奚小虎
安徽海螺建材设计研究院有限责任公司 安徽省芜湖市 241070
摘要：目前，露天矿山台阶爆破是粉尘污染问题的重要根源之一，降低爆破粉尘成为当今矿山生产环境保护面临的重要课题。国内外爆破工程人员对粉尘运动规律及降尘措施进行了大量研究。其中，利用水袋爆炸产生水雾除尘是一种相对方便且行之有效的降尘方式，被称为低尘爆破技术。
关键词：露天石灰石；矿山爆破；降尘技术；应用
一、水袋封堵爆破降尘机理
爆破粉尘一般来源于3个方面：
①爆破作业区域表层天然附着的粉尘；②爆破钻孔、预处理时产生大量粉尘；③因爆破岩体挤压破碎形成粉尘。这些粉尘具有浓度高、扩散速度快、分布范围广、滞留时间长、吸湿性良好等特点。
按照降尘方式划分，现阶段露天矿山的降尘措施主要有干式降尘、湿式降尘和干湿结合降尘。利用水袋爆炸产生水雾进行降尘处理的低尘爆破技术属于湿式降尘，其原理主要利用炸药爆炸反应产生的高温、高压和高速气流在介质中激发冲击波，对水袋及其水袋中的水产生冲击力，水袋破碎抛撒形成具有一定压力、粒径、速度和浓度的水雾。一定范围的水雾和小液滴，弥散在岩石的裂隙中，遍布整个爆区的表面及自由面，与粉尘碰撞粘合，达到液态雾滴与固态粉尘凝结成较大颗粒后加速其沉降的目的。
水袋封堵法爆破降尘主要依据炮孔炸药爆炸，使水袋中的水形成水雾雾滴，水雾雾滴有一定大小，可对爆破粉尘进行捕捉而湿润尘粒。爆破后使水袋中水形成水雾雾滴粒径的大小及其水雾雾滴范围与其捕尘效率有很大关系，爆破后形成的水雾雾滴与尘粒粒径大小相当时捕尘效率最好。水雾雾滴太小，即使尘粒与其碰撞也难以使尘粒湿润；水雾雾滴太大，其抛撒速度低、面积小，只能与小范围的粉尘碰撞、胶结、凝聚使粉尘湿润，所以水雾雾滴过大或过小都会影响捕尘能力而影响降尘效果。
水雾雾滴与尘粒的相对速度会随着冲击能量提高而提高，同时雾滴的表面张力对粉尘的阻力会减小。相对速度不宜过高，过高会使尘粒与雾滴的接触时间缩短，捕尘效率降低。水量的大小是影响除尘效果的主要因素，水量增大可以有效提高除尘效率。在其他条件相同下，一定的水量对应一定的最大除尘量。
二、水袋封堵爆破实验
由液体爆炸抛撒成雾机理和爆炸水雾形成过程可知，水袋壁厚影响水雾雾滴向四周扩散的速度；水袋长径比（水袋高度与直径比值）影响水雾抛撒半径、水雾高度、抛撒初速度等；水袋安放位置及数量影响水雾雾滴对粉尘的作用时间。
此外，爆破振动会造成扬尘，在起爆前需要进行湿润处理。爆炸后未燃烧殆尽的水袋残留物可能产生白色污染，在保证水袋环保高效使用的基础上，力求选择经济廉价的材料。
1、选择水袋
传统水袋一般选用透明柔软、环保的乳胶或是聚乙烯塑料注塑而成，燃烧会产生一氧化碳等有毒气体，未燃烧殆尽的残留物难于被分解，造成白色污染。因此，采用LDP—低密度聚乙烯，通过吹塑法加工而成的管状薄膜作为水袋材料。该材料环保实用，燃烧迅速。既保持了原有普通水袋的抗压、耐温和严实，其残留物相比传统水袋能够更快被分解。
2、确定水袋壁厚
水袋壁厚会影响水雾雾滴向四周扩散。壁厚过大，对抛散负功越多，影响抛散速度及半径；壁厚过小，其抗压和抗磨能力小，容易在注水、水袋壁与钻孔壁面摩擦和填塞过程中破裂漏水，既影响炸药的爆破效果，又失去了降尘效果。根据液体抛撒最大速度VO和壁厚存在的关系。
