關(guān)于礦山防塵技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀分析及發(fā)展趨勢(shì)探討

羅晶晶

惠州藍(lán)鼎環(huán)境科技有限公司

1 引言

改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)取得了舉世矚目的發(fā)展成就，而礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)利用為這一成就的取得做出了極大貢獻(xiàn)。礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)環(huán)節(jié)主要涉及礦山生產(chǎn)，但礦山作業(yè)因?yàn)槠涔ぷ鲌?chǎng)合和環(huán)境的特殊性，難免在生產(chǎn)作業(yè)中伴隨產(chǎn)生礦塵。這些礦塵一旦被吸入人體內(nèi)，會(huì)引發(fā)塵肺等嚴(yán)重疾病，危害作業(yè)人員的身體健康。此外，礦山作業(yè)中產(chǎn)生的一些粉塵在特定條件下可能會(huì)發(fā)生爆炸，進(jìn)而可能造成極其嚴(yán)重的生命和財(cái)產(chǎn)損失，必須引起高度的重視。

鑒于此，我們有必要提高對(duì)礦山防塵工作的重視，通過(guò)科學(xué)應(yīng)用礦山防塵技術(shù)并努力提升其應(yīng)用水平，力求為礦山的生產(chǎn)作業(yè)營(yíng)造一個(gè)良好環(huán)境。本文對(duì)當(dāng)前礦山防塵技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，并進(jìn)一步就其未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了探討，希望對(duì)礦山作業(yè)中的粉塵防治工作能夠產(chǎn)生一些有意義的借鑒。

2 礦塵的產(chǎn)生與危害概述

在礦山的生產(chǎn)作業(yè)中，因?yàn)樯婕拌弾r、爆破、破碎以及礦石的裝卸等操作，所以難免會(huì)產(chǎn)生大量的微細(xì)粉塵，這些礦山根據(jù)存在狀態(tài)可以分為浮游礦塵和沉積礦塵兩類。前者主要代指懸浮于空氣中的粉塵；后者就從空氣中沉降下來(lái)的礦塵。在實(shí)際作業(yè)中，礦塵中的小顆粒越多，其分散度就越高。在濕式作業(yè)時(shí)，5μm以下的粉塵占比80%～90%。同時(shí)，考慮到許多巖石和礦石中都含有硅的氧化物，而SiO2又是最主要的硅的氧化物，所以礦塵中基本都會(huì)含有SiO2，特別是游離二氧化硅對(duì)人體會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重危害，其含量在礦山井下粉塵中的占比可以達(dá)到30%～70%，個(gè)別情況甚至可以達(dá)到90%以上，對(duì)其的防治工作必須得到高度重視。

礦山作業(yè)產(chǎn)生的粉塵無(wú)論是對(duì)人體健康還是生產(chǎn)安全都會(huì)產(chǎn)生巨大威脅，具體表現(xiàn)為以下三個(gè)方面：第一，對(duì)人體健康的危害。礦塵會(huì)嚴(yán)重人的身體健康，是礦山開(kāi)采作業(yè)人員罹患?jí)m肺等職業(yè)病的主要原因。它不僅會(huì)嚴(yán)重危害人的生命和健康，而且還會(huì)給國(guó)家、企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，并產(chǎn)生不良的社會(huì)影響，目前已經(jīng)引起了社會(huì)的高度關(guān)注。第二，引發(fā)爆炸等安全事故。一些礦塵中含有易爆物質(zhì)，導(dǎo)致其在高溫、高壓等特殊條件下會(huì)發(fā)生瞬間爆炸。由于爆炸會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的摧毀力和破壞性，不僅會(huì)給企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)施造成損害，導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且還會(huì)引發(fā)傷亡事故，必須強(qiáng)化對(duì)粉塵爆炸問(wèn)題的防治處理工作。第三，加速機(jī)器磨損，使設(shè)備的使用壽命大大降低。礦塵中的大量小顆粒粉塵一旦進(jìn)入到作業(yè)設(shè)備中，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的相對(duì)運(yùn)動(dòng)副產(chǎn)生較大的摩擦力，進(jìn)而引起磨損。尤其是現(xiàn)代礦山生產(chǎn)中普遍都采用了機(jī)械化、電氣化甚至自動(dòng)化的作業(yè)方式，這其中的很多高精度設(shè)備對(duì)粉塵影響非常敏感，長(zhǎng)久在惡劣的環(huán)境中工作會(huì)影響其使用性能和工作壽命。

