矿山粉尘产生的基本原理
矿山环保总第44期2003年第1期
矿山粉尘产生的基本原理
《矿山尘害防治》编写组
(辽宁鞍山114001)
摘要了解粉尘的产生是进行尘源凋查研究和制定防治措施的不可少的基础和前
提,根据矿山
安环科技人员的实际需要,以大量实例介绍了矿山常见的6种产尘机理.
关键词矿山产尘产尘机理综合作用产尘
在固体矿物的开采,加工过程中,就常规采,
选,烧工艺而言,无论是外国还是中国,不论其技
术先进程度如何,粉尘的产生是必然的.从手钎
子,小型凿岩机,液压凿岩机到大型牙轮钻机的作
业过程,即为整个炮孔体积矿岩的粉化过程;爆破
作业,除将母岩爆离并爆碎成大中小块外,还同时
产生大量粉状矿岩,并和工作面积存的粉状矿岩
齐被抛向高空;至于通过粗,中,细破碎机,直到
球磨机,筛分机等加工成为更微细颗粒的作业,实
际上是个全部矿石的粉化过程;属于不仅是千法
而且还是高温工艺的焙烧,烧结,球团作业,更是
大量产生粉尘的过程;在所有的装卸,运输,提升,
转载,筛分,混合,贮存等作业及焙烧,烧结的空气
热交换过程中,无一不产生一次性或二三次性的
大量粉尘.
虽然,由于矿岩性质,工艺流程,技术装备状
况,生产能力及自然条件等多种因素的影响,致使
不同矿山,不同工序中的产尘强度,粉尘浓度,尘
源状况各不相同,但其产尘的机理是相同的.研究
者认为,矿山作业产尘的机理大致有以下6种:
1机械冲击产尘
以OM一506型,7655型冲击式凿岩机凿岩产
尘为例,正是由于钎杆,钎头所接受的冲击功达
6OJ,28.3～35.0次/s的冲击及扭力矩1500
N?m,1.25～2.5r/s的扭力,才会产生1.34
～2.22mm/s(取自金岭铁矿金河磷矿)的速度,
将矿岩凿成炮孔的.研究人员指出,在上述冲击
功,扭力矩及凿岩机轴向推力作用下,直径36～
40mm一字型钎头对孔底岩石表面所产生的粉
化作用至少有:一是钎头在每转接受14.0~.22.6
次冲击的状态下,每毫米长度的钎刃将1.5J的
冲击功直接作用于孔底岩体的深度达0.5～1.5
mm并使其粉化;二是钎刃以1.25～2.5r/s,
1500N?m的扭力矩产生磨削和剪切作用将冲
击痕问的三角棱状岩体破碎并粉化.测试证明,以
冲击作用为主加之磨削,剪切作用所产生的岩粉,
其粒径范围是相当大的,某矿测试结果是粒径<
10m的约占21.2,也就是说,如果不采用湿式
凿岩等抑尘措施,在上述冲击等作用下,每秒钟的
产尘量约为1000mg.
2爆破作用产尘
如众所知,矿山爆破就是利用炸药起爆后突
然形成的高温,高压气体瞬间膨胀所产生的巨大
爆炸力,对炮孔壁及其作用半径内的矿岩骤然施
以压力和剪切力;处于压缩圈内的矿岩,受爆炸作
用力最大,岩石在瞬间被压碎,压缩和破碎,由于
受力最大,粉化程度最高;处于破坏圈或抛掷圈内
的岩石,虽然爆炸力经过压缩圈的吸收而有所减
弱,但还有相当巨大的力足以破坏矿岩母体内的
连接力并将其抛掷出去,这时,坚硬的矿岩不仅被
炭工业二级企业,被中华全国总工会评为全国先
进集体,荣获"五一"劳动奖状,被全国煤炭职工政
治研究会授予"全国煤炭工业文明煤矿"荣誉称
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号,成了泰山脚下的一颗璀璨明珠.
(收稿日期;2002—07—29)
矿山粉尘产生的基本原理
炸裂成碎块和粉状物,还会使其在初速度很大的
位移过程中产生剧烈的相互冲击碰撞造成进一步
的粉化.上述被粉化了的矿岩就会随着爆炸波所
形成的气浪高速度地充满爆区及附近地区的整个
空间.
