露天采矿湿式凿岩技术的试验与实践

侯顺生

（河南煤化焦煤集团安全监察局， 河南 焦作市 454002）

露天采矿湿式凿岩技术的试验与实践

侯顺生

（河南煤化焦煤集团安全监察局， 河南 焦作市 454002）

非煤露天矿山干式凿岩穿孔过程中，作业环境的粉尘浓度高，是导致尘肺病的主要因素之一，湿式凿岩技术是防止和减少粉尘危害的有效手段。通过对非煤露天矿山采矿湿式凿岩技术的研究与探索，采用推车式水箱增压喷雾技术，实现了湿式凿岩，且粉尘浓度降低了94%以上，有效地改善了作业环境，减弱了粉尘危害，效果显著。

露天矿山；湿式凿岩；粉尘防治

0 引 言

非煤露天矿开采主要是以凿岩穿孔、装药爆破的手段将矿石破碎成散状块体。然后由装载机或挖掘机，将矿石装车外运出开采工作面。在凿岩、爆破、铲装运等作业过程中会产生大量粉尘，尤其是穿孔凿岩作业，粉尘浓度高。高粉尘浓度的空气使作业环境恶劣，严重危害员工的身心健康，导致尘肺病。

1 露天采石场现状

目前，我国露天采矿企业众多，其中小型露天矿山有相当的比例，其规模小，工艺、设备简单，大多采用干式凿岩穿孔方法，且现有的潜孔钻机一般没有配套的捕尘设施，加之观念落后，防尘、治尘工作得不到重视，使得有效的防治粉尘技术滞后。据初步调查，焦作地区非煤露天矿山企业有100余家，大中型以上的矿山企业只有5～6家，至今没有一家采用湿式凿岩工艺。

凿岩工艺技术的落后，是制约粉尘防治的关键因素之一。

2 湿式凿岩技术的研究思路

焦作地区的非煤露天矿山企业多数以小型个体企业为主，钻孔除尘设备的研发较少。为此，河南煤化焦煤集团安全监察局和焦煤集团千业水泥公司、兖州中材建设有限公司焦作项目部，在湿式凿岩上进行了探索试验和实践。

湿式凿岩的主要制约因素是水源。非煤露天采石场多处于偏僻山区，采场又多处于山顶或高山半坡，远离村镇，道路不畅，通行、用水都很困难。

思路一：在潜孔钻机前上方悬挂水桶，通过软管连接将水导入钻孔口，起到稀释粉尘的作用。

思路二：制做水箱，通过软管将水引入钻孔口，起到稀释粉尘的作用。

3 试验效果

3.1 思路一方法的试验

工作原理：在凿岩过程中连续向钻孔供水，以湿润、粘结所产生的粉尘，使之成为粉浆从孔壁排出。将一个容水量10kg的塑料桶加满水后倒悬挂在钻机上部，用塑料软管与塑料桶口连接，另一端放入钻孔口，水流靠自然压力流入钻孔。钻孔时，水流流入钻孔，在孔内与粉尘混合，直接捕获粉尘，使粉尘成湿粉从钻孔口翻出，达到降尘目的。

通过试验，粉尘明显得到抑制，存在的问题是：

（1）水流由于靠自然压力流入，水量不好控制、水流时大时小；

（2）由于水桶的容量有限，需要不断更换水桶或往水桶里加水，导致连续作业时间短，费时费力，影响工作效率；

（3）由于钻孔平面倾斜度小，约75°左右，一旦停钻，钻孔里潮湿的石粉翻不出来或出不净，时间一长，就会凝固结块，为再次开钻带来困难。

3.2 对思路一方法的改进试验

在伸入钻孔口软管一端加喷淋头，形成雾状水珠。钻孔时，雾状水珠与尘粒相遇碰撞后，尘粒被湿润，从而达到降尘目的。

通过试验，粉尘得到抑制，用水有所减少。但是，雾状水珠由于靠自然压力喷淋，水量、射流强度不够，部分尘粒被捕获，部分尘粒飘出，降尘效果较差。同时，喷淋孔口易被粉尘堵塞，喷水效果不佳。

3.3 思路二方法的试验

工作原理：在凿岩过程中，通过水箱、进水管路，在常压下连续向钻孔供水，以稀释、粘结所产生的粉尘，使粉尘洗涤成湿粉从钻孔口翻出。按照前期试验数据，制作推车式水箱。考虑冗余量和外观尺寸、搬运方便等因素，推车水箱按长1m，宽0.8m，高0.8m设计。放在距钻机约5m处，通过塑料软管将水箱内的水引入钻孔口，水流靠自然压力流入钻孔。在钻孔口软管上部设置阀门，以控制进入钻孔水流大小。钻孔时，水流进入钻孔，与粉尘混合，在孔内直接捕获粉尘，通过钻杆旋转，使湿粉从钻孔壁翻出，达到降尘目的。

