露天石灰石矿山爆破降尘施工技术

崔强

摘要：露天石灰石矿山爆破粉尘具有瞬时性且扩散快的特点，不仅危害周围环境，而且威胁着现场施工人员的健康。结合实际工程概况，制定水袋降尘方案，以布置爆破孔、选择水袋、铺设水袋的步骤实现爆破降尘施工。降尘效果测试结果表明，使用本文设计爆破降尘施工技术，可以提升49%的爆区落尘量，并降低40.4%的粉尘浓度，从而验证了采用该技术降尘效果显著。

关键词：露天矿山；石灰石矿山；爆破降尘；施工技术

0   引言

随着全球经济的高速发展，各国对矿产资源的需求量与日俱增。当下，我国为推动矿山产能，在矿山开采过程中采用大规模的爆破作业手段。然而，在露天石灰石矿山爆破中，不可避免会产生大量爆破粉尘。这种高浓度且扩散快的粉尘，对周围环境以及现场作业人员产生了巨大危害。近年来，露天石灰石矿山爆破粉尘的治理，逐渐成为我国矿产开发中亟需解决的问题。国内众多学者们针对于此展开了大量的研究工作，先后提出水管喷水法、直升机洒水法以及预先淋水法等一系列的矿山爆破降尘技术。石灰石矿山爆破产生的粉尘具有产量大、瞬时性等特点，仅采取传统的洒水降尘技术无法有效治理爆破粉尘。本文结合露天石灰石矿山爆破开采的特点，重点对降尘施工技术进行探讨和研究。

1   矿山概况

某石灰石矿山位于山区，矿山南北宽度为1.8km，东西长度为5.2km，主要采用露天开采的形式。虽然该矿山远离城市，但其附近开采安全距离范围内仍存在一些建筑物，如矿区矿山办公楼、居民房屋等。

该露天石灰石矿山正常爆破时，所产生的大量粉尘将会扩散至上述建筑物附近，严重影响了附近居民及矿山作业人员的生命健康，并对矿产资源的正常生产造成了一定影响。为确保该露天石灰石矿山可以顺利开采，急需找出一种有效的爆破降尘施工技术。

2   制定爆破降尘方案

露天石灰石矿山爆破开采中产生的粉尘，不仅可以短期内迅速扩散到爆区的整个空间，而且其浓度极高，严重影响着周围生态环境及作业人员健康。针对上述露天石灰石矿山的实际情况，需制定有效的降尘方案[1]。

2.1   粉尘特点

通常情况下，石灰石矿山爆破产生的粉尘具有以下特征：一是粉尘浓度高。在矿山开采爆破的瞬间，产生的粉尘以超高的浓度扩散至大气中。二是颗粒小、质量轻，扩散快。矿山开采爆破所产生的粉尘大多为0.005～0.08mm级别的粒度，扩散速度极快。三是滞留时间长。矿山爆破产生的粉尘中存在大量电荷，会吸附空气，从而长时间滞留在空气中。

2.2   针对性治理方案

针对露天石灰石矿山爆破粉尘的这些特点以及实际施工环境，本文采取水袋降尘施工技术来治理矿山爆破粉尘。水袋降尘技术如图1所示。

水袋降尘施工，就是在矿山爆区表面提前布置装满水的袋子，开采爆破时会优先破坏水袋，通过水雾来实现降尘。在采用水袋降尘技术进行露天石灰石矿山爆破降尘施工时，虽然搬运与布置水袋的劳动强度较大，但该施工过程较为简单，且具有良好的降尘效果，为此本文选用水袋降尘施工技术。

应用水袋降尘施工技术时，必须准确掌握水袋各项因素与降尘效果之间的关系。水雾扩散效果与水袋壁厚之间存在直接联系，且水袋的铺设位置与整体降尘效果有关。

3   露天石灰石矿山爆破降尘施工

3.1   布置爆破孔

3.1.1   布置要求

根据露天石灰石矿山开采爆破现场的勘查结果可知，产生爆破粉尘的主要位置为爆破孔口[2]，所以在进行露天石灰石矿山爆破降尘施工时，首先需要结合爆炸水雾场来布置爆破孔。合理布设爆破孔，可确保后续铺设水袋产生的爆炸水雾，可以完整的包覆矿山爆破蘑菇尘云，进而保障露天石灰石矿山爆破降尘效果[3]。

