水间隔装药降尘爆破技术在高村铁矿的应用

张 瑞

(马钢(集团)控股有限公司南山矿业公司)



水间隔装药降尘爆破技术在高村铁矿的应用

张 瑞

(马钢(集团)控股有限公司南山矿业公司)

露天矿山爆破粉尘含大量微细颗粒，严重污染采场环境。通过分析水雾除尘机理，自主设计并建立爆破粉尘测试系统，在高村铁矿进行水袋间隔装药结构与岩粉间隔装药结构的爆破粉尘对比试验，结果表明：采用水袋间隔装药，粉尘吸附效果较好，吸附率达到46.72%～51.20%；同时在改善破碎块度方面也优于岩粉间隔装药。水间隔装药降尘爆破技术在露天采矿以及非矿山领域的工程爆破中具有广阔的应用前景。

水间隔装药 爆破粉尘 水雾降尘 降尘率

爆破粉尘是爆破有害效应之一，其含大量微细颗粒，严重污染环境，导致人员矽肺病等职业病高发[1]。许多爆破工程技术人员在解决爆破粉尘问题方面做了大量的研究工作，并达到了一定的除尘效果，但由于爆破粉尘具有产生速度快、尘量大、分散度高、粒度小等特点，使爆破粉尘研究十分困难，未能彻底消除爆破粉尘。随着对爆破要求的不断提高，减少爆破粉尘对工作面及周边环境的污染成为急需解决的技术难题之一[2]。为了降低高村铁矿采场及附近粉尘浓度，本文通过分析水雾除尘机理，研究并采用水袋间隔装药结构进行现场试验，并对试验结果进行对比分析，为矿山爆破粉尘控制提供了指导。

1 矿山概况

高村铁矿地处江南丘陵地带，地形起伏不大，自然标高一般在30～60 m。矿区常年主导风向为东风，夏季为西南风。矿体埋藏浅，适宜露天开采，矿石、围岩稳固，水文地质条件中等。周边分布有锁库、砂岗等多个村庄，西南还有一个居民安置小区，周边环境复杂，对爆破公害控制，尤其是爆破粉尘控制要求高。

高村铁矿设计年产铁矿石700万t，采剥总量为1 600万t，采用KY250型牙轮钻机穿孔，10 m3电铲铲装。矿石主要为磁铁矿，以他形粒状为主，少量呈半自形—自形，粒度为0.05～2 mm。矿石主要有害元素为硫、磷，其次有钙、镁、钾、钠、硅、铝等。矿体顶底板围岩均为闪长玢岩。矿体及围岩的基本性质见表1。

表1 矿体及围岩性质

高村铁矿采用澳瑞凯高精度雷管实现逐孔顺序起爆，原采用连续装药结构，选用乳化炸药和粒状铵油炸药(装药车生产)，其中含水量较大的地段采用乳化炸药。具体爆破参数及指标见表2。

表2 爆破参数及指标

2 水雾除尘机理分析

爆破粉尘的主要成分为二氧化硅、黏土和硅酸盐类物质，亲水性较强。在爆破前用水湿润初生或已沉积的粉尘，是有效而简便的防尘措施，但是对于爆破过程中产生的粉尘却难以起到明显的效果。爆炸水雾降尘法是新提出的一种方法，利用爆炸能量驱动雾化抛撒水，形成具有一定压力、粒径、速度和浓度的水雾，通过雾滴对尘粒的碰撞、拦截、捕获和沉降，达到液态雾滴与固态尘粒凝结成较大的颗粒后加速沉降的目的[3]。

降尘主要有2种途径：一是增加粉尘密度，二是增大粉尘粒度。水雾除尘就是利用这2个基本原则。尘粒吸水后密度显著增加，有利于沉降，同时吸水后有利于粉尘发生凝聚，粒度增加，促使粉尘沉降。根据斯托克斯沉降公式(式1)，任何2个小尘粒的凝聚将使其沉降速度提高3倍[4]。

(1)

式中，vt为颗粒沉降速度，m/s;ρp、ρg为可沉降颗粒及空气密度，kg/m3；dp为沉降颗粒直径，m；μ为空气粘滞度，kg/(m·s)。

影响爆炸水雾除尘的因素有水雾的粒径、水滴与尘粒的相对速度、水量、粉尘浓度及湿润性、物粒浓度。水间隔爆破装药结构见图1。

图1 水间隔爆破装药结构

3 现场试验

3.1 试验方案

试验分为岩粉间隔装药结构和水间隔装药结构。针对不同的装药结构，采用FCS-30型粉尘采样器进行相应的粉尘测试。

FCS-30型粉尘采样器工作原理：将已知质量的纤维滤膜装在采样器的采样头内，采集含有粉尘的空气，再由采样后滤膜的增量计算出单位体积空气中粉尘浓度。计算公式为

(2)

