趙 健(鞍鋼礦山爆破公司, 遼寧 鞍山 114046)

1 前言

紅透山銅礦井下通風(fēng)問題：礦山以提升井(豎井或斜井)為入風(fēng)井時，主溜礦井放礦產(chǎn)生的粉塵污染新鮮風(fēng)流，而礦井正常運行的通風(fēng)系統(tǒng)由于功率額定和運行規(guī)律的勻速不變不能解決放礦過程中產(chǎn)生的粉塵，并因大量排塵消耗風(fēng)量導(dǎo)致遠(yuǎn)部作業(yè)面風(fēng)量不足。自然通風(fēng)礦井春秋通風(fēng)困難季節(jié)礦井內(nèi)外氣壓相對平衡，井下粉塵、炮煙、柴油尾氣相對靜止。地下坑道掘進獨頭作業(yè)面炮煙粉塵排放困難、井口車間粉塵污染等。

本文結(jié)合實際情況，對井下主要通風(fēng)防塵前沿技術(shù)及其在井下礦山應(yīng)用實例進行評析。

2 紅透山礦聯(lián)合除塵系統(tǒng)研制與應(yīng)用

2.1 主溜井放礦粉塵污染問題

井下各中段放礦礦石由中段斜支岔溜井進入主溜礦井，再下落至溜井底部的聯(lián)通破碎硐室的通道口，支岔井放礦瞬間會產(chǎn)生攜帶高濃度粉塵的強烈沖擊風(fēng)流，從主溜井和支岔井上口涌出，進入放礦硐室通過后巷進入主石門，隨新鮮風(fēng)流進入各作業(yè)面，嚴(yán)重污染井下空氣質(zhì)量[1]。

放礦落差越大，放礦量越大，同時放礦中段越多，粉塵污染越嚴(yán)重。隨礦山生產(chǎn)發(fā)展，出礦中段由2～3個發(fā)展到6～8個(60m中段)，解決粉塵問題刻不容緩。

2.2 聯(lián)合除塵系統(tǒng)研制與運行實踐

聯(lián)合除塵系統(tǒng)于1999年在紅透山銅礦完成投入工業(yè)運行，達(dá)到預(yù)期效果。

聯(lián)合除塵系統(tǒng)包含3個組成部分：平行泄壓粉塵井、濕式振動纖維柵、污空氣三級凈化[2]。

1)平行泄壓粉塵井

(1)其實質(zhì)是在主溜礦井一側(cè)8～10m處開鑿一條泄壓粉塵天井，各中段粉塵天井上口分別與該中段回風(fēng)道聯(lián)通，在泄壓井和主溜井之間每10m開一條聯(lián)絡(luò)道使兩井聯(lián)通，各聯(lián)絡(luò)道兩端底板削成坡口。當(dāng)支岔井放礦時產(chǎn)生的攜帶粉塵的沖擊風(fēng)流由支岔井進入主溜井，經(jīng)過聯(lián)絡(luò)道進入泄壓井，再由其上口進入回風(fēng)道，在通風(fēng)系統(tǒng)負(fù)壓作用下回風(fēng)。

(2)泄壓效果：采用泄壓井前當(dāng)放礦落差240m時放礦硐室沖擊風(fēng)流風(fēng)速10m/s，粉塵濃度68mg/m3,主石門新鮮風(fēng)流20.2mg/m3,影響范圍500m。采用泄壓井后，風(fēng)速4m/s降幅250%，粉塵濃度5mg/m3降幅12倍。

(3)泄壓粉塵井工作原理：通常的粉塵防治手段是利用局部通風(fēng)機引風(fēng)排塵至回風(fēng)系統(tǒng)，因為局部通風(fēng)機運行是連續(xù)均衡的，而溜井風(fēng)流是突發(fā)的，另外局部通風(fēng)機負(fù)壓能力有限，11kW局部通風(fēng)機負(fù)壓不過數(shù)十Pa，而沖擊風(fēng)流強度達(dá)數(shù)百Pa，因此機械設(shè)備通風(fēng)手段處理高濃度粉塵風(fēng)暴無效。

