深凹露天矿降低爆破尘毒的现场试验

D0I:10.13374/i.issn1001053x.2000.04.033 第22卷第4期 北京科技大学学报 Vol.22 No.4 2000年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.2000 深凹露天矿降低爆破尘毒的现场试验 杜翠凤李怀宇 北京科技大学资源工程学院，北京100083 摘要采用现场试验和数值计算相结合的方法，研究表面活性剂溶液填塞炮孔降低露天矿 爆破尘毒的效果.结果表明，药液爆破与常规爆破相比，爆破尘毒产生量减少50%以上.该技 术对减少深凹露天矿内的环境污染具有重要意义， 关键词深凹露天矿：爆破尘海：表面活性剂溶液：尘毒排放强度 分类号TD714;R136.3 露天矿爆破产生大量的粉尘和CO,NO,等 倒放在孔边，起增加药液的降尘毒效果的作用. 有毒有害物质（简称爆破尘毒）.这些物质在深 爆破前后的气象参数如表1所示，根据当 凹露天矿内可长时间滞留在坑底，致使矿内空 时的风向，在爆破前将筒式采样器放置在爆破 气质量很差，严重时可造成停产.爆破瞬间产生 污染范围内的指定测点， 的数以万计立方米的爆破烟尘，进入大气后，对 表1爆区气象参数 矿外的区域环境也会造成威胁.因此，从根本上 Table 1 Meteorological data of the explosive area 采取措施，降低爆破烟尘产生量，对改善矿内外 项目 第1次第2次第3次第4次第5次第6次 环境都具有重要意义， 天气情况 晴朗睛朗晴朗晴朗晴朗晴朗 通过在实验室配方实验和爆破硐室爆破实 干温度/℃ 3.2 30.531.030.028.028.0 验的基础上，以武钢大治铁矿东露天采场为试 湿温度/℃ 24.025.023.523.5 验点，进行表面活性剂溶液填塞炮孔与岩屑填 相对湿度% 67.556.066.067.067.0 塞炮孔的对比试验，根据粉尘和CO的测定结 气压kPa 1023101.8-101.5101.8 果计算爆破尘毒的排放强度，并评价药液降尘 操前风速/ms10.5-1.50.5-1.507-2.00.8-1.50.8-2.00.3-1.5 毒效果. 爆后风速/ms1 0.5-3.00.7-2.50.8-1.50.5-3.00.2-2.0 1试验 2测定结果及分析 大冶铁矿东露天采场属于深凹露天刊矿，采 2.1C0测定结果和排放C0强度计算 用德尔格CO瞬时测定仪，连续测定爆区 深已达200m以上，台阶高度12m.倾斜钻孔， 孔深15m,直径170mm,采用挤压爆破工艺，乳 下风侧空气中呼吸带的CO瞬时浓度和爆堆中 心溢出的CO浓度.各次试验各测点CO浓度随 化油炸药.试验分别在-60，-72，-84和-96m 时间变化的测定值如图1所示. 进行，共进行6次. 本次试验所用表面活性剂溶液的配方为： 在图1中，测点与测点之间CO浓度大小并 单体0.005%，1助剂0.5%，2"助剂0.5%，3助剂 没直接的可比性，这是因为各测点的坐标位置 0.05%,4°助剂0.4%和水. 不同，即使在爆破后的同一时刻CO浓度理论 上也是各不相同的.另外，各点的CO浓度还与 在各炮孔安装好炸药和导爆管后，把盛装 爆破用的炸药量、每个孔的装药量等因素有关， 表面活性剂溶液的无毒聚乙烯塑料袋（直径为 180mm)填入炮孔中，然后边加药剂边注水，在 每次爆破用的炸药量不同和爆破的单孔平均装 药量的差异，都直接影响不同位置测点测到的 水的冲搅下使药剂溶解混合，装满药液的药袋 长度比炮孔填塞高度多出1.5m左右，多出部分 CO浓度值.因此，要正确评价药液的降尘毒效 果，必须以上述试验数据为依据，利用数值计算 1999-12-12收稿杜翠凤女，34岁，讲师 *国家“八五”重点攻关项目(No.85-521-04-01) 手段，计算各次爆破产尘毒强度，并用其评价降 尘毒效果