式中，R为总粉尘浓度，mg/m3；m2为采样后滤膜的质量，mg；m1为采样前滤膜的质量，mg；Q为采样时流量，L/min；t为采样时间，min。

设计在-42,-54 m台阶进行9次爆破试验，其中-42,-54 m台阶各进行一次岩粉间隔装药爆破作为对照试验；-42 m台阶进行3次，-54 m台阶进行4次水间隔装药爆破。在现场试验中，炮眼直径为250 mm，炮孔深15.5 m，采用塑料袋装水，爆破水袋长1.5～2 m，直径为220 mm。测点布置在爆区中间，与爆区炮孔最近距离为40 m。采用FCS-30型粉尘采样器，在微风情况下，采样点距工作面位置及高度固定，采样时间为5 min，采样流量为10 L/min。测点仪器采用钢丝网防护，防止爆破飞石砸损仪器。

3.2 试验结果

不同装药结构的粉尘测试结果见表3。可以看出，采用水间隔装药降尘后，爆破粉尘浓度明显降低，-42 m台阶北3次试验的平均粉尘浓度降低51.20个百分点，-54 m台阶北4次试验的平均粉尘浓度降低46.72个百分点，表明该装药结构的降尘效果非常明显(图2和图3)。同时，经过现场工业试验对比，水间隔装药爆破在改善破碎块度、降低大块率方面优于岩粉间隔装药结构爆破。

4 结 论

通过现场试验，矿山采用水间隔装药结构爆破技术是可行的、有效的。基于水雾除尘机理，利用炸药爆炸产生冲击波将水间隔瞬间雾化，高压雾化水分子将粉尘吸附结团，大幅度降低

表3 不同装药结构时粉尘测试结果

序号爆区位置孔网参数/m总药量/t爆破前粉尘浓度/(mg/m3)爆破后粉尘浓度/(mg/m3)降尘率/%爆后效果备注1-42m北6×8.515.50.0925.35有少量大块岩粉间隔2-54m北6×8.513.50.1023.21有少量大块岩粉间隔3-42m北5.5×914.20.1013.5146.71基本无大块水间隔4-42m北5.5×8.513.20.1112.3651.24基本无大块水间隔5-42m北5.5×912.80.0911.2455.66基本无大块水间隔6-54m北6×8.513.60.1210.9852.69基本无大块水间隔7-54m北5.5×912.50.1212.1647.61基本无大块水间隔8-54m北6×8.511.80.1113.6541.19基本无大块水间隔9-54m北6×8.514.30.1212.6845.37基本无大块水间隔

注：在计算降尘率时，利用本台阶岩粉间隔装药结构爆破作为对照试验计算。

图2 岩粉间隔装药结构爆破粉尘效果

图3 水间隔装药结构爆破粉尘效果

了爆破粉尘；同时，水间隔中水柱吸收冲击波峰值能量，降低其峰值压力，水柱中吸收能量传递给了周边围岩，有效地破碎了围岩，提高了炸药能量利用率，从而改善爆破效果。矿山采用水间隔装药结构爆破后，粉尘浓度降低46.72～51.20个百分点，降尘效果显著。该项技术不仅适用于露天矿山，也同样适用于其他非矿山领域的工程爆破，具有广阔的推广应用前景。

[1] 杨国彦，李怀宇，程学军．爆破粉尘颗粒物运动过程的力学分析[J]．河北理工学院学报，1996(4)：1-5．

[2] 胡 涛，刁 伟，崔正辉，等．水袋在爆破水雾除尘技术中的应用[J]．水力科学与工程技术，2012(4)：52-54．

[3] 李战军，汪旭光，郑炳旭．水预湿被爆体降低爆破粉尘机理研究[J]．爆破，2004，21(3)：20-23．

[4] 薛 里，颜事龙．爆炸水雾降尘在拆除爆破中应用的探讨[J]．采矿技术，2004，4(3)：65-67．

Application of the Basting Technique of Water Interval Charge Dust Removing in Gaocun Iron Mine

Zhang Rui

(Nanshan Mining Company, Masteel (Group) Holding Co., Ltd.)

Large amount of micro-sized particles is contained by blasting dust in open-pit mine, the environmental pollution of the stope is serious. Based on analyzing the water fog dust removal mechanism, the blasting dust test system is designed and established, the blasting dust comparative test of water bag interval charge structure and rock power interval charge structure in Gaocun iron mine is conducted, the results show that the dust adsorption effect of water bag interval charge structure is better than rock power interval charge structure, the dust adsorption rate is 46.72%～51.20%,besides that, the improving effects of the rock broken size of water bag interval charge structure is also superior to rock power interval charge structure. The study results of this paper further indicated that the blasting technique of water interval charge dust removing has good application prospect in the engineering blasting of open-pit mining and other industries.

Water interval charge, Blasting dust, Water fog dust removing, Dust removing rate

2016-08-11)

张 瑞(1984—),男，工程师，243000 安徽省马鞍山市雨山区向山镇。