蔣仲安 曾發(fā)鑌 王亞朋

（北京科技大學(xué)土木與資源工程學(xué)院，北京100083）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)金屬礦山資源的 消耗量日益加大。為滿足全社會(huì)對(duì)礦產(chǎn)資源日益增長(zhǎng)的需求量，金屬礦山的開(kāi)采強(qiáng)度及深度不斷增加。但開(kāi)采過(guò)程中的巷道掘進(jìn)、采場(chǎng)爆破、溜井卸礦、路面運(yùn)輸?shù)茸鳂I(yè)環(huán)節(jié)均易產(chǎn)生大量的粉塵，嚴(yán)重威脅著企業(yè)的安全生產(chǎn)與一線作業(yè)人員的身體健康，因此金屬礦山粉塵污染問(wèn)題的治理刻不容緩。礦山粉塵治理難度體現(xiàn)在：粉塵粒徑小、表面積大，懸浮于風(fēng)流中不易沉降，對(duì)作業(yè)環(huán)境產(chǎn)生持續(xù)影響；作業(yè)人員長(zhǎng)時(shí)間接觸粉塵易使人體肺泡組織纖維病變而引起塵肺病，等效直徑為1～2μm的粉塵對(duì)人體的健康損害程度高達(dá)99%［1］。

為控制粉塵污染的影響，學(xué)者們對(duì)金屬礦山粉塵污染治理技術(shù)進(jìn)行了不斷探索和實(shí)踐，分析了鐵礦石粉塵的潤(rùn)濕性、道路粉塵的含水率、安息角、比表面積等物化性質(zhì)［2-3］，并形成了通風(fēng)除塵、噴霧降塵、泡沫及抑塵劑抑塵等若干個(gè)粉塵防治關(guān)鍵技術(shù)［4］。然而，大多數(shù)科研院所、高校的學(xué)者傾向于關(guān)注單一的防塵技術(shù)，而現(xiàn)場(chǎng)單一除塵技術(shù)對(duì)粉塵的控制能力有限；同時(shí)研究的粉塵物化性質(zhì)種類少，覆蓋不全面、不系統(tǒng)，尚未充分掌握粉塵的特性。因此，為進(jìn)一步提高金屬礦山粉塵污染治理技術(shù)，貫徹落實(shí)《“健康中國(guó)2030”規(guī)劃綱要》的相關(guān)要求，本研究對(duì)我國(guó)金屬礦山粉塵污染防治的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，分析現(xiàn)階段我國(guó)金屬礦山典型塵源防治中存在的問(wèn)題，并對(duì)金屬礦山粉塵污染治理技術(shù)的研究方向進(jìn)行展望。

1 金屬礦山粉塵危害及來(lái)源分析

1.1 金屬礦山粉塵職業(yè)病危害

1.1.1 金屬礦山粉塵職業(yè)病情況概述

塵肺病是金屬礦山粉塵對(duì)人體危害的主要表現(xiàn)形式，為跟蹤職業(yè)病發(fā)病率情況，國(guó)家衛(wèi)生部門(mén)每年對(duì)職業(yè)病發(fā)病率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)［5］。圖1展示了我國(guó)自2001年以來(lái)，近20年新發(fā)職業(yè)病、塵肺病人數(shù)及其占比情況。根據(jù)圖1的發(fā)病數(shù)量，可以將我國(guó)塵肺病的發(fā)展進(jìn)程大致分為4個(gè)時(shí)期：①緩慢增加期（2001—2007年）。隨著我國(guó)加入WTO，經(jīng)濟(jì)發(fā)展較為迅速，對(duì)礦產(chǎn)的需求量逐步上升，職業(yè)病及塵肺病患病人數(shù)表現(xiàn)出曲折上升的趨勢(shì)。②急劇上升期（2008—2011年）。經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，促進(jìn)了礦產(chǎn)資源產(chǎn)量逐步提升，使得塵肺病患病人數(shù)激增。③平穩(wěn)過(guò)渡期（2012—2015年）。面對(duì)職業(yè)病尤其是塵肺病新增人數(shù)不斷增加，職業(yè)病的危害情況受到全社會(huì)較為廣泛的關(guān)注，2011年我國(guó)修訂了《中華人民共和國(guó)職業(yè)病防治法》，相關(guān)的診斷及防治技術(shù)也不斷更新。④緩慢下降期（2016年至今）。2016年塵肺病新增人數(shù)為28 088例，達(dá)到20年內(nèi)的峰值，但隨著我國(guó)《國(guó)家職業(yè)病防治規(guī)劃（2016—2020年）》的出臺(tái)及落實(shí)，我國(guó)職業(yè)病及塵肺病新增人數(shù)在緩慢下降。由圖1可預(yù)測(cè)未來(lái)數(shù)年，塵肺病仍將是我國(guó)危害最大的職業(yè)病。

1.1.2 金屬礦山粉塵致病機(jī)理研究現(xiàn)狀

對(duì)于粉塵致病機(jī)理的研究最早可追溯至1930年，南非約翰內(nèi)斯堡第一屆國(guó)際塵肺會(huì)議的召開(kāi)標(biāo)志著世界各國(guó)開(kāi)始重視并研究塵肺病的病變機(jī)理［6］，從金屬礦山粉塵防治角度分析，一線工人吸入的粉塵在呼吸道內(nèi)的沉降部位取決于粉塵顆粒的大小、質(zhì)量、空氣動(dòng)力學(xué)特性等，粉塵在呼吸系統(tǒng)的沉積方式如圖2所示。

目前，學(xué)術(shù)界傾向于將粉塵在體內(nèi)的沉積方式大致分為5類：①重力沉降。較大顆粒的粉塵受重力作用，其自由沉降速度大于自身的布朗運(yùn)動(dòng)。②慣性碰撞。含塵氣流進(jìn)入呼吸道內(nèi)遇到分叉或拐彎后會(huì)改變?cè)械姆较蚶^續(xù)前進(jìn)，由于慣性作用仍按原軌道向前沖擊，碰撞到氣管表面而沉積。③擴(kuò)散作用。直徑小于5μm的粉塵由于布朗運(yùn)動(dòng)不斷的撞擊，從而導(dǎo)致顆粒擴(kuò)散至支氣管壁或肺泡壁而沉積。④攔截作用。粉塵粒徑大小決定了是否因攔截作用而沉積，粉塵與氣管壁的距離小于粉塵粒徑時(shí)，則會(huì)與壁面接觸而黏結(jié)沉降。⑤靜電沉降。電活性高的粉塵進(jìn)入呼吸道的附著作用也較為明顯，帶電粉塵在氣道表面上誘導(dǎo)的鏡像電荷也會(huì)引起附著作用。

