露天矿开采工艺过程粉尘污染及防治措施

马艺闻，崔兆杰，侯燕楠

露天矿开采工艺过程粉尘污染及防治措施

马艺闻1，崔兆杰2，侯燕楠3

（1.辽宁科技大学，辽宁鞍山114051；2.山东大学，山东济南250100；3.山东三润环保科技有限公司，山东济南250100）

露天矿开采过程中，粉尘产生环节多、产生量大，并且露天矿进入深凹开采后，随着开采深度的下降，粉尘外逸困难，坑内污染严重，对矿区自然环境和职工身体健康都有很大的影响，必须加以防治。以大孤山露天矿为例，分析了矿山开采过程中各个粉尘产生源及产尘原因，并提出有效的防尘措施。

露天矿；粉尘污染；防治措施

从地壳中对可利用矿物进行开采并将其运输到矿物加工地点或使用地点的过程为露天矿开采。露天矿相比地下矿开采在生产规模方面具有很大的优势，因此，露天矿在世界固态矿产开采中占主导地位[1]。露天矿进入深凹开采后，随着开采深度的下降，采场内形成一个像锅底状的深坑，坑内风速急剧降低，通风不畅，在采场内形成逆温，使粉尘难以外逸，坑内污染严重，空气质量恶化[2]。因此，露天矿粉尘防治工作对保护矿区职工身体健康以及改善矿区周围环境具有重要意义。

1 粉尘对人体危害

粉尘是指悬浮在空气中的固体微粒，根据国际标准化组织的规定，粒径小于75 μm的固体悬浮物定义为粉尘。粉尘主要来源于：固体物质的机械加工或粉碎；物质加热时产生的蒸气在空气中凝结或被氧化形成的微粒；有机物质不完全燃烧形成的微粒；铸件的翻砂、清砂粉状物质的混合产生二次扬尘等。粒径大于10 μm的粉尘对人体危害较小，而0.5～5 μm的粉尘对人体的危害比较大，最危险的途径是经人的呼吸道进入到肺部，在肺泡内沉积，形成矽肺病[3]。

2 大孤山铁矿生产过程中粉尘产生源确定

对大孤山铁矿进行调研可知，露天矿山的开采工艺主要包括钻孔、爆破、装载、道路运输、堆场。

大型露天矿钻孔设备一般使用牙轮钻机，在矿石开采的复杂区段，也会采用潜孔钻作业。

钻孔过程中产尘的主要机理是机械冲击，利用生磨削和剪切作用将冲击痕间的三角棱状岩体破碎并粉化。

2.2 爆破

爆破作业的步骤是向要爆破的介质钻出的炮孔或开挖的药室或在其表面敷设炸药，放入起爆雷管，然后引爆，爆破过程中产生的扬尘较大。

矿山爆破时，炸药起爆后形成高温、高压气体瞬间膨胀产生巨大爆炸力，对炮孔壁及其作用半径内的矿岩骤然实施以压力和剪切力，岩石由于受力而被压碎、压缩和破碎，受力最大的岩石的粉化程度最高，同时岩石在位移过程中产生剧烈的相互冲击碰撞也会造成进一步的粉化，被粉化了的矿岩就会随着爆炸波所形成的气浪高速度地充满爆区及附近地区的整个空间。

2.3 装载

露天矿山采装作业一般采用电铲，电铲作业时粉尘排放量的变化较大。物料在电铲的抓料和放料过程中会相互摩擦、挤压和碰撞，疏松或硬度较低的块体棱角部分会被粉化，在装载端及物料本身与空气间的相对运动形成的气流作用下，被粉化的岩石会产生粉尘。

1947年2月的莱芜战役，担架队从家门口经过，尽管队员们已离家很久，但为赢得时间，全体队员严守纪律，无一人离队。整个莱芜战役，一区担架队紧随华东野战军“01”部队浴血奋战，除胜利完成转运伤病员的任务外，还积极参加战斗，3天捉获俘虏215人。

电铲铲斗向矿车里卸矿时，物料下落过程中会带动其运动轨迹周围的空气随其走向产生一定速度的流动，即诱导气流，在诱导气流的作用下，会将矿岩表面附着的粉状物带到空气中产尘。

2.4 道路运输

矿山道路一般由砂、石、土铺设而成，车辆通过时，道路表面的浮尘被轮胎带起产生扬尘。道路扬尘量受多方面的影响，如风速、路面岩土性质、空气中自然飘尘的大小、汽车行驶速度、载重量、行车密度等。

2.5 堆场

废石经过胶带运输系统输送至排岩场，用排岩机卸下，在岩石卸下过程中产生粉尘。同时废石在排岩场边坡自然堆积过程中，受到自然风流造成的影响较大，空气湿度、温度、风速综合影响堆场物料表面的粉料而产生扬尘。

矿山粉尘产生环节示意图见图1。

3 露天矿粉尘防治对策

3.1 钻孔工艺粉尘防治

牙轮钻机工作时，其附近的空气中粉尘浓度平均为448.9 mg/m3[1]，目前广泛使用的是湿式和干式结合的捕尘方式。美、苏等国露天矿采用的湿润剂和泡沫式除尘器可使钻孔作业周围的粉尘浓度降到0.5～1.0 mg/m3。有文献资料表明，除尘效率一般的牙轮钻机单台设备排放量为1.05 kg/（台·h）；除尘效率较好的设备可达到0.22 kg/（台·h），比除尘效率一般设备排放量降低近80%。

