化学抑尘剂在煤层爆破粉尘治理方面的应用研究

张辛忻 王立杰

摘要：本文以黑岱沟露天煤矿煤层松动爆破时产生的粉尘为研究对象，通过现场试验的方式，探索露天煤矿煤层松动爆破作业环节控制煤尘起因及来源，并找出合理高效的治理措施。

关键词：爆破;粉尘;治理

Abstract：This paper takes the dust produced in the loose blasting of coal seam in Heidaigou open-pit coal mine as the research object， and through the field test， explores the cause and source of controlling the dust in the loose blasting of coal seam in open-pit coal mine， and find out the reasonable and high-efficient management measure.

Key words：Blasting;Dust;Treatment

1 引言

在露天矿生产过程中，穿爆采运排各个环节都会产生大量粉尘。不仅损害矿坑内作业人员的身体健康，也会对采矿作业安全有着不利的影响，除此以外，扩散到矿坑外还会影响周边环境，矿区整个大气也会受到尘染。露天矿粉尘污染治理作为业内公认的一大难题，煤炭企业不断探索与应用各种粉尘污染治理举措，力争最大限度地降低粉尘浓度，减少粉尘扩散。本文以露天煤矿爆破粉尘的治理作为研究课题，并经过现场试验论证，得出合理可行的结论。

2 煤层爆破粉尘起因及来源

煤层开采时首先要对煤岩进行钻孔，在爆孔内灌装炸药，通过爆破松动煤岩以便于装载机械设备的铲装。每次松动爆破，炮孔多达50-120孔，使用炸药爆破后，会产生大量的煤岩粉尘，因此，爆破作业产生的粉尘是露天煤矿主要粉尘源之一。与煤层爆破相关的粉尘主要来源以下几个方面：（1）钻孔时产生并留在煤层表面的煤粉。牙轮钻机钻孔时会产生大量的煤岩粉末留在煤层表面。每个钻孔深17-40m不等，每个炮孔产生煤岩粉末750～1 760kg，这些煤岩粉末留在煤层表面，部分用于填充炮孔，其余随爆破后的冲击波飞向空气中产生粉尘。（2）爆破瞬间产生的粉尘。炸药爆炸时，形成爆炸漏斗，爆炸产生的气体首先将上部爆炸漏斗内的煤岩及填充物（煤岩粉末）冲向天空，产生大量一次粉尘。（3）爆炸气体对煤岩进行挤压，抛掷，在空中碰撞形成二次破碎，又会产生大量二次粉尘。（4）爆破后煤岩抛掷回落地表及爆炸冲击波对周边冲击再次产生大量粉尘。（5）填充炮孔时产生的煤尘。与爆破相关的粉尘除以上5点外，填充炮孔产生的粉尘还会直接对操作工人带来严重的危害。

3 粉尘的防治技术与爆破粉尘治理思路

3.1 粉尘的防治技术

近年来，国际上粉尘治理理念发生着转变，逐步由被动防尘（布袋过滤、负压抽出、静电捕捉、密闭等）转变为主动抑尘（减少产生）;治理关口也逐步前移，由傳统的排污节点治理转变为源头把控;由以洒水喷雾降尘措施转变为水中添加化学剂，以改变水分子活性来提高抑尘效果。

空气中的大多数尘埃是疏水的，所带电荷具有排斥水的特性。此外，微小粉尘通常比水滴小得多，因此粉尘通过空气中水滴湍流时，会在其周围产生空气流，粉尘围绕水滴进行移动。另外，由于水极易蒸发，在炎热的夏季和干旱多风的春秋季节，水洒在煤堆上很快被蒸发掉，抑尘效果短暂。国际上先进的抑尘研究与应用的趋势是通过添加化学剂使水滴具有与微小粉尘相反的离子电荷，带电水滴与粉尘相吸，使水滴像空气中的磁铁一样，将粉尘包容至液滴中。同时，添加化学抑尘剂后，可以降低水的表面张力，使之形成并持续保持更小的液滴的状态。

3.2 爆破粉尘治理思路

根据煤层爆破粉尘的产生机理及化学抑尘剂的抑尘原理，采用化学抑尘剂进行煤层爆破粉尘治理的思路是：首先，改变原有炮孔的填充物，减少爆破时粉尘来源;其次，在炸药起爆之初即实施抑尘，减少粉尘扩散。

具体措施：改变原有的使用煤岩粉末填充炮孔的方式，现采用抑尘剂水溶液填充炮孔，实现提高水的捕尘效率，做到从粉尘产生源头进行污染控制。

4 试验工作方案

4.1 试验内容

（1）调查煤层松动爆破现状，分析现有爆破参数，孔间距及炸药装药结构并研究改进建议。（2）实验用装有抑尘剂混合液的塑料袋充填炮孔、混合液塑料袋垛在炮孔内不同摆放方式的抑尘效果。（3）配制混合液，选择美国进口的Coaltrol65-4X、X50和Resinator3种抑尘剂分别与水混合，这几种材料具有活化、速凝和黏粘结性，不含有毒化学成分，无致癌或诱变物，无污染，不易燃，无腐蚀性等特性。（4）采用不同浓度的抑尘剂混合液（1∶300、1∶400、1∶500）进行爆破试验。（5）观测回落混合液及留在爆堆上的混合液对爆堆表面的抑尘效果。

