露天矿公路扬尘机理及抑尘

D0I:10.13374/i.issn1001-053x.2005.04.005 第27卷第4期 北京科技大学学报 VoL.27 No.4 2005年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.2005 露天矿公路扬尘机理及抑尘 谭卓英)赵星光)刘文静到闭历平)蔡美峰》 1)北京科技大学土木与环境工程学院金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京10心083 2)广西大学资源与环境学院，南宁5300043)北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要分析了露天矿粉尘的危害以及在运输荷载下的扬尘机理，提出了与传统方法完全不 同的粘结、润湿和保水一体的生态抑尘思想，进行了广泛的实验模拟和现场工业试验.结果 表明，新型抑尘剂具有粘结、凝并、吸湿、保水、固结路面、自适应水土环境的效果，制备工艺 简单，综合费用合理，性价比高，能满足露天矿公路运输和其他作业场址的防尘要求. 关键词露天；矿公路；抑尘剂：粘结：吸湿；保水 分类号TD856.4 目前，我国将近80%的矿产品是由露天开采 工作，如美国、前苏联、英国、日本、德国以及国内 的，露天矿山正在朝大规模生产能力和高度机械 已开发出多种不同类型的抑尘剂.从抑尘原理来 化方向发展，大型电铲+大型汽车运输是露天坑 看，抑尘剂可分为粘结型、湿润型、吸湿一吸水型 内的主流作业方式，然而，露天矿属开放式作业 几种，如以表面活性剂为主体的煤尘抑尘剂以 环境，剥离、采矿、装卸、运输、破碎等引起的粉尘 及美国生产的Coherex粘尘剂、前苏联研制的 污染非常严重.特别是露天坑道路为土质或碎石 mCK抑尘剂，、英国化学工业公司生产的Lessa-- 简易路面，汽车运输，扰动荷载大，动态性强，给 po抑尘剂，以及超强吸水剂，卤盐，渣油，铝硅 粉尘控制带来了很大的困难.有关资料表明m:在 化合物等都在矿山路面扬尘的防治上取得了一 运输作业中，汽车产尘强度为各露天开采作业设 定的成效.但总的来说，这些抑尘剂有些价格昂 备之首，是露天矿最大的粉尘污染源，扬尘量占 贵，难以推广应用；有些毒性或腐蚀性强，难降 全矿总产尘量的70%90%，距路边5m处，空气 解，虽抑制了粉尘，但又产生了二次污染，属污染 含尘量高达750-800mgm3,超过国家卫生标准 物的转移和替代.本次研究旨在分析露天道路粉 400倍左右四. 尘发生机理，针对抑尘技术瓶颈，研制一种无毒 路面扬尘除严重损害人的身体健康外”，还 害、抑尘性能良、性价比高、材料来源广、适应复 污染矿区周围环境，破坏生态平衡.由于一些矿 杂环境温度变化的生态型抑尘剂. 尘中含有如铬、汞、铅等多种不能生化降解的重 金属及其他微量元素，对植物产生毒性作用，严 1路面扬尘机理 重破坏生态系统.路面扬尘会加快车辆主要部 件的磨损，缩短发动机和轮胎的使用寿命，并使 11尘源及粉尘起锚的临界荷载 车辆维修费用增大.当路面扬尘的浓度较高时， (1)尘源条件.矿山运输干线道路一般为碎石 因能见度差而妨碍司机安全驾驶，而且悬浮在空 路面，采掘工作面、排土场道路大多为适当平整 气中的煤尘和一些金属矿尘可能会发生爆炸. 压实的土质路面.在重型自卸汽车的车轮荷载作 由此可见，露天矿运输路面扬尘的防治十分重要 用下，路面产生变形，再加上车轮滚动的压辗、摩 和迫切， 擦、刮削及揉搓作用以及重复加荷，路面很快被 许多国家在研制路面抑尘剂方面做了大量 破坏并形成破碎、松散的土尘，由于车辆运行频 收稿日期：200406-3修回日期：20050404 繁，加上洒水造成的水土流失，被压辗的路面容 基金项目：国家科技攻关计划重大项目QNo.2004BA615-18)及 易形成坑注，使路面凹凸不平，致使汽车运输振 广西科技厅技术攻关项目 动大，矿岩撤落击碎，矿岩在车轮的反复压碾和 作者简介：谭卓英(1965-)，男，博士 揉搓下产生粉尘.因路面辗压及扬尘沉降等而形

第 2 7 卷 第 4 期 2 0 0 5 年 8 月 北 京 科 技 大 学 学 报 JO u r n a l 0 f U n vi e r s tiy o f S e ci n e e a n d Te c h n 0 lO gy B e ji ni g Vb L2 7 N o . 4 A u g . 2 0 0 5 露 天矿公路扬尘机理及抑尘 谭卓英 ” 赵 星 光 ” 刘 文 静 ” 闭 历 平 2 , 蔡 美峰 ” l) 北京科 技大 学土 木与 环境 工程 学院 金属矿 山高 效开 采与 安全 教育 部重 点实验 室 , 北京 10 00 83 2) 广西大 学 资源与 环境 学 院 , 南 宁 53 0 0 4 3) 北 京科 技大 学材 料科 学与工 程 学院 , 北京 10 0 0 83 摘 要 分析 了露 天矿 粉尘 的危 害 以及在 运 输荷 载下 的扬 尘机 理 , 提 出了与传 统方 法完 全不 同 的粘 结 、 润湿 和 保水 一体 的生 态抑 尘 思想 , 进行 了广 泛 的实验 模 拟和现 场 工业 试验 . 结果 表 明 , 新 型抑尘 剂 具有粘 结 、 凝 并 、 吸湿 、 保 水 、 固结 路面 、 自适应 水土 环境 的效 果 , 制备 工艺 简 单 , 综合 费用合 理 , 性价 比 高 , 能 满足 露天 矿 公路运 输和 其他 作业 场 址 的防尘要 求 . 关 键 词 露 天 ; 矿 公路 ; 抑尘 剂 ; 粘结 ; 吸湿 ; 保水 分 类号 T D 8 56 .4 目前 , 我 国将 近 80 % 的矿 产 品是 由露 天 开采 的 , 露天 矿 山 正 在朝 大规 模 生产 能力 和 高度机 械 化方 向发展 , 大型 电铲 + 大型 汽 车运 输 是 露天 坑 内的主 流作 业 方式 . 然 而 , 露 天矿 属 开 放式 作 业 环境 , 剥 离 、 采 矿 、 装 卸 、 运 输 、 破碎 等 引起 的粉 尘 污染 非常严 重 . 特 别是 露天 坑 道路 为土 质 或碎石 简 易 路面 , 汽 车运 输 , 扰 动荷 载 大 , 动 态 性 强 , 给 粉尘 控制 带 来 了很 大 的 困难 . 有关 资料 表 明f , , : 在 运输 作业 中 , 汽 车产 尘 强度 为各 露天 开采 作业 设 备之 首 , 是露 天矿 最 大 的粉 尘 污 染源 , 扬尘 量 占 全矿 总产 尘 量 的 70 % 一 90 % , 距路 边 s m 处 , 空 气 含 尘 量 高达 7 5 0一s o m g · m 一 , , 超 过 国家 卫生 标 准 40 0 倍左 右 2[] . 路面 扬 尘 除严 重 损 害人 的 身体 健 康外 `3 一 7 , , 还 污 染矿 区 周 围环 境 , 破 坏 生 态平 衡 . 由于 一些 矿 尘 中含 有 如铬 、 汞 、 铅 等 多种 不 能 生化 降解 的重 金属 及其 他 微 量元 素 , 对植 物 产 生毒 性 作用 , 严 重 破 坏生 态 系统 『8] . 路 面扬 尘会 加 快 车辆 主 要 部 件 的磨 损 , 缩 短发 动机 和 轮 胎 的使 用寿 命 , 并使 车辆 维修 费用 增 大`9] . 当路面 扬尘 的浓度较 高 时 , 因 能见度 差 而妨 碍司 机安 全 驾驶 , 而 且悬 浮在 空 气 中 的煤 尘 和 一些 金 属矿 尘 可 能会 发 生爆 炸 『10] . 