泄壓粉塵井手段不消耗通風(fēng)負(fù)壓，靠風(fēng)流在井內(nèi)流通消減能量，其流通的過程即是消耗降低能量的過程，降低風(fēng)速減少風(fēng)量的過程，其殘余風(fēng)流在礦井負(fù)壓作用下進入回風(fēng)道循環(huán)，以達(dá)到有效降塵目的。

2)濕式纖維柵除塵系統(tǒng)

(1)支岔井放礦產(chǎn)生的沖擊風(fēng)流，大部分由粉塵井上口進入回風(fēng)道，但也有相當(dāng)一部分由支岔井反向沖擊到卸礦硐室中，加之井下破碎，計量硐室作業(yè)產(chǎn)塵，這部分污風(fēng)由引風(fēng)機引風(fēng)至凈化硐室進行處理。凈化洞室內(nèi)安裝兩種裝置：引風(fēng)機、高效濕式振動纖維柵除塵裝置。引風(fēng)機型號選擇根據(jù)軸流式風(fēng)機在不安裝整流器條件下運行，有動輪流出旋轉(zhuǎn)態(tài)氣體特性，和處理風(fēng)量10m3/s及最大阻力參數(shù)值 720Pa定用K40- 4- No.10型軸流風(fēng)機。

(2)濕式纖維柵裝置功能是補集干式游離態(tài)粉塵并進行濕式處理，成糊狀流體態(tài)物質(zhì)后在裝置振動作用下落地，干涸后清理至采空區(qū)。

該裝置呈可拆卸式，由圓方變徑管、方形擴散器、超聲噴霧系統(tǒng)、過濾單元、供氣、供排水系統(tǒng)組成。

3)污風(fēng)三級凈化系統(tǒng)

纖維柵裝置凈化后的風(fēng)流進入凈化硐室進行三級凈化。

(1)一級凈化：風(fēng)硐濕式旋流慣性碰撞除塵。引風(fēng)機排出旋流氣體，可使含粉塵氣體實現(xiàn)一級氣塵分離，微細(xì)顆粒相互碰撞并與擾動霧水混合后加速沉降于硐室底板，運行表明該裝置阻力小效率高，適于溜井集中放礦大量除塵。

(2)二級凈化：霧化碰撞再撲塵。一級凈化后氣體呈超飽和固態(tài)液態(tài)氣態(tài)多相混合氣流，其高速上行時在風(fēng)井中通過二段淋水除塵裝置后進入一段硐室，由于風(fēng)流內(nèi)部多相介質(zhì)劇烈無序碰撞和與井壁的碰撞，使霧水包裹的粉塵顆粒大部得以較好沉降落地回收。

(3)三級凈化：硐室重力除塵。由風(fēng)機排出的兩級凈化后風(fēng)流，再次排入兩級硐室凈化，此時風(fēng)速由4.4m3/s降至0.15m3/s,含塵霧滴可完全得到處理，粉塵呈濕態(tài)狀于底板上可以方便回收。

2.3 聯(lián)合除塵系統(tǒng)運行技術(shù)經(jīng)濟效果

平行泄壓粉塵井解決了溜井放礦沖擊風(fēng)流沖擊主石門污染新鮮風(fēng)流問題，濕式振動纖維柵設(shè)置解決了放礦硐室和老虎口殘余污風(fēng)除塵并進一步凈化處理，最終風(fēng)流粉塵濃度0.2mg/m3排進主石門風(fēng)流中。該系統(tǒng)運行產(chǎn)生新鮮風(fēng)量10m3/s,價值14萬元/年(扣除系統(tǒng)運行費用)。

