露天采礦濕式鑿巖技術的試驗與實踐

侯順生

（河南煤化焦煤集團安全監察局， 河南 焦作市 454002）

露天采礦濕式鑿巖技術的試驗與實踐

侯順生

（河南煤化焦煤集團安全監察局， 河南 焦作市 454002）

非煤露天礦山干式鑿巖穿孔過程中，作業環境的粉塵濃度高，是導致塵肺病的主要因素之一，濕式鑿巖技術是防止和減少粉塵危害的有效手段。通過對非煤露天礦山采礦濕式鑿巖技術的研究與探索，采用推車式水箱增壓噴霧技術，實現了濕式鑿巖，且粉塵濃度降低了94%以上，有效地改善了作業環境，減弱了粉塵危害，效果顯著。

露天礦山；濕式鑿巖；粉塵防治

0 引 言

非煤露天礦開采主要是以鑿巖穿孔、裝藥爆破的手段將礦石破碎成散狀塊體。然后由裝載機或挖掘機，將礦石裝車外運出開采工作面。在鑿巖、爆破、鏟裝運等作業過程中會產生大量粉塵，尤其是穿孔鑿巖作業，粉塵濃度高。高粉塵濃度的空氣使作業環境惡劣，嚴重危害員工的身心健康，導致塵肺病。

1 露天采石場現狀

目前，我國露天采礦企業眾多，其中小型露天礦山有相當的比例，其規模小，工藝、設備簡單，大多采用干式鑿巖穿孔方法，且現有的潛孔鉆機一般沒有配套的捕塵設施，加之觀念落后，防塵、治塵工作得不到重視，使得有效的防治粉塵技術滯后。據初步調查，焦作地區非煤露天礦山企業有100余家，大中型以上的礦山企業只有5～6家，至今沒有一家采用濕式鑿巖工藝。

鑿巖工藝技術的落后，是制約粉塵防治的關鍵因素之一。

2 濕式鑿巖技術的研究思路

焦作地區的非煤露天礦山企業多數以小型個體企業為主，鉆孔除塵設備的研發較少。為此，河南煤化焦煤集團安全監察局和焦煤集團千業水泥公司、兗州中材建設有限公司焦作項目部，在濕式鑿巖上進行了探索試驗和實踐。

濕式鑿巖的主要制約因素是水源。非煤露天采石場多處于偏僻山區，采場又多處于山頂或高山半坡，遠離村鎮，道路不暢，通行、用水都很困難。

思路一：在潛孔鉆機前上方懸掛水桶，通過軟管連接將水導入鉆孔口，起到稀釋粉塵的作用。

思路二：制做水箱，通過軟管將水引入鉆孔口，起到稀釋粉塵的作用。

3 試驗效果

3.1 思路一方法的試驗

工作原理：在鑿巖過程中連續向鉆孔供水，以濕潤、粘結所產生的粉塵，使之成為粉漿從孔壁排出。將一個容水量10kg的塑料桶加滿水后倒懸掛在鉆機上部，用塑料軟管與塑料桶口連接，另一端放入鉆孔口，水流靠自然壓力流入鉆孔。鉆孔時，水流流入鉆孔，在孔內與粉塵混合，直接捕獲粉塵，使粉塵成濕粉從鉆孔口翻出，達到降塵目的。

通過試驗，粉塵明顯得到抑制，存在的問題是：

（1）水流由于靠自然壓力流入，水量不好控制、水流時大時小；

（2）由于水桶的容量有限，需要不斷更換水桶或往水桶里加水，導致連續作業時間短，費時費力，影響工作效率；

（3）由于鉆孔平面傾斜度小，約75°左右，一旦停鉆，鉆孔里潮濕的石粉翻不出來或出不凈，時間一長，就會凝固結塊，為再次開鉆帶來困難。

3.2 對思路一方法的改進試驗

在伸入鉆孔口軟管一端加噴淋頭，形成霧狀水珠。鉆孔時，霧狀水珠與塵粒相遇碰撞后，塵粒被濕潤，從而達到降塵目的。

通過試驗，粉塵得到抑制，用水有所減少。但是，霧狀水珠由于靠自然壓力噴淋，水量、射流強度不夠，部分塵粒被捕獲，部分塵粒飄出，降塵效果較差。同時，噴淋孔口易被粉塵堵塞，噴水效果不佳。

3.3 思路二方法的試驗

工作原理：在鑿巖過程中，通過水箱、進水管路，在常壓下連續向鉆孔供水，以稀釋、粘結所產生的粉塵，使粉塵洗滌成濕粉從鉆孔口翻出。按照前期試驗數據，制作推車式水箱。考慮冗余量和外觀尺寸、搬運方便等因素，推車水箱按長1m，寬0.8m，高0.8m設計。放在距鉆機約5m處，通過塑料軟管將水箱內的水引入鉆孔口，水流靠自然壓力流入鉆孔。在鉆孔口軟管上部設置閥門，以控制進入鉆孔水流大小。鉆孔時，水流進入鉆孔，與粉塵混合，在孔內直接捕獲粉塵，通過鉆桿旋轉，使濕粉從鉆孔壁翻出，達到降塵目的。