由此 可见 , 露 天矿 运 输路 面扬 尘 的防 治十 分重 要 和迫 切 . 许 多 国家 在 研 制 路 面 抑尘 剂 方 面做 了 大 量 收稿 日期 : 2 0 4-D 6 we 3 修 回 日期 : 20 05 一4 -() 4 基金项 目 : 国家科 技攻 关计划 重大 项 目(N 。 2 0 04 B A 6 15 一 1 8) 及 广 西科 技厅技 术攻 关项 目 作 者简介 : 谭 卓英 ( 19 65 一) , 男 , 博士 工 作 , 如 美 国 、 前 苏联 、 英 国 、 日本 、 德 国 以及 国内 已开 发 出多种 不 同类 型 的抑尘 剂 . 从抑 尘原 理来 看 , 抑尘 剂 可分 为粘 结 型 、 湿润 型 、 吸湿 一 吸 水型 几 种 . 如 以表 面 活性 剂为 主体 的煤 尘 抑尘 剂 L ;I] 以 及 美 国生 产 的 C o he er x 粘 尘剂 、 前苏 联研 制 的 班C n K 抑 尘剂`13] 、 英 国化 学 工业 公 司生产 的 L es s卜 op l 抑尘 剂`14] , 以及 超 强 吸水 剂 , 卤盐 , 渣 油 , 铝硅 化合 物 等 都 在 矿 山 路 面 扬 尘 的 防 治上 取 得 了一 定 的成 效 . 但 总 的来 说 , 这 些 抑尘 剂 有些 价 格 昂 贵 , 难 以推广 应 用 ; 有 些 毒性 或 腐蚀 性 强 , 难 降 解 , 虽 抑制 了粉 尘 , 但 又产 生 了二次污 染 , 属 污染 物 的转 移和 替代 . 本次研 究 旨在 分析 露天 道路 粉 尘 发 生机 理 , 针 对 抑尘 技 术瓶 颈 , 研制 一种 无 毒 害 、 抑尘 性 能 良 、 性 价 比 高 、 材料 来 源 广 、 适 应 复 杂环 境温 度 变 化 的生 态 型抑 尘 剂 . 1 路 面扬 尘 机理 L l 尘源 及 粉 尘起 锚 的临 界荷 载 ( l) 尘源 条件 . 矿 山运 输干 线道 路 一般 为碎石 路面 , 采 掘工 作 面 、 排 土场 道 路 大多 为适 当平整 压 实 的土 质路 面 . 在 重型 自卸 汽车 的车 轮荷 载作 用 下 , 路 面产 生变 形 , 再加 上车 轮滚 动 的压辗 、 摩 擦 、 刮 削及 揉 搓作 用 以及 重 复加 荷 , 路 面 很 快被 破 坏并 形 成破 碎 、 松散 的土尘 . 由于车 辆运 行 频 繁 , 加 上 洒水 造 成 的水 土 流 失 , 被压 辗 的路 面 容 易形 成 坑洼 , 使 路面 凹 凸 不平 , 致使 汽车 运 输振 动 大 , 矿 岩 撒 落击 碎 , 矿 岩 在车 轮 的反 复压 碾 和 揉搓 下 产 生粉尘 , 因路 面辗压 及 扬尘沉 降等而 形 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2005. 04. 005

·404· 北京科技大学学报 2005年第4期 成的细小粉尘，一般为吸入性粉尘，粒径小，重量 于轮缘，沿轮缘切线方向飞出而形成切向尘气 轻，粒间粘结力（含颗粒间吸附力）小，极易在外 流.粉尘颗粒沿轮缘飞出的速度为轮缘处的线速 界起锚荷载下克服粒间引力的束缚而启扬. 度，飞出力的值为土尘颗粒的离心力.由于车轮 (2)粉尘起锚荷载.粉尘起锚荷载是指克服粉 连续带动高速运动的尘粒，将产生强大的诱导气 尘颗粒重力、颗粒间引力及粘结力而使粉尘启扬 流并夹带细微粉尘、土粒甚至碎石随其运动，使 的作用力.使粉尘启扬的临界荷载称为极限起锚 道路上产生扬尘.尘气流乃粒子离心作用所为， 力.由下式确定： 作用于粉尘颗粒的离心力F。为： F=C+W+G (1) F=ΣmR (5) 式中，F®为极限起锚力，C为粉尘颗粒间的粘结 式中，m,为粉尘颗粒的质量，R为轮轴轴心到轮缘 力，W为粉尘颗粒自重，G为粉尘颗粒间的力. 的半径. 粒间粘结力C与粉尘物质组成、电荷极性、含 ④撒落击碎与振动.由于路况等原因，汽车 水量以及粉尘颗粒间是否有充填介质等有关.若 运动会产生振动，一方面使粘附于轮缘的尘土及 已知粉尘颗粒所带电荷量，粉尘之间的电荷引力 车厢内矿岩撒落：另一方面，爆破及机械荷载使 则由物理学方程确定.粉尘颗粒的自重力W取决 地面质点震动造成土尘松动，在诱导气流作用下 于颗粒尺寸、物质组成及含水量.粒间引力是普 形成粉尘.粉尘或尘气流的强弱与路面质量、原 遍存在的，已知粉尘颗粒的质量及颗粒间的中心 矿性质（含土与否）、汽车荷载、行驶速度及气候 距离，其引力大小亦由物理学方程确定.由于粒 条件等有关.设地面质点垂直震动加速度的临界 间引力很小，一般可以忽略不计.因此，临界起锚 值为4，则当下式成立时，粉尘颗粒将在震动作 力主要由粒间粘结力和粉尘颗粒的自重力决定， 用下启扬： 粉尘启扬的临界条件为： doe Fa (6) F.≥F0 (2) m. (2)车体机械风荷载与尘气流.风荷载分机械 12粉尘发生机制及尘气流 (1)轮胎剪切摩擦所产生的离心尘气流.汽车 风荷载和自然风荷载，目前大中型可山多采用重 在自重压力下，分四种作用机制： 型自卸汽车运输方式，车辆在运输矿岩时，除剪 切刮削、颠簸、振动、撒落产生直接扬尘外，汽车 ①辗压作用.轮胎嵌入和挤压地面，使地面 变形、破碎形成松散的土尘，并在诱导气流的作 机械荷载还会产生二次扬尘.在车辆行驶过程 中，汽车速度越大，质量越大，所产生的冲量也就 用下扬尘，辗压破碎的体积Q与单位面积上的作 越大：在汽车经过所排挤的空间将产生巨大的负 用力P,土体硬度H,及抗剪性质有关.用公式表示 压，进而形成诱导气流，使汽车周围的空气逆排 为： e-h景 挤方向流动.诱导气流的强弱取决于汽车的重 (3) 量、横断面积的大小以及行车速度，当诱导气流 式中，k是与轮缘形状有关的系数，k是与土体抗 产生的荷载大于粉尘的临界起锚荷载时，强大的 剪性质有关的参数，P=为轮胎上的垂直作 诱导气流会使地面破碎土尘及路侧降尘启扬，形 用力，F为作用于轮轴上的压力，D为轮胎与地 成二次扬尘. 面的接触长度，B为轮胎接触面宽度， 假定一个包括汽车体积在内的质量不变空 ②摩擦、剪切与刮削作用.由于轮胎的旋转 间，其体积足够大，以至可以不考虑汽车运动对 运动，与地面摩擦，产生强大的摩擦、剪切与刮削 其质量的改变，则汽车运动所产生的负压可由下 作用形成粉尘，这一作用使得粉体破碎的体积增 式确定： 大，刮削力F,的值与剪切破坏的面积有关： PV-P:V=R (7) R-0品 (4) 式中，P,,T为变化初始状态下的大气压力、空 式中，D:为破碎漏斗的深度：α为漏斗的顶锥角之 间体积及大气温度：P,V,2为汽车驶过后的大 半，在数值上近似等于土体的内摩擦角中：为土 气压力、空间体积及大气温度：R为热力学气体 体的抗剪强度， 常数. ③离心作用.经辗压和摩擦破碎的尘土粘附 若汽车以起始速度%及加速度a行驶，其最

