露天矿山粉尘防治的新理念（10月作品）

作者：沈大文

　　摘要：

　　相对于其他工业粉尘的定点排放(如烟囱、排气管)，矿业中的产尘和扬尘应当属于无组织排放。露天矿山开采，都是大片剥离、巨型开挖，各种设备和作业分布在广阔的矿区和加工场中，粉尘排放点多面广，而且上道工序的产尘积尘，会累积强化下道工序的扬尘，造成了同一尘源的多点多次重复扬尘。

　　当前的粉尘防治技术，主要是局部稀释粉尘浓度，或者抑制粉尘扬散，没有从根本上消除尘源，不能达到整体和长远的控尘效果。

　　露天矿山粉尘防治工作，必须要树立新观念，根据矿山生产的特点，控制产尘，弱化扬尘，探求粉尘的及时回收利用，减少粉尘在工序间的累积和重复扬尘，综合运用各种防尘技术，由点及面，由始至终，从局部到整体，才能从根本上消除污染改善环境。

　　关键词：

　　露天矿山,原生粉尘,二次扬尘,职业健康安全

　　The new concepts in dust controlling for open pit mining

　　SHEN Da-wen

　　Tarmac Aggregates Huzhou Ltd., Huzhou 313000, China

　　Abstracts：

　　Dust generated by the mining industries is termed “fugitive emission” contrast to “point source” i.e., chimney，or exhaust pipe, by other industries. Resulting in a large striping and excavating for open pit mining, all machines and activities which are distribute within large mining site and producing plant are likely to produce dust. And the dust is generated, accumulated and emitted, from the former procedure to the next. The same dust resource will be emitting repeatedly in different locations and times.

　　Now, the normal dust controlling technology can’t eliminate the dust resources and achieve the overall and long-term effects by reducing the concentration of the dust locally and preventing dust from emission.

　　For dust controlling in open pit mine, it is necessary to establish new concepts and to reduce dust generation and emission according to the characteristics of mining operation. At same time, it is important to explore the way for dust collecting and reusing and to reduce dust accumulation and emission in the mining process. For lessening pollution and improving environment, engineering controls are implemented in mining operations in an effort to reduce dust generation and emission from begin to end and both individually and collectively.

　　Key words

　　open pit mining, dust generation, dust emission, occupational health and safety

　　一、常见的粉尘控制技术

　　露天矿山开采，实际上就是一个制造粉尘的过程。矿物从矿坑或采场中裹携着粉尘被钻爆采运后，一般还要经过破碎、粉磨、分级、包装等加工过程，其间还可能包含着装卸、运输、堆存等多次重复的辅助工序。这些过程和工序，都不可避免地产尘、扬尘，如果没有有效的粉尘控制，必然会造成环境污染，危害现场人员的职业健康安全。

　　目前，常见的控制粉尘的技术主要有两种：封闭通风和湿法抑尘。前者主要是排气通风、降低粉尘浓度;后者主要是喷洒水雾、抑制粉尘扩散。

　　这些控制技术在矿山开采的粉尘防治工作中虽然取得了一定的成效，但是也有不尽人意之处，原因有以下三点：

　　1.随着矿山开采技术的进步，装备水平的提高，产量越来越高，规模越来越大，高强度机械化采掘和加工，从局部到整体，必然会导致更多尘源和更强的扬尘;

　　2.无论封闭通风、湿法抑尘，它们都是一种点排放控制技术，是局部的控制，而矿山开采，特别是露天矿山，都是大片剥离、巨型开挖，各种设备和作业分布在广阔的矿区和加工场中，产尘扬尘点多面广。局部的点控技术，无法覆盖整体;

　　3.当前的粉尘控制技术，很多只是临时的措施，暂时解决了局部区域的粉尘浓度超标问题，并没有从根本上消除或减弱尘源，只要扬尘条件成熟，它就可能会在后续工序中重复发生危害作用。

　　二、原生粉尘和二次扬尘

　　矿山粉尘，按照产生的阶段不同，可以划分为原生粉尘(简称产尘)和二次扬尘(简称扬尘)。

　　原生粉尘，是从无到有新生成的粉尘，是粉尘之源，主要来自矿岩的破碎过程，它与矿山开采和加工的主要工艺密切相关，如钻孔的切削冲击、爆破的压缩拉伸、加工的机械破碎;除了这些主要的破碎过程，还有一些辅助的破碎过程，即冲击磨蚀作用，凡是能引起矿岩之间或矿岩与接触、承载物之间的相对运动，都会造成矿岩的研磨碰撞而产生粉尘，如爆破瞬间的爆堆抛掷、采掘过程的矿岩装卸、输送过程的物料转载、堆存过程的产品抛洒等等。辅助的破碎过程与主要的破碎过程相比，原生粉尘的产尘数量和强度要小得多。