試驗表明：

（1）有效地控制了粉塵飛揚，降塵率可達96%以上；

（2）較好地解決了供水不連續的問題；

（3）用水量仍然較大，每鉆進1m約用水10 kg，對于缺水地區實施難度較大；

（4）易發生卡鉆現象。

4 思路二設計方案的優化

4.1 結構設計

主要由空壓機、限壓閥、承壓水箱、管路、噴霧等部分組成。利用鉆機空壓機氣壓給水箱內的水增壓，增壓后的水通過出水管路到達管口，在鉆孔口設置環狀噴霧裝置，實現噴霧降塵，如圖1所示。

圖1 濕式鑿巖示意

4.2 工作原理

鑿巖時，啟動空氣壓縮機，空氣壓縮機部分氣壓通過限壓閥、進氣管路（輸壓管道）、進壓閥，向承壓水箱內輸入壓縮空氣增壓。水箱中的水增壓后，由出水管路到達鉆孔口，通過噴霧裝置噴灑水霧。然后，啟動潛孔鉆機工作。鉆孔時，連續產生的大量粉塵與噴霧水流在孔口相遇，經過慣性碰撞、接觸阻留，粉塵被濕潤，形成水、塵混合物，濕潤的粉塵直接落在地面，實現濕式鑿巖。

利用現有潛孔鉆機（型號：TY370GH）、空壓機（型號DPQ550RH，壓力0.8MPa），在空壓機儲氣柜一端出氣閥口增設降壓閥，使壓力由0.8MPa降至0.15MPa，將高壓氣體降為低壓氣體。增壓水箱增壓前不承受壓力，承壓后可承壓0.3MPa。為了保證安全，對水箱加壓值控制在0.1～0.15MPa，既要使出水形成扇形霧狀水幕，又要保證水壓滿足降塵需要，收到降塵效果。同時，在增壓水箱上設置泄壓閥（整定值0.2MPa）、壓力表。一旦出現超壓情況，及時釋放壓力，以保障安全生產。

工作時，隨著水壓的增大，水流量加大，形成的扇形霧狀水幕更加密實。反之，水壓減小，水流量也隨之減小，扇形霧狀水幕減弱。因此，既要收到良好的降塵效果，又要節約用水，壓力控制是關鍵。試驗表明，壓力控制在0.1MPa時，能達到降塵、節約用水、安全生產三者兼備的效果。

4.3 效果分析

由于采用了增壓方法，噴霧水形成了射流，增加了水的動能。粉塵與高速水霧碰撞后被濕潤，并沉降在孔口邊緣，成為濕粉。

在環境溫度23℃、濕度40%RH條件下，采用CP225D電子天平和濾膜進行取樣檢測，干式鑿巖作業和濕式鑿巖作業的檢測數據比較見表1。由表1可知，濕式鑿巖的降塵效果十分明顯。

表1 工作場所空氣總粉塵濃度檢測結果

（1）增壓除塵增加了水流的分散度和射流的強度，粉塵在孔口與噴霧水流的碰撞中被阻留成濕粉，綜合降塵效率達到了94%以上。

（2）利用鉆機空壓機增壓，不需添加增壓設備，節省投資，且操作靈便，適應性強，有利于推廣應用。

（3）在空壓機出氣口設置限壓閥，在水箱上設置泄壓閥、壓力表，防止超壓引起水箱過度承壓發生事故，保證了安全生產。

（4）鑿巖用水量由原來的每米約需10kg，減少到每米只需4.5kg，節水達50%以上。

（5）實現了濕式鑿巖，改善了鉆孔作業現場的環境，減少了鑿巖穿孔的粉塵的危害。

（6）鑿巖作業時，應注意控制水壓、水流。水壓過高，雖然會提高霧化能力，但同時會影響到水箱的承壓能力，給安全生產帶來隱患。水流過大，一是浪費大量的水資源，這對水資源匱乏的露天礦山十分重要；二是造成鉆孔積水成為粉漿，影響工作效率，而且會給二次開鉆帶來困難。

5 結 語

（1）推車式水箱濕式鑿巖技術，投資小，除塵效率高，實用性強，便于推廣應用。而且工藝簡便，不需增壓、設置收塵罩，只需將供水軟管接到鉆孔口即可打鉆，除塵率可達96%。能有效改善作業環境，消除粉塵危害。它不僅適宜于臺階式開采方式的露天礦山鑿巖穿孔，對于采用分層開采方式的小型露天采石場也有借鑒作用。雖然是在山坡上鑿巖，推車式水箱的放置位置受到限制。但通過在鑿巖作業點高處設置高位水池，鋪設管路也能實現濕式鑿巖。

（2）承壓水箱增壓噴霧濕式鑿巖技術，充分利用鉆孔空壓機富余氣壓，不需增加壓力泵，即可實現噴霧捕塵，可以大大節約水資源，又能有效捕捉粉塵，實現濕式鑿巖，除塵率可達94%以上。投資小，除塵效率好，實用性強，適用于大中型露天礦山開采穿孔作業，推廣應用價值高。

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2012－08－29）

侯順生（1957－），男，河南焦作人，注冊安全工程師，研究方向為安全工程，Email：ajjhss＠163.com。