露天爆破作业降尘方案比选

王爱爱

（中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，辽宁 沈阳 110015）

露天矿生产爆破以及城市建筑拆除爆破中均会产生大量的高浓度粉尘，在爆破作业瞬间释放的高温高压气体会形成冲击波产生大量粉尘，该粉尘具有扩散速度快、扩散面积大，对周边环境污染严重。2017 年8 月内蒙古自治区人民政府印发《内蒙古自治区绿色矿山建设方案》，要求矿山“三废”得到有效处理，各项污染物排放达标，对矿山粉尘环境浓度做出规定，为粉尘治理工作提供了政策基础，要求煤炭的生产、运输、储存、地面实行全封闭管理，生产过程中产生的粉尘源得到有效处置，内蒙古露天煤矿区环境质量越来越受到关注。露天煤矿粉尘污染伴随矿山开采及运输过程，对环境造成持续性影响，做好粉尘防治工作是改善大气污染现状并提高矿区环境质量的关键举措。

1 露天煤矿爆破区粉尘

露天矿爆破区产生的粉尘主要来源为穿孔作业起尘和爆破作业起尘。爆破环节单位时间内产尘量所占比重最大已成公认的事实，据文献介绍爆破环节产尘量对矿山开采各环节产尘占比在40 %～98 %浮动。

1）穿孔作业产尘。露天矿采用牙轮钻机及潜孔钻机进行穿孔作业，动力源驱动钻头穿凿岩石，带压气体将孔内岩粉吹出后形成爆破孔，期间会产生大量粉尘，单位时间内产尘量不大，但持续时间长，起尘总量很大，受风力影响，污染大片露天煤矿区。

2）爆破作业产尘。岩石爆破由于受到破碎的巨大压力，形成的大量粉尘会随着爆炸所释放的能量向外扩散，浓度高、尘粒细、扩散快。在露天煤矿中，爆破瞬时会产生数十米高的尘柱[2]，产尘量巨大（可达数千至数万mg/m3，且爆破时尘源表面吸附有毒有害气体，对人体伤害大。

爆破后，产生的粉尘扩散到露天爆区，然后进入大气流扩散到地表。粉尘扩散时间超过30 min，扩散速度达到7～8 m/s，扩散的水平距离达12～15 km时，飘逸高度可达1.6 km[3]。爆破粉尘的粒度多处在0.01～0.10 mm。岩层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。

爆破作业产生的粉尘量与爆破方法、爆破技术、装药量、炮孔布网方式、矿岩性质及气象条件等众多因素相关，无法准确计算。目前主要的估算有：①在矿山建立监测系统，利用粉尘平均浓度估算；②根据经验公式，爆破产生的粉尘量约为爆破岩量的0.001 1 %[4]。

2 爆破区降尘技术方案

2.1 穿孔作业捕尘

穿孔作业粉尘防治方法主要有干式捕尘法和湿式捕尘法。干式捕尘设备由捕尘罩、抽尘软管、除尘器、风管及风机组成，穿孔过程中产生的粉尘在压缩空气作用，排到孔口吸尘罩内，经旋风除尘器分离除去大部分10 μm 以上的粉尘，10 μm 以下的粉尘进入布袋除尘器被滤掉。

湿式捕尘法除尘效率高，可捕集小粒径的粉尘。除尘用水贮存在水箱内，同时向管路内供水和压缩空气，水被吹成极细的水雾形成风水混合物，沿管路由钻杆中心孔送入孔底，把粉尘粘结成尘团。湿式捕尘法可使钻机周围空气中的含尘量低于2 mg/m3。目前，穿孔作业产生的粉尘采用自带干式或湿式收尘装置的穿孔设备，已经得到有效控制。

2.2 降尘措施方案

目前，对于露天矿生产爆破的降尘方式主要有：预湿注水法、泡沫降尘法、水袋降尘法、高压喷水、喷雾法等，还有凝并剂、抑尘剂降尘法等，受其成本和气候的原因，在露天煤矿均未得到范围推广应用。

1）水袋降尘方案。爆破前采用水袋爆破进行填塞，即以装水的塑料袋代替炮泥，爆破瞬间水袋破裂，利用炸药爆炸能量将水雾化并抛撒，使瞬时形成的水雾通过惯性碰撞、拦截、凝聚等作用捕集瞬时形成的大面积粉尘，并在重力作用下沉降，最终达到降尘的目的。爆破水袋除尘技术优势为：提高水的利用率且除尘效果显著，水雾抛撒速度快，控制范围广，除尘成本较低，水袋为聚乙烯材料，便宜易得。同时也存在一定技术上的限制，增加了工程应用上操作的复杂性[5]。从改良炸药本身及装填工艺的角度，可进一步改进防尘工艺，如水封爆破（即水炮泥爆破），还可利用不同的表面活性剂溶液作为炮孔填料来降低爆破粉尘。

