露天石灰石矿山爆破降尘技术应用研究

露天石灰石矿山爆破降尘技术应用研究

摘要：目前，露天矿山台阶爆破是粉尘污染问题的重要根源之一，降低爆破粉

尘成为当今矿山生产环境保护面临的重要课题。粉尘是固体颗粒扬起从而悬浮在

空气中且难以自然沉降的物质。露天石灰石矿山基建量大，爆破作业多，选用合

适的降尘技术尤为关键。本文就露天石灰石矿山爆破降尘技术进行了分析。

关键词：露天石灰石矿山；爆破降尘；水袋降尘

引言

露天石灰石矿山爆破过程中表现出基建量大、出产量低、环境影响范围变大

等特征，爆破次数和器材消耗量也高于正常推进时期。同时，国家和地方在环保

领域的投入越来越大，对矿山粉尘控制的要求越来越高，采用传统爆破方法、洒

水车降尘的露天石灰石矿山难以跟上要求。

1 爆破扬尘的危害

除运输作业扬尘外，露天石灰石矿山爆破产生的粉尘主要来源有: 表面覆土和积尘起尘，爆破开始前准备过程中钻孔、切割等行为形成的粉尘，爆破发生后岩

体破碎产生的粉尘以及破碎岩土坍塌至地面扬起的粉尘等。露天石灰石矿山开发

爆破过程中，粉径不足10μm 的粉尘具备极强的吸附能力，有害气体、液体及某

些金属元素等都能吸附在上面。吸入此类受污染的空气后，将会患各种呼吸系统

疾病，其中最常见的就是尘肺病。

2降尘技术分类

2.1湿式降尘

在干燥情况下，尘粒间不存在液桥力，起主导作用的是范德华力; 在湿润情况下，液桥力起主导作用，并且比静电力和范德华力要大得多。湿式降尘分为爆破

前洒水和爆破后洒水。爆破前洒水是在爆破前用水润湿矿山表面覆土和积尘，爆

破后洒水是在爆破后，覆盖矿山爆破区域的情况下安装喷雾设备，形成水雾隔离带，对爆破后的区域全面喷水，控制粉尘。在露天石灰石矿山爆破降尘中，它的

优点在于: ①在爆破前后均进行洒水，降尘和消除烟雾同时进行; ②降尘手段简

单方便。缺点是: ①水很难完全渗入山体内部; ②无法很好地捕捉细微粉尘;③增

加了矿区的湿度，恶化了工作环境，对石灰石的质量有副作用; ④直接喷洒水效

果不好。

2.2水炮泥降尘

水炮泥降尘是通过将水袋和炸药充填于炮眼中，在引爆后推力将水袋抛向高空，水在高温下发生汽化现象，产生的水雾颗粒与粉尘接触，对粉尘进行润湿和

吸附，从而达到降尘效果。水炮泥降尘在井下爆破作业中应用广泛，但一定程度

的疏水性必定会存在于岩尘、石灰石尘中，无法达到安全生产所允许的粉尘浓度。水炮泥降尘技术简单有效，成本低，劳动强度低，在矿井爆破中广泛应用。

2.3泡沫降尘

泡沫降尘具有自身捕捉和液滴捕捉的双重机理。通过气泡将粉尘吸附在气泡

的内壁，从而完成降尘。在泡沫能够维持自身形态时，其降尘效率可观; 当泡沫

破裂后，泡沫化为大量的液滴，会形成密集水雾，保持降尘效果。泡沫降尘的优

势在露天石灰石矿山爆破降尘中尤为明显: ①泡沫液膜中有添加剂，增加了其润

湿能力，降低了爆破提前润湿带来的工作量; ②泡沫具有高黏性的特点，有利于

吸附粉尘; ③耗水量小，设备安装方便。缺点是: ①受地形限制影响大; ②成本

较高。

3露天石灰石矿山爆破降尘技术应用

国内外爆破工程人员对粉尘运动规律及降尘措施进行了大量研究。其中，利