北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 4 4 4 5 0 2 0 成 的细 小粉 尘 , 一般 为吸入 性粉 尘 , 粒径 小 , 重量 轻 , 粒 间粘 结力 (含颗 粒 间吸 附力 ) 小 , 极 易在 外 界 起锚 荷 载下 克 服粒 间 引力 的束 缚 而启 扬 . (2 )粉尘 起锚 荷载 . 粉尘起 锚荷 载是 指克服 粉 尘颗 粒 重力 、 颗 粒 间引力及 粘 结力 而使粉 尘 启扬 的作 用 力 . 使 粉 尘启扬 的 临界荷 载称 为 极 限起 锚 力 . 由下 式确 定 : 凡= C十 砰十G ( l) 式 中 , 凡 为 极 限起 锚 力 , C 为粉 尘 颗 粒 间 的粘 结 力 , 砰为粉 尘颗粒 自重 , G 为粉 尘颗 粒 间 的引 力 . 粒 间粘 结力 C 与粉 尘物质 组成 、 电荷 极 性 、 含 水量 以及粉 尘颗 粒 间是 否有 充填介 质等 有关 . 若 己知粉 尘颗粒所 带 电荷 量 , 粉尘之 间 的 电荷 引力 则 由物 理学 方程 确 定 . 粉 尘颗 粒 的 自重 力 砰取决 于颗 粒尺 寸 、 物 质组成 及 含水 量 . 粒 间 引力 是普 遍存在 的 , 己知 粉 尘颗粒 的质 量及 颗粒 间的中心 距离 , 其 引力大 小 亦 由物理 学 方程 确 定 . 由于粒 间引 力很小 , 一 般可 以忽 略不计 . 因此 , 临界 起锚 力主要 由粒 间粘结力 和粉 尘颗 粒 的 自重 力决 定 . 粉尘 启扬 的 临界 条件 为 : 凡 七凡 (2 ) L Z 粉 尘发 生机 制 及尘 气流 ( l) 轮胎 剪 切摩擦 所产 生 的离心 尘气 流 . 汽 车 在 自重 压 力 下 , 分 四种 作用 机制 : ①辗 压 作用 . 轮胎 嵌入 和 挤压 地 面 , 使地 面 变 形 、 破 碎 形成 松 散 的土尘 , 并在 诱 导气 流 的作 用 下扬 尘 . 辗 压 破碎 的体积 Q与单 位面 积 上 的作 用 力尸 ,土 体 硬度从 及 抗剪 性质 有 关 . 用公 式表 示 为 : 于 轮 缘 , 沿 轮 缘 切线 方 向飞 出而 形 成切 向尘气 流 . 粉 尘颗 粒沿 轮缘 飞 出的速度 为轮 缘处 的线速 度 v , 飞 出力 的值为 土尘颗 粒 的离 心力 . 由于车轮 连 续带动 高速 运动 的尘粒 , 将产 生强 大 的诱导气 流 并夹 带细 微 粉尘 、 土粒 甚至 碎 石 随其运 动 , 使 道 路上 产生 扬 尘 . 尘 气流 乃粒 子 离心 作用 所 为 , 作 用于粉 尘 颗粒 的离心 力 eF 为 : 一 。 沪 厂 。 = 乙 矛力厂不犷一 场 ( 5 ) 式 中 , m `为粉尘 颗粒 的质 量 , R 。为轮 轴轴 心到 轮缘 的半 径 . ④ 撒落 击 碎与 振 动 . 由于路 况等 原 因 , 汽 车 运 动会 产 生振 动一方 面 使粘 附于 轮缘 的尘土 及 车厢 内矿 岩撒落 ; 另一 方面 , 爆破 及机 械荷 载 使 地面质 点 震动造 成土 尘松 动 , 在诱 导气 流作用 下 形 成粉 尘 . 粉 尘 或 尘气 流 的强弱 与 路面 质量 、 原 矿 性质 (含 土 与否 ) 、 汽 车荷 载 、 行 驶速 度 及气 候 条 件等 有关 . 设 地面质 点垂直 震动 加速度 的 临界 值 为 a 。 , 则 当下式 成立 时 , 粉 尘颗 粒将 在 震动 作 用 下 启扬 : a02 互刀刁i ( 6 ) ~ , , 尸 口 = 凡凡不 不厂 一 了1 5 ( 3 ) 式 中 , 瓦是 与 轮缘 形状 有关 的系数 , 凡是 与土 体抗 煎性 质 有 关 的 参 数 , p 一 共 为轮 胎 上 的垂 直 作 ” ’工 胆 曰 / 、 目 “ 笋 从 ’ ` D wB / , , “ ’ J曰 一 目 J ~ ~ ” - 用 力 , 只 为 作 用 于 轮轴 上 的压 力 , 几 为轮 胎 与 地 面 的接触 长 度 , B 为轮 胎 接触 面 宽度 . ② 摩擦 、 剪 切 与刮 削 作用 . 由于轮 胎 的旋转 运动 , 与地 面摩 擦 , 产生 强大 的摩擦 、 剪 切 与刮削 作用 形成粉 尘 . 这 一作用 使得 粉体 破碎 的体 积增 大 , 刮 削力 sF 的值 与剪切 破 坏的面 积有 关 : (2 )车 体机械 风荷 载与 尘气流 . 风荷载 分机 械 风荷 载和 自然风荷 载 . 目前大 中型矿 山 多采用 重 型 自卸汽 车运 输 方式 , 车 辆 在运 输矿 岩 时 , 除 剪 切 刮削 、 颠 簸 、 振 动 、 撒 落 产生 直接 扬 尘外 , 汽 车 机 械 荷载 还 会 产 生二 次 扬 尘 . 在 车 辆行 驶 过 程 中 , 汽车 速度 越大 , 质 量越 大 , 所 产 生 的冲 量也 就 越 大 ; 在汽 车经 过所排 挤 的空 间将产 生 巨 大 的负 压 , 进 而 形成 诱 导气 流 , 使 汽车 周 围 的空气 逆 排 挤 方 向流 动 . 诱 导气 流 的 强弱 取 决 于汽 车 的 重 量 、 横 断面积 的大 小 以及 行 车速 度 . 当诱 导气 流 产 生 的荷 载 大于粉尘 的临界 起锚 荷载 时 , 强大 的 诱 导气 流会 使地 面破碎 土 尘及路 侧 降尘启扬 , 形 成 二 次扬 尘 . 假 定 一 个包 括 汽 车 体 积 在 内的质 量 不 变 空 间 , 其体 积足 够 大 , 以至可 以不考 虑汽 车运 动 对 其 质量 的 改变 , 则汽 车运 动所 产生 的负压 可 由下 式确 定 : 尸;私 界 几矶 兀 二 R ( 7 ) 。 一 箫 ( 4) 式 中 , D f为破 碎漏 斗 的深 度 : a 为漏 斗 的顶锥 角之 半 , 在 数值 上近 似 等 于土 体 的 内摩 擦 角沪; 肠 为土 体 的抗 剪强 度 . ⑨ 离 心作 用 . 经 辗压 和摩 擦破 碎 的尘 土粘 附 式 中 , 尸, , 矶 , 皿 为变 化初 始状 态 下 的大气 压 力 、 空 间 体积 及 大 气 温度 ; 八 , K , 界 为汽 车 驶 过 后 的大 气压 力 、 空 间体 积及 大气 温 度 : R 为热 力学气 体 常数 . 若汽 车 以起 始速度 v0 及 加速 度 a 行驶 , 其最

VoL.27 No.4 谭卓英等：露天矿公路扬尘机理及抑尘 ·405· 大横断面积为S,车体轴向长度为L,汽车驶过L所 其柔韧性或塑性来提高抗破碎性能.对于土体特 需的时间为，则改变后的状态由两部分组成，其 别是粘土，当含水量低于液限时，适当增加含水 一，汽车行驶所排挤的空间SL,将产生负压P:其 量其塑性将增强，可减小产生破碎土尘的几率. 二，除汽车所占空间外的其他空间，因空间足够 增大粉尘颗粒的直径需要将细小的粉尘颗粒聚 大，其状态参数可以认为不随汽车行驶而改变， 合成较大颗粒的粉尘，其实质还是增大粉尘颗粒 因此，在质量不变空间中，若不考虑汽车尾气排 的自重，这和增大粉尘颗粒的容重是殊途同归 放所引起的气体质量和热能的改变，可由式(3) 的，增加容重最简单有效的办法就是增加含水 确定： 量.此外，在土质路面中铺垫碎石，增强路面的抗 Piv_PSJ(votat)dt P(V-SL)-R 辗压强度，可减轻汽车重载对路面的破坏，减少 T (8) T 尘源， 则所产生的负压可由下式计算： P.=RZ(1-P(V-SL)) 由此提出了粘结、凝并、吸湿和保水一体的 S(votat)dt (9) 综合抑尘思想.粘结就是将粉尘颗粒通过抑尘因 汽车行驶产生的负压致使诱导气流逆汽车 子的粘结作用与地面固结，并通过粘结因子的渗 所排挤的空间流动，排挤时气流的流动和诱导气 透作用使之与路面土质融合为一体，从而提高路 流的流动是一个互逆的过程，假设诱导气流的质 面的强度.凝并就是即将细小的粉尘颗粒聚合成 量为m,诱导开始速度为y,诱导终止速度为2，且 较大的粉尘颗粒，从而抑制可悬浮粉尘，吸湿则 因诱导气流最终恢复平衡，0，则根据能量守 是吸收空气中的水分，提高路面土尘的含水率， 恒和冲量原理可建立如下方程： 增大容重，增强路面柔韧性及颗粒重量，减少破 F,=mv (10) 碎和抑制粉尘扬起.