，通過水霧來實現(xiàn)降塵。在采用水袋降塵技術(shù)進行露天石灰石礦山爆破降塵施工時，雖然搬運與布置水袋的勞動強度較大，但該施工過程較為簡單，且具有良好的降塵效果，為此本文選用水袋降塵施工技術(shù)。

應(yīng)用水袋降塵施工技術(shù)時，必須準確掌握水袋各項因素與降塵效果之間的關(guān)系。水霧擴散效果與水袋壁厚之間存在直接聯(lián)系，且水袋的鋪設(shè)位置與整體降塵效果有關(guān)。

3? ?露天石灰石礦山爆破降塵施工

3.1? ?布置爆破孔

3.1.1? ?布置要求

根據(jù)露天石灰石礦山開采爆破現(xiàn)場的勘查結(jié)果可知，產(chǎn)生爆破粉塵的主要位置為爆破孔口[2]，所以在進行露天石灰石礦山爆破降塵施工時，首先需要結(jié)合爆炸水霧場來布置爆破孔。合理布設(shè)爆破孔，可確保后續(xù)鋪設(shè)水袋產(chǎn)生的爆炸水霧，可以完整的包覆礦山爆破蘑菇塵云，進而保障露天石灰石礦山爆破降塵效果[3]。

3.1.2? ?布置爆破孔要點

本文在布置爆破孔時，引入GPS技術(shù)來設(shè)計爆破孔網(wǎng)，以增強爆破孔的布置精度。先將天線安裝在鉆機上，要求各天線之間的距離在1.8m以上，以保證爆破孔定位數(shù)據(jù)精準。在天線安裝成功之后，需要獲取鉆機作業(yè)位置，在已知GPS天線定位坐標信息的基礎(chǔ)上，進一步求得鉆桿的坐標信息，即可實現(xiàn)鉆桿的定位。

然后再進行機頭的定位。由于機頭是確定鉆孔方向的關(guān)鍵組件，所以在鉆機處于穩(wěn)定作業(yè)狀態(tài)下，獲取GPS天線移動前后的坐標信息，根據(jù)二者之間的差值，即可獲取機頭位置。

通過GPS軟件，進行露天石灰石礦山爆破孔的自動布置作業(yè)。對于后排孔的布置，根據(jù)露天石灰石礦山爆區(qū)臺階的走向，確定穿孔區(qū)域的起始點與終點，將二者連接即可得到穿孔位置線。對于前排孔的布置，結(jié)合露天石灰石礦山爆區(qū)臺階形狀來確定，以確保前排爆破孔的走向符合爆區(qū)實際情況。對于露天石灰石礦山開采爆破作業(yè)而言，爆破孔的深度與爆破效果之間存在直接聯(lián)系，可以根據(jù)代表性的典型點位孔深，來求得全部爆破孔的深度。

在確定上述爆破孔的參數(shù)后，將這些數(shù)據(jù)輸入GPS軟件中，即可實現(xiàn)露天石灰石礦山爆破孔的自動布置。布置好爆破孔后，還需對各個爆破孔進行放樣校驗，以確保各個孔位均為完整、有效的爆破孔。

3.2? ?選擇水袋

在本文所設(shè)計的露天石灰石礦山爆破降塵技術(shù)中，水袋的選擇至關(guān)重要，無論是水袋的材質(zhì)還是水袋的尺寸均影響著爆破降塵的效果[4]。

3.2.1? ?確定水帶材質(zhì)

在確保降塵水袋環(huán)保高效使用的前提下，盡量選擇經(jīng)濟效益較高的水袋。通常水袋由乳膠或者聚乙烯塑料制作而成，這類水袋雖然透明柔軟，但其經(jīng)過爆炸后會產(chǎn)生一氧化碳等有毒氣體，且未破碎的殘留物具有難降解的特征，這樣雖然解決了礦山爆破帶來的粉塵污染，但會因水袋爆破帶來白色污染，從而失去了露天石灰石礦山爆破降塵施工的意義。

本文在進行露天石灰石礦山爆破降塵施工時，選用LDP-低密度聚乙烯吹塑而成的水袋，該水袋不僅環(huán)保實用，可以快速降解，而且保持了傳統(tǒng)水袋抗壓、密封的優(yōu)點。

3.2.2? ?水帶參數(shù)設(shè)計

在確定水袋材質(zhì)之后，需要對水袋壁厚、寬度、長度等尺寸參數(shù)進行設(shè)計[5]。在應(yīng)用水袋爆破降塵施工技術(shù)時，如果水袋的壁厚過大，將會影響爆破水霧擴散效果，從而失去降塵效果。反之如果水袋壁厚過小，很容易在注水、鋪設(shè)過程中受水壓力的影響，出現(xiàn)破裂漏水現(xiàn)象，會影響炸藥的爆破效果。本文根據(jù)下式來確定降塵水袋的壁厚：

V=G/R×D·〔W/H×p〕 （1）

式中：V代表水袋內(nèi)溶液爆炸擴散的最大速度；G代表系數(shù)，取值為2.7×10³；R代表爆破孔的直徑；D代表降塵水袋的壁厚；W代表降塵水袋的寬度；H代表降塵水袋的長度；ρ代表水袋內(nèi)溶液的密度；γ代表固有系數(shù)，一般取值為γ=-0.2。

