礦山井下巷道除塵系統構建與改造

劉志斌

（紫金礦業集團股份有限公司，福建 龍巖 364200）

0 引言

完整的礦石加工線須經破碎、篩分、運輸、集料等工序，每道工序都將產生粉塵。粒徑細微的呼吸性粉塵，具有分散度高、吸附能力強、不易沉降等特點，長期懸浮于空氣中，不僅污染工作場所，還會危害作業人員的健康，存在極大的安全隱患[1]。

金屬礦山開采過程中如何消除或減少粉塵是研究中的重要課題，是實現清潔生產的關鍵。該文通過某金屬礦山井下巷道破碎、運輸系統和運輸巷道除塵項目的構建及改造優化，并進行評價，為改善金屬礦山作業環境和保護礦工安全與健康提供相關建議。

1 塵源調研

經調研發現某金屬礦山井下巷道粉塵產生主要集中在破碎、運輸過程，根據粉塵監測結果，破碎系統粉塵濃度20mg/m3～40mg/m3，皮帶運輸巷道粉塵濃度5mg/m3～8 mg/m3。

破碎系統主要是礦石的碰撞、擠壓和碎裂，以及破碎機震動，使細微級顆粒隨運動氣流分離，導致空氣中集結越來越多的粉塵。

皮帶運輸系統主要包括皮帶運輸機的受料點、卸料點和運輸過程。皮帶受料點由物料攜帶氣流沖入，造成增壓，使氣流攜塵沖擊及物料下落時受到空氣剪切作用而塵化，下落高度越大，礦粒速度越高，塵化越嚴重。某金屬礦山第三平硐由各天井經破碎卸礦，用皮帶運輸匯至主帶再往選礦篩分系統輸送，第三平硐皮帶下料點多達9個，由下料點產生的粉塵使運輸巷道粉塵彌漫。井下巷道示意圖如圖1所示。

圖1 某礦山井下巷道示意圖

2 破碎、運輸系統除塵項目構建

2.1 目標

根據國家綠色可持續發展戰略，該井下巷道除塵項目的整體目標如下：1）加強現場作業區域操作空間的降塵和除塵效果，使操作間的空氣潔凈程度達到或超過金屬礦山行業職業衛生標準。2）從井下巷道整體礦石破碎和運輸系統出發，完成前期規劃和管理，完成預見性、進行定期性合規評價，源頭上避免“頭痛醫頭，腳痛醫腳”現象[2]。3）加強對除塵系統的日常維護和管理，遵循設備運行和粉塵沉降規律，使除塵系統的日常工作易操作、易保養，提高設備運轉率，使設備運行處于低能耗、低成本、長壽命、高效運行的狀態。

2.2 工藝技術路線

結合井下巷道產塵的實際情況，對破碎、運輸過程及運輸主巷道的除塵系統項目改造的總體思路如下。

2.2.1 破碎硐室粉塵治理

2.2.1.1 新增除塵器

9、10#硐室新增脈沖式除塵器， 7、8#硐室各新增2臺濕法除塵器，降低硐室內粉塵。

2.2.1.2 安裝水霧裝置

對各硐室顎破虎口及臺板安裝噴頭霧化，對揚塵部位進行水霧降塵及礦石表面濕潤，對比環形噴頭、扇形噴頭、花灑噴頭使用效果，扇形噴頭使用效果較好。

2.2.1.3 制作安裝密閉室

破碎硐室粉塵主要來源于顎式破碎機破碎過程和放礦臺板激振落料過程，對硐室內顎式破碎機及放礦臺板進行密閉隔離[2]，使粉塵不溢出硐室外。

因井下濕度大，采用δ=2mmQ235A鋼材制作密閉室容易銹蝕，使用時間只有1～2年；密閉室在顎破運行中存在共振現象，會導致焊點開裂，出現粉塵溢出及維修工作量大等問題。對比采用304不銹鋼鋼材制作密閉室，Q235A 鋼材根據設備型號按照距離設備0.7m制作密閉室，能解決以上問題。經密閉隔離處理后硐室內揚塵有明顯的改善。

2.2.1.4 新增通風措施巷

因各硐室風流不暢，造成粉塵富積現象，為確保新鮮風源可以順暢進入硐室，各硐室安裝2臺7 kW軸流風機，硐室粉塵濃度下降明顯。

2.2.1.5 破碎硐室除塵系統進行效果評價

井下巷道破碎硐室從一期技改新增除塵器開始，直至四期技改新增通風措施巷，在經歷了4次技改后，破碎硐室整體降塵效果明顯，項目施工前各硐室檢測的粉塵濃度為20mg/m3～40mg/m3隨技改項目的推進，破碎硐室日常檢測粉塵濃度下降至0.7 mg/m3～1 mg/m3，見表1。

表1 第三平硐破碎硐室粉塵治理效果推進表

2.2.2 皮帶運輸粉塵治理

2.2.2.1 除塵系統的整體構建

首先，在皮帶運輸各下料點安裝一套自動循環除塵器系統，該下料點除塵系統運用空氣動力學原理，采用壓力平衡和閉環流通方式，在需要除塵的設備上，依次設置除塵室、塵氣分離室和循環降塵室，對各產塵點進行分散除塵，解決除塵不徹底的問題。輸送帶密封改造示意圖如圖2所示。

圖2 輸送帶密封改造示意圖

其次，在除塵室內設置應力板，物料跌落或受到振動時，含塵氣流往上運動撞擊到應力板，成為紊亂氣流，氣流的速度與方向均發生改變，使大顆粒粉塵逐漸沉降。除塵室內腔處于密封狀態，而皮帶處于持續運行狀態，當物料下料口出現微負壓時，除塵室內腔中密封氣體回流管，將微正壓氣流引至物料下料口前端，讓整個運行系統保持壓力平衡，使除塵器內閉環流通，保證粉塵連續沉降。