保水则是抑制土尘中水分的 蒸发，使水分在土尘或地面中停留更长的时间， 式中，F,为诱导气流产生的风荷载：m为体积空间 以达到好的抑尘效果 S江内的空气质量；4为诱导气流的流速，在数值 上近似于汽车的初始行驶速度：1为诱导气流的 2新型抑尘剂的抑尘实验模拟及 作用时间.实验表明，t与汽车运行速度v、大气状 主要特性 况（气压、温度、气流速度）及地形等因素有关，坑 内平直公路诱导气流的作用时间一般为汽车经 2.1室温吸湿保水性实验 过L所需时间的10~15倍.在弯道处诱导气流的 将120mL水加相应抑尘剂按固含量配制成 作用时间大约为平直道路时的1.5~2.0倍. 溶液，分别洒到装有200g某矿运输路面的尘样 此外，在机动车行驶过程中，车体周边与空 蒸发皿中，待其润湿尘样后，做吸湿抑尘实验，测 气相摩擦会产生剪切气流，也会携带细微尘粒一 定一定时间后的含湿量.为了便于比较，还制作 起飞扬、尘化，气流的速度可由流体力学方程 了纯水溶液的尘样， 确定，汽车尾气排放所产生的喷射气流，亦将对 从图1可以看出，纯水制成的尘样，静置到 气流的状态产生影响.其影响程度与排气量大 144h后，几乎完全失去水分.图中1~4为不同配 小、方向以及与尘面的距离有关， 比的抑尘剂尘样，5为纯水制作的尘样.14号尘 13抑尘原理 样的吸湿保水性能相当：经处理后的尘样，静置 根据粉尘发生机制，抑尘原理可从以下三个 168h后含湿量降至37%左右，第4号样的长时间 方面考虑：(1)增强土质地面的抗辗压性能以减少 吸湿保水性能稍低，但经168h后，其含湿量依然 尘源.(2)增加粉尘颗粒的重量以减少扬尘.(3)改 能保持在35.65%.放置更长时间，其表面仍具有 善路况，减少振动：同时，对车载矿岩进行处理以 一定的湿度，随着空气湿度的变化，尘样的含湿 减少洒落，要增强土质路面的辗压性能，则需要 量也随着变化.而且加有抑尘剂的所有尘样都有 提高土质地面的硬度和强度，然而，由于受开采 明显的结板现象，随着尘样含湿量的减少，尘样 作业特点及土质路面本身的限制，提高硬度和强 结板现象明显.由此可见，该抑尘剂具有很好的 度来抵抗重型汽车的超大荷载是非常有限的：因 吸湿保水性，能够在较长时间内锁住水分，使尘 此，只能在满足一定强度和硬度的条件下，增强 样保持较高的含水率，从而达到抑制扬尘的效

V b L2 7 N o . 4 谭 卓英 等 : 露 天矿 公路 扬 尘机 理及 抑 尘 一 4 0 5 - 大横 断 面积 为 S , 车 体 轴 向长度 为L , 汽 车驶 过 L所 需 的时 间为 t0 , 则 改变 后 的状 态 由两 部分 组成 . 其 一 , 汽车 行驶 所排 挤 的 空间 SL , 将 产 生负 压几 ; 其 二 , 除汽车 所 占空 间外 的 其他 空 间 , 因空 间足 够 大 , 其 状态 参 数 可 以认 为 不 随汽 车行 驶而 改变 . 因此 , 在质 量 不 变 空 间中 , 若 不 考 虑汽 车 尾气 排 放 所 引起 的气 体质 量 和 热 能 的改变 , 可 由式 (3) 确 定 : 八凡 _ 兀 只s了( v0 +a )t d ` 尸, (矶一 SL ) ( 8 ) 则所 产 生 的 负压 可 由下式 计算 : _ R 兀 { 1一尸 t ( 叱一 SL ) } s 丁( v0 + a )t dr ( 9 ) 汽 车 行驶 产 生 的 负压 致 使 诱 导气 流 逆 汽 车 所排 挤 的空 间流 动 , 排挤 时气 流 的流 动和 诱 导气 流 的流动 是一 个 互逆 的过 程 . 假 设诱 导气 流 的质 量 为 m , 诱 导 开始速 度 为v , , 诱导 终止 速度 为姚 , 且 因诱 导 气流 最 终 恢 复 平衡 , 姚= 0 , 则根 据 能 量 守 恒 和冲 量 原 理可 建 立 如下 方程 : 凡 一 粤 (l0 ) 式 中 , 凡为 诱导 气流 产 生的 风荷 载 ; 。 为体积 空 间 SL 内 的空气 质 量 ; v ,为 诱 导气 流 的流速 , 在 数值 上 近 似 于汽 车 的 初始 行驶 速 度 ; t为 诱 导气 流 的 作用 时 间 . 实 验表 明 , t与 汽 车 运行 速度 v 、 大 气 状 况 (气 压 、 温度 、 气 流速 度 ) 及地 形 等 因素 有 关 , 坑 内平 直 公 路 诱导 气 流 的作 用 时 间一 般 为汽 车 经 过 L 所 需 时 间的 10 一巧 倍 . 在 弯道 处 诱 导气 流 的 作 用 时 间大约 为 平直 道 路 时 的 1 . 5砚.0 倍 . 此外 , 在机 动 车 行驶 过 程 中 , 车 体周 边 与 空 气相 摩擦 会产 生 剪切 气流 , 也会 携 带细 微尘 粒一 起 飞 扬 、 尘 化 L均 , 气 流 的速度 可 由流体 力 学方 程 确 定 . 汽车 尾气 排放 所 产 生 的喷射 气 流 , 亦将 对 气 流 的状态 产 生 影 响 . 其 影 响程 度 与 排 气 量 大 小 、 方 向 以及与 尘 面 的距 离 有关 . L 3 抑 尘原 理 根 据 粉尘 发 生机 制 , 抑 尘 原理 可从 以下三 个 方面考 虑 : ( l) 增 强土质 地面 的抗 辗压 性 能 以减少 尘源 . (2 )增 加 粉 尘颗 粒 的重 量 以减少 扬 尘 . (3) 改 善 路况 , 减 少振 动 ; 同时 , 对车 载矿 岩进 行 处理 以 减 少洒 落 . 要增 强 土质 路 面 的辗 压 性 能 , 则 需 要 提 高土 质 地面 的硬度 和 强度 . 然 而 , 由于 受 开采 作业特 点 及土 质路 面 本身 的 限制 , 提 高硬 度和 强 度来抵 抗 重型 汽车 的超 大荷 载 是非 常有 限的 ; 因 此 , 只 能在 满足一 定 强度 和 硬度 的条 件下 , 增 强 其柔 韧 性或 塑性 来提 高 抗破 碎性 能 . 对 于土体特 别 是粘 土 , 当含 水 量低 于 液 限 时 , 适 当增加 含 水 量其 塑 性将 增 强 , 可减 小产 生破碎 土 尘 的几 率 . 增 大粉 尘 颗 粒 的直径 需要 将 细 小 的粉 尘 颗粒 聚 合成较 大 颗粒 的粉 尘 , 其 实质 还是 增大 粉尘 颗粒 的 自重 , 这 和 增 大粉 尘 颗 粒 的 容 重是 殊 途 同 归 的 . 增 加 容 重 最 简单 有 效 的办 法就 是 增 加含 水 量 . 此 外 , 在 土质 路面 中铺 垫碎 石 , 增 强路面 的抗 辗 压 强度 , 可 减轻 汽 车重 载对 路 面 的破 坏 , 减 少 尘 源 . 由此提 出了粘 结 、 凝 并 、 吸 湿 和保 水 一体 的 综合 抑 尘思 想 , 粘 结就 是将粉 尘 颗粒 通过 抑尘 因 子 的粘 结作 用与 地面 固 结 , 并通过粘 结 因子 的渗 透作 用使 之 与路 面土 质 融合 为一体 , 从而提 高 路 面 的强度 . 凝 并 就是 即将 细 小的粉 尘颗 粒聚 合 成 较 大 的 粉尘 颗 粒 , 从 而抑 制 可 悬浮 粉 尘 . 吸 湿则 是 吸 收 空气 中 的水 分 , 提 高 路 面土 尘 的含 水率 , 增 大容 重 , 增 强路 面柔 韧 性 及颗 粒 重量 , 减 少破 碎 和抑 制粉 尘扬 起 . 保 水则 是抑 制土 尘 中水 分 的 蒸 发 , 使 水 分在 土 尘或 地 面 中停 留更 长 的 时 间 , 以达 到好 的抑 尘 效 果 . 