3 自然通風(fēng)礦井粉塵污風(fēng)采空區(qū)凈化

3.1 采空區(qū)污風(fēng)凈化

鑒于粉塵尾氣超標(biāo)影響生產(chǎn)，施工單位采用采空區(qū)污風(fēng)自凈手段運行后指標(biāo)好轉(zhuǎn)[3]。

污風(fēng)凈化措施：用兩臺11kW軸流式風(fēng)機在鏟運機作業(yè)區(qū)引風(fēng)通過坑道排入采空區(qū)底部，然后用同樣型號和數(shù)量的風(fēng)機通過坑道由采空區(qū)上部引風(fēng)，排入礦井入風(fēng)斜井，實施自然通風(fēng)。

3.2 采空區(qū)污風(fēng)凈化原理與效果

采空區(qū)內(nèi)空氣濕度大，排入的污風(fēng)呈紊流態(tài)勢，風(fēng)流攜帶的粉塵和有害元素介質(zhì)顆粒有被空氣中水分微滴包圍的充分條件，最終實現(xiàn)粉塵及有害介質(zhì)沉降于采空區(qū)底部。另外，采空區(qū)中水分與柴油尾氣有害介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)后介質(zhì)有害成分大幅降低。該礦井的自然通風(fēng)在春秋季節(jié)礦井內(nèi)外氣壓平衡時處于死點，加入四臺風(fēng)機引風(fēng)后引風(fēng)量達(dá)到50m3/s,情況得以緩解。

4 鑿巖泡沫除塵技術(shù)試驗應(yīng)用

濕式鑿巖雖然能有效撲集干式粉塵，但作過程產(chǎn)生含泥水流 造成作業(yè)條件相當(dāng)惡化，對工人身體健康有一定危害，上向鑿巖情況尤其惡劣。另外，濕式鑿巖耗水量大，在干旱缺水地區(qū)往往還在干式鑿巖。湖北勞動保護研究所20世紀(jì)末研究鑿巖泡沫除塵技術(shù)有一定效果，實質(zhì)是在水中加入復(fù)合表面活性劑，提高水對粉塵的親和力，通過一套發(fā)泡裝置使?jié)駶櫼后w形成泡沫 ，再將泡沫沿釬子中心孔注入炮孔孔底，在泡沫層阻隔下粉塵與泡沫碰撞凝并，收塵效果極高。應(yīng)用表明，與干式鑿巖比較除塵效率達(dá)99.8%，與濕式鑿巖比較不產(chǎn)生泥水流 ，極大地改善了勞動條件并節(jié)約鑿巖用水。對干旱缺水地區(qū)意義尤其重大，是鑿巖作業(yè)粉塵撲集手段的發(fā)展方向[4]。

5 結(jié)論

溜礦井放礦產(chǎn)塵在井下所有產(chǎn)塵方式中污染空氣質(zhì)量最為嚴(yán)重，尤其是生產(chǎn)井為入風(fēng)井更嚴(yán)重污染新鮮風(fēng)流，因為這種產(chǎn)塵方式具有強烈的高濃度粉塵風(fēng)暴發(fā)生，而通風(fēng)系統(tǒng)不具有排出突發(fā)風(fēng)暴能力，所以一直以來溜井除塵都是礦井通風(fēng)防塵難題。

紅透山礦的聯(lián)合除塵系統(tǒng)能較好地治理溜井放礦粉塵風(fēng)暴難題，并將其凈化后加入新鮮風(fēng)流中加大井下風(fēng)量。其中的泄壓粉塵井工作原理是沖擊風(fēng)流在溜井與聯(lián)絡(luò)道和粉塵井之間的循環(huán)，能逐漸削減風(fēng)流強度減弱而將粉塵抑制在井巷之中，其余殘余污風(fēng)進入中段回風(fēng)道中；濕式纖維柵裝置是濕式撲集干式游離態(tài)粉塵并且自動清灰，再進行三級凈化實質(zhì)是撲集處理粉塵而不是將粉塵排除到地表污染大氣環(huán)境。復(fù)合式除塵凈化裝置是未來除塵技術(shù)進步研究的必然走勢。