3 防塵技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀分析

3.1 礦層注水

所謂礦層注水是通過(guò)鉆孔將高壓水注入礦體內(nèi)部，在煤礦的開(kāi)采除塵中應(yīng)用較多。因?yàn)榈V體的裂隙中被注入了水，使得礦塵濕潤(rùn)并產(chǎn)生黏結(jié)作用，這樣在后續(xù)的破碎開(kāi)采時(shí)就降低了礦塵的飛揚(yáng)能力。同時(shí)，因?yàn)樽⑺淖饔?，使得開(kāi)采的破碎面大多有水存在，這就有效避免了開(kāi)采中浮塵的產(chǎn)生。當(dāng)然，考慮到很多礦層的透氣性差且地應(yīng)力較大，一般的注水技術(shù)在使用中存在較多限制，所以需要對(duì)注水的工藝、技術(shù)和設(shè)備進(jìn)行進(jìn)一步的深入研究，從而達(dá)到最佳的注水效果。

3.2 通風(fēng)除塵

通風(fēng)除塵指借助空氣的流動(dòng)將作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的懸浮礦塵帶出，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)工作場(chǎng)所礦塵濃度的降低?，F(xiàn)階段，通風(fēng)除塵仍然是一種去除礦塵的主要技術(shù)手段，該技術(shù)的應(yīng)用成效受到粉塵的密度、粒度、形狀以及濕潤(rùn)情況的影響。在采用該技術(shù)時(shí)，空氣流速必須達(dá)到最低排塵風(fēng)速，而要想獲得最佳的除塵效果，則應(yīng)達(dá)到最優(yōu)排塵風(fēng)速。最低排塵風(fēng)速指能夠使呼吸性粉塵保持懸浮并伴隨空氣流動(dòng)排出時(shí)的最低風(fēng)速；而最優(yōu)排塵風(fēng)速則指在避免造成落塵二次飛揚(yáng)的基礎(chǔ)上，使得懸浮粉塵能夠最大限度排出時(shí)的空氣流速。

3.3 濕式作業(yè)

現(xiàn)代礦山作業(yè)主要采用濕式作業(yè)的方式進(jìn)行排塵，它主要是利用水或其他液體與粉塵接觸而達(dá)到捕獲粉塵的目的，該技術(shù)被廣泛應(yīng)用于礦山生產(chǎn)中的破碎挖掘、爆破、裝載運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)。采用濕式作業(yè)可以潤(rùn)濕粉塵，從而增加粉塵重力，使其避免在空氣中懸浮，而且因?yàn)轭w粒粉塵重力增大的緣故，還會(huì)使得其不宜產(chǎn)生二次飛揚(yáng)，具有良好的除塵效果。

現(xiàn)實(shí)中，濕式作業(yè)根據(jù)其除塵機(jī)理，又可以進(jìn)一步細(xì)分為以下兩種：第一，濕法捕塵。直接向礦塵的產(chǎn)生源噴灑具有顯著捕塵效果的液體，目前主要存在三種技術(shù)措施：噴霧除塵、噴霧降塵和覆蓋防塵。所謂噴霧除塵是將液體直接向礦堆進(jìn)行噴灑；噴霧降塵主要指向空氣中噴射水霧或含有降塵劑的水霧，以實(shí)現(xiàn)濕潤(rùn)降塵的目的；覆蓋防塵跟噴霧除塵類似，都是直接向礦堆進(jìn)行噴灑，只不過(guò)噴灑物由清水變?yōu)榱烁采w劑。第二，降塵。降塵主要指向含有粉塵的氣旋中噴射含有濕潤(rùn)劑的水霧，因?yàn)榧尤肓藵駶?rùn)劑，可以極大地強(qiáng)化液體對(duì)粉塵的潤(rùn)濕性，進(jìn)而增強(qiáng)降塵效果。

3.4 凈化風(fēng)流

凈化風(fēng)流指在含塵空氣流動(dòng)的場(chǎng)所部署一些專業(yè)化的設(shè)施和設(shè)備，待粉塵氣旋流過(guò)這些裝置時(shí)對(duì)礦塵加以捕獲，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)礦塵的去除目的，該方法根據(jù)使用裝置的不同主要有以下兩種類型：第一，水幕凈化入風(fēng)流。顧名思義，就是通過(guò)安裝水幕噴頭（如圖1所示）以布設(shè)水幕的方式，對(duì)入風(fēng)流中的礦塵進(jìn)行捕獲去除。為了達(dá)到最佳的除塵效果，水幕應(yīng)布滿氣流通道的整個(gè)截面且應(yīng)盡量靠近塵源。水幕能對(duì)空氣中的礦塵進(jìn)行有效的凈化處理，是當(dāng)前降低風(fēng)流礦塵濃度的一種有效舉措。第二，濕式除塵裝置。礦山除塵采用的濕式除塵裝置又稱集塵器或捕塵器，它是利用水或其他液體對(duì)氣流中的礦塵進(jìn)行捕集，進(jìn)而達(dá)到降低氣流或空氣中粉塵濃度的效果。