尘源封闭也是目前钻孔作业降尘措施之一，通过采取密封措施，使粉尘封闭在一定的空间内，如在牙轮钻机的凿岩平台设置孔口集尘罩，使产尘部位全部密封，达到就地控制粉尘的目的[4]。

3.2 爆破工艺粉尘防治

实测资料表明，爆破粉尘产生量一般为矿岩总爆破量的0.001 1%[2]。研究者指出，影响爆破产尘的主要因素有矿岩性质、炸药消耗量、炸药猛度、爆破参数、装药方法，是否采用微差爆破、挤压爆破等。

爆破防尘主要采用湿式措施，如爆破前洒水和注水、水封爆破等方式。爆破前洒水和通过钻孔向矿体内实行高压注水可以人为提高矿岩湿度，起到降尘作用。国外有些矿山还使用了各种自行通风洒水装置来进行爆破后的空气除尘，这种装置每小时能将3～3.5 m3的水喷成水雾，从而降低爆破时产生的烟尘。

金堆城钼业公司采用水封爆破降尘措施，将水装入塑料袋填在炮孔中封堵炸药，利用爆破时水袋炸破形成的水雾来捕获粉尘，证明可降低1～5 μm的粉尘50%～70%[3]；在德国的采石场，浅眼凿岩时使用特制的塑料堵塞物填塞炮孔，爆破时冻胶状的塑料堵塞物能粘附爆破时产生粉尘的60%～70%[5]。

3.3 装载工艺粉尘防治

电铲装载矿石过程中产生的粉尘浓度每立方米高达几十到几百毫克，降尘方式主要是湿式除尘，如预先湿润爆堆、水枪冲洗硬岩、洒水器喷洒软岩土、装载时喷雾洒水等方式。白银露天矿在电铲上安装了喷雾洒水装置，铲装工作面粉尘浓度由145 mg/m3降至12.9 mg/m3，司机室由11.9 mg/m3降至2.9 mg/m3，收到了良好的除尘效果[5]。

有文献提出了超声雾化抑尘，在局部密闭产尘点中，安装利用压缩空气驱动的超声波雾化器，激发高度密集的亚微米级雾，雾迅速捕集凝聚微细粉尘，使粉尘特别是呼吸性粉尘很快沉降到产尘点，实现就地抑尘[6]。

3.4 运输工艺粉尘防治

影响运输过程中产生的扬尘量的主要因素是路面岩土含湿量，目前国内外露天矿汽车路面的防尘措施主要有洒水、路面喷洒吸湿性强的钙或镁盐溶液、路面表层中掺入粉状和粒状氯化钙和用乳液处理路面等方式。

中南大学的吴超[7]开发了应用渣油-水乳化液于露天矿汽车运输路面扬尘防治的制备工艺和现场应用技术，王坪龙、吴超[8]提出利用具有优良的重复吸水、保水性能的聚丙烯酸钠溶胶作为路面喷洒抑尘剂，在其有效期内，多次重复洒水，能够使尘土保持较高的含水率，且其洒水时间间隔比单独洒水的时间间隔长。

3.5 堆场工艺粉尘防治

矿山废石堆、尾矿库是严重的粉尘污染源，尤其是在干燥、刮风季节，粉尘污染比较严重。大部分矿山采用在扬尘物料表面喷洒覆盖剂的方式进行抑尘，覆盖剂和废石间具有粘结力，它们互相渗透扩散。在化学键和物理吸附下，废石表面形成薄层硬壳，以防风吹、日晒而扬尘。

4 结语

粉尘防治是一项综合性工作，大型露天矿产尘环节较多，空间范围较大，因此，必须在各个环节加强粉尘防治工作，同时应该从侧重于污染末端治理，改为从源头控制并减少粉尘源的产生以及实行生产全过程控制。

[1]孙丽，宝文宏.露天矿开采过程中粉尘污染控制[J].包钢科技，2012，38(5)：80-82.

[2]杨玉新.深凹露天矿粉尘污染及扩散规律分析[J].矿业工程，2003，1(5):48-51.

[3]王安智.露天矿山粉尘污染与治理[J].中国铝业，1998，22(4)：61-63.

[4]潘斌.浅谈大型露天矿山治理粉尘措施[J].铜业工程，2007：41-43.

[5]张震宇.露天采矿场粉尘污染及其防治[J].金属矿山，2006(2): 85-87.

[6]曹占强，张兴凯.粉尘控制新方法[J].劳动保护科学技术，1997 (2):23-25.

[7]吴超.化学抑尘剂的基础研究及其在矿山中的应用[J].矿业快报，2001，6(12)：5-7.

[8]王坪龙，吴超.聚丙烯酸钠溶胶的抑尘性能[J].中南工业大学学报，1997(7)：319-321.

Pollution and prevention measures of dust in open-pit mining process

MA Yiwen1,CUI Zhaojie2,HOU Yanan3
（1.University of Science and Technology Liaoning,Anshan 114051,China; 2.Shandong University,Jinan 250100,China; 3.Shandong Sanrun Environment Technology Company Limited,Jinan 250100,China）

large amount of dusk is produced during the multi-links mining process in open-pit mine.With the increasing of the mining depth,the diffusion of the dust is more difficult and the pollution is more serious,which has great influence on the natural environment and the mine workers'health.So it is necessary to prevent and control the dust.This article analyzed the pollution pits of Dagu Mountain and found out the reasons of the dust generation,and put forward some effective dust control measures.

open-pit mine;dust pollution;prevention and control measure

X75

A

1674-0912（2015）06-0025-03

2015－02－05）

马艺闻（1985-），男，吉林长春人，硕士研究生，助教，研究方向：矿物加工。