高深直溜井卸礦口產(chǎn)塵規(guī)律及防治技術(shù)研究

鄒常富 周東良 許圣東 于兆清 張富興

（1.中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司，重慶400037；2.招金礦業(yè)股份有限公司，山東招遠(yuǎn)265400）

溜井轉(zhuǎn)運(yùn)礦石是金屬礦山開(kāi)采工藝常見(jiàn)環(huán)節(jié)之一。高深直溜井因溜井卸礦深度大而在卸礦過(guò)程中形成強(qiáng)大的沖擊風(fēng)流，急劇壓縮的空氣在卸礦口形成較大的誘導(dǎo)風(fēng)流，造成卸礦口風(fēng)流出現(xiàn)異于常規(guī)通風(fēng)現(xiàn)狀的現(xiàn)象。同時(shí)卸礦后卸礦口粉塵逸散較快且濃度較大，隨風(fēng)流污染整個(gè)運(yùn)輸巷道，而卸礦口在卸礦后形成的逸散粉塵持續(xù)時(shí)間久，治理難度大，是非煤礦山開(kāi)采過(guò)程中的一大難題。本文結(jié)合夏甸金礦高深直溜井產(chǎn)塵規(guī)律，研究高深直溜井卸礦口的粉塵防治技術(shù)，為高深直溜井卸礦口粉塵治理提供參考依據(jù)［1-3］。

1 高深直溜井卸礦口概況

招金礦業(yè)股份有限公司夏甸金礦-780 m水平設(shè)置有1條連通-1 020 m水平的卸礦主溜井，溜井深240 m，溜井直徑為2.7 m，巷道高4.5 m，溜井卸礦口格篩尺寸為3.7 m×3.7 m，礦石通過(guò)礦車從-780 m水平的卸礦口向溜井中卸礦，每次卸礦量在1 t左右，礦石沿溜井直接卸落至-1 020 m水平礦倉(cāng)內(nèi)，溜井內(nèi)未設(shè)置其他支岔溜井，且-1 020 m水平氣壓高于-780 m水平。溜井左側(cè)連通-780 m水平運(yùn)輸大巷，溜井右側(cè)為獨(dú)頭巷道，巷道內(nèi)風(fēng)流在壓差的作用下沿獨(dú)頭巷道向運(yùn)輸大巷擴(kuò)散。-780 m水平高深直溜井卸礦口如圖1所示。

2 高深直溜井卸礦口產(chǎn)塵規(guī)律

2.1 含塵氣流時(shí)空演化規(guī)律

礦車通過(guò)-780 m水平卸礦口向溜井內(nèi)卸礦時(shí)，礦石沿溜井迅速向溜井底部自由落體運(yùn)動(dòng)，高速運(yùn)動(dòng)的礦石壓縮溜井內(nèi)的空氣形成類似于活塞推動(dòng)過(guò)程［4-6］，將溜井內(nèi)的空氣向-1 020 m水平礦倉(cāng)推動(dòng)。由于礦石在溜井內(nèi)逐步下落，礦石下方的空氣被壓縮向下運(yùn)動(dòng)，礦石上方形成負(fù)壓腔，-780 m水平卸礦口的空氣迅速向溜井內(nèi)補(bǔ)充，在溜井卸礦口附近的空氣被卷吸進(jìn)入溜井內(nèi)，形成較大的誘導(dǎo)氣流，氣流運(yùn)動(dòng)規(guī)律如圖2所示。

礦車卸礦后，礦石自由落體運(yùn)動(dòng)結(jié)束，礦石由于誘導(dǎo)風(fēng)流的沖擊作用、礦石與溜井壁的剪切作用以及礦石的塵化作用等在溜井下部產(chǎn)生大量的粉塵，卸礦后由于-1 020 m水平的空氣壓力大于-780 m水平，含塵氣流沿溜井向-780 m水平緩慢擴(kuò)散。礦車卸礦5 min后，含塵氣流逐步從-780 m水平溜井卸礦口向巷道擴(kuò)散，其中，一部分含塵氣流向溜井左側(cè)方向擴(kuò)散，一部分含塵氣流向溜井右側(cè)方向擴(kuò)散，向右側(cè)方向擴(kuò)散的含塵氣流運(yùn)動(dòng)一段距離后由于獨(dú)頭巷道形成的空氣壓差致使含塵氣流在溜井右側(cè)5 m左右的位置形成渦流，循環(huán)向溜井左側(cè)擴(kuò)散。隨著時(shí)間的推移，粉塵逐步累積，并沿溜井左側(cè)方向彌漫擴(kuò)散，對(duì)-780 m水平運(yùn)輸巷道造成嚴(yán)重污染。含塵氣流從溜井卸礦口逸出規(guī)律如圖3所示。