圖1 某型自動(dòng)凈化風(fēng)流水幕噴頭

3.5 化學(xué)降塵劑除塵

以上介紹的礦山防塵技術(shù)主要是物理手段，因?yàn)樗谋砻鎻埩^高，所以很多細(xì)粉塵不容易被水迅速有效地濕潤(rùn)，再加上一些礦塵表現(xiàn)出了明顯的疏水性，這就使得水的降塵效率受到了極大影響。而在水中添加化學(xué)降塵劑，可以顯著改善水對(duì)礦塵的濕潤(rùn)效果，這對(duì)提升降塵效率具有積極意義。同時(shí)，考慮到單一的化學(xué)降塵劑在處理各種礦塵時(shí)的效果存在差異，即綜合降塵效果欠佳的缺陷。在實(shí)際應(yīng)用中可基于各類礦塵的潤(rùn)濕性，采用表面張力測(cè)量、接觸角測(cè)量及礦塵沉降實(shí)驗(yàn)，復(fù)配優(yōu)選出化學(xué)降塵劑，使降塵效果達(dá)到最佳化。最后，目前化學(xué)降塵劑的現(xiàn)場(chǎng)添加技術(shù)也存在一定不足和缺陷，無(wú)法實(shí)現(xiàn)應(yīng)用于礦井下的可調(diào)比例降塵劑添加裝置，因此還需要對(duì)降塵劑的添加裝置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保添加濃度穩(wěn)定且易于調(diào)節(jié)。

3.6 泡沫除塵

所謂泡沫除塵是將泡沫劑和水按一定比例混合，然后通過(guò)發(fā)泡器產(chǎn)生大量高倍數(shù)的泡沫滴液，最后將泡沫滴液直接噴灑在塵源或者含有高濃度礦塵的空氣中。當(dāng)泡沫滴液被噴灑在塵源比如礦石和堆料上時(shí)，會(huì)形成沒(méi)有空隙的泡沫覆蓋，這樣就起到了遮蓋塵源的效果，而且能夠讓礦塵得到濕潤(rùn)和抑制。而當(dāng)泡沫滴液向工作空間中的空氣噴灑時(shí)，則會(huì)形成大量的泡沫粒子群并占滿大量空間。因?yàn)榕菽Ｗ尤旱捏w積和面積比較大，所以就有效增加了霧液和塵粒的接觸面和附著力，使得除塵效果達(dá)到最佳。泡沫除塵具有眾多優(yōu)點(diǎn)，它幾乎可以將所有與泡沫相接觸的粉塵都進(jìn)行捕獲，特別是對(duì)呼吸性粉塵有非常強(qiáng)的凝聚能力，這對(duì)提升除塵效果和降低礦塵對(duì)作業(yè)人員的危害意義重大。此外，與普通的濕式抑塵手段相比，泡沫除塵的用水量可以降低30%～80%，但除塵效率卻能成倍數(shù)提升，這對(duì)節(jié)約水資源和減少煤礦廢水排放也具有積極效果。最后，泡沫除塵采用的設(shè)備具有能耗小和投資低的特點(diǎn)，易于在廣大礦山生產(chǎn)中進(jìn)行普及推廣，具有較大的應(yīng)用潛力。

當(dāng)然，為了使泡沫除塵效果得到進(jìn)一步的提升改善，實(shí)踐應(yīng)用中應(yīng)結(jié)合具體礦山的實(shí)際生產(chǎn)要求，尤其是根據(jù)其塵源的要求，研究采用具有較強(qiáng)針對(duì)性和契合性的泡沫除塵劑和相關(guān)的配套工藝設(shè)備，這樣才能促使該技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值得到最大限度發(fā)揮。

3.7 磁化水除塵

一般濕式降塵技術(shù)是利用水霧粒子濕潤(rùn)和黏附粉塵，從而使粉塵不能處于懸浮狀態(tài)，進(jìn)而達(dá)到降塵目的。而普通水的表面張力較大，這限制了水對(duì)礦塵的濕潤(rùn)作用，進(jìn)而對(duì)降塵效果產(chǎn)生了不利影響。而用經(jīng)磁化處理過(guò)的水代替普通水進(jìn)行噴霧除塵，可以在一定程度上減少水的表面張力，進(jìn)而改善水對(duì)礦塵的濕潤(rùn)性能，這顯然對(duì)提升降塵效果具有積極意義。此外，磁化水和普通水的蒸發(fā)率不同，磁化水的蒸發(fā)率在各種條件下都遠(yuǎn)高于普通的非磁化水，使得采用磁化水進(jìn)行噴霧降塵時(shí)，工作空間含塵空氣中的水蒸氣分壓比及其數(shù)量都會(huì)顯著提升。這一方面增加了工作空間的含塵空氣濕度，為降塵創(chuàng)造了有利條件；另一方面還利于破壞礦塵表面的氣體薄膜，使得礦塵粒子的親水性大幅提升，增強(qiáng)了降塵效果。最后，相關(guān)研究證實(shí)，在環(huán)境條件一致的情況下，經(jīng)磁化處理后的水噴霧在含塵風(fēng)流中的停留時(shí)間更長(zhǎng)，而這就增加了水霧顆粒與礦塵顆粒發(fā)生膨脹和吸附的概率，也會(huì)在一定程度上改善除塵效果。

