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