不同粒徑的粉塵在呼吸系統(tǒng)的沉積方式及效率是不同的，如圖3所示。1959年英國(guó)醫(yī)學(xué)委員會(huì)率先提出了呼吸性粉塵采樣器的RMRC分離曲線，1961年美國(guó)原子能委員會(huì)提出了AEC曲線，隨后1968年美國(guó)工業(yè)衛(wèi)生協(xié)會(huì)對(duì)其進(jìn)行修正，提出了相對(duì)完善的ACGIH曲線。目前，我國(guó)粉塵危害形勢(shì)依然嚴(yán)峻，因此在呼吸性粉塵采樣過(guò)程中，采用的是更為嚴(yán)格的RMRC分離曲線。

由圖2和圖3可知：粒徑大于10μm的粉塵由于慣性碰撞沉積在上呼吸道的咽喉與氣管內(nèi)；粒徑為5～10μm的粉塵由于慣性碰撞和少量的重力沉降作用而沉積在上呼吸道的較大支氣管內(nèi)；粒徑大于5 μm的粉塵由氣管黏膜分泌物及纖毛運(yùn)動(dòng)隨痰排出體外［1］。對(duì)礦山作業(yè)人員危害最大的是含塵氣流內(nèi)粒徑小于7.07μm的呼吸性粉塵，其在肺泡內(nèi)的布朗運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致了肺組織纖維化，因此在金屬礦山各作業(yè)環(huán)節(jié)中，加強(qiáng)對(duì)呼吸性粉塵的防治是減少塵肺病的有效手段。

礦山粉塵對(duì)作業(yè)人員身體危害較大，通過(guò)對(duì)近年來(lái)職業(yè)病患病人數(shù)及塵肺病發(fā)病人數(shù)的占比分析可以看出，礦山粉塵危害并未得到完全控制，需要繼續(xù)探索新的粉塵控制技術(shù)及方法。

1.2 金屬礦山粉塵來(lái)源分析

金屬礦山礦巖的破碎過(guò)程往往伴隨著粉塵的產(chǎn)生，采運(yùn)過(guò)程中礦巖的破碎工藝主要有鉆孔、爆破、裝載、卸礦、運(yùn)輸作業(yè)等，這些作業(yè)環(huán)節(jié)均易產(chǎn)生大量的粉塵，嚴(yán)重威脅一線作業(yè)人員的身心健康。

（1）鉆孔作業(yè)產(chǎn)塵分析。在金屬礦山采場(chǎng)、巷道等場(chǎng)所進(jìn)行鉆孔作業(yè)時(shí)，高速旋轉(zhuǎn)的鑿巖機(jī)鉆頭伴隨高壓空氣擠壓作業(yè)工作面，礦石在鉆頭的振動(dòng)沖擊、劇烈摩擦作用下被粉碎并產(chǎn)生大量的粉塵［7］，粉塵在風(fēng)流作用下吹出，大粒徑粉塵受重力作用逐漸沉降，小粒徑粉塵則在排出后向工作面附近擴(kuò)散。

（2）爆破作業(yè)產(chǎn)塵分析。對(duì)于金屬礦山而言，大部分的粉塵是在爆破作業(yè)中產(chǎn)生［8］。爆破作業(yè)產(chǎn)塵主要包括兩個(gè)方面：一方面，炸藥爆炸能量使礦石破碎后的粉塵在沖擊波的作用下細(xì)化分解，形成分散度較高的粉塵顆粒，可長(zhǎng)時(shí)間滯留在爆破作業(yè)工作面附近；另一方面，沖擊波激蕩起巖壁和地表的積塵，使其二次飛揚(yáng)，加劇了爆破作業(yè)時(shí)的粉塵污染［9］。

（3）裝載作業(yè)產(chǎn)塵分析。在對(duì)爆破后產(chǎn)生的礦石進(jìn)行裝載、轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中，由于裝碴機(jī)的鏟裝、翻斗以及卡車的運(yùn)輸使得渣堆、巖壁以及地表的粉塵再次被揚(yáng)起，已沉降的小顆粒粉塵再次漂浮在空氣中，造成二次污染效應(yīng)。

（4）卸礦過(guò)程產(chǎn)塵分析。卸礦過(guò)程中，由于落差的存在，礦石在下落過(guò)程中相互碰撞破碎將產(chǎn)生新生粉塵及沖擊氣流，產(chǎn)生的沖擊氣流會(huì)使粒徑小、質(zhì)量輕的礦物粉塵揚(yáng)起。

（5）運(yùn)輸作業(yè)產(chǎn)塵分析。在運(yùn)輸卡車荷載的作用下，使金屬礦山運(yùn)輸路面泥土破碎形成松軟的粉塵，與此同時(shí)，車輪的旋轉(zhuǎn)作用與地面摩擦，使得粉塵的起錨載荷達(dá)到極限起錨力［10］，路面積塵在剪切摩擦力的作用下進(jìn)一步細(xì)化，同時(shí)在誘導(dǎo)氣流的作用下使得粉塵脫離路面飛揚(yáng)。

金屬礦山采運(yùn)過(guò)程產(chǎn)塵量較大，產(chǎn)生的粉塵對(duì)作業(yè)場(chǎng)所及運(yùn)輸系統(tǒng)將造成較大影響，并且礦石采運(yùn)中作業(yè)人員較多，粉塵造成的影響范圍較廣。為降低粉塵的污染，從塵源角度降低粉塵的產(chǎn)生量，對(duì)重點(diǎn)產(chǎn)塵源周圍的粉塵進(jìn)行捕捉、屏蔽，可有效控制粉塵傳播，提高降塵效率。

2 金屬礦山粉塵污染治理研究現(xiàn)狀

2.1 粉塵污染防治方法研究現(xiàn)狀

2.1.1 通風(fēng)除塵

金屬礦山通風(fēng)除塵可為作業(yè)區(qū)域的工作人員提供新鮮風(fēng)流，同時(shí)可將作業(yè)過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵稀釋排出，是防止粉塵過(guò)量積聚、保障良好作業(yè)環(huán)境的重要措施。

2.1.1.1 通風(fēng)排塵

現(xiàn)階段，金屬礦山掘進(jìn)巷道常用局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)除塵，即通過(guò)風(fēng)筒導(dǎo)風(fēng)將局部風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的新鮮風(fēng)流送入獨(dú)頭掘進(jìn)巷道，按布局方式可分為壓入式、抽出式和混合式3種［11］。混合式通風(fēng)適用于大斷面、長(zhǎng)距離的掘進(jìn)巷道，具有風(fēng)流作用距離長(zhǎng)、通風(fēng)除塵效果好的優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于金屬礦山。長(zhǎng)壓短抽式通風(fēng)除塵原理如圖4所示。

