金屬礦山爆破產生粉塵及有害氣體的智能控制應用研究

李勇　劉連生

摘要：由于礦山爆破過程中主要產生的有害物質為粉塵、一氧化碳、二氧化氮，因此文章所介紹的系統只針對此三種物質進行凈化吸收。設計組通過實際觀察及實驗做出了一個金屬礦山爆破過程中對粉塵及有害氣體進行吸收凈化的系統，系統主要有對粉塵的高效吸收系統、二氧化氮高效吸收系統、一氧化碳高效循環吸收系統三個子系統。粉塵吸收采用風機與離心除塵器相結合，離心除塵在工程中由于其高效低能耗已被廣泛應用。

關鍵詞：節能減排；金屬礦山；職能控制；低能耗；有害氣體；粉塵 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD714 文章編號：1009-2374（2015）24-0159-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.24.078

礦山爆破過程中存在大量的炮煙及粉塵，如果對炮煙和粉塵處理或防護不當則有可能導致人員傷亡。爆破粉塵是伴隨爆破瞬間而產生的，對于礦山生產爆破，其所產生的粉塵對環境的污染是顯而易見的。因此，有必要對爆破時產生的粉塵及炮煙進行控制吸收。歐美等一些國家對礦山爆破過程中有毒有害氣體及粉塵的防治研究走在國際前列，其中一些國家每年投入幾百億美元。隨著科學技術的飛速發展，我國采礦工程迅速發展，由于我國處在經濟發展的特殊時期，自然環境與經濟發展的矛盾日益突出，經濟發展過程中對環境的要求越來越高，過去在礦山的爆破過程中產生的大量粉塵及有害氣體被直接排放到大氣中，礦山很少對此進行控制，而且礦山在通風過程中除塵排氣需要大功率風機，動輒幾十萬上百萬的電費，增加了成本，大大延長了工作周期，降低了工作效率。這種現象不僅污染了環境，損害了工人們的身體健康，而且浪費了寶貴能源。

1 項目方案的設計

1.1 智能控制系統設計

采用智能控制系統更能符合現代礦山建設的需求，同時降低人員成本，減少工作過程中對工作人員的身體傷害。考慮到與礦山六大安全系統的兼容問題，可將其與礦山監控檢測系統進行連接，提高工作效率，促進一體化礦山建設。在一氧化碳分處理系統中，安裝一氧化碳濃度測定儀使其與工作總電源相連接，對系統內一氧化碳濃度進行智能控制。在二氧化氮分處理系統中，安裝pH值測定儀，對系統內反應溶液進行控制，以便進行反應溶液更換。風機采用智能變頻技術，根據空氣中粉塵及有害氣體濃度自動調節工作功率。整體采用遠程遙控控制，實時監控系統工作。

1.2 項目主體部分的設計應用

項目方案設計中各部分構件組成如下：（1）喇叭狀進氣口：提高進氣效率，保護進氣孔；（2）吸風機：強大風力將粉塵及有害氣吸入；（3）離心除塵器：處理粉塵；（4）粉塵槽：盛放粉塵；（5）通氣管道：通氣；（6）pH值測定儀：測pH值；（7）抽水機：實現水循環；（8）淋水孔：實現雨淋與循環作用；（9）空氣加熱器：加熱空氣；（10）擴散CO透氣板：提前擴散CO；（11）鐵粉：與O2反應生成Fe2O3；（12）底板：盛放反應裝置；（13）顯示儀：實時顯示系統數據；（14）CO濃度及箱內溫度測量儀：實時監測箱內溫度及CO濃度。

2 項目研究的創新點及應用優勢

2.1 高效率低消耗處理CO

采用鐵粉來對CO進行反應吸收，其可循環利用，長時間內不用更換反應吸收物質，使用方便、成本低廉，同時使用空氣加熱器（工作原理類似于冬天天冷時的取暖設備，例如“小太陽”）對反應箱內空氣進行加熱，提高反應效率，增強除氣效果。為提高安全性，反應裝置內設溫度測試儀、CO濃度測試儀，避免因為CO富集使其濃度升高在高溫高壓情況下導致爆炸。同時在進氣口處設置一擋板，其中均勻分布小孔，使氣體先擴散然后更加均勻進入到每層反應粉末空間中，提高反應效率。

2.2 氫氧化鈣液體循環系統對NO2進行高效低能耗吸收

氫氧化鈣液體循環系統使用雨淋法，使NO2更充分與液體反應。反應箱內加入足量水，在需要工作時系統內設計為液體循環，同向其中加入CaO，形成堿性溶液與NO2形成酸性溶液進行中和吸收，CaO價格便宜，因此成本低。為使進入到反應箱中的停留時間增長，需要減小進入系統中的風速，因此采用增加出氣孔即增加進行孔截面積，降低風速，出氣孔，采用軸承鏈接，進氣方向垂直于出氣方向，使多個出氣孔由于力的相互作用發生旋轉，減小風速的同時增加氣體在箱內停留時間，使反應更充分，系統工作效率更高。在液體中安置pH測試儀，隨時測定pH濃度以便更換反應溶液或者是加入CaO。為避免固體顆粒堵塞淋雨孔，可將淋雨孔半徑制作大一些但要小于出水孔。

2.3 除塵系統

采用離心除塵法，使離心除塵器與風機相連，應用到金屬礦山地下爆破產生的粉塵吸收凈化。

2.4 風機進風口設計

為使系統能夠在不同環境下進行高效工作，將風機進氣孔做成較大的喇叭狀，增強對粉塵及有害氣體的吸收效果。

2.5 采取措施使系統在不同工作現場高效工作

在不同工作環境下使用不同的工作系統配置，使凈化過程效率更高，更有安全保障。（1）在“一”字型巷道中進行巷道掘進，可使用一臺系統在爆破巷道中進行對有害氣體及粉塵進行凈化吸收。（2）在“一”形巷道中掘出“丁字形”巷道口，可以采取在爆破點兩側使用兩個工作系統對有害氣體及粉塵進行凈化吸收。（3）在“一”字形巷道中進行巖石破碎爆破，可以在爆破兩端兩個系統同時工作做對有害氣體及粉塵進行凈化吸收。

3 結語

在本文項目方案設計中，風機使用變頻技術，根據有害物質濃度自動調節風速，結合井下有害氣體監測系統，在空氣總有害氣體濃度達到工作要求后便自動停止工作。NO2高效吸收系統對NO2進行化學吸收，使用氫氧化鈣溶液循環及液體淋雨方法提高反應效率，增強除氣效果，其成本低、反應高效，其中增加液體pH值測定裝置，實時監控反應溶液pH值以便進行液體更換。CO處理系統使用可循環使用的鐵粉，同時使用空氣加熱法提高反應效率，增強除氣效果，為提高工作安全性，避免CO碳燃燒爆炸，同時實時監控CO濃度，合理控制加熱溫度，使反應過程達到安全工作的標準。

作者簡介：李勇（1992-），男，江西贛州人，江西理工大學本科學生，研究方向：采礦工程；劉連生（1973-），男，江西理工大學采礦工程副教授，中國工程爆破協會專家組成員，博士。

（責任編輯：蔣建華）