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 ’ 心 一 一 深 凹露天矿降低爆破尘毒的现场试验 杜翠凤 李怀 宇 北京科技大学资源工程学院 ， 北京 摘 要 采用 现场 试验 和 数值 计 算相 结合 的方法 ， 研 究表面 活 性剂溶液填 塞炮孔 降低露天矿 爆破尘 毒 的效 果 结 果 表 明 ， 药液爆破 与 常规 爆破 相 比 ， 爆破 尘 毒 产 生量减 少 以上 该 技 术对 减 少深 凹 露 天矿 内的环 境 污 染具 有 重 要 意义 关键词 深 凹 露 天矿 爆破 尘 毒 表 面 活性 剂溶液 尘 毒 排 放 强 度 分 类号 · 露天矿 爆破 产 生 大量 的粉尘 和 ， 二 等 有 毒 有害物 质 简 称 爆破 尘 毒 这 些 物 质 在 深 凹 露 天矿 内可 长 时 间滞 留在坑 底 ， 致 使矿 内空 气 质 量 很 差 ， 严 重 时可 造成 停 产 爆破 瞬 间产 生 的数 以万 计 立 方米 的爆破烟 尘 ， 进 入 大气后 ， 对 矿外 的区域环 境也会 造成威胁 因此 ， 从 根 本上 采取措施 ， 降低 爆 破 烟 尘产 生 量 ， 对 改善矿 内外 环 境都具 有 重 要 意义 通 过 在 实验 室 配 方 实验 和 爆破 酮 室 爆破 实 验 的基 础 上 ， 以武 钢 大 冶 铁 矿 东 露 天 采 场 为试 验 点 ， 进行 表 面 活 性 剂 溶液填 塞 炮 孔 与岩 屑填 塞 炮 孔 的对 比试验 ， 根据 粉 尘 和 的测 定 结 果 计 算爆破 尘 毒 的排 放 强 度 ， 并评 价 药 液 降尘 毒 效果 倒放在孔边 ， 起增加药液的降尘毒效果 的作用 爆 破 前后 的气 象 参 数 如 表 所 示 根 据 当 时 的风 向 ， 在爆破 前将筒式采样器放 置 在爆破 污 染 范 围 内的指 定测 点 表 爆区气象参数 项 目 天气情况 干温度 ℃ 湿温度 ℃ 相对湿度 气压瓜 爆前风速 · 一 ， 爆后风速 · 一 ’ 第 次 第 次 第 次 第 次 第 次 第 次 晴朗 晴朗 晴 朗 晴 朗 晴朗 晴朗 一 一 一 ， 一 一 一 试验 大 冶 铁矿 东露 天 采 场 属 于 深 凹 露 天 矿 ， 采 深 已 达 以上 ， 台阶高度 倾 斜 钻 孔 ， 孔 深 巧 ， 直 径 采 用 挤 压 爆 破 工 艺 ， 乳 化 油炸 药 试 验 分 别在 一 ，一 ，一 和 一 进 行 ， 共 进 行 次 本 次 试 验 所 用 表 面 活 性 剂 溶 液 的配 方 为 单体 ， “ 助 剂 ， 助 剂 ， 乡助 剂 ， “ 助 剂 和 水 在 各 炮 孔 安 装 好 炸 药 和 导 爆 管后 ， 把 盛 装 表 面 活 性剂 溶 液 的无 毒 聚 乙 烯 塑 料袋 直 径 为 填 入 炮孔 中 ， 然 后 边 加 药 剂边 注 水 ， 在 水 的冲搅 下 使药 剂溶 解 混 合 装 满 药液 的药袋 长 度 比炮孔 填塞 高度 多 出 左 右 ， 多 出部 分 一 一 收稿 杜 翠凤 女 ， 岁 ， 讲 师 国家 “ 八 五 ” 重 点 攻关项 目 一 一 一 测定结果及分析 测 定结果和 排放 强度计算 用 德 尔 格 瞬 时测 定 仪 ， 连续 测 定 爆 区 下 风 侧 空气 中呼吸带 的 瞬 时浓度和 爆堆 中 心 溢 出 的 浓度 各 次 试验 各 测 点 浓 度 随 时 间变 化 的测 定值如 图 所 示 在 图 中 ， 测 点 与测 点之 间 浓 度 大 小 并 没 直 接 的可 比性 ， 这 是 因 为各 测 点 的坐 标位置 不 同 ， 即使在 爆破 后 的 同 一 时 刻 浓 度 理 论 上 也 是 各 不 相 同 的 另 外 ， 各 点 的 浓 度 还 与 爆破 用 的炸 药量 、 每个孔 的装 药量等因素有关 每 次爆破用 的炸药量 不 同和 爆破 的单孔 平 均装 药 量 的差 异 ， 都直 接 影 响 不 同位 置 测 点 测 到 的 浓 度 值 因此 ， 要 正 确评 价 药液 的 降尘 毒 效 果 ， 必 须 以上 述试验 数据 为依据 ， 利用 数值计算 手 段 ， 计 算各 次爆破产尘 毒 强度 ， 并用其评 价 降 尘 毒 效 果 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2000．04．033