3.1.2   布置爆破孔要点

本文在布置爆破孔时，引入GPS技术来设计爆破孔网，以增强爆破孔的布置精度。先将天线安装在钻机上，要求各天线之间的距离在1.8m以上，以保证爆破孔定位数据精准。在天线安装成功之后，需要获取钻机作业位置，在已知GPS天线定位坐标信息的基础上，进一步求得钻杆的坐标信息，即可实现钻杆的定位。

然后再进行机头的定位。由于机头是确定钻孔方向的关键组件，所以在钻机处于稳定作业状态下，获取GPS天线移动前后的坐标信息，根据二者之间的差值，即可获取机头位置。

通過GPS软件，进行露天石灰石矿山爆破孔的自动布置作业。对于后排孔的布置，根据露天石灰石矿山爆区台阶的走向，确定穿孔区域的起始点与终点，将二者连接即可得到穿孔位置线。对于前排孔的布置，结合露天石灰石矿山爆区台阶形状来确定，以确保前排爆破孔的走向符合爆区实际情况。对于露天石灰石矿山开采爆破作业而言，爆破孔的深度与爆破效果之间存在直接联系，可以根据代表性的典型点位孔深，来求得全部爆破孔的深度。

在确定上述爆破孔的参数后，将这些数据输入GPS软件中，即可实现露天石灰石矿山爆破孔的自动布置。布置好爆破孔后，还需对各个爆破孔进行放样校验，以确保各个孔位均为完整、有效的爆破孔。

3.2   选择水袋

在本文所设计的露天石灰石矿山爆破降尘技术中，水袋的选择至关重要，无论是水袋的材质还是水袋的尺寸均影响着爆破降尘的效果[4]。

3.2.1   确定水带材质

在确保降尘水袋环保高效使用的前提下，尽量选择经济效益较高的水袋。通常水袋由乳胶或者聚乙烯塑料制作而成，这类水袋虽然透明柔软，但其经过爆炸后会产生一氧化碳等有毒气体，且未破碎的残留物具有难降解的特征，这样虽然解决了矿山爆破带来的粉尘污染，但会因水袋爆破带来白色污染，从而失去了露天石灰石矿山爆破降尘施工的意义。

本文在进行露天石灰石矿山爆破降尘施工时，选用LDP-低密度聚乙烯吹塑而成的水袋，该水袋不仅环保实用，可以快速降解，而且保持了传统水袋抗压、密封的优点。

3.2.2   水带参数设计

在确定水袋材质之后，需要对水袋壁厚、宽度、长度等尺寸参数进行设计[5]。在应用水袋爆破降尘施工技术时，如果水袋的壁厚过大，将会影响爆破水雾扩散效果，从而失去降尘效果。反之如果水袋壁厚过小，很容易在注水、铺设过程中受水压力的影响，出现破裂漏水现象，会影响炸药的爆破效果。本文根据下式来确定降尘水袋的壁厚：

V=G/R×D·〔W/H×p〕 （1）

式中：V代表水袋内溶液爆炸扩散的最大速度；G代表系数，取值為2.7×10³；R代表爆破孔的直径；D代表降尘水袋的壁厚；W代表降尘水袋的宽度；H代表降尘水袋的长度；ρ代表水袋内溶液的密度；γ代表固有系数，一般取值为γ=-0.2。

根据式（1）不仅可以确定降尘施工采用水袋的壁厚，而且可以确定出水袋的尺寸。本文结合本次工程的实际情况，选择的降尘水袋的长度×宽度×壁厚为1200mm×200mm×0.08mm。该水袋不仅不易破损，而且在爆破后形成的水雾扩散状态也较为理想，从而可保障露天石灰石矿山爆破降尘施工效果。

3.3   铺设水袋

在选择好本次露天石灰石矿山爆破降尘施工使用的水袋后，即可开始进行水袋的铺设施工。

3.3.1   设计铺设模式

为确保降尘效果[6]，设计如图2所示的双水袋铺设模式。双水袋模式就是在爆破孔内炸药安放完毕之后，于孔内填塞一个水袋，与炸药之间紧密接触，然后在爆破孔顶部设置一个水袋，使其与爆破孔内水袋之间形成一个整体，从而提升降尘效果。