2 新 型 抑 尘 剂 的抑 尘 实 验 模 拟 及 主 要特性 .2 1 室 温 吸湿 保水 性 实验 将 120 m L 水 加 相应 抑 尘剂 按 固含 量 配制 成 溶 液 , 分 别洒 到 装有 2 0 9 某矿 运输路 面 的尘 样 蒸 发皿 中 , 待其 润湿 尘样 后 , 做 吸湿抑 尘实 验 , 测 定 一定 时 间后 的含湿 量 . 为 了便于 比 较 , 还 制 作 了纯 水 溶液 的尘样 . 从 图 1 可 以看 出 , 纯 水制 成 的尘 样 , 静 置到 14 4 h 后 , 几 乎 完全 失 去水 分 . 图 中 1一4 为 不 同配 比 的抑 尘 剂尘 样 , 5 为纯 水制 作 的尘 样 . 1礴 号尘 样 的吸 湿 保水 性 能相 当 ; 经处 理 后 的尘 样 , 静 置 16 8 h 后 含湿 量 降至 3 7% 左右 , 第 4 号样 的长 时 间 吸湿 保 水性 能 稍低 , 但经 168 h 后 , 其含 湿量 依然 能保 持在 35 . 65 % . 放 置 更长 时 间 , 其 表 面仍 具有 一 定 的湿 度 , 随着 空 气湿 度 的变 化 , 尘样 的含 湿 量 也 随着 变 化 . 而 且加 有抑 尘剂 的所 有 尘样都 有 明显 的结 板现 象 , 随着 尘 样含 湿 量 的减 少 , 尘 样 结板 现象 明显 . 由此 可 见 , 该 抑尘 剂 具 有很 好 的 吸湿 保水 性 , 能够 在 较长 时间 内锁 住水 分 , 使 尘 样 保 持 较 高 的 含水 率 , 从而 达 到抑 制 扬 尘 的效

406· 北京科技大学学报 2005年第4期 60 35 30 25 0 6一1 2 30 3 ★一4 ■-5 20 0 20 40 60 80 10 时间h 图2高温下尘样蒸发量变化图 Fig.2 Change of the evaporation amount of dust specimens with 0 50 100 150 200 time at high temperature(45C) 时间h 图1室温下尘样含湿量变化 机，转速96rmin,研磨时间30s,进行磨矿、筛分 Fig.1 Change of the moisture content of dust specimens with time 实验，筛分结果如表1所示.从凝并效果可以看 at room temperature(21C) 出，粉尘粒径小于200目的顺序为3,1,4,2，也就 果，并能增大尘样的表面强度 是说，第3种抑尘剂的凝并效果最好.这几种抑 2.2高温抗蒸发性实验 尘剂都具有很好粘结能力，把松散的粉尘粘结成 实验因子的设定与在室温下的吸湿保水实 块，使粉尘不易被气流扬起，并能提高尘样的抗 验不同，采用经干燥处理的500g粉尘大样加300 压强度，柔性好 mL水按固含量配制抑尘剂.待润湿尘样后，置于 表1粉尘在抑尘剂作用下磨矿后的质量分数 预先调好温度的恒温炉中，溶液的温度为21℃， Table I Dust size distribution after grinded with a suppressor 恒温炉温度设定为45℃，并跟踪监测炉内温度变 试剂号+40目+120目+150目+200目-200目 化，从监测结果可知，炉内实际平均温度为 1 71.8113.87 4.60 1.32 8.41 48.9℃，进行抗蒸发性实验，测一定时间和面积 2 72.49 12.05 4.66 1.36 9.44 上蒸发的水量，用蒸发量或蒸发率与时间之间的 3 76.34 11.55 3.86 1.17 7.09 关系来表示抑尘剂尘样的抗蒸发性， 4 71.1313.26 4.91 1.66 9.04 图2中14为不同原料配比制成的抑尘剂制 经过实验及经济效益分析比较，第1种抑尘 作的尘样，5为纯水制作的尘样.从图2可以看 剂为最佳.它具有配方简单、粘结凝固效果好、吸 出，配方不同的抑尘剂抗蒸发性能也不相同，纯 湿保水及高温抗蒸发能力强等特点. 水的抗蒸发性最差，在34h后已经趋于恒重.而 2,4新型抑尘剂的主要性能参数 在抑尘剂尘样中，抗蒸发性能都有很大程度上的 根据上述抑尘实验获得的抑尘剂主要性能 提高，前两种抑尘剂的抗蒸发性能相对较好，变 指标为：pH≥6.5；粘度≥300mPas:耐高温，≥45 化也比较稳定，1号样的蒸发量和蒸发率略低一 ℃：饱和吸水率提高20%：降低了渗透率，粉尘在 些.4号样比前两种稍差，经计算，它在2135h之 自然条件下的入渗速率平均为2.81 mm.min',在 间已经出现低于4%含湿量的危险点.而3号样 抑尘剂下为0.05 mm-min;提高了粉尘的表面吸 在初始阶段蒸发量最低，但是到54h后蒸发量己 附作用，吸湿保水时间长：45℃恒温下的抗蒸发 达最高，脱水基本完成，经过以上分析可知，1号 时间为65h(至含水量4%为止)，蒸发速率为4.8 样抵抗高温蒸发的能力最强，尘样经过72h后才 gh',单位面积蒸发速率0.678gcm2;提高了抗 恒重，其恒重后的含水量最大， 研磨性，低于200目(dk0.08mm)的质量分数为 23粘结凝并与抗研磨实验 6.43%:对细小粉尘具有强粘结作用，固结路面； 用粘度计分别测量抑尘剂溶液的粘度值.经 完全消除喷洒时的二次扬尘.该抑尘剂不仅具有 比较后，第3种抑尘剂的粘度值最大，第1种次 粘结、凝并、吸湿和保水等抑尘综合性能，而且能 之，达510mPas,粘性较大.对这几种抑尘剂尘样 适当改普水土环境，固结维护路面，增强路面的 进行高温脱水后，采用XMQ-240X90锥形球磨 抗辗压性能，防止土质路面的水土流失而造成破

北 京 科 技 大 学 学 报 2 00 5年 第 4 期 人 n 一 3 5 }一 . 一 一 - - - 一一 . - - - 一一 一 呻 一 , 价 !罗í咧燕洲日 - -叫卜 ~ ~ ~ . - ` - - , 白 - 一闷卜 - - - 一刁 卜 - - 0 5 0 10 0 时 间爪 时间爪 图 2 高温 下尘样蒸 发量 变化图 F i.g 2 C b a 略 e o f t h e 即 a P o ar iot n a m o u n t o f d u s t s P e c iIU e n s iw t七 it m e a t h 论h t e口 P c ar t u 代 (4 5℃ ) 图 1 室 温下 尘样含湿量 变化 n 咨 I C h a n沙 o f t b e m io s t u代 e o n t e n t o f d u s t s p e e加 e n s w i th it m e a t or o m t e m p e r a t皿 r e (2 1℃ ) 果 , 并能增 大 尘样 的表 面 强度 . .2 2 高温 抗蒸 发性 实 验 实验 因子 的设 定 与 在 室温 下 的吸湿 保 水 实 验不 同 , 采用 经干 燥 处理 的 50 9粉 尘大 样 加 3 0 m L 水 按固含 量配 制抑 尘剂 . 待润湿 尘样 后 , 置 于 预先 调好 温度 的恒温 炉 中 , 溶 液 的温度 为 21 ℃ , 恒温 炉温度 设 定为 45 ℃ , 并跟 踪 监测炉 内温度变 化 . 从 监 测 结 果 可 知 , 炉 内实 际 平 均 温 度 为 4 .8 9 ℃ , 进行 抗 蒸发 性 实验 , 测 一定 时 间和 面积 上蒸 发的水 量 , 用 蒸发量 或蒸 发率 与 时间之 间 的 关系 来表 示抑 尘剂 尘 样 的抗 蒸发 性 . 图 2 中 1一4 为 不 同原料 配 比 制成 的抑 尘剂 制 作 的尘 样 , 5 为纯 水 制作 的尘 样 . 