Vol.22 No.4 杜翠凤等：深凹露天矿降低爆破尘毒的现场试验 ·297· 80 70 0 c-C1-1 60 。C2-1 +C3-1 50 ·C4-1 -C5-1 .8w/ 40 ◆C6-l 30 20 200 400 600 800 1000 1200 图2爆区空气中瞬时的C0浓度曲线 Fig.1 The curves for instantaneous dust concentration in explosive-area air CO作为爆破主要气态污染物，其产生总量 样器，测定下风侧固定点的粉尘沉降量，用粉尘 由爆生气体和溢出气体2部分组成.爆生气体 采样仪，采集空气中的粉尘.用粉尘瞬时测定仪 是在爆破后瞬时产生，为一瞬时源.其扩散采用 测得的爆堆下风侧空气中粉尘瞬时浓度如图2 积分烟团模式，爆破后时刻t浓度分布c: 所示.从图2可以看出，在爆破后一段时间内， cy3am2是apl-22x 29. 大气中的粉尘瞬时浓度出现一个峰值，然后逐 ep-云1ex-岳 渐降低， (1) 用粉尘采样仪的采样滤膜和筒式采样器的 在蘑菇云形成后，由于动量减小，迅速向四 采样滤膜进行粉尘粒径分级，并计算爆破粉尘 周扩散，故在源强计算时可假定蘑菇云为单箱 的个数浓度、质量浓度和平均等效直径，其结果 模型，箱内污染物均匀分布，其源强表达式： 如表3. 2o=(2,-c,のe (2) 从上述对大冶铁矿的爆破粉尘粒径分析结 式中，u-风速，m/s:o,0,0:一x,y,z方向上的扩 果可知，粉尘颗粒分散度大，大部分是粒径小于 散参数；c一污染物本底浓度，mgm:2,-t时刻 10μm的呼吸性粉尘，粒径小于10μm粉尘个数 后源强，mg:。一爆破后的瞬时源强，即爆破有 比率达到93.8%，质量分数达到48.6%. 毒气体生成量，mg:l一单箱长度，m.溢出气体 (约占总量的30%)是一无规则体积排放源，它 表2爆破粉尘、C0排放强度计算结果 Table 2 Calculation data for emitted intensity of explosive dust 以爆堆为源在爆破后很长一段时间内缓慢溢 and CO kg 出，可假定为一系列瞬时烟团，仍采用积分烟团 C0产生强度 模式.爆破后时刻t爆堆下风侧地面CO浓度c2. 粉尘产牛强度 煤破爆破 吨炸药排万吨矿岩摔吨炸药排万吨矿岩排 C2 am驰aa6p-2epi-嘉x 次数种类 放强度 放强度 放强度 放强度 ep-会 1本底2.526 4.601 (3) 2 本底 2.464 5.254 59.968 127.874 爆破后在矿内某一时刻任意采样点污染物 3本底 3.147 8.052 75.734 193.720 浓度c是爆生气体贡献c,和溢出气体贡献c之 本底爆破 和问，各次试验的C0产生强度计算结果如表2加权平均值 2.743 6.968 68.172 159.149 4药液1.482 3.491 28.021 65.989 所示. 5 药液 1.130 2.172 27.875 53.586 2.2粉尘测定结果及排放强度计算 6 药液 1.326 1.903 47.312 67.893 用P-5L,光电粉尘测定仪连续测定爆区下药液爆 1.163 2.428 33.243 61.980 风侧空气中粉尘瞬时浓度，用自制筒式粉尘采加权平均值

杜 翠 凤 等 深 凹 露 天 矿 降低 爆 破 尘 毒 的现 场 试验 · ， · 一 · 一 侧 卜 · 切日 。 · ’ 图 爆 区空气中瞬时的 浓度曲线 一 作 为爆破 主 要 气 态 污 染物 ， 其 产 生 总量 由爆 生 气 体 和 溢 出气 体 部 分 组 成 爆 生 气 体 是在 爆破 后 瞬 时产 生 ， 为一 瞬时源 其扩 散采用 积 分 烟 团模 式 ， 爆 破 后 时 刻 浓度 分 布 ， 。 ， ，， ， ·， 一 命巍 厌 二 卜命 卜· 一 ， 一 一一不， 一 乙 氏 〔 其心 “ 在蘑菇云 形 成 后 ， 由于 动 量 减 小 ， 迅速 向四 周 扩 散 ， 故 在 源 强 计 算 时可 假 定 蘑 菇 云 为 单箱 模型 ， 箱 内污 染 物均匀 分布 ， 其 源 强 表 达 式 ，一 ， 的 刚 式 中 ， 一 风 速 ， 氏 ， 几 ， 氏 一 ， ， 方 向上 的扩 散 参数 ， 一 污 染 物本 底浓 度 ， ，一 时刻 后 源 强 ， 。 