　　原生粉尘产生过程受矿物材料物理性质的影响，如硬度、密度、湿度、粒度分布和处理过程参数，如在机械加工过程中，所使用的能量，卸料的高度，颗粒流速和加工程度等[1]。

　　原生粉尘的产生是无法避免的，因为采矿工艺本身就是一个破岩产尘的过程。尽管有时候其他工业甚至市场需要粉状矿物，但更多时候，人们只需要具有一定分级的块状或颗粒状矿石，并不需要粉状物，所以我们在享受由于技术进步、装备升级、采矿加工高度机械化所带来的效率提升的同时，也必然要承担其副作用。

　　二次扬尘，是原先已经生成、存在的粉尘，主要来自开采加工过程的原生粉尘或其他来源(非矿业活动产生)的粉尘，在具备一定的空气动力条件下，产生粉尘的扬升和扩散。在不具备扬升扩散条件前，它们一般裹携累积于矿岩中，或者沉降在道路、场地的表层，或者吸附于设备、设施的表面，如车厢、铲斗、破碎机腔板或机房的屋顶墙壁等。

　　一旦原生粉尘产生后就会有二次扬尘的潜在可能，二次扬尘的条件，在现代高度机械化的开采加工过程中也是无法消除的。生产过程中，由于大功率、高速度、强负荷的设备运转，由于通风、热源、振动、物料流动、设备移动甚至自然风动，都能使粉尘扬升扩散，使粉尘沉降变慢，延长其在空气中的浮游时间，积累其在空气中的数量和浓度。扬尘过程受很多因素影响，如颗粒重量、粒间作用力和作用于颗粒的气流。气象条件是影响粉尘的扬升和传播的重要因素[2]。

　　三、矿山粉尘的特点

　　无论是原生粉尘还是二次扬尘，总是与某一具体的作业和设备运转相联系。在矿山开采加工的各道工艺环节中，其原生粉尘和二次扬尘规模和强度各不相同。

　　有的环节产尘少，但局部扬尘显著，例如钻孔作业(图1);有的环节产尘多，但扬尘不多，只在短时间内发生，例如爆破作业(图2);而有的环节，产尘点多，扬尘点亦多，强度不一定大，但持续时间自始至终，影响范围覆盖整个生产线，如破碎加工过程(图3)。

　　人们常以为，钻孔作业是矿山开采中尘害最大的工序。实际上，钻孔过程原生粉尘并不多，但压风洗孔过程提供了很好的扬尘条件，少量的粉尘发挥到极致，容易引起关注。而爆破作业，产尘最多，

　　图1 无粉尘控制的钻孔作业

　　Figure1 drilling without dust control

　　图2 爆破瞬间的粉尘

　　Figure2 dust in blasting

　　图3 破碎加工区域的粉尘(Figure3 dust in crushing process)

　　而扬尘条件不好，只在爆破瞬间，在爆区的表面扬起粉尘，而大量的粉尘隐藏在爆堆的矿岩里，等到具备扬尘条件时，它们才会出来表现。

　　因此，许多原生粉尘，正是通过二次扬尘带来或加重环境污染和职业健康危害。而更值得注意的是，许多情形下，上道工序的原生粉尘，会在下道工序的作业过程中加重二次扬尘、重复扬尘。

　　如图4所示，对钻孔作业的粉尘进行控制，配备干法收尘装置，已大大降低钻机周围的粉尘浓度，改善了作业环境。

　　图4 有粉尘控制的钻孔作业

　　Figure4 drilling with dust control

　　但是，这里针对钻孔作业的粉尘防治，只是局部的改善、暂时的改善，如果没有及时处理好这些已经沉降堆积于地表的原生粉尘，它会在后续工序中，与新生的粉尘合在一起，会在爆破抛掷中再次扰动，在装运作业中再次扬升，在加工区域再次扩散，甚至于在堆场料库中再次弥漫。所以这里的钻孔粉尘，已经不是二次扬尘了，而是N次扬尘了。

　　四、矿山粉尘防治的新理念

　　原生粉尘一般通过二次扬尘发生作用。针对上述矿山开采加工中的产尘和扬尘特点，应采取综合粉尘控制技术。可以从防止每一工艺环节的二次扬尘为立足点，或者减少二次扬尘的尘源、或者弱化二次扬尘的条件，由点及面、由始至终，由局部到整体，来达到矿山粉尘防治效果。

　　1.减少原生粉尘源。

　　爆破作业是产生原生粉尘最多的一个工艺环节，应通过爆破工程技术措施进行重点控制，如：

　　炸药选材：根据岩石材质和结构选择威力相当的炸药材料;

　　装药直径：在满足开采能力的情况下尽量选用中小直径的钻孔;

　　装药结构：尽量采用不藉合装药，以缩小爆源的粉碎区[3];

　　封孔材料：不用钻孔岩粉，应使用5mm至15mm石子[4];

　　爆破类型：抛掷爆破利于扬尘、而松动爆破利于产尘，从控制尘源的角度应采用抛掷爆破;