2.2 卸礦口產(chǎn)塵能力

高深直溜井卸礦口礦車卸料瞬間，卸礦口周圍的含塵氣流被卷吸至溜井內(nèi)，通過(guò)粉塵濃度測(cè)試，卸礦后卸礦口粉塵濃度為8 mg/m3，空氣為新鮮風(fēng)流，而卸礦5 min后，含塵氣流沿卸礦口外逸，粉塵濃度迅速增大，通過(guò)粉塵濃度測(cè)試，卸礦后5 min左右卸礦口總粉塵濃度為49.7 mg/m3，隨時(shí)間推移，粉塵逐步累積，在卸礦10 min后，溜井卸礦口外逸粉塵濃度達(dá)到最大值為430 mg/m3，當(dāng)?shù)诙v礦車向溜井內(nèi)卸礦時(shí)，溜井卸礦口含塵氣流再次被卷吸進(jìn)入溜井，卸礦的瞬間，溜井口粉塵濃度迅速降低，待卸礦5 min后又逐步增大，往復(fù)循環(huán)。卸礦口產(chǎn)塵規(guī)律如圖4所示。

針對(duì)卸礦口外逸擴(kuò)散的粉塵進(jìn)行粒度分布測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明，10μm粒徑以上的粉塵占比為7%，而粒徑在10μm以下的粉塵占比93%，主要是由于含塵氣流隨礦石在溜井內(nèi)壓縮空氣運(yùn)動(dòng)至溜井底部后緩慢上升擴(kuò)散至卸礦口，大顆粒的粉塵均已沉降，剩余的粉塵均為難沉降的微細(xì)浮游粉塵，其呼吸性粉塵占比大，粉塵浮游時(shí)間久不易沉降，對(duì)人體傷害極大。

3 高深直溜井卸礦口粉塵防治

3.1 粉塵治理措施

根據(jù)高深直溜井卸礦口的產(chǎn)塵規(guī)律以及含塵氣流的時(shí)空演化規(guī)律可以看出，卸礦口的粉塵治理不像其他固定塵源點(diǎn)或者產(chǎn)塵方向固定化的塵源點(diǎn)防治那么簡(jiǎn)單，高深直溜井的粉塵防治需要結(jié)合溜井本身的特性以及產(chǎn)塵規(guī)律［7-10］。由于高深直溜井長(zhǎng)度較大，卸礦沖擊速率非常高，一般的水霧與粉塵作用有效時(shí)間較短，達(dá)不到防塵效果［11-13］，且卸礦后從卸礦口逸出的粉塵基本為呼吸性粉塵，一般的噴霧無(wú)法有效沉降，同時(shí)，礦石的含泥量較高，溜井內(nèi)水量過(guò)多時(shí)，易粘結(jié)堵塞溜井，因此，設(shè)計(jì)采用高效濕式除塵器抽塵凈化的措施進(jìn)行治理。

針對(duì)溜井卸礦口的尺寸面積，計(jì)算需風(fēng)量為300 m3/min，考慮漏風(fēng)系數(shù)和系統(tǒng)阻力，預(yù)留富裕系數(shù)取1.5，選擇KCS-550D-I型礦用濕式過(guò)濾除塵器，其最大處理風(fēng)量達(dá)550 m3/min，工作阻力為1 100 Pa，能滿足收塵、除塵要求。