一 爆 破 后 的 瞬 时源 强 ， 即爆破 有 毒 气 体 生 成 量 ， 一 单 箱长 度 ， 溢 出气 体 约 占总量 的 〔 是一 无 规则体积排放源 ， 它 以 爆 堆 为 源 在 爆 破 后 很 长 一 段 时 间 内缓 慢 溢 出 ， 可 假 定 为一 系列 瞬 时烟 团 ， 仍采用积分烟 团 模 式 爆 破后 时 刻 爆 堆 下 风 侧 地 面 浓 度 样 器 ， 测 定下 风 侧 固定 点 的粉 尘沉 降量 ， 用 粉尘 采 样仪 ， 采集 空气 中的粉尘 用 粉 尘 瞬 时测 定仪 测 得 的爆堆 下 风 侧 空 气 中粉尘 瞬 时浓 度如 图 所 示 从 图 可 以看 出 ， 在 爆 破 后 一 段 时 间 内 ， 大气 中的粉尘 瞬 时浓 度 出现 一 个 峰值 ， 然后 逐 渐 降低 用 粉尘 采样仪的采样滤膜 和 筒式采 样器 的 采样 滤 膜进行 粉尘 粒径 分 级 ， 并计 算爆 破粉 尘 的个数浓度 、 质量 浓 度和 平 均等效直径 ， 其结 果 如表 从 上 述对 大冶铁矿 的爆破 粉 尘粒 径 分 析 结 果 可 知 ， 粉尘 颗 粒分 散度 大 ， 大 部 分 是粒 径 小于 林 的呼吸性粉 尘 粒径 小于 林 粉尘 个数 比率达 到 ， 质 量分 数达 到 表 爆破粉尘 、 排放强度计算结果 ‘ 。 一 ， 护 苛人节犷一一一一 ’ 一 一一不尸，厂一 ‘ 口 一 嘴‘ 二 乙兀少一 口刀 ，矶 一 乙 一 ‘ 一 乙药 爆破 次数 爆破 种类 产生强度 粉尘产生强度 吨炸药排 万吨矿岩排 一 尸厄贾 爆破 后 在矿 内某 一 时刻任 意采样 点污 染物 浓 度 是 爆 生 气 体 贡 献 ， 和 溢 出气 体 贡 献 之 和 〔 ， 各 次试 验 的 产 生 强 度计 算 结果 如 表 所示 粉尘测 定结果及排放强度计算 用 光 电粉 尘 测 定 仪 连 续测 定 爆 区 下 风 侧 空 气 中粉 尘 瞬 时浓 度 ， 用 自制筒式粉 尘 采 本底 本底 本底 本底爆破 加权平均值 药液 药液 药液 药液爆破 加权平均值 放强度 放强度 吨炸药排 万吨矿岩排 放强度 放强度

●298· 北京科技大 学 学 报 2000年第4期 表3爆破粉尘的分散度 3降尘毒效果评价 Table 3 Disperation degree of explosive dust 药液爆破相对于本底爆破的降尘毒效率由 粒径/um 测量项目 下式计算. ≤】1-22-55-10>10 n=(1-9,1q)100% (5) 个数比率 29.228.025.611.06.2 按消耗吨炸药的CO排放强度计算，no= 质量分数 0.030.799.1438.6151.40 注：全尘等效平均沉降粒径=4.935m 57.6%;按爆破万吨矿岩的C0排放强度计算， o=59.3%;按消耗吨炸药的粉尘排放强度计算， 图2为爆破后空气中粉尘瞬时浓度变化曲 1尘=51.2%；按爆破万吨矿岩的粉尘排放强度计 线，爆破粉尘的全尘等效平均沉降粒径为4.935 算，1尘=61.1%；平均降低C0的效率为58.45%， μm,小于10μm,属于飘尘，在空气中的沉降速 降低粉尘的效率为56.15%. 度小于1m/s,粒子的垂直运动主要由大气运动 降尘毒的综合效率为57.3%.可见，药液填 支配，不能自由沉降，其扩散规律近似等于气体 塞炮孔爆破比岩屑填塞炮孔爆破烟尘产生量减 污染物的扩散，其扩散方程如下： 少12以上，这对减少深凹露天矿矿内空气污 cx,八，z,t,H0= (2元)uo,0,0 -expi-(u]x 205 染，缩短通风时间，提高劳动生产率，改善工人 expi-2exp (4) 的作业环境都具有重要意义， 由扩散方程和测得的试验测定数据计算爆 4结束语 破产尘强度，其结果列于表2. (1)用表面活性剂填塞炮孔爆破，工艺简单， 280 oD2-1 实施较容易， 240 。D3-1 。D5-1 (2)药液爆破与本底爆破相比，可明显降低 200 爆破尘毒的产生量，其降尘毒综合效率达到 160 57.3%,该项技术已在生产现场应用，并取得了 ce 120- 80 良好的社会和经济效益，具有推广应用前景， 40 参考文献 0 30 60 90 120 150 1聂树森.大爆破有毒产物.