大南湖二礦燒變巖臺階采裝環節防塵減塵方案探討

李 超，王 夢，趙錦生，范軍富

（1.國家能源集團神華國能大南湖二礦，新疆 哈密 839000；2.遼寧工程技術大學，遼寧 阜新 123000）

哈密大南湖二號礦區范圍內存在Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ火燒區。目前，露天礦首采區采掘場+405m水平剝離臺階均進入Ⅳ火燒區，由于火燒區巖體破碎，穩固性差，采裝作業產生大量的粉塵，產生的粉塵嚴重污染環境、影響作業人員身體健康。同時，露天礦大氣中有過高的粉塵含量會使設備零件過早磨損，更為嚴重的是由于作業環境能見度低，存在作業安全隱患、降低了作業效率，這將給露天礦帶來巨大的經濟損失。

因此，為確保大南湖二礦的安全、綠色、高效開采，研究火燒區采裝過程粉塵控制技術措施，是進一步提高大南湖二礦經濟效益，降低環境影響程度的主要途徑。

1 燒變巖采裝過程產塵機理分析

露天礦采裝過程產生的粉塵主要原因：

1.1 采裝過程巖塊之間碰撞、摩擦等作用產塵

剝離物在采裝過程中因互相摩擦、擠壓、沖撞作用，使疏松或硬度較低的巖塊，特別是塊體的棱角部分被粉化，隨著劇烈的擠摩沖撞，塊體與塊體間的空氣被猛烈地擠壓出來，并將剛剛粉化的巖石顆粒物及附著于塊體表面上的粉狀巖石顆粒迅速噴發出來。

1.2 挖掘機挖掘、提升、卸載過程誘導作用產塵

挖掘機挖掘、提升、卸載過程使剝離物及其粉塵以一定速度運動，能帶動其運動軌跡周圍空氣隨其走向產生一定速度的流動，這種流動氣體稱誘導氣流。當誘導氣流一旦產生，就會將剝離物表面附著的巖粉或群體巖粉中的部分粉狀物游離到空氣中，即誘導氣流產塵。挖掘機挖掘、提升、鏟斗向卡車里卸載時的產塵是以誘導氣流作用為主的產塵。

1.3 采場空氣流動作用產塵

露天礦因自然風流空氣而產生上升氣體流動造成顆粒物飛揚，另一方面因火燒巖產生的粉塵顆粒物本身就具有較強的游離性，從而大大增加了產塵作用。

事實上，露天礦采裝過程產生的粉塵是綜合作用形成的，主要為挖掘機勺斗挖掘過程擾動了巖塊間粉塵、勺斗撞擊巖塊形成、勺斗提升過程撒落、卸載過程巖塊之間相互碰撞以及巖塊間粉塵飛揚等綜合作用。

2 抑塵劑實驗研究

由于火燒巖的特殊性，采用濕式除塵直接用水抑塵除塵效果不理想，需要加入抑塵劑增強除塵效果。通過實驗室實驗研究選擇確定最佳抑塵劑、抑塵劑的最佳用量、最佳的噴水量、噴水間隔等技術參數。

新型復合功能抑塵劑研發實驗方案如下：

①火燒巖物化性質的測定：測定粉塵形貌、表面電性、潤濕性等物化性質。②抑塵劑單體選擇實驗：潤濕劑、吸濕劑、凝并劑、保濕劑的選擇實驗。③新型復合功能抑塵劑復配實驗

正交試驗設計：從多種原材料中選擇出最佳潤濕劑、最佳吸濕劑、最佳凝并劑、最佳保濕劑。經過正交試驗來科學合理快速的優選出最佳的配方。

最佳配比確定：依據正交試驗結果，綜合分析12組試驗的功能材料的配方的潤濕、吸濕、凝并、保濕效果，確定新型復合功能抑塵劑的最佳復配比例。

最佳稀釋比確定：通過改變抑塵劑稀釋比條件分別，對露天礦工作面火燒巖粉塵的成膜時間、蒸發量和失重實驗進一步測試，確定最佳抑塵效果下的最佳稀釋比。

多個剝離臺階粉塵普適性驗證：在不同剝離臺階多點采集粉塵，更換受試粉塵樣品，繼續測試成膜時間、蒸發量和失重實驗等參數，確定適合于大南湖二礦不同變質程度的火燒巖的新型復合功能抑塵劑。

3 采裝作業防塵減塵方案

大南湖二礦采用液壓挖掘機-卡車間斷開采工藝，采用液壓挖掘機進行下裝車作業，有利于挖掘機司機瞭望條件，但不利于卡車司機準確停車，特別是粉塵較大時增加了司機準確停車位置難度。

露天礦常用的除塵防塵方法是灑水，這也是改變物料性質的一種方法，即通過改變物料的含水量來提高粉塵顆粒之間的粘連力，使其相對密度增加，粘結成大塊，以達到減少粉塵揚起的目的。

針對火燒區采裝作業起塵機理及作業實際條件，主要進行如下防塵減塵措施：

（1）預先在爆堆上灑水進行防塵減塵措施：

在采裝前預先在爆堆上鋪設輸水管線以及灑水設備，為了提高水的入滲率，需要時間長、水量大。這種措施可以起到有效防塵減塵效果，但需要鋪設復雜的管線以及所需時間長不利于與主要生產環節協調，影響生產效率。

技術關鍵：灑水的可行性、防塵減塵效果，灑水系統主管線鋪設、灑水系統布設、合理灑水量等。

（2）采裝作業的同時進行噴霧防塵減塵措施：

由于單斗-卡車工藝系統工作面布置設備多而且處于動態變化中，為了提高除塵抑塵的效果，結合塵源點的特點，因此，采用移動式除塵炮作為除塵方式。

移動式除塵炮濕式除塵直接針對塵源，一是除塵所需水量小，二是在裝車過程進行噴霧不影響卡車司機停車操作。

通過對采裝過程粉塵的粒徑、粒徑分布、粉塵濃度、粉塵逸散規律等研究，確定除塵設備參數主要包括：霧普范圍、噴量、水平射程、垂直射程、定點噴灑范圍等。

結合采裝系統特點、設備作業規格、位置等研究，通過現場測試確定除塵設備最佳位置。

技術關鍵：噴霧設備工藝參數、噴霧設備與露天礦采裝設備協調作業、噴霧設備供水系統等。

4 結論

通過分析火燒區燒變巖的特性、露天礦開采工藝，提出了火燒區巖石臺階采裝環節防塵減塵方案，研究結論如下：

（1）依據采裝作業方式，分析了火燒區剝離臺階產塵主要原因。

（2）依據燒變巖的特點，研制了適合于大南湖二礦粉塵防治的高校抑塵劑。

（3）針對火燒區采裝作業起塵機理及作業實際條件，提出了預先在爆堆上灑水進行防塵減塵、采裝作業的同時進行噴霧防塵減塵方案。