最后，在塵氣分離室采用傾斜的應力板繼續改變含塵氣流的運動方向和速度，使粉塵與氣流分離、沉降；在循環降塵室設置傾斜的應力板和垂懸的橡膠條，通過橡膠條上產生的靜電進一步降低粉塵的動能，讓漂浮細微的粉塵逐漸沉降下來，顯著提高了除塵效果。粉塵量大的地方，在除塵室上安裝一個小功率的ND-P集塵機，達到高精度除塵的目的，解決了粉塵量過大而降塵難以清除的問題。除塵工藝流程圖如圖3所示。

圖3 除塵工藝流程圖

2.2.2.2 除塵系統的局部改造

根據運輸系統除塵效果，后續相應開展了如下優化改造：1）增加1個緩塵回流管，回流管改造及觀察口示意圖如圖4所示。將下礦過程中形成的微正壓氣流引至物料下料口前，使下料口的壓力相對平衡，實現除塵器內氣體的閉環流通，確保粉塵連續沉降。2）導料槽增加1個密封段，將其上蓋設計成可拆卸，并在下礦口和緩塵回流管側板處開設1個觀察口，便于日常檢修。回流管改造及觀察口示意圖如圖4所示。3）導料槽的防溢裙板設計成與導料槽側板成一定夾角，使導料槽的密封防塵效果更佳；在密封導料槽內安裝4組噴霧除塵裝置，避免導料槽內二次產塵。導料槽密封示意圖如圖5所示。4）在導料槽進出口和風管兩側均設置、安裝1組擋塵簾，從而使飛濺的粉塵被擋塵簾隔阻，然后順著擋塵簾返回輸送皮帶上。同時，對氣流進行多級降速，不僅起到了梯度除塵的作用，而且導料槽內實現了全封閉的目的。

圖4 回流管改造及觀察口示意圖

圖5 導料槽密封示意圖

2.2.2.3 皮帶運輸除塵系統實施效果評價

井下巷道皮帶運輸從除塵系統的整體構建開始，直至除塵系統的局部改造，特別是除塵系統的4次細節優化，進一步提高了皮帶運輸的降塵效果，并改善人員作業條件，降低了勞動強度，使日常檢測粉塵濃度下降至0.5 mg/m3～1 mg/m3，見表2。

表2 第三平硐皮帶運輸粉塵治理效果推進表

2.2.3 運輸巷道粉塵治理

2.2.3.1 皮帶清洗項目

通過清掃器、沖洗水管、沖洗氣壓等試驗，對各級清掃器材質選用、沖洗水管型號和沖洗氣壓設定進行對比，結果如下：1）皮帶清洗較好的方式是一級清掃器采用自主雙層皮帶清掃器，二、三級采用材質較硬的聚氨酯板清掃器，四、五級采用質地較軟的橡膠清掃器。2）沖洗水管使用方面，通過沖洗管道孔徑（1 mm～5 mm）和孔距（50mm～100mm）試驗對比分析，使用沖洗管道孔徑2 mm～3 mm和孔距50 mm效果比較明顯，用水量也較少，皮帶清洗效果良好，避免了皮帶返程中將礦漿帶到皮帶支架及運輸巷道，避免了礦漿干燥后容易引起的二次揚塵。3）使用氣管沖洗皮帶，對清理礦漿及吹干皮帶的效果都不明顯。

2.2.3.2 回風巷、大件道風門和水霧簾安裝

根據該金屬礦山第三平硐設計風源路徑，更方便控制硐室風向流動，防止污風串流或倒流，對各硐室支皮帶尾輪回風巷及大件道安裝風門，進行隔絕污風措施，并在污風的回風巷安裝水霧簾進一步降塵。

2.2.3.3 巷道、皮帶支架及管道清洗

利用灑水車清洗運輸巷道路面，第三平硐風源由主巷道硐口進入，減少主巷道路面及皮帶支架積塵，防止主巷道二次揚塵。同時，規定主巷道、皮帶支架及管道清洗頻次，固化清潔效果。

2.2.3.4 返砂和礦漿回抽

經對皮帶支架及管道清洗，各皮帶巷道積砂嚴重，在各運輸皮帶尾輪處挖掘沉砂池和安裝返砂管道，將皮帶及支架上沖洗下來的礦漿在皮帶尾輪處收集起來，使用液下泵回抽到收集箱，用渣漿泵打出硐室外集中處理，再回抽到選礦車間渣漿池。

2.2.3.5 運輸巷道除塵系統進行效果評價

破碎硐室和皮帶運輸是井下巷道主要產塵源，通過源頭治理，抑制粉塵使其無法進入井下巷道的空氣中飄散，再輔以清潔、云霧、濕法和返砂等技術，進行綜合治理，全方位解決井下運輸巷道的粉塵，將粉塵控制在0.5mg/m3～0.8mg/m3。

3 結語

該項目投入使用后，具有實現自動化運行、操作人員少、設備維護簡便及運行維護費用低等優勢。同時，根據LD-5C（B）型微電腦激光粉塵儀檢測結果，其井下巷道破碎、運輸系統作業場所的總粉塵濃度由原來的20 mg/m3～40 mg/m3、5mg/m3～8 mg/m3持續下降至1 mg/m3及以下，其設備運行噪聲小于85dB（A），符合GBJ87《工業企業噪聲控制設計規范》要求，不僅能夠達到國家的相關規定，實現清潔生產，還能有效減少粉塵帶來的經濟損失和職業健康問題，為礦山井下巷道除塵提供技術參考和構建依據。