降塵技術在冬瓜山銅礦的應用探討

張少伍，李從華，張良貴

（1.銅陵學院，安徽 銅陵 244061；2.安徽銅陵有色冬瓜山銅礦，安徽 銅陵 244000）

1、概述

冬瓜山銅礦是我國大型企業銅陵有色金屬（集團）公司下屬采選聯合骨干礦山，富含銅、硫、金、銀、鐵等元素，日采選能力1.3萬噸，有冬瓜山、東、西獅子山、大團山等七個主礦床，其中冬瓜山礦床埋藏在地表以下-680～-1050m，是我國有色金屬礦山首座埋藏深度超過1000米，且處于熱礦區的特大型高硫銅礦。礦山自1997年12月國家計劃委員會批準建設以來，已很好解決深井開采所涉及的熱害與通風降溫、地壓管理、深井采礦方法和工藝、深井涌水、粉塵污染等一系列問題，是我國一流的現代化礦山。

由于生產能力大，礦石含硫量高，在開采、運輸和選礦等過程中都會產生大量含硫粉塵，造成工作環境嚴重污染，危害了工作人員的身體健康，縮短了機電設備的運行壽命，危害了礦區的生態環境，且粉塵易燃有毒，給安全生產帶來了很大的危害。為此銅陵有色金屬集團和礦區都十分重視粉塵的治理，對生產過程中的主要產塵點，包括打眼放炮掘進施工地、井下破碎站、各水平下礦溜井口、采場卸料口、選礦廠輸送系統轉載點及充填站等處采取了一系列專項研究，并提出治理方案，有效降低了各產塵點的粉塵含量。本文在介紹常見幾種降塵技術的基礎上，分別說明冬瓜山銅礦典型產塵點的降塵應用方案，為其它礦山的降塵方案提供參考。

2、常見的幾種降塵技術

由于粉塵能引起自燃、嚴重影響身心健康、損壞設備等一系列危害，自上世紀五十年代開始，國內外就開始研究粉塵的防治，到目前為止在礦山粉塵防治方面的理論與技術已逐步走向成熟，盡管針對不同工況有不同的降塵方案，但降塵方式總體可分為干式除塵與濕式除塵兩大類，其中干式除塵的實質是通過集塵器收集粉塵，再進行清除；而濕式除塵主要是通過水吸收粉塵。近年來隨著磁、聲、電等領域的新技術引入，人們對濕式除塵的研究與應用也比較多。一般常見的降塵技術有以下幾種：

（1）噴霧降塵

噴霧降塵是利用噴嘴將水霧化，通過霧粒與粉塵間的碰撞、靜電吸附、布朗運動等原理，實現霧粒與粉塵的結合，從而吸收粉塵，目前主要有預荷電噴霧降塵技術、超聲波霧化降塵技術、高壓噴霧降塵技術、文丘里管降塵技術，其中高壓噴霧降塵技術是目前研究的熱點。

（2）泡沫降塵

泡沫降塵是在水中加入特定的發泡劑，利用發泡裝置的噴嘴產生泡沫噴灑粉塵，通過泡沫與粉塵間的覆蓋、濕潤和黏附等方式，吸附粉塵并防止粉塵擴散，從而降低空氣中粉塵濃度。該方式相對噴霧降塵耗水量少，對呼吸性粉塵降塵效果相對理想。

（3）水幕降塵

水幕降塵是在巷道中設置水幕使之與含塵氣體接觸，利用水幕和粉塵顆粒間的慣性碰撞、混合及其他作用捕集粉塵。該方式結構簡單、節能，但應用環境受限，效率不高，一般作為輔助降塵措施。

（4）通風降塵

通風降塵是在塵源旁設置通風裝置，將粉塵連同混合的氣體送入通風系統，經風管送至除塵裝置進行凈化，以達到降低粉塵的目的。這種方法會根據具體工況選用不同的通風降塵系統，其效率也較高，但應用場合有限制，且作用范圍小。

（5）抽塵凈化

抽塵凈化屬于負壓降塵，是在塵源處利用負壓把含塵氣體引入除塵器做凈化處理。常用的除塵器有濕式旋流除塵器、文丘里除塵器、濕式纖維除塵器和布袋除塵器等，不同類型的除塵器應用于不同的工況有不同的降塵率。

