高压复合膜水袋台阶爆破降尘技术应用研究

赵金银，阳 俊

（1.豪瑞（四川）企业管理有限公司，四川 成都 610000；2.湖南有色金属职业技术学院，湖南 株洲 412006）

粉尘是露天矿山生产环节中最主要的危害因素之一，随着国家和社会对矿产资源绿色开发利用的要求越来越高，如何控制粉尘灾害已成为露天矿山开采需要解决的一个关键性课题。在整个生产环节中，台阶爆破产生的粉尘占比最大，在某些情况下甚至达到了98%［1］。因此，如何在台阶爆破中减少粉尘产生并控制粉尘扩展受到了诸多学者的关注。

从目前的情况来看，在爆破降尘控制技术中，如何有效利用水的作用始终是研究的重点。早在20世纪60年代，国外就有学者提出可用水来实施矿山降尘，如CampoliA［2］就采用注水和喷洒水的方式开展了采煤过程的降尘试验，取得了一定的效果。其后，国内外学者通过研究粉尘颗粒的运动规律，提出了诸如水炮泥［3］、水预湿法［4］、半水封［5］、水袋爆破抛洒［6，7］等降尘技术。尽管这些研究和试验都取得了一定的降尘效果，但其存在一些共性问题：操作复杂、装水困难和效果参差不齐等［8，9］。由于这些共性问题，导致这些技术很难在矿山实际生产中被长期使用。

为了克服上述问题，提高台阶爆破水雾降尘效果，提出了采用定制高压复合膜水袋装水充填代替炮泥堵塞降尘的技术，并开展了现场实践。

1 高压复合膜水袋及降尘原理

1.1 高压复合膜水袋

高压复合膜水袋如图1所示，取材方便，制作简单。为了达到爆破堵塞的技术要求，高压复合膜水袋的焊接封囗抗涨强度≥70%，复合袋横向延伸拉力测试40 N，高度及允差5 000±10 mm。

图1 高压复合膜水袋

为了适应不同的台阶爆破炮孔规格，高压复合膜水袋分为6种不同的规格：90 mm、120 mm、150 mm、200 mm、250 mm、310 mm，长度2～8 m。

1.2 降尘原理

高压复合膜水袋的作用是在爆破过程中装入清水填入炮孔中以取代炮泥，堵塞和填充炮孔。当炸药爆炸时，其产生的爆炸能量对高压复合膜水袋做功，使其瞬间破碎，液态水压缩成水雾，水雾粉尘相结合，从而达到降尘的目的。

对台阶爆破而言，爆破粉尘主要来自于爆破粉碎区的粉矿、岩体破碎及裂隙形成过程中产生的粉碎岩石以及原有砂土被冲击扩散等方面［10］；而一些研究还表明台阶爆破后，爆破粉尘的运动可大致分为冲击运动、蘑菇云形成与扩展等三个阶段［11］。

因此，要取得好的降尘效果，首要条件就是要有足够的水雾产生。相比较于其他装水方式，高压复合膜水袋装水具有水量大和水雾效果好的特点，因此具有较好的降尘效果。

2 现场试验

2.1 试验矿山简介

本次试验选择在湖南某矿山进行。

试验矿区四周有多个自然村庄，晴天爆破产生大量粉尘随风飘到周边村庄，污染环境，村民反响强烈，空中长时间飘浮大量粉尘，有损企业形象，环保压力巨大。

2.2 试验方案

为了排除其他因素影响，本次试验采用单孔台阶爆破进行对比试验。

高压复合膜水袋台阶爆破装药结构与矿山原装药结构对比如图2所示。

图2 试验装药结构图

由图2可知，该矿山炮孔长度为16.5 m，炮孔直径152 mm，炸药采用袋装改性铵油炸药，单耗0.17 kg/t。

矿山原先采用间隔分两段装药，其中下段装药长度8.00 m，上段装药2.00 m，中间2.00 m用岩粉作为间隔，最上部采用4.50 m岩粉作为堵塞。

为保证施工方便，高压复合膜水袋降尘爆破装药结构不改变炮孔主要装药结构，仅对最上部堵塞段进行调整。调整时，将上部堵塞段分为三段，下部采用0.50 m岩粉堵塞，中部采用3.80 m高压复合膜水袋，水袋中装满清水，水袋之上，再用0.20 m的岩粉覆盖。

为了切实保证水袋爆破效果，施工需按照以下流程进行：

1.将孔内炸药装好，留4.5 m左右填塞。

2.向孔内填塞0.5 m左右岩粉。

3.水袋填塞施工准备。

4.将竹竿插入到水袋中。

5.将竹竿和水袋一起插入孔中。

6.准备好水袋向孔内注水。

7.注水完成后，水袋扎紧，孔口填塞0.2 m左右岩粉。

8.实施其他辅助降尘措施。

施工完毕后，应检查施工情况，确保水袋中装满水且不漏水，水袋之上覆盖不小于0.15 m的岩粉。水袋扎紧及堵塞岩粉可以保证水在爆破时不向冲出。施工完成后的情况如图3所示。

图3 施工完成后的试验炮孔

2.3 试验结果分析

爆破结束后，采用高压复合膜水袋降尘技术的炮孔的粉尘浓度明显比未采用水袋的炮孔要小得多，其粉尘分布的广度和高度也小得多。

为了定量研究高压复合膜水袋降尘技术的降尘效果，爆破前在两个炮孔下风方向20 m处各设置了一个FCC-25防爆型粉尘采样仪完成粉尘数据采集工作，用以采集在爆破结束后一段时间内的平均粉尘浓度。爆破结束后2 min内两种爆破方式的平均浓度见表1。

表1 两种爆破方式的粉尘浓度对比

由表1可知，两种爆破的粉尘浓度均随时间延长而逐渐降低，这与实际情况相符。采用高压复合膜水袋降尘爆破技术的降尘效果显著，比未采用的降尘率超过了50%。

3 结 论

1.高压复合膜水袋台阶爆破降尘技术的降尘效果显著，其降尘率超过50%，且定制的高压复合膜水袋具有装水方便和适用性广的特点，具有很好的推广价值。

2.目前对高压复合膜水袋台阶爆破降尘技术的研究还较为初步，下一步可进一步考虑在孔内实施分段装水并设置合理的延时，以达到更优的降尘效果。