2.1.1.2 通風(fēng)控塵

目前，我國(guó)金屬礦山采用行之有效的通風(fēng)控塵方式主要有空氣幕隔塵。空氣幕是指空氣以一定的速度從噴口射出而形成的隔斷氣簾［12］，如圖5所示?？貕m原理是利用隔斷氣簾的射流將產(chǎn)塵源的粉塵封閉在一定的區(qū)域內(nèi)，并將作業(yè)面釋放的高濃度粉塵與周圍空氣隔離，以保證工作區(qū)域的空氣質(zhì)量。

2.1.1.3 凈化風(fēng)流

凈化風(fēng)流是指通過(guò)一定的設(shè)備或裝置將巷道含塵氣流中的礦塵捕獲進(jìn)而使氣流得以凈化的技術(shù)。目前，我國(guó)金屬礦山較為常用的凈化風(fēng)流技術(shù)有水幕隔塵（圖6）［13］，通過(guò)在巷道頂部與兩幫安設(shè)防塵水幕，以達(dá)到凈化含塵氣流的目的。

2.1.2 噴霧降塵

噴霧降塵是指將水分散成霧滴噴向塵源進(jìn)而抑制和捕捉粉塵的方法與技術(shù)［14］。噴霧包括水噴霧及氣水噴霧兩種，氣水噴霧具有霧化效果好、耗水量小、除塵率高等優(yōu)點(diǎn)，在金屬礦山運(yùn)用較廣［15-16］，氣水噴霧裝置如圖7所示。

氣水噴霧霧化可分為一次霧化與二次霧化［15］。一次霧化是指液體破碎成液滴的過(guò)程，發(fā)生在液—?dú)獾慕唤缑嫔希后w受到氣體的擾動(dòng)產(chǎn)生不穩(wěn)定的波動(dòng)。一次霧化形成的液滴與周圍空氣存在速度差，是否繼續(xù)破碎成更小的液滴取決于韋伯?dāng)?shù)We，若We大于臨界韋伯?dāng)?shù)Wec則液滴破碎，形成二次霧化。二次霧化可能發(fā)生多級(jí)破碎，每級(jí)液滴是否破碎仍取決于We。

目前，對(duì)于噴霧降塵原理的研究，普遍認(rèn)為對(duì)塵源噴霧后，含塵氣流繞過(guò)霧滴，粉塵由于慣性作用會(huì)從繞流氣流中偏離而與霧滴相撞，進(jìn)而被捕捉，如圖8所示，即通過(guò)粉塵粒子與液滴的慣性碰撞、攔截以及重力沉降等作用實(shí)現(xiàn)捕捉，其捕捉的概率與霧滴的直徑、粉塵受力情況等有關(guān)。

2.1.3 泡沫抑塵

泡沫抑塵是指將發(fā)泡劑按一定的比例與水混合形成發(fā)泡溶液，通過(guò)發(fā)泡器將空氣引入發(fā)泡劑溶液進(jìn)行發(fā)泡，利用噴頭將泡沫噴射于塵源，實(shí)現(xiàn)對(duì)粉塵的抑制與捕捉，如圖9所示［17］。

對(duì)于泡沫除塵而言，穩(wěn)定性高、潤(rùn)濕效果好及發(fā)泡量大的泡沫對(duì)粉塵的捕捉效率高。通過(guò)試驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，影響泡沫發(fā)泡效果的因素主要包括泡沫配方及發(fā)泡器結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面。為優(yōu)化發(fā)泡效果，蔣仲安等［18］從泡沫配方的角度，以泡沫綜合指數(shù)、表面張力、接觸角及反向滲透速度為指標(biāo)，優(yōu)選出的最佳泡沫抑塵劑配方為α-烯烴磺酸鈉、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉、十二烷基二甲基甜菜堿和椰子油單乙醇酰胺，各成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.15%，0.20%，0.05%和0.50%；優(yōu)選出的泡沫潤(rùn)濕效果較好，具有較強(qiáng)的捕塵能力。陳舉師等［19］從優(yōu)化泡沫發(fā)生器結(jié)構(gòu)的角度來(lái)提高發(fā)泡效果，采用數(shù)值模擬方法分析了發(fā)泡器內(nèi)部氣液流場(chǎng)的變化情況，如圖10所示。通過(guò)模擬確定了泡沫發(fā)生器的基本尺寸與發(fā)泡參數(shù)，有助于解決現(xiàn)有發(fā)泡器發(fā)泡速度慢、泡沫含水量高的問(wèn)題。

由于泡沫除塵具有耗水量少、降塵效果好等優(yōu)勢(shì)，逐漸在礦山粉塵治理中得到發(fā)展?，F(xiàn)階段對(duì)于泡沫除塵技術(shù)的研究，主要集中在對(duì)泡沫配方的優(yōu)選方面，對(duì)于發(fā)泡設(shè)備的研究相對(duì)較少，泡沫配方的環(huán)保性考慮也不足。發(fā)泡設(shè)備沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)格，研究出的泡沫配方在發(fā)泡過(guò)程中受到發(fā)泡設(shè)備的限制，達(dá)不到預(yù)期的發(fā)泡效果。因此，為了進(jìn)一步發(fā)展金屬礦山泡沫除塵技術(shù)，應(yīng)充分考慮泡沫配方的環(huán)保性和成本，并對(duì)發(fā)泡設(shè)備進(jìn)行研發(fā)，形成配套的發(fā)泡系統(tǒng)。

2.1.4 抑塵劑抑塵

抑塵劑是抑制金屬礦山粉塵二次揚(yáng)起的有效途徑之一，目前抑塵劑根據(jù)其作用原理可分為潤(rùn)濕型、黏結(jié)型、凝聚型和復(fù)合型4類［20］，如表1所示?，F(xiàn)階段我國(guó)抑塵劑的研發(fā)與制備朝著多功能型、環(huán)保型以及經(jīng)濟(jì)型于一體的方向發(fā)展。如圖11所示，李俊杰等［21］對(duì)抑塵劑在鐵礦、煤礦、石灰石礦等不同類型露天礦山運(yùn)輸路面現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果進(jìn)行了測(cè)試，分析了抑塵劑相比灑水抑塵存在的優(yōu)勢(shì)。

在現(xiàn)有的除塵方法中，通風(fēng)、噴霧、泡沫以及抑塵劑是金屬礦山粉塵治理最為實(shí)用且常見(jiàn)的技術(shù)手段。由于不同的除塵方式有相應(yīng)的適用范圍及場(chǎng)所，因而在現(xiàn)場(chǎng)采用單一的除塵方式很難得到較好的控塵效果。因此，根據(jù)不同的塵源特點(diǎn)對(duì)除塵方式的選擇、組合使用以及借助自動(dòng)化手段建立自動(dòng)降塵系統(tǒng)是未來(lái)金屬礦山粉塵治理技術(shù)的發(fā)展方向。

