安徽冬瓜山銅礦井下卸礦站沖擊性粉塵綜合降塵系統

張　保　賈敏濤

(1.銅陵有色金屬集團控股有限公司冬瓜山銅礦；2.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司；3.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室；4.華唯金屬礦產資源高效循環利用國家工程研究中心有限公司)

粉塵特別是呼吸性粉塵是導致塵肺病的主要危害因素。近年來，隨著政府對職業病防治的重視和有效防治措施得到不斷落實，井下作業環境有了明顯改善，但是粉塵依然是我國工礦企業主要的職業危害因素[1-3]。研究井下生產性粉塵的高效捕集方法，對于進一步降低職工職業危害，保障職工身體健康和實現礦山安全高效開采具有十分重要的意義。為有效防治冬瓜山銅礦井下-875 m主卸礦站在卸礦過程中產生的沖擊性粉塵，本研究將高壓噴霧抑塵和水幕除塵方法進行有機融合，對井下粉塵綜合防治方案進行設計。

1　工程概況

冬瓜山銅礦屬于大型地下有色金屬礦山，在-875 m 水平設置有軌運輸水平，采場出礦通過溜井下放至-875 m水平礦車內，由電機車牽引礦車至-875 m主卸礦站，底卸式礦車將礦石卸至溜井后下放至-920 m水平破碎硐室進行初碎。卸載站位于礦體上盤運輸大巷的上風向，卸礦產生的沖擊性粉塵通過上盤運輸大巷匯入中段回風井內進入回風系統。含塵量高的污風對上盤運輸大巷造成了較為嚴重的污染。-875 m水平主卸礦站位置如圖1所示。

圖1　冬瓜山銅礦-875 m主卸礦站位置

2　產塵機理及一般性防治措施

2.1　產塵機理

冬瓜山銅礦采用底卸式礦車進行礦石運輸，礦車運行至溜井上方時，底部慢慢打開，將礦石從底部卸入溜井內，礦石下落過程中受到空氣沖擊產生揚塵；礦車底部開關過程中與側壁產生碰撞，發生較大震動，也會產生一定的粉塵。該類粉塵外溢速度小，捕捉降塵較為簡單和高效。

礦石在溜井內下落的過程中，溜井內空氣受到井壁約束，不斷被壓縮，形成類似活塞運動。此時，溜井內的空氣被急劇壓縮后形成較大的動壓。當礦石觸底時，壓縮空氣形成強大的沖擊氣流，將溜井內的粉塵夾帶著在短時間內高速外溢，形成沖擊性粉塵，造成卸礦站粉塵污染[4-5]。該類粉塵外溢速度快，時間短，捕捉難度較大，捕捉效率偏低。

2.2　一般性防治措施

礦井一般性抑塵措施主要為：

(1)除塵凈化。在溜井口開拓1條專用巷道，將濕式過濾旋流除塵器布置于該繞道內，在除塵器吸風口處打1道密閉，使下礦溜井在卸礦時產生的污風僅能從吸風口進入除塵器，而不擴散外溢。采用對射式紅外傳感器實現對除塵系統進行自動開機控制。當礦車(或鏟車)通過溜井入口時，阻斷紅外光，紅外傳感器接收到信號后發送電信號給控制箱，從而打開水路執行元件電磁閥給除塵器供水，同時控制啟動控制柜啟動除塵器，按設定的延時時間將彌漫的粉塵抽入除塵器進行凈化處理，延時過后的除塵器和電磁閥自動關閉，實現對除塵系統開閉的自動控制。

(2)防塵卸壓井。針對沖擊性粉塵由活塞式運動產生的壓縮空氣沖擊而形成高濃度外溢粉塵的特征，一般采用防塵卸壓井進行沖擊性粉塵防治，即在原主溜井一側新增1條與之平行的卸壓井，卸壓井與主溜井之間間隔開鑿卸壓聯絡巷。礦石降落產生的沖擊氣流分為兩路，一路由溜井口涌出，另一路經聯絡道、卸壓井和主溜井構成循環風路，在防塵卸壓溜井系統內部循環，使得溜井井口的沖擊風速顯著降低，從而縮短含塵氣流的污染長度[6-7]。

(3)局部增阻。相關研究表明，沖擊風流可隨著溜井口局部阻力系數的增大而迅速減小[8]。為降低沖擊氣流強度，降低沖擊性粉塵濃度，可以在溜井口增設必要的設施(如溜井口懸掛柔性吊簾[9]、設置多片式擋風板[10]、鏈式防塵擋板[5]等)，增大局部阻力系數。

(4)噴霧除塵。噴霧除塵是礦山井下最常用的除塵凈化方式。在溜井口上方設置噴霧架并安裝噴嘴，實現人工或電磁閥控制，當溜井卸礦時開啟噴霧裝置，在井口形成一層細霧，對外溢粉塵進行捕集和沉降。

采用除塵器凈化除塵、卸壓井卸壓降塵或局部增阻和噴霧降塵方法，對于抑制溜井揚塵具有一定的效果，但也存在一定的弊端：盡管除塵器凈化和卸壓井卸壓除塵效果好，但需要新增大量工程和設備，投資比較大，服務范圍小；局部增阻法在卸礦通道上設置障礙物，設備易損壞，維修量和維修難度大；普通噴霧除塵霧化效果差，捕塵效率偏低。

