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探礦坑道爆破粉塵及炮煙控制技術

文檔作者：孫宗席姚建光文檔來源：武警警種指揮學院		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年10月19日
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82 探礦工程(巖土鉆掘工程) 2012年第39卷第8期
探礦坑道爆破粉塵及炮煙控制技術
孫宗席，姚建光
(武警警種指揮學院，北京昌平102202)
摘要：在分析探礦坑道爆破粉塵及炮煙產(chǎn)生的影響因素及其特性的基礎上，綜述了在甘肅岷縣馬塢礦區(qū)進行的
粉塵與炮煙控制技術攻關試驗的情況和試驗成果。獲得的成果可為探礦坑道及交通隧道的爆破施工提供參考。
關鍵詞：探礦坑道；爆破；炮煙；粉塵；控制技術
中圖分類號：P633 文獻標識碼：A 文章編號：1672—7428(2012)08—0082—03
Technology of Blasting Dust and Fume Control in Exploration TunneI／S【7Ⅳ Zong—xi．YAO Jian—guang (Chinese
Armed Police Force Category Command Academy，Changping Beijing 102202，China)
Abstract：Based on the analysis on the affecting factors produced by blasting dust and fume in exploration tunnel and the
characteristics，the paper summarized the technical tests and the testing results of blasting dust and fume control，which
could be the reference to blasting construction for exploration tunnel and traffic tunne1．
Key words：exploration tunnel；blasting；blasting fume；dust；control technology
0 引言
坑道爆破作業(yè)中，粉塵及炮煙是大量存在的，如
果對粉塵和炮煙處理或防護不當，很可能導致炮煙
中毒致人死亡。如2010年河南平頂山“6．21”礦
難，由于井下炸藥庫爆炸，產(chǎn)生的大量有毒有害氣體
沒有及時排出，炮煙濃度嚴重超標，造成47人死亡。
對于我部探礦坑道來說，地下空間狹小，通風阻力
大，排煙除塵困難，爆破粉塵及炮煙濃度時常超標，
坑道環(huán)境惡劣，這一問題一直沒有得到很好的解決，
潛在威脅很大。因此，解決探礦坑道粉塵及炮煙控
制技術，對確保我部官兵身體健康和生命安全具有
十分重要的意義。
1 粉塵及炮煙源解析
探礦坑道斷面狹小，斷面規(guī)格一般為1．8 in×
2．0 in或2 In×2．0 In，鑿巖爆破作業(yè)中產(chǎn)生的大量
粉塵和炮煙擴散空間有限，排除困難。
炮煙產(chǎn)生量的多少主要與使用的炸藥成分、配
比及爆轟是否完全等因素有關，炮煙中以“一氧化
碳”和“氮氧化合物”的毒性最大。
粉塵濃度、粒徑與爆破巖石類型、爆破工藝等有
關。據(jù)文獻[1]研究，爆破粉塵在爆破瞬間粉塵濃
度可達1000～3000 mg／in ，而文獻[3]則認為粉塵
濃度為10～100 mg／m ；文獻[1]認為爆破后粉塵粒
徑多介于0～30 Ixm之間，而文獻[2]則認為小于5
Ixm的粉塵顆粒占總顆粒數(shù)的95％ 。筆者認為，造
成如此大的差異，主要是由于爆破對象不同造成的，
此外，也與爆破工藝有關，如爆破參數(shù)、爆破方法等。