3、降塵技術在冬瓜山銅礦的應用

冬瓜山銅礦是座埋藏深度超過千米的無軌礦山，年生產能力達400萬噸以上，全礦不僅塵源復雜，產塵量大，而且粉塵含硫量高，粉塵污染嚴重。受產塵點擴散面積、生產工藝、粉塵含硫量等因素限制，常規的降塵技術不能達到滿意的效果。針對礦山不同產塵點的特殊性，礦山采用了高壓噴霧系統和濕式過濾旋流除塵抽塵凈化處理系統等綜合降塵系統，有效降低了各產塵點的污染。

3.1 高壓噴霧系統的應用

作為一種最常用、有效的一種除塵方法，高壓噴霧降塵技術被廣泛應用于礦山、機場、紡織廠等場所，其原理是利用高壓產生大量的細小液滴顆粒噴向含塵氣體，通過液粒與粉塵的慣性碰撞、攔截、布朗擴散、靜電吸附、重力沉降等作用，捕集粉塵以達到降塵的目的。在不同應用場所，上述捕塵機理并不是同時一起發生作用，而是按照除塵的類型不同，各種機理除塵的效果各不相同。冬瓜山銅礦在-580米中段卸礦站和-920米破碎站都采用了高壓噴霧降塵系統，吳江在《冬瓜山銅礦-580m中段卸礦站綜合防塵系統設計與應用》中已經對-580m中段卸礦站的高壓噴霧系統應用作了詳細的說明，本文以-920米破碎站的應用為例說明高壓噴霧系統的應用。

3.1.1 -920m破碎站工況分析

-920m破碎站是冬瓜山銅礦的主要破碎站之一，其破碎能力高達1500t/h，產塵量非常大，加上給料機下料時也產生粉塵，因此整個破碎站粉塵污染十分嚴重。同時破碎站產塵擴散面積近30m2，無法進行塵源密閉；破碎后礦石不宜含有過多水分等，上述因素限制了諸如水幕降塵、通風降塵、抽塵凈化等方式在-920m破碎站的應用。結合高壓噴霧降塵系統的特點，在此處使用高壓噴霧降塵系統降塵。

3.1.2 高壓噴霧降塵系統的應用

-920m破碎站高壓噴霧降塵系統主要由高壓泵站、過濾式自動控制水箱、高壓噴嘴及其輔助附件等部分組成。

高壓泵站主要提供8MPa～10MPa的高壓力噴霧，并使霧粒具有一定的動能（速度），不僅保證降塵效果，也防止霧粒被巷道內風流吹散，影響周邊電氣設備。根據控塵面積大小和高壓泵提供的壓力和流量，在破碎機上方圍欄內的四角分別布置高壓噴嘴，以覆蓋整個產塵擴散面，如圖1所示。為提高粉塵捕集效率、減少高壓噴霧用水、降低運行成本，當給料機給料時自動啟動高壓泵電源，開始噴霧降塵；給料機和破碎機停止工作后，需延時2-3分鐘再關閉電源，結束噴霧。過濾式自動控制水箱可實現高水位時自動關閉進水閥門，避免水位過高溢出；低水位時高壓泵自動斷電停轉，避免高壓泵無水運行造成損壞。輔助附件主要包括高壓管及相關配件、過濾器、節流減壓器和自動控制柜等，保證降塵系統正常運行。

圖1 高壓噴霧降塵系統布置示意

3.1.3 實際應用效果分析

-920m破碎站采用上述高壓噴霧降塵系統，實際用水量只有50L/min，按破碎能力1500t/h計算，每噸礦石只增加水分2L，因此對礦石的含水率影響較小；系統采用8MPa～10MPa的高壓噴霧，適當調整噴嘴霧化擴張角度，可實現-920m破碎站產塵擴散面積全覆蓋和遠距離塵源控制，進一步提高了降塵效率；隨著高壓噴霧技術的日趨成熟，其系統運行穩定，布置靈活。實踐證明此處總粉塵吸收率達80%以上，尤其呼吸性粉塵吸收率達92%以上，降塵效果良好。