式中：D为水袋直径（即钻孔直径，cm）；ρ为液体水密度，kg／m3；L为水袋高度，cm；d为水袋的厚度，cm；K为系数，K＝2.7×103，－0.20为固有系数。式（1）表明水雾雾滴抛撒的最大速度和水袋的壁厚存在做负功关系，水雾抛撒半径因水袋壁面可以抵消炸药爆炸时对水的冲击力。在一定范围内，水袋壁厚越大，抵消的作用越大，水雾抛撒半径越小。
目前市场上销售的水袋壁厚是0.03～0.055mm，为选择价廉且耐压的水袋，通过现场实验反复验证，水袋壁厚为0.06～0.08mm时，水袋不易破损，爆破后水袋形成的水雾较为理想，能有效降尘。
3、水袋长径比设计
水袋直径受钻孔直径影响，水袋在注水后需要紧贴钻孔壁面，形成密封状态，其蓄水直径也就是钻孔直径。水袋长径比的大小实际反映的就是在一定钻孔直径储水量的多少。因为水袋和水袋中的水受到炸药爆炸后瞬间冲击力的作用，水袋瞬间破裂，而水形成水雾水滴而向四周抛撒，所以一定的水量对应一定的降尘量。
由现场的实验可知：水袋长径比小，储水量小，炸药爆炸后产生的冲击力都加在微小的水量上，速度过大瞬间形成烟雾而消失，不可能形成水雾雾滴去捕集爆破所产生的粉尘，起不到降尘效果；水袋长径比增大，水雾雾滴抛撒的初始阶段的半径随着长径比的增大而增大，之后变化不大。而水雾雾滴的径向抛撒速度随着长径比的增大而增大，当水袋长径比较大时，形成水雾雾滴在空间排列比较均匀，速度增大快，同时减小也快，但水雾雾滴的抛撒高度达到一定高度后就不再变化。
根据现场情况选用水袋，当钻孔直径120mm时，水袋长度为1200mm；当钻孔直径140mm时，水袋长度1500mm）。
4、固有填塞长度下水袋参数
为验证不同长度水袋和安放位置的降尘效果，分别布置单水袋、双水袋，并在装药完成之后，在固有填塞长度为4m的条件下考虑水袋长度比例和安放位置。双水袋是指装药完成后，在填塞段的底部安放水袋，与炸药紧密接触，水袋安放后再进行填塞，填塞到最后，预留一定空间安放顶部水袋，与填塞形成一个整体，单水袋只有顶部安放水袋。水袋布置如图1所示，现场填塞如图2所示。
图1单水袋、双水袋布置
图2现场填塞
结论
1）选择新型水袋材料，可加快爆破后水袋残留物降解速度，对环境污染更小。水袋壁更薄，可增大水雾雾滴抛撒速度和水滴半径，提高雾化体积改善抛撒效果。
2）一定的水量对应一定的除尘量。采用双水袋的降尘效果明显高于单水袋，占封堵长度的最佳比例为75%；采用双水袋要充分考虑水袋的安放位置，形成间隔的水雾。
3）在起爆前，要对钻孔岩粉、爆破物体表面粉尘进行湿润处理，避免其受爆破振动及冲击波作用形成扬尘。
参考文献：
［1］刘坚，李泽华，白和强，等.露天矿爆破粉尘排放量影响因素分析及试验研究［J］.爆破，2017，34（1）：169－174.
论文作者:奚小虎
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第23期
论文发表时间:2019/7/22
标签：水雾论文; 雾滴论文; 粉尘论文; 长径论文; 钻孔论文; 速度论文; 直径论文; 《建筑模拟》2019年第23期论文;