　　爆破场地：钻孔前应清理浮石松碴，保持工作场地平整清洁。

　　2.控制二次扬尘源。

　　特别要避免同一原生尘源的多点多次的重复扬尘。注意以下几个方面：

　　钻孔过程中洗孔的风压和风量应充分，防止岩屑回落到孔内发生二次冲击，最终可能将岩屑研磨成岩粉而增加尘源。

　　钻孔周围的集尘应及时回收，不能乱丢乱弃在钻孔平台上，保持钻孔作业面清洁少尘，为后续的爆破作业创造条件。

　　爆落后的矿岩中含大量的粉状物，最好能从工艺上实现先筛分回收、后深化加工。如图5所示，采用移动式破碎机，在矿区里将经过粗破、除粉后的块石进行装运，带到下道工序再处理，就是一个可行的选择。这不仅能减少后续工序中的重复扬尘，还能减少重复装运、重复破碎、重复转载和重复堆贮，在各个环节上都能节省开采成本。

图5 移动式破碎机生产

　　Figure5 product with moving crusher

　　应特别注意粉尘的回收、存储和利用。不能利用的粉尘必须存放于一个合适的地点，不能使之成为尘源。

　　矿山每一个作业环节，应做好环境卫生，及时清理积尘，例如，道路、采场、输送带、加工场地，对漏洒物和浮尘立即清理，输送带应配置刮泥装置。不将粉尘带到下一工序，不积累尘源。

　　具体选择粉尘控制措施中，应优先采用干法收尘，不建议使用湿法抑尘。因为后者不能彻底根除尘源，只是暂时抑制粉尘的扬升，它终会被带到下一道工序中，当条件具备时，会再次发生危害。

　　如果必须使用湿法抑尘技术，应注意喷淋用水的清洁，可考虑使用经过沉淀除污的水源。水的循环利用一定要先处理再利用。

　　3.弱化二次扬尘的条件。

　　从扬尘的空气动力条件来说，主要是减少空气流与粉尘源的扰动。应考虑采矿过程中所有可能引起扬尘的条件，包括气象条件。

　　原始的土壤和植被是粉尘的最好防护层[2]。开采设计和施工中，尽量减少矿区原始地层的开挖和暴露面积。道路不是越宽越好，符合车辆选型、满足安全行驶则好;采场不是越大越好，符合开采设计，满足设备布置和开采能力则可;已经开挖的地方应尽快复绿复垦;矿山周围应栽种高大树种建立防风缓冲带。

　　剥离物应堆放在设计好的排土场，及时复绿;泥土剥离最好安排在当地的少风季节，以减少扬尘;料堆的面积应尽量小，如果有必要，应注意覆盖防护。

　　矿山道路设计，尽量采用原岩路基，慎用填方;有条件路面应硬化;泥结石道路是矿山常见的扬尘点，应做好路面日常养护，防止洒料漏料，保持路面清洁;矿车的排气管避免向下对着路面排气;矿车行驶应限速，据研究，矿车速度从40km/h降到24km/h，可降低矿山道路扬尘42% [5]。

　　在大风、不利风向、地形的情况下，爆破应采用减弱抛掷。

　　加工过程减化中间环节(如装运、卸料、堆存等);采场铲装矿岩时应尽量减少拢动，减少物料翻动，车斗至矿车厢底应保证落高最小，以满足铲斗翻转为限;主要装车点应考虑风力问题，利用绿化缓冲或地形避风;输送过程中应保持匀速，防止骤然加速减速;转载点、卸料点尽量减少落差，可考虑应用自动感应、自动升降的下料装置，通过减少物料落差来弱化扬尘条件(如图6)。

图6 码头自动感应升降下料

Figure6 ship loading with sensing and lifting automatically

　　参考文献(References)

　　[1]Assessment of the dustiness and the dust liberation mechanisms of limestone quarry operations, E. Petavratzi a, *, a School of Civil Engineering, University of Leeds, Leeds LS29JT, UK

　　[2]South African Mining Industry Best Practice on the Prevention of Silicosis, David W Stanton, Bharath K Belle, Kobus JJ Dekker and Jan JL Duplessis, Published by the Mine Health and Safety Council Safety in Mines,2001 South Africa

　　[3]于亚伦.工程爆破理论与技术[M].北京.冶金工业出版社，2007：356-357.

　　[4]Orica Technical Services Safe and efficient blasting in open cut mines[M].Australia: Orica Pty. A C N 004 117 828,1998:10.

　　[5] Watson JG, Rogers CF, Chow JC, DuBois D, Gillies JA, Derby J, Moosmüller H [1996]. Effectiveness demonstration of fugitive dust control methods for public unpaved roads and unpaved shoulders on unpaved roads. Final Report, DRI Document No. 685–5200.1F1, Prepared for California Regional Particulate Air Quality Study, Sacramento, California: California Air Resources Board.