3　綜合降塵系統設計

根據該礦-875 m水平主卸礦站產塵具有沖擊速度快、卸礦頻率高的特點，本研究設計采用礦車底板雙向高壓噴霧加水幕過濾凈化綜合降塵系統。

3.1　系統布置

本研究高壓噴霧降塵系統由精細化高壓噴嘴、過濾式自動控制水箱、高壓泵和管路組成。在卸礦站兩側礦車支撐滾輪下部安裝高壓膠管，高壓膠管每隔2 m安裝1個高壓噴嘴，兩側噴嘴錯位安裝。噴嘴一直沿支撐滾輪安裝至卸礦站端部。利用高壓泵提供的8～10 MPa高壓噴霧水源，接入高壓噴嘴。在過濾式自動控制水箱與高壓泵之間安裝水質過濾器，實現二次過濾水源，防止噴嘴堵塞。噴霧系統采用觸發式開關連接時間繼電器控制，在卸礦站中部架線上安裝觸發式開關，當牽引礦車的電機車頭運行至卸礦站中部時，架線弓子觸發開關，開關將信號傳遞給繼電器，繼電器控制高壓水泵運行，噴霧系統開始噴霧。通過時間繼電器可以設定高壓泵工作時間，根據井下現場一列礦車卸礦時間的測算結果，本研究設定噴霧系統的工作時間間隔為80 s，80 s后系統自動關閉。-875 m水平卸礦站降塵系統布置如圖2所示，高壓噴霧裝置如圖3所示。

圖2　卸礦站降塵系統布置

該系統的工藝流程為井下水源接入自控水箱，通過水箱內設置的過濾器過濾后，進入高壓泵前再通過管道過濾器過濾，經過高壓泵加壓后由高壓膠管輸送給高壓噴嘴，在每個高壓噴嘴前設置精密水質過濾器以確保噴嘴長期通暢，利用高壓噴嘴噴出的水霧顆粒實現高效捕集粉塵。

圖3　-875 m卸礦站高壓噴霧裝置

過濾式自動控制水箱的水位由浮球閥自動控制補水并與加壓泵聯動控制，水箱水位過高時，停止向水箱內注水，避免水位過高漫流出；水箱水位過低時，則主動切斷高壓泵電源，停止運轉，避免高壓泵無水運行造成故障。

為防止卸礦時未被上部噴霧系統捕捉的粉塵繼續逸散至運輸大巷，在卸礦站兩端設置捕塵水幕。水幕給水直接從巷道壁2寸給水管道取水，在兩側捕塵水幕處2寸給水管上分別連接3通，各自接出1條1寸鋼管給水管，水管上安裝球閥控制給水，過濾器、時間繼電器與卸礦站中觸發式開關連接。鋼管安設于架線上方橫跨巷道，噴嘴直接安裝于給水管道上，噴嘴安裝間隔為600 mm，1道水幕共計安裝4個噴嘴，噴霧方向迎向粉塵方向斜向下。架線弓子觸發開關，開關將信號傳遞給繼電器，控制噴霧架給水開關。本研究設定噴霧架噴霧工作的時間間隔為120 s，120 s后自動關閉。

3.2　高壓噴霧系統設備

-875 m水平主卸礦站降塵系統主要設備選型見表1。

表1　主卸礦站降塵系統設備類型及技術參數

4　降塵效果

在冬瓜山銅礦井下-875m水平卸礦站安裝了本研究設計的高壓噴霧降塵系統，在卸礦站礦車支撐滾輪下部增設了高壓噴嘴連接高壓泵供水形成高壓噴霧，在卸礦站上下風向兩側各安裝了1道噴霧架。系統安裝完畢后，對現場礦車卸礦時的粉塵濃度進行了采樣檢測，并與方案實施前的檢測結果進行了對比，結果見表2。分析表2可知：-875m水平卸礦站CTWA由4.1mg/m3降至2.1mg/m3，短時間(15min)接觸濃度(CSTEL)由10.9mg/m3降至6.4mg/m3，表明該系統的降塵效果顯著。

表2　高壓噴霧降塵系統應用前后粉塵濃度對比 mg/m3

5　結　語

分析了冬瓜山銅礦井下-875 m水平卸礦站卸礦過程中沖擊性粉塵的產生機理，設計了一套高壓噴霧降塵系統，該系統通過高壓噴霧抑制卸礦時產生的揚塵和沖擊性粉塵，通過水幕進一步凈化外溢粉塵。現場應用表明，該系統能夠顯著降低粉塵濃度，對于大幅改善該礦井下作業環境大有裨益，對于類似礦山也有一定的借鑒價值。

[1]李曉東，黃壽元，賈敏濤.冬瓜山銅礦粉塵職業危害因素及綜合治理[J].現代礦業，2016(9)：225-226.

[2]李曉東，賈敏濤.冬瓜山銅礦濕式抑塵技術[J].現代礦業，2016(8)：209-210.

[3]薄以軍，呂琳.我國粉塵職業危害現狀及預防對策[J].中國安全科學學報，1998(4)：26-30.

[4]吳江，吳冷峻.冬瓜山銅礦某卸礦站綜合防塵系統設計與應用[J].金屬礦山，2009(8)：132-134.

[5]楊凱，呂淑然.銅興公司卸礦溜井沖擊性粉塵治理研究[J].有色金屬：礦山部分，2013(3)：68-70.

[6]王福成，勾光學，王英敏，等.溜井卸壓除塵凈化綜合技術研究[J].有色金屬：礦山部分，2000(6)：43-45.

[7]李政.坑下礦山高溜井漏風及粉塵污染控制技術研究[J].有色金屬：礦山部分，2006(9)：42-45.

[8]王英敏，染昌才.溜礦井沖擊風且的計算及其控制[J].有色金屬：礦山部分，1981(1)：41-45.

[9]胡伯其.柔性吊簾在高溜井中的應用[J].工業安全與防塵，1986(10)：35-37.

[10]王海寧.礦山高溜井多片式擋風板應用研究[J].金屬礦山，2005(3)：58-60.