露天矿山爆破降尘技术分析
2021-05-20曹健
曹 健
(中国葛洲坝集团易普力股份有限公司,重庆 401120)
矿山产业在业务发展中,常会进行爆破作业,来维持后续开采效率。但对于露天矿山来说,其爆破作业相当于在开敞空间内进行,此时产生的粉尘物质将会有更广阔的漂浮、流动空间,该作业类型若不采取适当的降尘把控措施,将难以符合绿色矿山的建设需求。由矿山爆破所产生粉尘的物质内部组成较为复杂,主要成分为矿岩的残渣,爆破所产生的冲击波将会直接将粉尘扩散,由此增大污染面积。对此,使用适当的降尘技术,可有效降低粉尘危害程度。
1 露天矿山在爆破降尘时的原理分析
1.1 水降尘原理
露天矿山在其爆破期间,将产生较大规模扬尘现象,若此时外环境有风力因素影响,则粉尘危害范围进一步扩张,不利于矿山产业完成较高水准的爆破目标,污染环境。使用水降尘的技术,能根据扬尘粒度指标,来将尘粒运动模式做以分析,进而起到降尘目的。首先,尘粒会因为爆破冲击波强度而产生不同粒径数值,分析不同粒径的存在、分布趋势,能较直观展示水降尘原理。比如使用钻孔爆破形式,该类爆破作业产生的尘粒多为气体、粉尘,因此该粒径的尘粒结构会在爆破后的一段时间内长期存在于空气中,对周边环境产生的影响性较大。
其次,要分析单颗尘粒的运行模式,大气中的尘粒通常会存在两类运动状态,其一为风力影响尘粒飘动,其二为仅受自身重力(无外力干扰)的飘动。因此水降尘技术应用到的原理便是使粉尘颗粒大范围聚集,由此靠重力因素将其下坠到矿山地表,缩减粉尘在空中的扩散范围。
1.2 尘粒作用力
爆破后产生的粉尘,将在空中漂浮,但此时会受到风力等外力影响,所以粉尘颗粒运动不仅要考虑单颗影响,更要结合实际情况,分析不同颗粒之间的碰撞问题,以便优化得到性能显著的降尘技术原理。首先,尘土会受到范德华力影响,该种作用力能较好解释粉尘在空气中的运动轨迹,且从微观视角来看,该种力的作用是尘土自身原子核带来的,不能被抹去。其次,尘粒将会受到静电力影响,尘粒作为一类非最小结构物质,它即便处于相对静止状态,其内部也将因各粒子间电位差的存在,产生库仑力。最后,尘粒运动中会存在液体桥联力,多数尘粒外表面为不规则形态,则含有曲面结构的尘粒,在曲面位置上将会对尘粒自身产生一定压力,并且会受到表面张力的影响,从而构成了液体桥联力。
因尘粒自身会存在以上三类力的作用形式,所以爆破瞬间及之后的一段时间内,粉尘颗粒会发生彼此间的碰撞,此时可借助较强势的凝聚性降尘原理,使粉尘能够大规模集聚,进而沉降到地表。经分析,尘粒在碰撞中受到的这三类作用力,将会因尘粒体积的增大而呈现线性增大关系,即当尘粒碰撞到一起并集聚后,尘粒所产生的凝聚力将相应增大,沉降规模由此变大,这也为水降尘原理提供了更为充分的技术支持。
2 水炮车设备的技术分析
使用水炮车移动设备,可以在爆破区作业前,由爆破技术员与运矿车间水车司机共同完成喷水操作,水车由爆区负责技术员与调度室预定,预定时说明爆区地点和水车到达爆区的时间和需要的水量,一般爆破方量1万吨以下使用20吨水,方量1~3万吨,使用40吨水,能达到很好的降尘效果[1]。在爆破前,技术人员应规划出合理的行车及喷水轨迹,此时所设置的喷水量要按照爆破区域预估产生粉尘量计算,喷水时应格外关注爆破区地形,低洼处要存有一定水量,高处则应保持表面湿润,以便粉尘在沉降后能与湿润土地产生作用力,不易再次被风力等原因扩散至周边范围。
喷水操作在不同位置有着具体规划,首先在正常爆区喷水,为节省爆破过程时间,一般先喷台阶根部4m~5m处,水车与台阶根部保持一定安全距离,防止喷水时落石砸水车,然后喷射爆堆前扑的30m~40m范围然后喷爆区表面,喷水时先喷岩粉最细的渣面,最后大范围扫喷。其次在边帮部位进行喷水操作,要考虑到该位置上可能会存在滚石危害,喷水顺序要按照危险程度由高到低依次排布,然后在连接起爆网络后,保护导爆管设备,谨防滚石砸伤。
水炮车设备在应用时,为保持作业安全,有需要注意的情况。比如该露天矿区在冬季进行爆破作业,应参照该地区历年室外作业温度数据,避免因结冰问题,导致喷水降尘作用失效,冬季喷水应先将起爆网络规划、接连完毕后,再喷水操作,保护起爆网络安全。另外,在对碎石较多位置进行喷水前,需要将导爆管设备位置进行合理规划,避免发生在喷水时直接喷射到导爆管的不良操作行为,正确操作应是向上喷水,保证喷射出的水柱能以自然下落形态,完成喷水作业。