根據(jù)式（1）不僅可以確定降塵施工采用水袋的壁厚，而且可以確定出水袋的尺寸。本文結(jié)合本次工程的實際情況，選擇的降塵水袋的長度×寬度×壁厚為1200mm×200mm×0.08mm。該水袋不僅不易破損，而且在爆破后形成的水霧擴散狀態(tài)也較為理想，從而可保障露天石灰石礦山爆破降塵施工效果。

3.3? ?鋪設(shè)水袋

在選擇好本次露天石灰石礦山爆破降塵施工使用的水袋后，即可開始進行水袋的鋪設(shè)施工。

3.3.1? ?設(shè)計鋪設(shè)模式

為確保降塵效果[6]，設(shè)計如圖2所示的雙水袋鋪設(shè)模式。雙水袋模式就是在爆破孔內(nèi)炸藥安放完畢之后，于孔內(nèi)填塞一個水袋，與炸藥之間緊密接觸，然后在爆破孔頂部設(shè)置一個水袋，使其與爆破孔內(nèi)水袋之間形成一個整體，從而提升降塵效果。

3.3.2? ?水帶鋪設(shè)要點

在水袋的鋪設(shè)過程中，需要在鋪設(shè)凹槽內(nèi)填充一定的細砂[7-8]，用于固定水袋，避免水袋在注水之后出現(xiàn)位移。對于露天石灰石礦山爆區(qū)地表水袋的鋪設(shè)，為避免與起爆網(wǎng)之間產(chǎn)生交叉現(xiàn)象，影響爆破效果，需要以斜排的形式進行水袋鋪設(shè)，并且將導(dǎo)爆索安放在降塵水袋的正下方。在露天石灰石礦山的炸藥的安裝與水袋的鋪設(shè)完成之后，于水袋內(nèi)注水。注水過程中，實時監(jiān)測注水效果，避免出現(xiàn)施工事故。注水完畢后，即可進行炸藥的起爆，這時礦山爆破產(chǎn)生的粉塵即可被水袋爆破形成的水霧有效攔截。

4? ?施工效果分析

為驗證本文所提爆破降塵施工技術(shù)的有效性，于露天石灰石礦山爆破現(xiàn)場進行測試，通過對比同一爆區(qū)下無降塵措施與應(yīng)用降塵措施下爆破粉塵濃度與擴散情況，來判斷本文設(shè)計技術(shù)的降塵效果。

4.1? 測試現(xiàn)場布置

降塵效果測試現(xiàn)場布置如圖3所示。在有降塵措施實驗區(qū)域，爆區(qū)前布設(shè)一排水袋，水袋下鋪設(shè)了4根導(dǎo)爆索。在有、無降塵措施的實驗區(qū)域內(nèi)，分別布設(shè)4個用于檢測單位面積的落塵量集塵盒，以及1臺用于檢測粉塵濃度的測塵儀。

4.2? 落塵量數(shù)據(jù)分析

在此基礎(chǔ)上，開始爆破實驗。爆破結(jié)束后，統(tǒng)計出各集塵盒所采集的單位面積落塵量數(shù)據(jù)，落塵量對比如表1所示。

由表1測試結(jié)果可知，隨著集塵盒與爆破點之間距離的增加，單位面積的落塵量呈下降狀態(tài)。其中無降塵措施下的爆破粉塵的落塵量平均為3.33g/m²，而應(yīng)用了本文設(shè)計降塵技術(shù)后的爆破粉塵的落塵量平均為6.53g/m2，提升了49%，說明本文設(shè)計爆破降塵技術(shù)，可以對爆破粉塵進行有效攔截。

與此同時，測塵儀所采集的數(shù)據(jù)顯示，無降塵措施下的爆破粉塵濃度為147.96mg/m3，而有降塵措施下的爆破粉塵濃度為88.13mg/m³，降低了40.4%。由此可以說明，本文設(shè)計爆破降塵施工技術(shù)的降塵效果顯著，可以滿足露天石灰石礦山爆破需求。

5? ?結(jié)束語

在露天石灰石礦山的爆破開采中，產(chǎn)生的粉塵較正常礦山濃度更高、擴散速度更快。在整個社會環(huán)保意識不斷提升的今日，礦山爆破粉塵已經(jīng)影響到礦產(chǎn)資源生產(chǎn)及環(huán)保效益。本文結(jié)合露天石灰石礦山的實際情況，提出一種爆破降塵施工技術(shù)，并通過現(xiàn)場測試驗證了該降塵技術(shù)的有效性。應(yīng)用該技術(shù)不僅可以取得顯著的礦山爆破降塵效果，而且可以提升降塵效率。當然，本文所研究的水袋降塵施工技術(shù)仍存在一定不足之處有待解決，如在冬天等寒冷天氣下，水袋極易發(fā)生結(jié)冰現(xiàn)象，從而影響爆破降塵效果。今后筆者將針對水袋內(nèi)抗凍溶液進行深入研究，以便提升該降塵技術(shù)的實用性。

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