基于現(xiàn)場(chǎng)的通風(fēng)條件、除塵器處理風(fēng)量、巷道尺寸、溜井卸礦口含塵氣流時(shí)空演化規(guī)律，采用fluent軟件進(jìn)行模擬分析，采用除塵器進(jìn)行抽塵凈化時(shí)，其含塵氣流運(yùn)動(dòng)規(guī)律如圖5所示。由于除塵器后端為獨(dú)頭巷道，除塵器處理后的風(fēng)流對(duì)獨(dú)頭巷道內(nèi)的空氣造成壓縮，從而產(chǎn)生與除塵器吸風(fēng)相反方向的風(fēng)流，導(dǎo)致含塵氣流無(wú)法有效地被除塵器吸入，在除塵器吸塵口處僅能吸入40%左右的粉塵，而60%的粉塵隨風(fēng)流向下風(fēng)流方向擴(kuò)散，因此，必須對(duì)卸礦口進(jìn)行有效密閉，避免風(fēng)流對(duì)卸礦口逸散的粉塵造成擾動(dòng)。

對(duì)卸礦口三面進(jìn)行密閉，僅敞開(kāi)礦車卸礦一側(cè)，含塵氣流運(yùn)動(dòng)規(guī)律如圖6所示。對(duì)溜井卸礦口進(jìn)行有效密閉后，卸礦口逸散的粉塵在卸礦口密閉罩內(nèi)形成渦流，不向外擴(kuò)散，能夠較好地被除塵器吸入凈化。因此，除礦車卸礦面外其余平面均采用鋼性密閉罩進(jìn)行密閉，礦車卸礦面采用擋塵簾進(jìn)行半密閉，實(shí)現(xiàn)密閉抽塵。

除塵系統(tǒng)布置如圖7所示。

3.2 治理效果考察

考察高深直溜井卸礦口粉塵治理效果時(shí)，沿風(fēng)流方向設(shè)置3個(gè)測(cè)點(diǎn)，即在礦車卸礦處設(shè)置1個(gè)測(cè)點(diǎn)，沿著擴(kuò)散方向間隔5 m分別設(shè)置2個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)塵點(diǎn)位置如圖8所示。

采用慮膜質(zhì)量法分別測(cè)試除塵器抽塵凈化系統(tǒng)未開(kāi)啟時(shí)的粉塵濃度和除塵器抽塵凈化系統(tǒng)開(kāi)啟后的粉塵濃度，并按照下式計(jì)算降塵效率［14-15］：

式中，η為降塵效率，%；C2為采取措施前粉塵濃度，mg/m3；C1為采取措施后粉塵濃度，mg/m3。

現(xiàn)場(chǎng)粉塵濃度測(cè)試結(jié)果如表1所示。

根據(jù)測(cè)試結(jié)果，采用密閉抽塵凈化降塵措施后，高深直溜井卸礦口逸散的粉塵能夠被有效地吸入除塵器內(nèi)進(jìn)行凈化，吸塵凈化效率達(dá)到了97.9%，治理后風(fēng)流中的粉塵降低至8.7 mg/m3以下，有效地解決了該礦高深直溜井卸礦口粉塵逸散污染問(wèn)題。

4 結(jié)論

基于夏甸金礦高深直溜井卸礦口的現(xiàn)場(chǎng)條件，分析了高深直溜井卸礦口的產(chǎn)塵規(guī)律，提出了密閉抽塵凈化的治理措施，并在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果顯著，得出如下結(jié)論：

（1）高深直溜井卸礦過(guò)程中表現(xiàn)出活塞推進(jìn)運(yùn)動(dòng)，在卸礦口形成誘導(dǎo)風(fēng)流，卸礦口附近的空氣被卷吸進(jìn)入溜井內(nèi)；卸礦5 min后，卸礦口沿溜井返程含塵氣流逸散污染嚴(yán)重，最高濃度達(dá)430 mg/m3。

（2）卸礦口逸散含塵氣流中，10μm粒徑以上的粉塵占比為7%，而粒徑在10μm以下的粉塵占比93%，呼吸性粉塵占比非常高，不易沉降，對(duì)人體傷害極大。

（3）基于高深直溜井的通風(fēng)條件、卸礦口尺寸、含塵氣流時(shí)空演化規(guī)律，采用fluent軟件模擬對(duì)比分析了抽塵密閉前后的含塵氣流運(yùn)動(dòng)軌跡，提出了密閉抽塵凈化的治理措施，降塵效率達(dá)97%以上，有效解決了該礦高深直溜井卸礦口粉塵逸散污染問(wèn)題。