研究者指出,影响爆破产尘的主要因素,除矿
岩性质,炸药猛度,爆破参数,装药方法,是否采用
微差爆破,挤压爆破等因素外,同等条件下的单位
矿岩炸药消耗量的大小最为明显.据弓长岭铁矿
对充填法,浅孔留矿法27个采场1959～1968年
的统计,单位炸药消耗量每增加2.O,Fe6矿体
采矿爆破粉矿产生量增加8.5.该矿统计资料
还说明,在其它条件,参数相同时,矿岩性质的影
响最为明显,矿石硬度f>10的Fe4矿体浅孔留
矿法采矿粉矿率7.2～9.2,而在矿石硬度f
一6～8的Fe6矿体充填法采场,采矿粉矿率则达
14.2～17.8.据锡矿山的统计资料,井下爆破
产尘占整个采掘运作业产尘总量的45.6,比该
矿凿岩作业产尘量多4.3个百分点.
3摩擦挤压作用产尘
矿岩物料在运动过程中因互相摩擦,挤压,冲
撞作用,使疏松或硬度较低的块体,特别是块体的
棱角部分被粉化,随着剧烈的挤摩冲撞,块体与块
体间的空气被猛烈地挤压出来,并将刚刚粉化的
矿岩颗粒物及附着于块体表面上的粉状矿岩颗粒
迅速喷发出来.由于筛分矿岩物料的振动筛上下,
水平往复的振动作用,就会使大量气流带着粉尘
在剧烈,高频地摩擦挤压中不断涌出.据某选厂对
筛分作业测定,初始产尘浓度:矿岩加湿状态时为
0.5～1.5g/m.,矿岩干燥状态时为3～6g/m..
4诱导气流作用产尘
以一定速度运动的块状物料或群体状粉料,
能带动其运动轨迹周围空气随其走向产生一定速
度的流动,这种流动气体称诱导气流;诱导气流流
动速度的大小与运动物料的运动速度成正比.当
诱导气流一旦产生,就会将块状物体表面附着的
颗粒物或群体状粉料中的部分粉状物游离到空气
中,此即诱导气流产尘.电铲铲斗向矿车里卸矿时
的产尘,放矿闸门向矿车放矿时的产尘,高架皮带
排岩机卸载端排放岩土时的产尘等均是以诱导气
流作用为主的产尘.
5气体流动作用产尘
除露天矿因自然风流,井下矿因通风风速造
成气流或因井下大爆破冲击波所产生的气流等气
流作用产尘外,因空气具有较高温度而产生上升
气体流动造成颗粒物飞扬,特别在物料本身具有
较高温度时,一方面会伴有高温气体流动的产尘,
由此而造成颗粒物飞扬,另一方面还会因高温物
料中的颗粒物本身就具有较强的游离性,从而大
大增加了高温物料的产尘作用.因此,在烧结,球
团,焙烧等作业中,因高温气流及高温颗粒物游离
作用所致大量产尘是屡见不鲜的.在不冷却烧结
带,当烧结层厚度为190~250mm时,每吨烧结
矿的产尘量高达24～26kg之多.
6综合作用产尘
凡含上述诸作用中二项以上者均称综合作用
产尘.事实上,矿山产尘许多都是综合作用形成
的,如皮带运输机卸载端既有皮带及物料本身与
空气间的相对运动形成的气流作用产尘,又有物
料下落过程中诱导气流作用产尘及物料落至料槽
底或挡板时的冲击作用和摩擦挤压作用产尘.研
究说明,缩短物料运距,减少转运次数,减少物料
冲击,降低物料落差等可使6O～7O 产尘点,
减少一次,二次产尘量3O～5O 以上.某矿测
试证明,宽度为800mm 皮带运输机卸料落差1.5
～3.Om 之间,每增加0.5m,产尘量增大2O～
25;同样,物料滑落的冲击角,每上升一度,扬尘
量增加3～7.研究证明,空气诱导量与落差
的～次幂成正比.
(收稿日期:2002—11-O1)
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