3.3.2   水带铺设要点

在水袋的铺设过程中，需要在铺设凹槽内填充一定的细砂[7-8]，用于固定水袋，避免水袋在注水之后出现位移。对于露天石灰石矿山爆区地表水袋的铺设，为避免与起爆网之间产生交叉现象，影响爆破效果，需要以斜排的形式进行水袋铺设，并且将导爆索安放在降尘水袋的正下方。在露天石灰石矿山的炸药的安装与水袋的铺设完成之后，于水袋内注水。注水过程中，实时监测注水效果，避免出现施工事故。注水完毕后，即可进行炸药的起爆，这时矿山爆破产生的粉尘即可被水袋爆破形成的水雾有效拦截。

4   施工效果分析

为验证本文所提爆破降尘施工技术的有效性，于露天石灰石矿山爆破现场进行测试，通过对比同一爆区下无降尘措施与应用降尘措施下爆破粉尘浓度与扩散情况，来判断本文设计技术的降尘效果。

4.1  测试现场布置

降尘效果测试现场布置如图3所示。在有降尘措施实验区域，爆区前布设一排水袋，水袋下铺设了4根导爆索。在有、无降尘措施的实验区域内，分别布设4个用于检测单位面积的落尘量集尘盒，以及1台用于检测粉尘浓度的测尘仪。

4.2  落尘量数据分析

在此基础上，开始爆破实验。爆破结束后，统计出各集尘盒所采集的单位面积落尘量数据，落尘量对比如表1所示。

由表1测试结果可知，随着集尘盒与爆破点之间距离的增加，单位面积的落尘量呈下降状态。其中无降尘措施下的爆破粉尘的落尘量平均为3.33g/m²，而应用了本文设计降尘技术后的爆破粉尘的落尘量平均为6.53g/m2，提升了49%，说明本文设计爆破降尘技术，可以对爆破粉尘进行有效拦截。

与此同时，测尘仪所采集的数据显示，无降尘措施下的爆破粉尘浓度为147.96mg/m3，而有降尘措施下的爆破粉尘浓度为88.13mg/m³，降低了40.4%。由此可以说明，本文设计爆破降尘施工技术的降尘效果显著，可以满足露天石灰石矿山爆破需求。

5   结束语

在露天石灰石矿山的爆破开采中，产生的粉尘较正常矿山浓度更高、扩散速度更快。在整个社会环保意识不断提升的今日，矿山爆破粉尘已经影响到矿产资源生产及环保效益。本文结合露天石灰石矿山的实际情况，提出一种爆破降尘施工技术，并通过现场测试验证了该降尘技术的有效性。应用该技术不仅可以取得显著的矿山爆破降尘效果，而且可以提升降尘效率。当然，本文所研究的水袋降尘施工技术仍存在一定不足之处有待解决，如在冬天等寒冷天气下，水袋极易发生结冰现象，从而影响爆破降尘效果。今后笔者将针对水袋内抗冻溶液进行深入研究，以便提升该降尘技术的实用性。

参考文献

[1] 黄毅伟，王德胜，郭宾，等.露天矿掘沟爆破的爆炸水雾场降尘技术研究[J].金属矿山，2022（7）：151-157.

[2] 杨林兵，赵昌龙.基于GPS的智能化设计在露天石灰石矿山爆破中的应用[J].爆破，2022，39（2）：81-84+93.

[3] 王飞，王庆，焦卫宁，等.隧道钻爆施工降尘技术的试验研究[J].现代隧道技术，2021，58（5）：196-203.

[4] 汪泽，喻圆圆，吴霄，等.城市复杂环境场平爆破降尘降噪试验研究[J].爆破，2021，38（1）：134-139.

[5] 赵永岗，王德胜，秦鹏渊，等.露天矿爆破（烟）粉尘的爆炸水雾降尘技术研究[J].金属矿山，2022（10）：204-208.

[6] 彭亚雄，刘广进，苏莹，等.基于自适应VMD-MPE算法的矿山爆破地震波信号降噪方法研究[J].振动与冲击，2022，41（13）：135-141.

[7] 孙琰，刘敬智，李吉杨芙.减振孔在缅甸某露天矿区爆破振动控制中的应用[J].中国矿业，2022，31（2）：155-159.

[8] 吴隆功. 地铁暗挖隧道下穿建筑物群爆破施工控制技术探究[J].工程机械与维修，2022（2）：226-228.