试验表明：

（1）有效地控制了粉尘飞扬，降尘率可达96%以上；

（2）较好地解决了供水不连续的问题；

（3）用水量仍然较大，每钻进1m约用水10 kg，对于缺水地区实施难度较大；

（4）易发生卡钻现象。

4 思路二设计方案的优化

4.1 结构设计

主要由空压机、限压阀、承压水箱、管路、喷雾等部分组成。利用钻机空压机气压给水箱内的水增压，增压后的水通过出水管路到达管口，在钻孔口设置环状喷雾装置，实现喷雾降尘，如图1所示。

图1 湿式凿岩示意

4.2 工作原理

凿岩时，启动空气压缩机，空气压缩机部分气压通过限压阀、进气管路（输压管道）、进压阀，向承压水箱内输入压缩空气增压。水箱中的水增压后，由出水管路到达钻孔口，通过喷雾装置喷洒水雾。然后，启动潜孔钻机工作。钻孔时，连续产生的大量粉尘与喷雾水流在孔口相遇，经过惯性碰撞、接触阻留，粉尘被湿润，形成水、尘混合物，湿润的粉尘直接落在地面，实现湿式凿岩。

利用现有潜孔钻机（型号：TY370GH）、空压机（型号DPQ550RH，压力0.8MPa），在空压机储气柜一端出气阀口增设降压阀，使压力由0.8MPa降至0.15MPa，将高压气体降为低压气体。增压水箱增压前不承受压力，承压后可承压0.3MPa。为了保证安全，对水箱加压值控制在0.1～0.15MPa，既要使出水形成扇形雾状水幕，又要保证水压满足降尘需要，收到降尘效果。同时，在增压水箱上设置泄压阀（整定值0.2MPa）、压力表。一旦出现超压情况，及时释放压力，以保障安全生产。

工作时，随着水压的增大，水流量加大，形成的扇形雾状水幕更加密实。反之，水压减小，水流量也随之减小，扇形雾状水幕减弱。因此，既要收到良好的降尘效果，又要节约用水，压力控制是关键。试验表明，压力控制在0.1MPa时，能达到降尘、节约用水、安全生产三者兼备的效果。

4.3 效果分析

由于采用了增压方法，喷雾水形成了射流，增加了水的动能。粉尘与高速水雾碰撞后被湿润，并沉降在孔口边缘，成为湿粉。

在环境温度23℃、湿度40%RH条件下，采用CP225D电子天平和滤膜进行取样检测，干式凿岩作业和湿式凿岩作业的检测数据比较见表1。由表1可知，湿式凿岩的降尘效果十分明显。

表1 工作场所空气总粉尘浓度检测结果

（1）增压除尘增加了水流的分散度和射流的强度，粉尘在孔口与喷雾水流的碰撞中被阻留成湿粉，综合降尘效率达到了94%以上。

（2）利用钻机空压机增压，不需添加增压设备，节省投资，且操作灵便，适应性强，有利于推广应用。

（3）在空压机出气口设置限压阀，在水箱上设置泄压阀、压力表，防止超压引起水箱过度承压发生事故，保证了安全生产。

（4）凿岩用水量由原来的每米约需10kg，减少到每米只需4.5kg，节水达50%以上。

（5）实现了湿式凿岩，改善了钻孔作业现场的环境，减少了凿岩穿孔的粉尘的危害。

（6）凿岩作业时，应注意控制水压、水流。水压过高，虽然会提高雾化能力，但同时会影响到水箱的承压能力，给安全生产带来隐患。水流过大，一是浪费大量的水资源，这对水资源匮乏的露天矿山十分重要；二是造成钻孔积水成为粉浆，影响工作效率，而且会给二次开钻带来困难。

5 结 语

（1）推车式水箱湿式凿岩技术，投资小，除尘效率高，实用性强，便于推广应用。而且工艺简便，不需增压、设置收尘罩，只需将供水软管接到钻孔口即可打钻，除尘率可达96%。能有效改善作业环境，消除粉尘危害。它不仅适宜于台阶式开采方式的露天矿山凿岩穿孔，对于采用分层开采方式的小型露天采石场也有借鉴作用。虽然是在山坡上凿岩，推车式水箱的放置位置受到限制。但通过在凿岩作业点高处设置高位水池，铺设管路也能实现湿式凿岩。

（2）承压水箱增压喷雾湿式凿岩技术，充分利用钻孔空压机富余气压，不需增加压力泵，即可实现喷雾捕尘，可以大大节约水资源，又能有效捕捉粉尘，实现湿式凿岩，除尘率可达94%以上。投资小，除尘效率好，实用性强，适用于大中型露天矿山开采穿孔作业，推广应用价值高。

［1］ 袁源平，王海宁.高效湿式除尘器研究［J］.矿业研究与开发，2011，31（3）：51－54.

［2］ 宋马俊.矿山的防尘问题［J］.劳动保护科学技术，1989（4）.

［3］ 陈国芳.矿山安全［M］.北京：化学工业出版社，2009.

［4］ 陈国山.采矿技术［M］.北京：冶金工业出版社，2011.

［5］ 王章利.井下移动喷雾除尘车的研究与应用［J］.中州煤炭，2011（8）.

［6］ 叶镇杰.矿山环境工程［M］.长沙：中南工业大学出版社，1987.

2012－08－29）

侯顺生（1957－），男，河南焦作人，注册安全工程师，研究方向为安全工程，Email：ajjhss＠163.com。