从 图 2 可 以看 出 , 配方 不 同 的抑尘 剂 抗蒸 发 性能 也不 相 同 , 纯 水 的 抗蒸 发性 最 差 , 在 34 h 后 己 经趋 于 恒重 . 而 在 抑尘 剂尘 样 中 , 抗 蒸发 性能 都有 很大程 度 上 的 提 高 , 前 两种 抑 尘剂 的 抗蒸 发性 能 相对 较好 , 变 化 也 比 较 稳定 , 1 号样 的 蒸发 量和 蒸发 率 略低 一 些 . 4 号 样 比 前两 种稍 差 , 经 计算 , 它 在 21 一 35 h 之 间 己经 出现低 于 4 % 含湿 量 的危 险 点 . 而 3 号 样 在初 始 阶段 蒸 发量 最低 , 但是 到 54 h 后 蒸 发量 己 达 最 高 , 脱水 基 本完成 . 经 过 以上 分 析可 知 , 1 号 样 抵抗 高温 蒸 发 的能 力最 强 , 尘样 经 过 72 h 后 才 恒 重 , 其 恒重 后 的含 水量 最 大 . .2 3 粘结 凝并 与抗研 磨 实验 用粘 度 计分 别测 量抑 尘 剂溶 液 的粘 度值 . 经 比 较 后 , 第 3 种 抑尘 剂 的粘 度值 最 大 , 第 1 种 次 之 , 达 s lo m P a · s , 粘性 较大 . 对 这几 种抑 尘剂 尘样 进 行 高温 脱水 后 , 采 用 X M 令2 4 OX 90 锥 形球 磨 机 , 转速 % r · m in 一 ’ , 研磨 时间 30 5 , 进行磨 矿 、 筛分 实验 , 筛分 结 果如表 1 所 示 . 从 凝并 效 果可 以看 出 , 粉 尘粒 径 小于 2 0 目 的顺序 为 3 , 1 , 4 , 2 , 也就 是说 , 第 3 种 抑尘 剂 的凝 并效 果 最好 . 这 几种 抑 尘剂 都具 有很好 粘 结能力 , 把 松散 的粉 尘粘 结成 块 , 使 粉尘 不 易被气 流 扬起 , 并 能提 高尘 样 的抗 压强 度 , 柔 性好 . 表 1 粉尘在 抑尘剂 作用下 磨矿 后的质 量分数 aT b lc 1 D u st s放 曲t d b u如 n a价 r g r i . d e d 戒比 a , u P P璐 s o r % 试 剂 号 + 4 0 目 + 12 0 目 + 15 0 目 + 2 0 0 目 一 2 0 0 目 1 7 1 . 8 1 13 . 8 7 4 . 6 0 1 32 8 . 4 1 2 7 2 . 4 9 12 . 0 5 4 石6 1 , 3 6 9 4 4 3 7 6 . 3 4 1 1 . 5 5 3 . 86 1 . 1 7 7 刃9 4 7 1 . 13 13 2 6 4 乡1 1 , 6 6 9 . 0 4 经过 实验 及 经济 效益 分 析 比较 , 第 l 种抑 尘 剂 为最佳 . 它 具有 配方 简单 、 粘 结 凝 固效果好 、 吸 湿 保水 及 高温抗 蒸 发 能力 强等 特 点 . .2 4 新 型抑 尘剂 的 主要 性 能参数 根 据 上 述 抑 尘 实 验 获得 的抑 尘 剂 主 要性 能 指 标 为 : p H 七 6 . 5 ; 粘度 七 3 0 0 m p a · s ; 耐 高温 , 之 4 5 ℃ ; 饱 和 吸水 率提 高 20 % ; 降低 了渗 透率 , 粉 尘在 自然 条件 下 的入 渗速 率平 均 为 2 . 81 ~ · m in 一 , , 在 抑 尘剂 下为 .0 05 ~ · m in 一 , ; 提 高 了粉 尘 的表 面吸 附作用 , 吸 湿保 水 时 间长 ; 45 ℃ 恒温 下 的抗 蒸发 时 间为 65 h (至 含 水量 4% 为止 ) , 蒸发 速率 为 4 8 g · h 一 , , 单位 面积 蒸 发速 率 .0 6 7 8 9 · c m 一 , ; 提 高 了抗 研 磨性 , 低 于 20 目(水0 .0 8 r n r n ) 的质量 分 数 为 .6 43 % ; 对 细 小粉 尘 具有 强粘 结作 用 , 固 结路面 ; 完 全消 除喷 洒时 的二次 扬尘 . 该抑 尘剂 不仅 具有 粘 结 、 凝 并 、 吸湿 和保水 等抑 尘综 合性 能 , 而且 能 适 当 改善水 土环 境 , 固结 维 护路 面 , 增 强路 面 的 抗 辗压 性能 , 防 止土质 路面 的水 土流 失而 造成破

Vol.27 No.4 谭卓英等：露天矿公路扬尘机理及抑尘 ●407· 坏，性价比高，无毒、无腐蚀，对矿石选冶无任何 [4]Hnizdo E,Murray J,Klempman S.Lung cancer in relation to ex- 副毒作用，易生化降解，无二次污染：制备及喷洒 posure to silica dust,silicosis and uranium production in South African gold mine.Occup Health Ind Med,1997,36(6):280 工艺简单.在年产量180万t的某露天矿山应用， [5]King A M.Health dust monitoring at Derlwyn opencast coal sit 与洒水防尘比，年节资160万元. J Aerosol Sci,1997,28(2):336 [6]Fulekar M H.Occupational exposure to dust in quartz manufac- 3结束语 turing industry.Ann Occup Hyg,1999,43(4):269 [)刘振奇，梁学邈.工业企业粉尘控制工程综合评价.北京： 露天矿公路路面防尘一直以来是世界抑尘 冶金工业出版社，2002.41 [8]Subrato S,Banerjee S P.Characterization of haul road dust in an 领域的难题，本次研究的抑尘剂具有固结、凝并、 Indian opencast iron ore mine.Atmos Environ,1997,31(17): 吸湿、保水等多种功能，很好地解决了国内外抑 2809 尘剂普遍存在的毒害性、腐蚀性等二次污染及难 [9]陈军良，吴超，张强.国内外路面防尘技术研究现状及评 生化降解等问题，对路面扬尘的抑制效果好，性 价.矿冶，1998,719 [10]Kenneth L.Cashdollar.Overview of dust explosibility character- 价比高，还可适用于城市道路、建筑场地、车站、 istics.J Loss Prev Process Ind,2000,(13):183 码头以及易产生粉尘的野外和室内环境，应用前 [11]Kim J.The economic assessment of surfactant applications for 景广阔 coal dust control in USA mines.Min Technol,1997,79(909) 133 致谢：本课题得到了中国铝业及广西科技厅的资助，梁祖荣等 [12]TienJC.Kim J.Respirable coal dust control using surfactants. 同志参加了本项目的研究，在此表示越谢， Appl Occup Environ Hyg,1997,12(12):957 [13]陆国荣.国外露天矿汽车运输路面扬尘防治技术（四）.安 参考文献 全与环保，1996，(2：40 [1]张平，李绍臣，苏金生，露天矿山汽车运输路面扬尘的防 [14]Ghose MK,Majee S R.Air pollution caused by opencast mining 治方法.