世界采矿快报，1991,4(10： 20 tis 图2爆破区空气中粉尘瞬时浓度变化曲线 2杜翠凤，爆破有毒气体的污染预报，北京科技大学学 Fig.2 The curves for instatanneous CO concentration in 报，1998,203)：220 explosive-area air Field Experiment of Reducing Explosive Gas and in Deep Open Pit Mine DU Cuifeng,LI Huaiyu Resources Engineering School,UST Beijing.Beijin 100083,China ABSTRACT The composite method of field experiment and numerical calculation is used to study the effect of filling the shot holes with surface-active detergent solution to reduce the explosive gas and dust in open-pit mine.The result shows that the volume of explosive gas and dust can be decreased 50%by using surface-active defergent solution instead of rock cuttings to fill the shot holes.This technique reduces environment pollution in deep open pit mine. KEY WORDS deep open-pit mine;explosive gas and dust surface-active detergent solution;emitted inten- sity of gas and dust

北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 表 爆破粉尘 的分散度 测量项 目 粒径 林 个数 比率 质量分数 一 注 全 尘 等效平 均沉 降粒 径 卜 图 为爆破 后 空 气 中粉 尘 瞬 时浓 度变化 曲 线 ， 爆破 粉 尘 的全 尘 等 效平 均 沉 降粒 径 为 林 ， 小 于 林 ， 属 于 飘 尘 ， 在 空 气 中 的沉 降速 度 小 于 而 ， 粒 子 的垂 直 运 动 主 要 由大气 运 动 支 配 ， 不 能 自由沉 降 ， 其 扩 散规律近似等于 气体 污 染 物 的扩 散 其扩 散方 程 如 下 ，， ， ， ， 。 改卿氛 反 二 卜命 〕 · 〔 〔 一 粤 〕 · 一 釜 〕 由扩 散方 程 和 测 得 的试验 测 定 数据 计 算爆 破 产 尘 强 度 ， 其 结 果 列 于 表 降尘毒效果评价 药 液 爆破 相 对 于 本 底爆破 的 降尘 毒 效 率 由 下 式计 算 叮 一吼 叮， · 按 消耗 吨 炸 药 的 排 放 强 度 计 算旅 。 二 按 爆破 万 吨 矿 岩 的 排 放 强 度计 算 ， 爪 。 · 按 消耗 吨炸药的粉尘排放强度计算 ， 枷 一 · 按爆破 万 吨 矿岩 的粉尘 排 放 强度计 算 刀尘 平 均 降低 的效 率 为 ， 降低 粉 尘 的效 率为 巧 降尘 毒 的综 合 效率 为 可 见 ， 药 液 填 塞炮孔 爆破 比岩 屑填塞炮孔 爆破烟 尘 产 生 量 减 少 以上 ， 这 对 减 少 深 凹 露 天 矿 矿 内空 气 污 染 ， 缩短通 风 时 间 ， 提高劳动 生产率 ， 改善工 人 的作 业 环 境都 具 有 重 要 意 义 结束语 用 表面活性剂填塞炮孔爆破 ， 工 艺简单 ， 实 施 较 容 易 药 液爆破 与本底爆破 相 比 ， 可 明显 降低 爆 破 尘 毒 的 产 生 量 ， 其 降 尘 毒 综 合 效 率 达 到 ， 该项 技 术 己在 生产现 场应 用 ， 并取 得 了 良好 的社会和 经 济效 益 ， 具 有推广 应 用 前 景 参 考 文 献 聂树森 大爆破有毒产物 世 界采矿快报 ， ， 杜 翠凤 爆破 有 毒气体 的污 染预报 ， 北 京科技大学学 报 ， ， 、任如三勺曰 图 爆破 区空气 中粉尘瞬时浓度变化曲线 妞 沙 ， 扮 ， ， ， 一 一 勿 一 一 一