2）泡沫降尘方案。爆破前将降尘药剂和水按比例混合，通过发泡器制备气液两相泡沫，由发泡器向爆堆处喷洒一定厚度的泡沫层[5]，爆破时产生的粉尘与泡沫碰撞而被湿润、吸收、黏附并沉降粉尘。该降尘方式优点为：隔绝性能好、降尘效率高、耗水量小[6]。目前泡沫降尘药剂配方种类繁多，多以发泡剂为主，以稳泡剂等辅剂配制而成。

3）预湿降尘方案。爆破前对煤层注水，借助粉尘颗粒间液桥力的作用来降低爆破时的粉尘浓度，一定范围内，被爆破体含水率越高，降尘效果越好，但一般当煤体水分达到一定程度时，降尘率不再提高，需在水中加入添加剂提高其张力，同时张力的增加会降低尘粒表面的润湿性[7]。所以该技术存在难以把握爆破对象干湿度的问题。

4）高压喷雾降尘方案。高压喷雾抑尘系统要由高压水泵、水箱、水质过滤器、不锈钢管道等组成[8]。喷雾需要有高压力的喷嘴，运用高压射流，整体覆盖爆破面积，让爆破扬尘无法外溢。但高压喷雾对水质要求高[9]。

5）高压喷水降尘方案。高压喷水降尘方案，射流附近产生负压，能吸引周围含尘空气，且增加带电性，加速尘粒凝聚[10]。主要由高压水泵、水箱、水质过滤器、不锈钢管道等组成。高压喷水水质要求低，可采用过滤后的坑内水。该方法应用简单，便于控制。

6）冬季喷雪降尘方案。选用造雪机经高压射流在爆破环节向作业区进行洒雪降尘，射程可达160 m[11]，因污染扩散范围较广，需结合具体作业情况进行设备的位置及数量布置。该方法使用时段受季节限制，仅应用于严寒冬季，且技术成熟性有待提升。

3 降尘方案比选

爆破粉尘的主要成分为SiO2，黏土和硅酸盐类物质，这些物质亲水性较强，容易被水润湿，爆破粉尘采用湿式降尘效率高，见效快。以湿式降尘法为主，从经济性、可行性、操作方面对提出的6 种方案进行比较，给出推荐方案。方案优缺点比较见表1。

表1 方案优缺点比较

从可操作性和成本综合考虑，推荐采用高压喷水结合喷雪的综合降尘方案，操作简单，可采用坑内过滤水，就近取材。根据爆破带长度50～100 m，选用矿山爆破抑尘机3 台，每台喷射宽度30 m，喷头距外侧炮口3 m 以外（具体与爆破方式结合），在500～800 m 处远程遥控操作。抑尘机系统可选择车载型，也可选择拖车型。矿上可用车辆较多，推荐采用整体拖车形式，移动方便。该系统自带防爆发电机，无需外接电源，自带水箱。严寒冬季使用造雪机进行喷雪降尘。该方案的技术创新点表现在可以实现远程操控，确保抑尘设备作用的实时性及操作人员的安全性。同时，该方案结合矿区作业方式，以矿用车作为辅助，节省成本，兼备实用性及经济性。根据爆破带长度，需要选用拖车型的矿山爆破抑尘机3 台，造雪机2 台。

为达到更佳抑尘效果，可在爆破点采取措施来削减爆破时粉尘的产生量，从源头进行控尘：研究发现，爆破方式中浅孔爆破产尘量较大，中深孔爆破后产尘量较少，且压渣爆破比清渣爆破产尘量更少。对于台阶爆破效果不佳的情况需要进行二次爆破，一般采用裸露爆破方式，该种方式产尘量最大，在实际生产中要尽量避免二次爆破。爆破粉尘粒径、浓度与爆破对象、工艺有关，可在工艺上进行孔网参数优化、微差爆破和空气柱间隔装药来减少粉尘产生量，也可考虑控制炸药的包装材料、完善炸药配方、采用高台阶挤压爆破或松动爆破等。为最大可能减少爆破粉尘产生量，建议在湿度较大，最好是阴雨天气条件下进行爆破，同时在微风或无风天气下进行爆破，也可达到减少爆破粉尘扩散的目的。

4 结语

为了解决露天爆破工程中瞬间扬尘过大，高浓度粉尘污染环境问题，分析了露天爆破作业产尘原因，并针对产尘点提出了水袋降尘、泡沫降尘、预湿降尘、高压喷雾降尘、高压喷水降尘、喷雪降尘6 种措施方案。经过对比各方案优缺点，给出了高压喷水结合喷雪的推荐方案。采用高压喷水结合喷雪的综合降尘方案操作简单，取材方便。该方案的技术创新点表现在可实现远程操控，确保抑尘设备作用的实时性及操作人员的安全性。同时，该方案结合矿区作业方式，以矿用车作为辅助，节省成本。