矿山路面扬尘抑制机理研究

董宪伟

(河北联合大学，河北 唐山 063009)

矿山路面扬尘不但危害工人的身体健康和行车安全，而且加快车辆和矿山机械的磨损，增加油耗，缩短发动机和轮胎的使用寿命，使车辆维修费用增大，给矿山的经济造成巨大的损失。因此，采取措施控制路面扬尘是每个矿山必须面对的问题。

对露天矿来说，我国将近80%的矿产品是由露天开采的，露天矿山正在朝大规模生产能力和高度机械化方向发展，大型电铲和大型汽车运输是露天坑内的主流作业方式。露天矿开放式的作业环境，如剥离、采矿、装卸、运输、破碎等引起的粉尘污染非常严重，特别是露天坑道路为土质或碎石简易路面，扰动荷载大，动态性强，运输路面扬尘是露天坑最大的粉尘污染源，给粉尘控制带来了很大的困难。资料表明，在运输作业中，汽车产尘强度为各露天开采作业设备之首，是露天矿最大的粉尘污染源，扬尘量占全矿总产尘量的70%～90%，距路边5m 处，空气含尘量高达750～800mg/m3，超过国家卫生标准400 倍左右。

1.粒径大小与扬尘风速的关系

(1)根据风沙动力学理论，粉尘的粒径与其扬尘风速之间有一定关系。即扬尘风速和粉尘粒径的平方根成正比。

(2)在新疆塔里木盆地布古里沙漠地区，我国科研工作者用染色沙进行过多次实验观测，其结果见表1。

表1 粉尘粒径与扬尘风速的关系

由表1 的数据可以看出，粉尘的粒径越大，所需的扬尘风速越大。因此可以通过增大粉尘粒径，增大其扬尘风速，从而减少粉尘。

2.粉尘间的凝聚力

(1)粉体力学研究证明，集聚在一起的固体颗粒间有各种各样的吸引力。它们是范德华力、静电作用力和液体桥联力，研究表明，粉尘颗粒间的上述3 种力都有促进颗粒相互吸引、吸附并凝聚成大颗粒的作用，且其大小都随颗粒半径的增大呈线性增大关系。

对于干燥粉尘颗粒和湿润粉尘颗粒，它们起主导作用的颗粒间作用力是不同的。干燥粉尘颗粒间不存在液体桥联力，范德华力起主导作用。湿润粉尘颗粒存在液体桥联力并起主导作用，而且液体桥联力比静电力和范德华力大得多。

在一定的假设条件下，对4 种粉尘颗粒间液体桥联力、范德华力、静电力与其自身重量的量级分析结果比较见表2。

由表2 可见，液体桥联力比静电力、范德华力均大104以上。液体桥联力的产生将促进粉尘颗粒间的凝聚，使小颗粒积聚成大颗粒。同时，由于液体桥联力较大，通过液体桥联力粘结起来的粉尘扬起风速大大增强，与干燥粉尘相比，不易被扬起。

表2 粉尘液体桥联力、范德华力、静电力与其自身重量的量级比较 10－5N

(2)不同含水率的沙层进行扬起风速风洞实验研究表明，试验结果如表3 所示，扬起风速随沙子湿度的增加而明显增大，该实验还说明液体桥联力在抑制扬尘方面的重要作用。

表3 沙子含水率对扬起风速的影响

3.数据分析

北京科技大学杜翠凤教授采用YCH 抑尘剂对露天矿路面扬尘进行现场实践应用，测试数据如表4所示。

表4 路面粉尘分布测试结果 %

图1 路面粉尘分布测试结果

从表中数据可以看出，喷洒抑尘剂的路面其粉尘情况是:粒径小于0.147mm 的粉尘占总量的12%，大于0.147mm 的粉尘占总量的88%;而未喷洒抑尘剂的路面其粉尘情况是:粒径大于0.147mm的粉尘占总量的33%，小于0.147mm 的粉尘占总量的67%。大颗粒粉尘由于液体桥联力较大，与小颗粒粉尘相比，在同样风力作用下不易被扬起，从而可以减少环境污染。

结果比较表明，喷洒抑尘剂的路面粉尘不仅粉尘含湿量大而且粒度也明显加大，而未喷洒抑尘剂的路面粉尘恰恰相反。在液体桥联力的作用下，喷洒抑尘剂的路面粉尘其扬尘风速大大提高，从有效地抑制了路面扬尘。

4.结论

(1)粉尘的粒径越大越不易被风扬起。

(2)粉尘保湿可以增大其液体桥联力，促使小颗粒凝聚成大颗粒。

(3)传统的洒水车洒水抑制路面扬尘，其有效作用时间短的缺点不容忽视，尤其是高温的夏天，喷洒一次的有效作用时间只有30min，在水资源匮乏的地区，洒水降低路面扬尘，致使抑尘成本大大提高，实践证明，采用高效抑尘剂抑制路面扬尘是比较理想的方法。

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