2.2 典型作業(yè)場(chǎng)所粉塵污染規(guī)律及防治技術(shù)研究現(xiàn)狀

2.2.1 采場(chǎng)爆破粉塵

采場(chǎng)爆破產(chǎn)生的粉塵污染一直是金屬礦山粉塵防治工作的重點(diǎn)，據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，采場(chǎng)爆破時(shí)的粉塵濃度最高可達(dá)到3 500 mg/m3，亟待采取有效的除塵措施［22］。

2.2.1.1 采場(chǎng)爆破粉塵污染規(guī)律研究現(xiàn)狀

目前，針對(duì)金屬礦山采場(chǎng)爆破粉塵污染規(guī)律的研究方法主要有現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定與數(shù)值模擬兩類。蔣仲安課題組［23-25］依據(jù)氣溶膠力學(xué)與氣固兩相流理論，運(yùn)用Fluent軟件對(duì)巷道型采場(chǎng)爆破粉塵質(zhì)量濃度分布規(guī)律進(jìn)行了數(shù)值模擬，并與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證，結(jié)果如圖12和圖13所示。

李鋒等［26］基于氣固兩相流理論及扁平型硐室采場(chǎng)特點(diǎn)，對(duì)采場(chǎng)爆破后通風(fēng)20 min內(nèi)粉塵濃度變化，以及在不同入口風(fēng)速下粉塵的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行了數(shù)值模擬，通過(guò)模擬得出爆破0～50 s內(nèi)粉塵受回流作用聚集在硐室左側(cè)隅角及邊壁附近，50 s之后粉塵開(kāi)始由主風(fēng)流帶出硐室，60 s后開(kāi)始進(jìn)入循環(huán)凈排階段，0～70 s內(nèi)粉塵濃度下降最快，70s以后采場(chǎng)內(nèi)的粉塵主要是呼吸性粉塵，沉降時(shí)間較長(zhǎng)。李雨成等［27］構(gòu)建了某金屬礦1100工作面三維幾何模型并劃分網(wǎng)格，確定氣相流場(chǎng)邊界條件，模擬得出掘進(jìn)面60 m范圍內(nèi)粉塵沿巷道縱向、垂向擴(kuò)散規(guī)律及巷道沿程粉塵粒徑分布規(guī)律與空間分布規(guī)律。曹楊［28］以某礦采掘面炮煙為研究對(duì)象，分析了采掘爆破條件對(duì)炮煙中有害成分及其變化的誘發(fā)規(guī)律，討論了采掘面炮煙有害成分時(shí)空演化特征，并提出采掘面炮煙濃度控制方案，如圖14所示。

綜上分析，學(xué)者們針對(duì)金屬礦山采場(chǎng)爆破產(chǎn)塵特點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，建立了采場(chǎng)爆破粉塵運(yùn)移數(shù)學(xué)模型，通過(guò)數(shù)值模擬軟件分析了采場(chǎng)流場(chǎng)分布規(guī)律、粉塵濃度分布規(guī)律以及不同風(fēng)流中粉塵擴(kuò)散運(yùn)移規(guī)律，但是缺少對(duì)爆破產(chǎn)塵機(jī)理的分析。采場(chǎng)爆破是金屬礦山生產(chǎn)中產(chǎn)煙塵量較大的作業(yè)，爆破后除產(chǎn)生大量粉塵外，還產(chǎn)生了有毒有害氣體。對(duì)于采場(chǎng)爆破粉塵的分析，應(yīng)通過(guò)力學(xué)分析的手段，充分研究炸藥爆炸壓力對(duì)巖體的破壞過(guò)程，探究巖塵的形成過(guò)程以及爆炸生成物成分，以便針對(duì)采場(chǎng)爆破粉塵提出更為有效的治理措施。

2.2.1.2 采場(chǎng)爆破粉塵防治技術(shù)研究現(xiàn)狀

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)學(xué)者針對(duì)采場(chǎng)爆破粉塵污染問(wèn)題研究并提出了水炮泥、云霧等降塵措施。如金龍哲等［29-30］通過(guò)在水炮泥溶液加入添加劑，可有效降低其表面張力和提高潤(rùn)濕能力，通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比分析，該溶液的霧化降塵效果較好［31］。杜翠鳳等［32］根據(jù)水炮泥的抑塵降毒機(jī)理，通過(guò)正交試驗(yàn)，對(duì)不同配方溶液的表面張力、潤(rùn)濕能力及降毒性能進(jìn)行了測(cè)定，得出水炮泥煙塵抑制劑的最優(yōu)配方，同時(shí)考慮了爆破產(chǎn)物中的粉塵及有毒有害氣體的治理，彌補(bǔ)了現(xiàn)有水炮泥未能有效降低有害氣體的不足。郭敬中等［33］以表面張力和接觸角為優(yōu)選指標(biāo)，通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)完成了基料和輔料的初選與復(fù)配，得到了用于優(yōu)化水泡泥降塵的多組份潤(rùn)濕劑配方，配方的全塵降塵效率為63.61%，呼吸性粉塵降塵效率達(dá)61.63%，較普通水炮泥降塵效率提高了35%左右。鄒常富等［34-35］通過(guò)添加表面活性劑制成高效水炮泥，并在爆破采場(chǎng)對(duì)高效水炮泥的布置方式及合理填塞長(zhǎng)度進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)（圖15），對(duì)比分析其降塵效率。

與水泡泥除塵相比，云霧除塵作為一種新型除塵技術(shù)，其除塵原理包含霧化機(jī)理與噴霧降塵機(jī)理兩個(gè)方面［33，36］。在對(duì)爆破粉塵治理中，云霧噴嘴按照一定角度與方向固定在拱形鋼架結(jié)構(gòu)上，分別向巷道四周和內(nèi)部連續(xù)噴霧，使云霧充滿巷道整個(gè)斷面，形成巷道全斷面霧簾，阻截粉塵擴(kuò)散并加速其沉降［37］，如圖16所示。

現(xiàn)階段，我國(guó)對(duì)采場(chǎng)爆破粉塵污染防治技術(shù)的研究主要集中在水炮泥及噴霧兩個(gè)方面，現(xiàn)有的除塵措施對(duì)采場(chǎng)爆破粉塵防治有一定的效果，但仍無(wú)法完全滿足對(duì)爆破粉塵治理的要求，爆破粉塵治理仍存在以下問(wèn)題：①我國(guó)金屬礦山種類較多，粉塵的物化性質(zhì)差異較大，這對(duì)水炮泥配方的適用性提出了更高的要求；②水炮泥配方研制流程尚不規(guī)范，評(píng)估機(jī)制尚未建立；③水炮泥配方的經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性、可操作性以及對(duì)作業(yè)人員是否有危害、對(duì)礦石的冶煉是否有影響等問(wèn)題在研制過(guò)程中未充分體現(xiàn)。