用水袋爆炸产生水雾除尘是一种相对方便且行之有效的降尘方式，被称为低尘爆

破技术。由液体爆炸抛撒成雾机理可知，影响爆炸成雾的主要因素有比药量（起

爆药量与水量比值）、水袋参数、起爆药包等参数。

水袋封堵法爆破降尘主要依据炮孔炸药爆炸，使水袋中的水形成水雾雾滴，

水雾雾滴有一定大小，可对爆破粉尘进行捕捉而湿润尘粒。爆破后使水袋中水形

成水雾雾滴粒径的大小及其水雾雾滴范围与其捕尘效率有很大关系，爆破后形成

的水雾雾滴与尘粒粒径大小相当时捕尘效率最好。水雾雾滴太小，即使尘粒与其

碰撞也难以使尘粒湿润；水雾雾滴太大，其抛撒速度低、面积小，只能与小范围

的粉尘碰撞、胶结、凝聚使粉尘湿润，所以水雾雾滴过大或过小都会影响捕尘能

力而影响降尘效果。

水雾雾滴与尘粒的相对速度会随着冲击能量提高而提高，同时雾滴的表面张

力对粉尘的阻力会减小。相对速度不宜过高，过高会使尘粒与雾滴的接触时间缩短，捕尘效率降低。水量的大小是影响除尘效果的主要因素，水量增大可以有效

提高除尘效率。在其他条件相同下，一定的水量对应一定的最大除尘量。

由液体爆炸抛撒成雾机理和爆炸水雾形成过程可知，水袋壁厚影响水雾雾滴

向四周扩散的速度；水袋长径比（水袋高度与直径比值）影响水雾抛撒半径、水

雾高度、抛撒初速度等；水袋安放位置及数量影响水雾雾滴对粉尘的作用时间。

此外，爆破振动会造成扬尘，在起爆前需要进行湿润处理。爆炸后未燃烧殆尽的

水袋残留物可能产生白色污染，在保证水袋环保高效使用的基础上，力求选择经

济廉价的材料。

3.1选择水袋

传统水袋一般选用透明柔软、环保的乳胶或是聚乙烯塑料注塑而成，燃烧会

产生一氧化碳等有毒气体，未燃烧殆尽的残留物难于被分解，造成白色污染。因此，采用ＬＤＰ—低密度聚乙烯，通过吹塑法加工而成的管状薄膜作为水袋材料。该材料环保实用，燃烧迅速。既保持了原有普通水袋的抗压、耐温和严实，其残

留物相比传统水袋能够更快被分解。

3.2确定水袋壁厚

水袋壁厚会影响水雾雾滴向四周扩散。壁厚过大，对抛散负功越多，影响抛

散速度及半径；壁厚过小，其抗压和抗磨能力小，容易在注水、水袋壁与钻孔壁

面摩擦和填塞过程中破裂漏水，既影响炸药的爆破效果，又失去了降尘效果。

3.3水袋长径比设计

水袋直径受钻孔直径影响，水袋在注水后需要紧贴钻孔壁面，形成密封状态，其蓄水直径也就是钻孔直径。水袋长径比的大小实际反映的就是在一定钻孔直径

储水量的多少。因为水袋和水袋中的水受到炸药爆炸后瞬间冲击力的作用，水袋

瞬间破裂，而水形成水雾水滴而向四周抛撒，所以一定的水量对应一定的降尘量。水袋长径比小，储水量小，炸药爆炸后产生的冲击力都加在微小的水量上，速度

过大瞬间形成烟雾而消失，不可能形成水雾雾滴去捕集爆破所产生的粉尘，起不

到降尘效果；水袋长径比增大，水雾雾滴抛撒的初始阶段的半径随着长径比的增

大而增大，之后变化不大。而水雾雾滴的径向抛撒速度随着长径比的增大而增大，当水袋长径比较大时，形成水雾雾滴在空间排列比较均匀，速度增大快，同时减

小也快，但水雾雾滴的抛撒高度达到一定高度后就不再变化。

3.4钻孔岩粉及被爆物体表面粉尘处理