不同的巖石，其脆性、含水率是不同，爆破后所產(chǎn)生
粉塵的量和顆粒大小也不同的。巖石越脆，爆破后
產(chǎn)生的粉塵越細，反之，越粗；巖石的含水率大，產(chǎn)生
的粉塵量少而粗，反之，產(chǎn)生的粉塵量大而細。另外
在探礦坑道中，裝巖、支護、采樣等工序也產(chǎn)生很多
粉塵。所以，不同的爆破對象、不同的爆破工藝，產(chǎn)
生的粉塵濃度、粒徑是不同的。
2 粉塵及炮煙控制技術
2．1 粉塵及炮煙控制方法
對于小斷面探礦坑道，由于窄間狹小，爆破后擴
散空問有限，粉塵和炮煙濃度很容易超標。煙塵控
制可以采取濕式鑿巖、水幕過濾、水封爆破、機械強
力排塵等多種方法相結(jié)合進行。
2．2 粉塵及炮煙控制技術
我們在甘肅岷縣馬塢礦區(qū)PD5、PD6、PD8、PD9
等探礦坑道進行了粉塵與炮煙控制技術攻關試驗。
對濕式鑿巖、水幕過濾、水封爆破、機械強力排塵等
煙塵控制技術進行了多次研究論證。
2．2．1 濕式鑿巖技術攻關試驗
該技術是充分用釬頭的水孔給水，在孔底巖石
被破碎的瞬間被水完全濕潤、捕捉后隨水流排出孔
收稿日期：2012—03—18
作者簡介：孫宗席(1971一)，男(漢族)，安徽蚌埠人，武警警種指揮學院黃金系副教授，采礦丁程專業(yè)，從事探礦工：程的教學ti研究工作，北
京市昌平 南口鎮(zhèn)，woszx1971@ 163．COB。
2012年第39卷第8期 探礦工程(巖土鉆掘工程) 83
外。為驗證濕式鑿巖控塵效果，在PD5、PD6兩個探
礦坑道中，分別進行了濕式鑿巖和干式鑿巖試驗。
PD5坑道采用濕式鑿巖后，粉塵濃度由63 mg／m 降
低到1 mg／In ，降低了81．6％ ；PD6坑道采用濕式鑿
巖后，粉塵濃度由67 m m。降低到2．5 mg／rfl ，降低
了79．6％。實際上，在相同的外部環(huán)境條件下，對
于不同的鑿巖工和不同的巖石，鉆鑿炮眼產(chǎn)生的粉
塵量是不同的。因此，有必要建立濕式鑿巖數(shù)據(jù)庫，
以利于對濕式鑿巖技術進行優(yōu)化，便于更好地封堵
塵源。
2．2．2 水幕過濾技術
水幕是在敷設于巷道頂部或兩幫的水管上間隔
地安裝數(shù)個噴霧器噴霧形成，如圖1所示。噴霧器
(又稱噴嘴)，可使水流霧化成細微的水滴噴射于空
氣中，使巖堆、巷道周壁及空氣中的粉塵被水潤濕，
塵粒問會互相附著凝集成較大的顆粒，使其沉降或
附著性增強，從而達到降塵的目的。同時，也有利于
消除炮煙，縮短通風時間。
圖1 巷遁水冪示意圖
噴霧器布置應以水幕布滿巷道斷面盡可能靠近
塵源為原則。凈化水幕應安設在支護完好、壁面平
整、無斷裂破碎的巷道段內(nèi)。在PD9探礦坑道中，
采用了PZA一2．5／55錐型噴霧器，耗水量為11．2
L／(個·rain)。在距工作面15、35、55 m處各設了
一道水幕，在爆前2—3 rain打開噴霧器。測算顯
示，工作面含塵風流經(jīng)第一道水幕后降塵率為59％
～ 60．5％ ，經(jīng)第二道水幕后降塵率為78．2％ ～
80％ ，經(jīng)第三道水幕后粉塵濃度僅為0．78 me,／m。，
降塵率達98．6％ ，粉塵濃度完全得到了控制，達到
了理想的效果。
為更好地掌控排煙除塵技術，在PD9坑道還進
行了4種工況對比試驗：(1)無噴霧，無通風；(2)無
噴霧，有通風；(3)有噴霧，無通風；(4)有噴霧，有通
風。試驗效果如圖2所示。試驗結(jié)果表明，第(4)
種工況“有噴霧，有通風”的排煙除塵效果最好，時
間最短，27 rain左右即可將工作面粉塵、炮煙排除干
凈。
E
●
＼
避
套
圖2 不同工況 的粉塵濃度
2．2．3 水炮泥封堵技術
水炮泥封堵技術就是將裝水的塑料袋代替一部
分炮泥，填于炮眼內(nèi)，對炮眼進行封堵。爆破時水袋
破裂，水在高溫高壓下汽化與塵粒凝結(jié)，達到降塵的
目的。采用水封爆破有很多優(yōu)點，如：可降低爆破時
產(chǎn)生的粉塵；減少有毒氣體產(chǎn)生，縮短通風時間，加