2.2.2 巷道掘進(jìn)粉塵

巷道掘進(jìn)過(guò)程中也易產(chǎn)生大量粉塵。近年來(lái)，學(xué)術(shù)界對(duì)掘進(jìn)巷道粉塵擴(kuò)散規(guī)律、通風(fēng)除塵、噴霧降塵以及泡沫抑塵技術(shù)等進(jìn)行了大量的試驗(yàn)和數(shù)值模擬研究。

2.2.2.1 巷道掘進(jìn)粉塵污染規(guī)律研究現(xiàn)狀

巷道掘進(jìn)工作面粉塵分布及擴(kuò)散受復(fù)雜的作業(yè)工序、產(chǎn)塵位置、產(chǎn)塵源強(qiáng)度以及局部通風(fēng)系統(tǒng)等多種因素的影響。為掌握巷道掘進(jìn)粉塵變化規(guī)律，杜翠鳳等［38］運(yùn)用數(shù)值分析與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試相結(jié)合的方法，對(duì)掘進(jìn)巷道長(zhǎng)壓短抽通風(fēng)除塵系統(tǒng)粉塵質(zhì)量濃度分布規(guī)律進(jìn)行了研究，研究發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)壓短抽式通風(fēng)相比于壓入式通風(fēng)，更容易控制粉塵的擴(kuò)散，如圖17所示。

秦躍平等［39］結(jié)合氣固兩相流理論和數(shù)值模擬技術(shù)，研究了長(zhǎng)壓短抽式除塵通風(fēng)時(shí)掘進(jìn)巷道中粉塵運(yùn)移和分布規(guī)律，對(duì)比分析了壓入風(fēng)量、抽壓比及抽（壓）風(fēng)筒口位置等通風(fēng)參數(shù)對(duì)粉塵濃度及分布范圍的影響，提出了壓風(fēng)分流通風(fēng)方式。研究表明：壓入風(fēng)筒距離掘進(jìn)面越近，高濃度粉塵的影響范圍越大，排塵效果越差；抽出風(fēng)筒距離掘進(jìn)面越近，高濃度粉塵存在范圍和巷道中粉塵濃度越小。上述結(jié)論的得出，有效指導(dǎo)了現(xiàn)場(chǎng)通風(fēng)設(shè)備的安裝。在上述研究的基礎(chǔ)上，蔣仲安等［40］以巖巷掘進(jìn)工作面為研究對(duì)象，通過(guò)數(shù)值模擬與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)優(yōu)化了長(zhǎng)壓短抽通風(fēng)除塵參數(shù)，得出了吸塵罩罩口最優(yōu)寬、高分別為0.6 m、0.8 m，掘進(jìn)巷道通風(fēng)系統(tǒng)負(fù)壓風(fēng)筒高度最優(yōu)為2 m，不同負(fù)壓風(fēng)罩高度下巷道內(nèi)粉塵變化情況如圖18所示。

2.2.2.2 巷道掘進(jìn)粉塵防治技術(shù)研究現(xiàn)狀

依據(jù)巷道掘進(jìn)過(guò)程中粉塵擴(kuò)散及運(yùn)移規(guī)律，大量學(xué)者對(duì)巷道掘進(jìn)粉塵污染防治進(jìn)行了研究。蔣仲安等［41-42］針對(duì)巷道掘進(jìn)過(guò)程中噴霧灑水除塵效率低的問(wèn)題，通過(guò)理論研究、實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)以及工業(yè)試驗(yàn)，研制了一款體積小、質(zhì)量輕的自激式水浴水膜除塵器，除塵效率達(dá)97%。李剛等［43］開(kāi)發(fā)了一種適用于掘進(jìn)巷道的新型通風(fēng)除塵系統(tǒng)（圖19），該系統(tǒng)將壓風(fēng)筒布置在巷道中心位置的頂部，抽風(fēng)筒布置在巷道兩側(cè)的呼吸帶高度，使得掘進(jìn)工作面的風(fēng)流位置控制在1.5 m以下，有效保障了作業(yè)人員的作業(yè)環(huán)境。

在巷道掘進(jìn)粉塵防治中，除了通風(fēng)除塵技術(shù)外，噴霧、空氣幕以及化學(xué)除塵技術(shù)也發(fā)展較快。張小康等［44］提出了由高效掘進(jìn)機(jī)外噴霧、空氣幕封閉除塵、化學(xué)除塵3種降塵技術(shù)構(gòu)成的全巖巷綜掘工作面高效綜合除塵技術(shù)。朱小龍［45］針對(duì)現(xiàn)有泡沫降塵設(shè)備降塵效果不佳的問(wèn)題，利用圖20所示的Scheludko液膜測(cè)量系統(tǒng)，分析了粉塵顆粒接觸下泡沫液膜排液機(jī)理與規(guī)律，改進(jìn)了發(fā)泡劑的成分使泡沫捕獲疏水粉塵后的穩(wěn)定時(shí)間大幅提高，降塵效果得到明顯改善。根據(jù)巷道掘進(jìn)中粉塵運(yùn)移特點(diǎn)，學(xué)者們提出的綜合除塵技術(shù)有效解決了巷道內(nèi)粉塵污染問(wèn)題，但是除塵設(shè)備均需要手動(dòng)控制，缺少自動(dòng)化控制手段，無(wú)法根據(jù)粉塵濃度變化實(shí)現(xiàn)有效的動(dòng)態(tài)調(diào)整控制，控塵過(guò)程不靈活，易造成水、發(fā)泡劑等材料的浪費(fèi)。

2.2.3 溜井卸礦粉塵

溜井作為礦石和廢石裝載與運(yùn)輸?shù)闹匾ǖ溃诮饘俚V山開(kāi)采中起著至關(guān)重要的作用［46］。溜井運(yùn)輸過(guò)程中的卸礦氣流攜帶粉塵運(yùn)動(dòng)造成了井下卸礦硐室及卸礦平巷粉塵污染［47］。為防止溜井卸礦粉塵污染，近年來(lái)學(xué)者們對(duì)溜井產(chǎn)塵機(jī)理及溜井控塵方式進(jìn)行了大量研究。