4.2 试验工作步骤

4.2.1 爆破参数与装药结构

黑岱沟露天煤矿煤层松动爆破台阶高度31m，孔深33m-37m，平均孔距8m，排距9m，孔径0.2m。采用低密度铵油炸药（0.5kg/m3），由导爆索连接孔下部起爆药包，排间微差爆破。

单孔装药结构如图1所示。

4.2.2 试验水袋充填炮孔

主要目的：找出合适的装抑尘混合液装置，采用不同厚度的塑料袋盛水进行爆破试验。

4.2.2.1少量水袋试验

首次水袋试验使用薄、厚2种塑料袋，薄塑料袋注水时发生破裂，厚塑料袋完好。因此，使用厚塑料袋注入化学抑尘剂混合液放入爆破孔，混合液在起爆瞬间冲向上空，然后洒落在爆破孔周围（喷洒覆盖半径2～3m），2个试验孔爆破后孔周边几乎没有起尘（现场试验图如图2、图3、图4）。

4.2.2.2批量水袋试验

采用的厚塑料袋，塑料材质、厚度与充填间隔器的材料相同，直径略小于炮孔直径，防止孔壁扎破塑料袋。每次试验30-40孔，试验效果均能达到预期的抑尘效果。

4.2.3 配置抑尘剂混合液

采用室外小样试验。室外小样试验的目的主要是比选Coaltrol65-4X、X50和Resinator3种不同抑尘剂在不同稀释浓度下，对煤尘的捕捉效果及持续时间。

分别采用水，65-4X（1∶300，1∶400，1∶500），Resinator，X-50分别试验，3种不同抑尘剂效果对比见表1。

经比较，发现65-4X（1∶300、1∶400）抑尘效果最好，按照该比例配置抑尘剂混合液继续进行煤层爆堆工业试验。

4.2.4 煤层爆破抑尘工业试验

煤层爆破抑尘工业试验采用1∶300、1∶400两种浓度的混合液。

4.2.4.1混合液配置

每次爆破时根据炮孔数量及填充高度计算抑尘剂混合液需要量，使用灌装运输车完成溶液配制（先加水后加药）后运往爆破现场，药剂运运送的路途中，抑尘剂与水可以实现混合均匀。

4.2.4.2实验对比

第1次实验（1：300），布置30个抑尘混合液填充孔，35个煤粉充填孔，共计65个炮孔。孔深17m，装低密度铵油炸药10m，填充物（抑尘混合液或煤粉）7m。

第2次实验（1：400），布置40个抑尘混合液填充孔，50个煤粉充填孔，29个水充填孔，共计119个炮孔。孔深33m，装低密度铵油炸药23m，填充物（抑尘混合液或煤粉）10m。

经过为期两天的现场实验观察对比，发现两种浓度的抑尘剂混合液都可以有效降低爆破作业产尘量，抑尘效果都非常明显。

5 抑尘效果及经济效益分析

5.1 抑尘效果分析

采用抑尘剂混合液填充煤层爆破炮孔的抑尘效果较好。其抑尘作用主要表现于以下4个方面。

（1）减少爆破时的粉尘量。按炮孔填充7-10m煤岩粉末计算，每个炮孔直接减少250-350kg煤粉，每次按70个炮孔计算，可减少17 500～24 500kg粉塵。（2）抑尘剂混合液捕尘效率高。抑尘剂混合液改变了水离子电荷，将煤尘原有的“疏水”变为“亲水”，并使水滴变得更小，从而提高捕捉煤尘的效率。炸药爆炸后，填充在炮孔上部的抑尘剂混合液首先冲向上空，混合液上升、散开、下落的过程即是捕尘的过程，能够有效降尘。（3）抑尘剂混合液在炸药起爆的同时发生抑尘作用，可以减少粉尘扩散范围，达到抑尘关口前移，变被动防尘为主动抑尘。（4）降低爆破后煤层粉尘污染程度。爆破后抑尘剂水溶液液与捕捉的煤尘下落到煤堆表面可固化煤堆表层，抑制了煤堆扬尘，从现场来看，至少2d仍能起到煤堆表面抑制作用。

5.2 社会经济效益分析

5.2.1 经济效益

减少煤炭流失，经测算，每孔直接减少（少填充）煤尘约0.35t，另外，320kg液体还要捕捉一部分煤尘（约液体的30%），按每孔能减少煤尘500kg，每吨煤300元计算。收益：300*0.5=150元。

5.2.2 社会效益

爆破抑尘的主要作用在于减少露天矿爆破时的扬尘，对改善职工工作环境，提高职工身心健康和安全生产水平，减少大气污染等将产生巨大社会效益。

6 结论

本项目“黑岱沟露天煤矿道路抑尘剂试验”取得了预期成果，结论与体会如下：（1）抑尘剂Coaltrol65-4X，治理爆破扬尘效果明显。（2）优化每个炮孔炸药用量，在保证松动爆破效果的前提下，炸药越少，填充抑尘混合液量越多，抑尘效果越好。（3）爆破扬尘的多少还与每次爆孔数量正相关，一次爆破数量越多，扬尘治理难度越大。

参考文献

[1]黑岱沟露天煤矿煤层爆破粉尘治理试验结题报告[R].北京茂玛科技有限公司，2019.

[2]彭小兰，吴超.化学抑尘剂新进展研究[J].中国安全生产科学技术，2005（05）：44-47.

收稿日期：2020-07-11

作者简介：张辛忻（1970-），女，本科学历，学士学位，高级工程师，研究方向为环境保护管理工作。