3 水雾抑尘车设备技术分析
采用水雾抑尘车来进行爆破降尘处理,该设备能在爆破瞬间借助内部高压气体作用力,使水能以雾态形式高速喷射而出,在大范围内的水雾与爆破粉尘接触后,将粉尘集聚到一起,从而将大块的粉尘沉降落地,完成抑尘结果。水雾抑制粉尘的原理较为简单,但其应用效果较显著,从抑尘车内喷出的水雾范围及时间由车内载水量决定,现阶段市面上常用的抑尘车载水量规格为8吨,而配置的制备高压气体设备在工作中所能产生的风压约为17兆帕,所以经计算,该类设备喷出水雾能达到的时间在20秒左右,有效喷出射程在50m上下。
使用水雾抑尘车应注意的是要把控好它的入场作业时间,因为水雾在有效喷射时的持续时间不够长,无论抑尘车工作开始的偏早或偏晚,都将影响实际降尘效果,所以在该技术实践时,应注意保证时效性。通常情况下,水雾抑尘车所在位置一般距离主爆区最后排孔约14m,在起爆指令发出后,利用远程遥控水雾喷出7秒左右后,爆区再执行起爆命令[2]。
4 水袋封堵降尘的技术分析
4.1 应用步骤
首先选择适宜形制的水袋设备。该技术降尘效果是由水袋本身尺寸、安置位置等因素决定的,因此选择适宜的水袋事半功倍,现阶段市面上所流通的水袋材质多为塑料、乳胶等,当该类型材质受到爆破影响后将分解成有毒有害或难降解物质,因此爆破降尘作业不能选择该类型水袋。为达成绿色矿山建设目标,选择ldp材质制造降尘水袋,能在起到较高环保优势之余,具备更好的抗压性能,在爆破作业影响其完整性时,能在分解中生成优质的可降解物质。
其次,水袋袋厚因素的良好选择能充分抑制水雾扩散,从而起到更高效的降尘效果,防止粉尘随水雾大规模扩散。目前部分矿山产业多选用的水袋袋厚在0.03mm~0.055mm之间,但经研究发现,最具应用经济效益的厚度指标应在此基础上还要增加约0.033mm,以便获得最大降尘功效。
再次,应将水袋外形进行科学设计。不同形制水袋的储水量有所差异,水袋长径应和钻孔的实际直接一致,将爆破损坏水袋时产生的冲击力最小化,保证水袋降尘方式的应用原理能有效发挥。并且水袋形制上还需注意注水操作应将蓄水设备和设计钻孔的直径相符合,减少注水损失,降低降尘技术的实际投入。使用良好的水袋外形作为实际所用降尘设备,能将爆炸时的冲击力有效吸收,确保产生的粉尘可以和水雾相结合,最终完成高效降尘目标。经计算,钻孔直径设计为120mm时,相应的水袋长度要达到1200mm,具体选用何种长径比,应结合爆破降尘需求而定。
然后,水袋设备应在降尘效果最优位置摆放,所分析的主要参数为堵塞长度,堵塞长度需要与水袋的数量相协调,由此便可得出双水袋比单水袋的经济成本效益更高。并且,分析降尘效果的最佳作用位置,需要考虑爆破钻孔所选择的位置,在钻孔周边产生的粉尘危害最为严重,且水袋降尘技术原理是通过水雾形态完成,因此将水袋布置在粉尘的生成源头上,能有效利用降尘原理完成绿色矿山建设。
最后,水袋应发挥的最大化效果中要将爆破钻孔位置做以粉尘处理。水袋排布位置在炮孔口附近,该位置经分析是产生粉尘数量最大的爆破部分,因此将水袋放置在这里,可借助爆破冲击影响,将水袋内经振荡产生的水雾有效扬起一定范围,确保被爆物体产生的粉尘充分湿润,以此便阻碍了扬尘情况的产生。
4.2 案例分析
某露天矿山选择使用水袋降尘技术来减少粉尘危害范围,该爆破项目借助台阶式深孔毫秒延时松动技术完成作业,一段爆破长度内设置2孔,孔内装有MS15起爆雷管设备,与孔外雷管网络相连[3]。分别测试水袋有无及水袋数量等参数下的因素,对降尘效果的影响,每个参数的项目爆破共三次,取三次结果的平均值后,由此得出了不同水袋参数的降尘效果,见表1所示。
表1 粉尘浓度数据
从表中数据明显可知,水袋降尘技术要比无防护爆破的粉尘浓度低很多,且双水袋比单水袋的粉尘降低率更高。以孔径120mm水袋形制、双水袋数量作为分析对象,其堵塞长度与钻孔可塞长度保持一致,降尘效率可达到76%。
5 结论
综上,随着矿山产业开采技术的发展,在爆破中所用到的降尘技术也应受到管理人员重视。有效降低粉尘危害,能提高各岗位职工的作业效率,侧面影响产业收益。现有降尘技术呈多元发展趋势,各矿山产业需结合所用爆破形式,来选择最具经济效益的技术,比如使用喷水降尘方法便要考虑水资源成本。另外,将多类降尘技术结合使用,也可产生较高应用成效,管理人员需协调配合各类作业形式,将产业损害降到最低,赢得更高作业收益。