2.2.3.1 溜井卸礦氣流及粉塵產(chǎn)運(yùn)規(guī)律研究現(xiàn)狀

在卸礦氣流形成機(jī)理方面，早期劉啟覺(jué)［48］、嚴(yán)興忠［49］根據(jù)流體力學(xué)的相關(guān)原理，推導(dǎo)出了理想落料過(guò)程誘導(dǎo)氣流量的計(jì)算公式；李小川等［50］、張桂芹等［51］通過(guò)試驗(yàn)對(duì)落料誘導(dǎo)氣流及揚(yáng)塵規(guī)律進(jìn)行了研究；王英敏等［52］通過(guò)將礦石簡(jiǎn)化為球體，對(duì)礦石自由下落過(guò)程中前后形成的壓差進(jìn)行了分析，推導(dǎo)了卸礦時(shí)最大沖擊氣流與其影響因素之間的關(guān)系；暨朝頌［53］從礦石與溜井內(nèi)空氣能量交換的角度進(jìn)行分析，探討了溜井內(nèi)沖擊氣流的產(chǎn)生過(guò)程和計(jì)算方法；陳亮等［54］、姚貴佳［55］等通過(guò)將卸礦礦石假設(shè)為一個(gè)整體進(jìn)行了溜井卸礦沖擊氣流的數(shù)值模擬研究。上述研究對(duì)物料下落中氣流的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了分析，但是研究過(guò)程中缺少對(duì)溜井結(jié)構(gòu)影響卸礦氣流的分析。礦石在溜井內(nèi)運(yùn)動(dòng)，與溜井壁存在連續(xù)的碰撞，導(dǎo)致礦石在溜井內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生變化，礦石對(duì)流場(chǎng)的擾動(dòng)也與垂直下落的物料有一定的區(qū)別。

在對(duì)物料下落粉塵及氣流產(chǎn)生理論研究的基礎(chǔ)上，蔣仲安［56-59］課題組以紫金山礦業(yè)集團(tuán)某礦四中段溜井為研究背景，采用相似原理推導(dǎo)了溜井卸礦氣流及粉塵的相似準(zhǔn)則數(shù)，以相似準(zhǔn)則數(shù)為基礎(chǔ)建立了溜井卸礦產(chǎn)塵研究相似試驗(yàn)?zāi)Ｐ停▓D21），并對(duì)不同卸礦流量、礦石粒徑及卸礦高度下的溜井內(nèi)氣流變化規(guī)律進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：溜井卸礦后，一、二中段以誘導(dǎo)氣流為主，而三、四中段以沖擊氣流為主；隨著卸礦流量增加，各中段卸礦口的最大風(fēng)速及產(chǎn)塵量均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，其中，在各流量下，最大風(fēng)速及產(chǎn)塵量出現(xiàn)在卸礦流量為1.0 kg/s時(shí)；各中段卸礦口最大風(fēng)速及產(chǎn)塵量隨著礦石粒徑和含水率增加而降低；各中段卸礦口最大風(fēng)速及產(chǎn)塵量隨著卸礦高度增加而增大［59-62］。此外，在溜井粉塵時(shí)空分布規(guī)律方面，鄒常富等［60］通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)對(duì)溜井卸礦口的產(chǎn)塵能力、含塵氣流時(shí)空演化規(guī)律及粒度分布規(guī)律進(jìn)行了分析，卸礦口逸散的含塵氣流中，粒徑10μm以上的粉塵占比為7%，粒徑在10 μm以下的粉塵占比93%，呼吸性粉塵占比高，明確了溜井卸礦粉塵粒徑的分布范圍。上述研究充分分析了溜井卸礦粉塵的產(chǎn)生及擴(kuò)散規(guī)律，揭示了溜井卸礦粉塵污染產(chǎn)塵機(jī)理，對(duì)卸礦粉塵治理提供了可靠的理論支撐。

2.2.3.2 溜井卸礦防治技術(shù)研究現(xiàn)狀

針對(duì)溜井粉塵防治問(wèn)題，楊凱等［63］提出了在卸礦硐室與支岔溜井的連接口安裝細(xì)水霧噴霧系統(tǒng)進(jìn)行降塵，同時(shí)在各支岔溜井安裝密閉鏈?zhǔn)椒缐m擋板進(jìn)行密閉封堵的綜合性防塵措施；李海亮［64］針對(duì)某鐵礦的實(shí)際需求和現(xiàn)有條件，利用干霧除塵技術(shù)設(shè)計(jì)了溜井干霧除塵控制系統(tǒng)，有效控制了礦井-280 m采層溜井卸礦硐室的粉塵；蔣仲安等［16］采用激光粒徑分析儀及噴霧實(shí)驗(yàn)設(shè)備對(duì)氣—水噴頭霧化特性、沖擊氣流對(duì)噴霧捕塵能力的影響規(guī)律進(jìn)行了分析，確定出氣、水流量比為100～150時(shí)，霧化效果最佳，最佳氣壓和水壓區(qū)間分別為0.4～0.6 MPa和0.3～0.5 MPa；在最佳氣壓和水壓區(qū)間內(nèi)，霧化角度隨著氣壓的增加而增大，隨著水壓的增大先增大后減小，最大霧化角度為40°（圖22和圖23）。

除了溜井內(nèi)的噴霧除塵手段外，學(xué)者們對(duì)于采 用泡沫治理溜井卸礦粉塵也進(jìn)行了研究。李孜軍等［65］通過(guò)正交法和單因素法優(yōu)選出了最佳的泡沫抑塵配方，并模擬了溜井卸礦不同泡沫高度的抑塵效率為85%～95%，呼吸性粉塵的抑塵效率為87%左右，其時(shí)效可達(dá)2 h以上；王亞朋等［66］為了控制多中段高溜井卸礦時(shí)引起的粉塵污染，研究了泡沫除塵技術(shù)在卸礦時(shí)的應(yīng)用，分析了礦倉(cāng)中泡沫高度與降塵率之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)礦井中泡沫高度為15 cm時(shí)，可獲得最佳的除塵效果。通過(guò)對(duì)礦倉(cāng)內(nèi)噴射泡沫，有效控制了溜井卸礦過(guò)程中的礦倉(cāng)粉塵，并潤(rùn)濕了礦倉(cāng)內(nèi)的浮塵，有效抑制了浮塵的二次飛揚(yáng)。

溜井卸礦過(guò)程中，由于卸礦氣流的存在，對(duì)下部中段造成了嚴(yán)重的影響。溜井卸礦粉塵治理也成為礦山粉塵治理中較為重要的工作之一。為治理卸礦粉塵，有學(xué)者提出了溜井口密封、建立卸壓井等手段，在一定程度上控制了粉塵污染，但是設(shè)備建設(shè)及維護(hù)工作量大；而噴霧及泡沫噴射等控塵手段更為方便。溜井卸礦會(huì)造成溜井系統(tǒng)粉塵污染，上中段卸礦后下部中段粉塵得不到及時(shí)控制，除塵設(shè)備達(dá)不到預(yù)期控塵效果。