速作業(yè)循環(huán)；增加堵塞的嚴密性，提高爆破效率等。
在PD8探礦坑道中，進行了水炮泥封堵技術試
驗。水炮泥裝填結(jié)構(gòu)如圖3所示，水袋結(jié)構(gòu)如圖4
所示
囟囟因
圖3 水炮泥布置圖
逆I 閥注
圖4 自動封口水炮泥示意圖
為節(jié)約試驗成本，水袋采用高分子聚乙烯材料，
便宜且不易破損，水袋裝滿水后可自行封閉。水袋
充水時要求用表壓為70 kPa的壓力水，炸藥使用量
和水袋裝水量之比為2：1。試驗結(jié)果表明，采用水
炮泥封堵技術與單純用土炮泥相比，炸藥消耗量降
低了5．8％ ，減少了炮煙的產(chǎn)生；微細粉塵降低了
2O％ ～5O％ 。
2．2．4 機械排塵技術
機械排塵技術是指通過機械設備(通風機)向
84 探礦一1 程(巖土鉆掘工程) 2012年第39卷第8期
工作面送風，通過風流流動將井下作業(yè)點的懸浮粉
塵和炮煙排出，同時降低作業(yè)場所粉塵和炮煙濃度，
直到對人體無害。決定通風除塵效果的主要因素有
風速及粉塵密度、粒度、形狀、潤濕度等。監(jiān)測表明，
風速過低，粗粒粉塵將 空氣分離下沉，粉塵和炮煙
不易排出；風速過高，將造成坑道內(nèi)二次揚 ，增加
粉塵濃度。因此，通風除塵效果足隨風速的增加而
增加的，達到最件效果后，如果再增大風速，效果又
開始下降?！犊犹揭?guī)程》規(guī)定巷道風速范圍是0．25
～ 0．9 m／s。經(jīng)現(xiàn)場反復測算，小斷面探礦坑道最優(yōu)
風速應為0．4～0．7 m／s，對粉塵和炮煙的排除最為
理想。粉塵濃度j=j風速的關系如圖5所示。
風速／(m· )
圖5 粉塵濃度與風速關系曲線圖
3 其它因素
為了最大町能地減少粉塵和炮煙的產(chǎn)牛，對使
(上接第71頁)
升 豈，泥漿上返流速低，巖屑循環(huán) 上來，造成二
次破碎，鉆進效率低，完井周期長。因此需要加強大
rI 一1 井氣舉反循環(huán)鉆片工藝的研究，而目前國
內(nèi)使用的氣舉反循環(huán)鉆具中，大直徑反循環(huán)鉆具都
采用法蘭連接，起下鉆輔助時間太長，『 小直徑絲扣
連接的反循環(huán)鉆具，又不適合大口徑鉆井。因此研
制1 徑在219～245 mm之問的絲扣連接的反循環(huán)
鉆具和大口徑反循環(huán)鉆頭，町減少擴孔級數(shù)，大幅度
提高大口徑工程J卜鉆片效率，有效縮短起下鉆輔助
H ¨司 、
5 結(jié)語
巾平能化集團某礦大口徑輸冰井項目的順利完
井，其井身質(zhì)量、固井質(zhì)鼉、保溫效果等技術指標均
滿足沒計要求，項目順利通過竣上驗收。煤由廣大口
輸冰井施上技術的研究，鋼基GFRP雙層復合保
用炸藥的類型、炮孔鉆鑿質(zhì)量及巖層地質(zhì)條件的變
化等都必須給予考慮。要盡可能使用零氧平衡或接
近零氧平衡的炸藥，炮孔鉆鑿要“直”，要根據(jù)巖層
地質(zhì)條件的變化改進爆破工藝，提高爆破效果，盡量
減少粉塵和炮煙的產(chǎn)生。
4 結(jié)語
探礦坑道空間狹小，通風阻力大，排煙除塵困
難，控制爆破粉塵和炮煙濃度在安全范圍之內(nèi)，有一
定難度。通過在甘肅岷縣馬塢礦區(qū)探礦坑道中進行
多次現(xiàn)場實驗和技術攻關，結(jié)果表明，只要合理運用
多種手段對爆破粉塵和炮煙進行綜合治理，是可以
達到理想效果的。對于小斷面坑道來說，采取經(jīng)濟、
實用、高效的綜合措施是今后爆破粉塵和炮煙控制
技術的發(fā)展趨勢。
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溫套管的研制和成功應用，對全國礦山企業(yè)高地溫
礦井實施井下輸冰降溫、輸送保溫介質(zhì)、瓦斯排放、
井下排水工程和建立煤礦井下應急救生通道等施工
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