3.8 超聲波除塵

現(xiàn)實(shí)中，礦山中的粉塵多種多樣，而這些礦塵中一些可能具有疏水性，導(dǎo)致一般的濕式除塵手段效果欠佳。而采用超聲波除塵技術(shù)，可以利用超聲波的作用使得作業(yè)空間的含塵空氣發(fā)生激烈震蕩，這樣就能加劇懸浮塵粒間的膨脹作用，促使塵粒凝結(jié)沉降。此外，還可以將超聲波和濕式除塵技術(shù)進(jìn)行結(jié)合應(yīng)用，利用超聲波的沖擊震蕩作用，可以將水霧化成極細(xì)微的霧滴，然后就近在塵源附近的空間對(duì)產(chǎn)生的粉塵進(jìn)行捕集，實(shí)現(xiàn)就地抑塵。因?yàn)槌曥F化產(chǎn)生的霧滴極其細(xì)微，所以耗水量非常少，同時(shí)抑塵后的物料增濕也不明顯，對(duì)工藝流程及其相關(guān)設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生影響極低。

在實(shí)踐應(yīng)用中，無(wú)論是直接采用超聲波除塵還是將其與濕式霧滴除塵技術(shù)進(jìn)行結(jié)合應(yīng)用，都需要根據(jù)具體礦山生產(chǎn)空間內(nèi)的粉塵濃度情況，對(duì)超聲波的頻率進(jìn)行科學(xué)控制，這樣才能保證最佳的除塵效果。

4 發(fā)展趨勢(shì)探討

4.1 實(shí)現(xiàn)粉塵濃度的自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)

現(xiàn)實(shí)中，礦山防塵的一個(gè)首要工作就是對(duì)粉塵濃度進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，待濃度升高至警戒值時(shí)就必須立即采取有效地除塵措施，進(jìn)而達(dá)到有效防塵的目標(biāo)。鑒于此，未來(lái)的礦山防塵技術(shù)也必將會(huì)向著提升粉塵監(jiān)測(cè)水平的方向發(fā)展，通過(guò)在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)部署濃度監(jiān)測(cè)傳感器，并借助信息網(wǎng)絡(luò)傳輸實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境粉塵濃度的實(shí)時(shí)和在線監(jiān)測(cè)。當(dāng)監(jiān)測(cè)到工作空間的礦塵濃度超過(guò)設(shè)定的警戒值時(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)啟動(dòng)全部降塵手段，使綜合除塵能力達(dá)到最大化；反之，如果監(jiān)測(cè)到的礦塵濃度低于安全值，則可以關(guān)閉一些非常規(guī)的防塵設(shè)施，僅保留常規(guī)手段進(jìn)行除塵。自動(dòng)化在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用可以讓安全管理人員及時(shí)掌握礦塵分布及其危害程度，為及時(shí)采取有針對(duì)性的干預(yù)措施提供了基礎(chǔ)依據(jù)。

4.2 強(qiáng)化生產(chǎn)工藝流程中的控塵效果

礦山在作業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程中難以徹底避免粉塵產(chǎn)生，但通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝流程和相關(guān)設(shè)備進(jìn)行改善，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)粉塵產(chǎn)生的有效控制。強(qiáng)化生產(chǎn)環(huán)節(jié)的控塵效果，可以在源頭就降低粉塵的產(chǎn)生量，這是解決礦山粉塵防治問(wèn)題的根本性措施之一，也必然是礦產(chǎn)防塵技術(shù)發(fā)展的一個(gè)主流趨勢(shì)。

4.3 綜合防塵技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用

對(duì)于實(shí)際的作業(yè)而言，單一的防塵技術(shù)措施往往難以取得理想效果，所以為了提升礦山粉塵防治質(zhì)量，未來(lái)的防塵技術(shù)必然會(huì)向著綜合防塵技術(shù)的方向發(fā)展。通過(guò)對(duì)礦山的生產(chǎn)流程進(jìn)行科學(xué)分析，在同一環(huán)節(jié)可以綜合采用一系列的防塵技術(shù)手段，同時(shí)在不同環(huán)節(jié)對(duì)防塵技術(shù)措施間的銜接配合進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，進(jìn)而構(gòu)建出一個(gè)完善的礦塵防治體系，實(shí)現(xiàn)防塵效果的優(yōu)化提升。