2.2.4 破碎硐室粉塵

在破碎硐室內(nèi)板式給礦機(jī)給礦及顎式破碎機(jī)破碎的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵，給現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員身體健康和安全生產(chǎn)帶來(lái)了極大威脅。為掌握破碎硐室的粉塵擴(kuò)散規(guī)律，提高破碎硐室粉塵治理的針對(duì)性，陳舉師等［67］以西石門(mén)鐵礦提升車間系統(tǒng)27號(hào)破碎硐室為研究背景，依據(jù)氣固兩相流理論，運(yùn)用計(jì)算流體力學(xué)的離散相模型（DPM）對(duì)破碎硐室粉塵濃度分布進(jìn)行了數(shù)值模擬（圖24），硐室空間內(nèi)破碎機(jī)及給礦機(jī)附近區(qū)域粉塵濃度較大，并以破碎機(jī)及給礦機(jī)為中心徑向逐步降低；捕捉壁面條件下粉塵濃度較反彈壁面要低；當(dāng)27/40斜坡道進(jìn)風(fēng)且風(fēng)速為1 m/s時(shí)，硐室空間內(nèi)粉塵沉降效果較好。通過(guò)研究分析得出了連接破碎硐室的斜坡道的最近通風(fēng)風(fēng)流，從破碎硐室通風(fēng)的角度改善了破碎硐室的粉塵污染問(wèn)題。

除了采用通風(fēng)方式對(duì)破碎硐室粉塵進(jìn)行控制外，設(shè)置吸塵罩，建立抽風(fēng)除塵系統(tǒng)，也能夠避免粉塵對(duì)其他巷道的污染，實(shí)現(xiàn)對(duì)粉塵的有效控制。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)破碎硐室內(nèi)的除塵系統(tǒng)安裝進(jìn)行了一定的研究，陳舉師等［68-69］結(jié)合氣固兩相流的運(yùn)動(dòng)方程，導(dǎo)出了模擬破碎硐室粉塵運(yùn)動(dòng)的相似準(zhǔn)則數(shù)，建立了破碎硐室相似模型（圖25和圖26），并運(yùn)用Fluent軟件對(duì)破碎硐室相似模型粉塵質(zhì)量濃度分布進(jìn)行了數(shù)值模擬。研究表明：入口風(fēng)速為0.2～0.5 m/s時(shí)，粉塵質(zhì)量濃度隨著風(fēng)速的增大逐步降低，安裝抽風(fēng)除塵系統(tǒng)后，粉塵質(zhì)量濃度基本保持在2 mg/m3以內(nèi)，平均除塵率高達(dá)90%以上。通過(guò)研究建立的破碎硐室抽風(fēng)除塵系統(tǒng)，對(duì)控制破碎產(chǎn)塵具有較好的效果。

2.2.5 卸礦站粉塵

卸礦站卸礦過(guò)程中，由于礦石相互碰撞將產(chǎn)生大量粉塵，同時(shí)產(chǎn)生的沖擊氣流會(huì)使巷道積塵二次飛揚(yáng)，并進(jìn)入巷道通風(fēng)系統(tǒng)，造成巷道內(nèi)粉塵濃度超標(biāo)，嚴(yán)重污染工作區(qū)域環(huán)境。為了充分掌握卸礦站粉塵擴(kuò)散規(guī)律，為卸礦站粉塵治理提供更有針對(duì)性的控塵措施，陳記合等［70］基于相似性原理，運(yùn)用Fluent軟件對(duì)安徽開(kāi)發(fā)礦業(yè)有限公司-425 m水平2#卸礦站卸礦時(shí)巷道內(nèi)粉塵濃度分布進(jìn)行了模擬，得出不同監(jiān)測(cè)面粉塵濃度隨時(shí)間變化規(guī)律（圖27）。研究表明：卸礦時(shí)粉塵濃度分布受沖擊風(fēng)流影響較大，卸礦站巷道內(nèi)粉塵主要由卸礦坑產(chǎn)生，經(jīng)沖擊風(fēng)流攜帶而出，造成巷道內(nèi)粉塵濃度較大；定期對(duì)卸礦站壁面進(jìn)行灑水，不僅能清除卸礦站壁面粉塵，而且能在一定程度上吸附新產(chǎn)生粉塵，降低巷道內(nèi)粉塵濃度。

此外，有學(xué)者從卸礦參數(shù)與卸礦產(chǎn)塵量的大小的關(guān)系角度來(lái)研究卸礦產(chǎn)塵控制方法，蔣仲安等［71］采用ANSYS軟件對(duì)西石門(mén)鐵礦27#卸礦站進(jìn)行了建模分析，研究了巷道粉塵濃度與卸礦量、巷道風(fēng)速、礦石粒徑和壁面條件之間的關(guān)系（圖28）。研究表明：下風(fēng)向巷道粉塵濃度大小與卸礦量成正比例關(guān)系，與風(fēng)速、礦石粒徑成反比例關(guān)系；在滿足生產(chǎn)條件的情況下，卸礦量5 000 kg/s、巷道風(fēng)速1.5 m/s時(shí)，盡可能增大礦石粒徑、定期清掃巷道壁面，可有效降低巷道粉塵濃度。

在對(duì)卸礦站粉塵污染規(guī)律及卸礦參數(shù)與產(chǎn)塵間關(guān)系研究的基礎(chǔ)上，粟闖等［72］根據(jù)湖北某銅鐵礦卸礦站的工藝流程與產(chǎn)塵特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了濕潤(rùn)劑噴霧防塵系統(tǒng)，有效抑制了粉塵產(chǎn)生；在此基礎(chǔ)上，吳江等［73］設(shè)計(jì)了由高壓噴霧降塵系統(tǒng)、通風(fēng)排塵系統(tǒng)和超限噴霧系統(tǒng)3個(gè)部份組成綜合防護(hù)系統(tǒng)（圖29），解決了冬瓜山銅礦卸礦站粉塵污染問(wèn)題。通過(guò)上述研究可知，卸礦站產(chǎn)塵的規(guī)律性較強(qiáng)，在完善通風(fēng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，配備自動(dòng)化的噴霧及除塵機(jī)除塵設(shè)備，可以十分有效地控制卸礦站粉塵的污染。

2.2.6 路面運(yùn)輸粉塵

金屬礦山除了采用溜井及皮帶運(yùn)輸?shù)V石外，無(wú)軌礦車起到了同樣重要的運(yùn)輸作用。但礦車在運(yùn)輸過(guò)程中，易造成嚴(yán)重的路面揚(yáng)塵。針對(duì)路面揚(yáng)塵，王海寧等［74］分別對(duì)渣油、水系乳化液抑塵劑和高倍吸水樹(shù)脂抑塵劑的耐蒸發(fā)性等進(jìn)行了研究，對(duì)比了兩種抑塵劑的抑塵性能；杜翠鳳等［75］研制出了具有吸濕、保濕、凝并、固結(jié)等多重性能的YCH抑塵劑，并在礦山采場(chǎng)路面進(jìn)行試驗(yàn)，抑塵效率可達(dá)98.4%。