3.2 濕式過濾旋流除塵系統的應用

濕式過濾旋流除塵系統核心部件是濕式旋流除塵器，相對于文丘里除塵器、布袋除塵器、空氣過濾除塵器等，濕式旋流除塵器具有安裝簡單、體積小、除塵效率高等特點，是目前應用最廣泛的一種除塵器。冬瓜山銅礦在掘進工作面、-850m下礦溜井、-790m下礦溜井和地表主礦倉下料點等多處應用濕式旋流除塵器，受篇幅限制，本文以-850m下礦溜井處的應用為例說明濕式過濾旋流除塵系統的應用。

3.2.1 -850m下礦溜井工況分析

-850m下礦溜井是冬瓜山礦主要溜井之一，主要承擔井下礦石的傾倒和運送。由于此處各卸料口是連通的，不僅卸料時會產生大量粉塵，而且因礦石下落產生氣流沖擊，使下風卸料處受到比上風卸料處更嚴重的揚塵污染，且卸料時間是隨機的，因此-850m下礦溜井粉塵來源復雜。同時考慮礦石含硫量高，不宜采用噴霧降塵；另外由于溜井巷道空間有限，井下無軌設備來往頻繁，像袋式除塵器、旋風除塵器等均無法使用。綜合考慮上述因素，對-850m下礦溜井，采用易于實現自動控制的濕式過濾旋流除塵器抽塵凈化。

3.2.2 濕式過濾旋流除塵系統的應用

-850m下礦溜井濕式過濾旋流除塵器主要由噴霧過濾除塵段、除塵風機、旋流脫水裝置等三部分組成，如圖2所示。

圖2 濕式過濾旋流除塵器結構示意圖

由于-850m下礦溜井井口面積大（約12m2），受生產工藝限制，礦山采用了風量較大、負壓較高的KCS-250型礦用濕式過濾旋流除塵器，其最大處理風量達250m3/min，工作阻力為1800Pa。除塵器以抽出式風機為動力，將下礦溜井內產生的大量粉塵吸入除塵器，利用螺旋噴霧器及過濾器組成螺旋霧化及過濾技術、葉片導向產生高速旋轉離心效應和氣流導向裝置與脫水器組成的濕式旋流除塵技術等，將大量粉塵充分濕潤使塵粒質量增加、直徑變大而變成塵泥，通過碰撞、攔截、擴散、離心和過濾等機理，使粉塵被濕潤分離后進入環形排污槽脫水裝置，而潔凈空氣則直接排到巷道。

受井下巷道空間限制，將除塵器與脫水裝置設計為一體，以減小體積；同時為避免除塵器被機動車輛碰撞，在主巷道邊緣開設一條專用巷道，將除塵器布置于該繞道內，在除塵器吸風口處，設置一道密閉墻，使下礦溜井在卸礦時產生的污風只能從吸風口進入除塵器，而不會擴散，除塵系統布置圖如圖3所示。

圖3 除塵系統布置示意圖

3.2.3 實際應用效果分析

-850m下礦溜井采用上述濕式過濾旋流除塵系統，實際耗水量小于30L/min，對礦石的含水率影響較小；同時系統結構緊湊，利用專用的通道可有效防止除塵器與無軌設備相撞；當礦車傾倒礦石或其它水平卸礦產生高濃度粉塵時，啟動除塵器進行除塵，待粉塵濃度降低到標準以下時再關閉除塵系統。實踐證明此處總粉塵吸收率達95%以上，尤其對呼吸性粉塵吸收率達99%以上，除塵效率高。

4、結束語

作為首座埋藏深度超過千米且含硫量高、生產能力大的有色金屬礦山，冬瓜山礦在開采、破碎、運輸和選礦等過程中都會產生大量含硫粉塵。本文在介紹幾種降塵技術的基礎上，以產塵量特別大且工況復雜的-920m破碎站和-850m下礦溜井為例，說明高壓噴霧技術和濕式過濾旋流除塵技術在冬瓜山礦的應用，經實踐驗證能有效降低產塵點的總粉塵，尤其是呼吸性粉塵，為其它礦山降塵除塵提供參考。