露天采煤技术，2000，(3)：44 and its abatement measures in India.J Environ Manage,2001, [2]张华俊，刘菲，张兴凯，等.路面抑尘剂综述，劳动保护科 (63):193 学技术，2000,20(6)40 [15]张承中，刘立忠，李涛，等.机动车二次扬尘机理及影响因 [3]刘景尧.厂矿有害物质分析.北京：劳动人事出版社，1985 素.长安大学学报，2003,23(288 354 Road dust formation and suppression in an open pit TAN Zhuoying,ZHAO Xingguang?,LIU Wenjing,BI Liping",CAI Meifeng 1)The Key Laboratory of the Ministry of Education for the High-Efficient Mining and Safety of Metal Mines,University of Science and Technol- ogy Beijing,Beijing 100083,China 2)School of Resource and Environment,Guangxi University,Nanning 530004,China 3)Materials Science and Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT A simple statement about dust hazard and the mechanism of roadway dust induced by haulage loads in an open pit were analyzed.Based on the theoretic results,a concept for eco-typed dust control and a recipe of roadway dust suppression were introduced.The dust suppressor characterized by adhesion,moisture-absorption and anti-evaporation is completely different from those in conventional ways.An extensive experimental simulation and commercial test were carried out and the results show that the suppressor can meet the requirement of roadway dust suppression in an open pit and other similar sites because of its excellent dust suppression effects such as adhesion, agglomeration,moisture absorption and anti-evaporation and pave-concretion,and self-adaptive to natural environ- ment,simple preparation technology,rational comprehensive cost and high specific performance. KEY WORDS open pit;roadway;dust suppressor;adhesion;moisture-absorption;anti-evaporation

V b L 2 7 N o . 4 谭 卓 英等 : 露天 矿公 路 扬尘 机理 及抑 尘 . 4 0 7 . 坏 , 性 价 比 高 , 无 毒 、 无 腐蚀 , 对 矿 石选 冶 无任 何 副毒 作用 , 易生化 降解 , 无二 次污 染 ; 制备 及 喷洒 工 艺简 单 . 在 年 产量 180 万 t 的某 露 天矿 山 应 用 , 与洒 水 防尘 比 , 年节 资 16 0 万 元 . 3 结 束语 露 天矿 公 路 路 面 防尘 一 直 以来 是 世 界 抑 尘 领域 的难 题 . 本 次研 究 的抑尘 剂具 有 固结 、 凝 并 、 吸湿 、 保 水 等多 种功 能 , 很 好地 解 决 了 国 内外抑 尘剂 普遍 存在 的毒 害性 、 腐蚀 性 等 二次污 染 及难 生化 降解 等 问题 , 对 路 面 扬尘 的抑制 效 果 好 , 性 价 比 高 , 还 可适 用 于城 市 道 路 、 建筑 场 地 、 车站 、 码头 以及 易产 生 粉尘 的野 外 和室 内环 境 , 应 用前 景广 阔 . 致谢 : 本课题得 到 了 中 国铝 业及广 西科技厅 的资助 , 梁祖 荣等 同志参 加 了本项 目 的研 究 , 在此 表示 感谢 . 参 考 文 献 tl] 张平 , 李绍 臣 , 苏金 生 . 露 天矿 山 汽车 运输 路面 扬尘 的防 治 方法 . 露 天 采煤 技术 , 2 0 0 , ( 3) : 4 2[ ] 张华俊 , 刘 菲 , 张 兴凯 , 等 . 路 面抑 尘剂 综述 . 劳动保 护科 学 技术 , 2 0 00 , 2 0 ( 6 ) : 4 0 13 1 刘景尧 . 厂矿 有害物 质分 析 . 北 京 : 劳动人 事 出 版社 , 19 85 . 3 54 [ 4 ] H 幻 i z d o E , M u r 叮 J , K l e哪m an 5 . L u n g ~ e r in er lat ion ot e x - P o s ur e ot s il i e a du s仁 s ili c o s i s an d uamr P or du ct io n in S o hut A 示e an g o l d m in e . O e e u P H e a it h I n d M e d , 1 9 9 7 , 3 6 ( 6 ) : 2 8 0 [ 5 ] K ign A M . H e a hlt 面 s t om n i t o 们 n g at D e r l从了n 叩en e as t e o al s i t · J A e m s o l s c i , 19 9 7 , 2 8( 2 ) : 3 36 [ 6 ] F 沮比ar M H . o c cun at i o n al e x p o s ure t o dus t in q u art z m an u俪 - t面 n g i n du s好 A o n o e e u P tl y g , 19 9 9 , 4 3( 4 ) : 2 6 9 17 」刘振 奇 , 梁 学邀 . 工 业企 业粉 尘控制 工程 综合 评价 . 北 京 : 冶 金工 业 出版 社 , 20 02 . 41 [ 8] S u b r at o S , B an e rj e e S 卫 hC ar a e t e ir az ti on o f h au l or ad du st in an I n d ian o P en e a st ir on o re m in e . A恤 。 , E n vi or n , 1 99 7 , 3 1 ( 17 ) : 2 80 9 9[ ] 陈军 良 , 吴 超 , 张强 国 内外路面 防尘 技术研 究现 状及评 价 . 矿 冶 , 19 9 8 , 7 ( l ) : 9 [ 10 ] K e n n e tb L . C as h d o ll既 0 v e vr i e w o f du st e x P 1 o s i bi l ity e h ar a c t e -r i s ti e s . J L o s s P vre P m c es s I n d , 2 0 00 , ( 13 ) : 18 3 11 1] K 面 J . hT e e e on m i e as s e s s m e nt o f s u r af c tan t a P P li e iat o ns ofr e o al du s t c o n t r o l in U S A r n m e s . M i n eT e h n o l , 19 9 7 , 7 9 ( 9 0 9 ) : 13 3 [ 12 ] iT en J C , K in l J . R e s p i r a b l e e o al du s t e o ntr o l u s ing s u r fa c tan t s . A P p l o e e u P E n v i ro . E y g , 1 99 7 , 12 ( 12 ) : 9 5 7 【13 』陆 国荣 . 国外露天 矿汽 车运 输路 面扬尘 防 治技术 (四 ) . 安 全 与环保 , 19 9 6 , ( 2 ) : 4 0 [ 14 ] hG o s e M K , M aj e e 5 R . A ir p o llut i o n e au s e d by 叩 e n c ast m i n in g an d i t s ab at em ent m e as uer s in I n d i a . J E n v l n , n M a n a 罗 , 2 0 0 1 , ( 6 3 ) : 19 3 【15 ] 张承 中 , 刘立 忠 , 李 涛 , 等 . 机动 车二次 扬尘机 理及 影响 因 素 . 长 安大学 学报 , 2 0 0 3 , 2 3 ( 2 ) : 8 8 R o a d du s t of rm at i o n an d s uP P r e s s i o n i n an o P e n P it 副 万 hZ “ oy i n g l气乙从咬口 不 刀及孙a 心几LI U 肠’nj i n澎), lB L IP i n犷), CA I eM沙 gn , , l) hT e K 苛 L a b o r a t o yr o f ht e M i n i s仰 o f E du e at ion fo r ht e H i gh￾Eif e i e in M in ign an d S a fe yt o f M e tal M in e s , U n i v ers ity o f s e i e n e e a n d eT e h n o l - o gy B e ij in g , B e ij in g 1 00 0 83 , C h in a 二艺) S e h o o l o f R e s o u r e e an d E n v l r o n 幻。 e nt , uG an g x l l j n i v er s iyt, N an in g 5 3 00 0 4 , C h in a 二l ) M a t e ir a l s S c i e cn e an d E n g in er in g S e h o o l , nU iv e sr iyt o f s e ien e e an d eT e h n o l o gy B e ij in g , B e ij ing l 0 00 8 3 , C h in a z钮S T R A C T A s im P l e s t at e m e n t ab o u t du s t h az a r d an d ht e m e e h am s m o f or a d w ay du s t in d u c e d by h a u l ag e l o ad s i n an 叩 e n P it w er an al yz e d . B a s e d o n ht e hte o re t i c r e s u lt s , a e o n e eP t fo r e e o 一却p e d d u s t e o n t r o l an d a er e i P e o f r.o a dw ay du s t s u PP r e s s lon we r e i n t r o d u c e d . T h e d u s t s uP P r e s s o r e h ar ac t e ir z e d by ad h e s ion , m o i s tL叮 e 一 ab s o rp ti o n a n d ￡ ntL i 一 ve ap o art i o n 1 5 e o m P let e l y d l fl 七r e in for m ht o s e in e o vn e in ion a l w a y s . A n e Xt en s iV e e xP ier m e n t a l s imu lat i o n an d `: o un e cr i a l t e s t we er c a r i e d o ut a n d ht e er s u lt s s h o w ht at ht e s uP P er s s o r e an m e e t ht e r e q u i r e m ent o f or a d w ay du s t s u P Per s s ion in an o P e n Pi t an d o ht e r s im i l ar s i t e s b e e au s e o f i t s e x e e ll ent du s t s uP P r e s s i o n e fe c t s s u e h a s a d h e s i o n , 扫gL g l o m e art i o n , m o i s t ur e ab s o prt i o n an d a n t l 一 e v ap or iat o n an d P va e 一 e o n c er t i o n , an d s e l-f ad ap it v e t o n a t u r al e vn i r o n ~ r o e nt, s】m Pl e P r e Par at i o n t e e hn o l o gy, r iat o n a l e o m Per h e sn iV e e o s t a n d h ihg s P e e i if e Per of mr an e e . I汪 Y W O R D S op e n Pit ; r o a dw ay ; d u s t s uP P r e s s o r : a d h e s i o n : m o i s奴ir e 一 ab s o pr ti o n : a n ti 一 ve ap o ra ti o n