近年來(lái)，謝振華等［76］研制出了兩種性能優(yōu)良的復(fù)合抑塵劑，并進(jìn)行了性能測(cè)試和對(duì)比分析，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明：研制的復(fù)合抑塵劑能使粉塵質(zhì)量濃度控制在4 mg/m3以下，有效抑塵時(shí)間為6 h；杜翠鳳等［77］針對(duì)露天采場(chǎng)路面負(fù)溫環(huán)境下的揚(yáng)塵特點(diǎn)及機(jī)理，研制出了一種防凍型路面抑塵劑，該抑塵劑能夠抵御30 m/s的風(fēng)力侵蝕，在-33.4℃時(shí)依然不結(jié)冰，且成本低廉，為露天礦冬季路面揚(yáng)塵治理提供了良好的技術(shù)保障，隨后該課題組又針對(duì)露天采場(chǎng)路面揚(yáng)塵特點(diǎn)及機(jī)理，研制出了一種吸濕型路面抑塵劑，該抑塵劑的有效抑塵時(shí)間為10 d，與傳統(tǒng)灑水方法相比，抑塵費(fèi)用降低了30.71%，節(jié)水效率達(dá)到94.67%（圖 30）［78］。

金屬礦山產(chǎn)塵點(diǎn)較多，但作業(yè)人員密集的場(chǎng)所主要集中在采場(chǎng)、巷道掘進(jìn)頭、溜井口、破碎硐室、卸礦站等。上述研究表明：現(xiàn)有的除塵方式不系統(tǒng)、針對(duì)性差、缺少必要的監(jiān)控措施，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的除塵效果沒(méi)有連續(xù)的量化性的數(shù)據(jù)。

3 金屬礦山粉塵污染治理技術(shù)展望

金屬礦山采場(chǎng)爆破、巷道掘進(jìn)、溜井卸礦及路面運(yùn)輸?shù)茸鳂I(yè)過(guò)程中的粉塵污染問(wèn)題日益突出。近年來(lái)，有關(guān)學(xué)者針對(duì)粉塵污染防治進(jìn)行了大量的研究，并取得了一定的成果。然而，我國(guó)金屬礦山開(kāi)采過(guò)程中產(chǎn)塵量大、塵源多、礦石種類多、差異性強(qiáng)，現(xiàn)有對(duì)粉塵治理的研究，缺乏對(duì)不同礦石粉塵物理性質(zhì)的分析；采用的路面抑塵及水泡泥材料對(duì)環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)性等因素考慮不全面，并且缺乏自動(dòng)化添加和調(diào)控手段；粉塵控制設(shè)備的開(kāi)關(guān)及處理風(fēng)量的大小不能隨產(chǎn)塵情況動(dòng)態(tài)變化。因此，粉塵污染治理技術(shù)仍然有較大的發(fā)展空間，為進(jìn)一步提高粉塵治理效果，根據(jù)本文對(duì)金屬礦山粉塵污染治理研究現(xiàn)狀的總結(jié)分析，提出如下建議與展望：

（1）建立金屬礦山粉塵理化性質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)。由于金屬礦山粉塵種類多，其理化性質(zhì)差異性較強(qiáng)，如對(duì)于鎂、鋁等特殊金屬礦山的開(kāi)采，產(chǎn)生的粉塵在一定的高溫和點(diǎn)火能的熱源作用下，可能發(fā)生爆炸；不同的金屬礦石粉塵的潤(rùn)濕性不同，對(duì)水炮泥與抑塵劑等配方的適用性提出了更高的要求。因此，可借助SEM掃描、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)手段，分類分級(jí)測(cè)定典型金屬礦山粉塵的理化性質(zhì)并建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，分別分析典型金屬礦山粉塵的物化性質(zhì)與其爆炸性、潤(rùn)濕性之間的關(guān)聯(lián)矩陣，為金屬礦山粉塵控制提供數(shù)據(jù)支持。

（2）建立健全金屬礦山粉塵防治技術(shù)及裝備體系。由于礦井地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，通風(fēng)系統(tǒng)在安全生產(chǎn)、節(jié)能環(huán)保、職業(yè)健康等方面發(fā)揮的作用越來(lái)越顯著，因此需要在理論方面，研究金屬礦山采運(yùn)過(guò)程（鉆孔、爆破、鏟裝、運(yùn)輸、卸礦、破碎）產(chǎn)塵量與各影響因素間的相互關(guān)系，建立產(chǎn)塵量預(yù)測(cè)模型，研究高溜井卸礦沖擊氣流形成機(jī)制及多相多場(chǎng)耦合下采運(yùn)過(guò)程粉塵的時(shí)空分布特征；在通風(fēng)排塵方面，研發(fā)采掘工作面智能變頻通風(fēng)技術(shù)；在粉塵治理方面，研發(fā)呼吸性粉塵除塵效率高、體積小、質(zhì)量輕且集干式、濕式、干濕混合式于一體的多功能除塵器，研發(fā)高溜井多中段聯(lián)動(dòng)粉塵控制裝置，研制集風(fēng)流—粉塵—汽車尾氣多組分耦合條件下的協(xié)同防治技術(shù)裝備體系，實(shí)現(xiàn)單一防塵技術(shù)手段向多樣化復(fù)合技術(shù)轉(zhuǎn)變。

（3）研制金屬礦山高效、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的水炮泥與抑塵劑。水炮泥與抑塵劑雖然作用于不同的工藝作業(yè)環(huán)境下，但復(fù)雜的金屬礦山粉塵種類對(duì)二者的適用性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性均提出了更高的要求。需要在微觀層面進(jìn)一步探索與完善水炮泥與抑塵劑的塵毒防控機(jī)理和評(píng)估機(jī)制，研發(fā)水炮泥和抑制劑的自動(dòng)添加調(diào)配、溶液自動(dòng)加注填塞封孔成套技術(shù)及裝備，研發(fā)運(yùn)輸路面長(zhǎng)效環(huán)保抑塵劑及其自動(dòng)添加、噴灑流量智能調(diào)控技術(shù)與裝備。

（4）金屬礦山機(jī)械化、自動(dòng)化和智能化聯(lián)合防塵控塵體系構(gòu)建。利用大數(shù)據(jù)、人工智能、PLC等技術(shù)手段，結(jié)合粉塵在線監(jiān)測(cè)、數(shù)字化信息控制、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，建立粉塵作業(yè)環(huán)境評(píng)價(jià)體系與監(jiān)測(cè)、預(yù)警平臺(tái)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)控工人作業(yè)過(guò)程中的粉塵濃度，實(shí)現(xiàn)采場(chǎng)爆破、巷道掘進(jìn)、溜井卸礦、路面運(yùn)輸?shù)鹊湫妥鳂I(yè)過(guò)程中的噴霧降塵、泡沫除塵向機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展。