露天矿爆破粉尘控制机理研究

Blasting method mainly used to crush rocks in the open pit mines, and produces a lot of dust at the moment of explosion, which threatens the health of workers and brings serious hidden trouble to mine safety production. The dynamic characteristics of dust movement under blasting and impact and the rule of diffusion and drift influenced by the influence of air flow on the stope are studied. Grasping the mechanism of dust and migration in bench blasting, predicting dust pollution and taking effective measures to reduce dust are the key to reduce the harm of blasting dust. The purpose of this study is to use the dust concentration dispersion test, blasting dust and high-speed photography, dust suppression agent surface tension lubrication test, Fluent numerical simulation of gas-solid two-phase flow theory and mechanics of explosion on blasting dust control mechanism, including: blasting dust in shock wave and explosion gas movement law the blasting parameters, rock mass; strain rate and moisture content in the blasting dust and movement in the process of establishing relations; blasting parameters - effect coupling, analysis of factors affecting blasting dust emissions; blasting dust in stope under the influence of the diffusion law and numerical simulation and prediction of blasting dust concentration; dust suppressant solution dust test, blasting dust technology and rapid dust reduction method. The research results can further enrich the theory of green mining, and provide a reliable theoretical basis for the prediction and control of blasting dust pollution in the open pit.

露天矿主要采用爆破方法破碎岩石，爆破瞬间产生大量粉尘，威胁职工身体健康，给矿山安全生产带来严重的隐患。研究爆破冲击作用下粉尘运动动力学特征及受采场风流影响扩散飘移规律，掌握台阶爆破起尘与运移机理，预测粉尘污染，采取有效降尘措施是降低爆破粉尘危害的关键。本课题旨在借助粉尘浓度分散度测试、爆破起尘高速摄影、抑尘剂表面张力润滑性试验、Fluent数值模拟、气固两相流及爆炸力学理论等对露天矿爆破粉尘控制机理进行系统研究，包括：爆破粉尘在冲击波和爆生气体膨胀作用下的运动规律；爆破参数、岩体应变率、含水率等在爆破起尘及运动过程中的作用；爆破参数-效果耦合关系建立，影响爆破粉尘排放关键因素分析；爆破粉尘在采场风流影响下扩散规律及数值模拟，预测爆破粉尘浓度分布；抑尘剂溶液降尘测试，爆破降尘工艺及快速降尘方法。研究成果可进一步丰富绿色开采理论，同时为露天矿爆破粉尘污染预测与控制提供可靠的理论依据。

针对露天深孔岩石爆破产生粉尘的量大、污染范围不可控等问题，利用理论分析、实验室测试、数值模拟和现场试验四位一体的研究方法，对露天深孔岩石爆破起尘机理及扩散规律进行深入研究。通过高速摄像机所拍摄的岩石爆破图像，可以将爆破阶段起尘划分为三个阶段，分别为起跳阶段、蘑菇云阶段、扩散阶段。爆破产尘主要机理为：使用岩粉充填炮孔，受到爆破冲击波及爆轰气体风流等作用下从岩孔中溢出并随之扩散；爆破后岩石碎裂形成的岩粉从裂隙溢散至大气中；炸药化学完全反应与化学未完全反应所产生的有毒有害微粒溢散至大气中。利用非线性理论建立炸药单耗、孔/排距、装药/填塞长度等爆破参数与爆破块度、震动、粉尘等爆破效果的耦合关系模型，预测爆破效果，预测误差率＜10％。建立以爆堆形态、爆破块度、安全距离、炸药单耗等综合指标的爆破效果模糊综合评价模型。通过冲击动力学模拟试验，建立爆破参数与块度分布之间的联系，基于应力波衰减理论，建立了爆破荷载与室内试样冲击破坏试验施加载荷之间的关系；利用 MATLAB 软件建立了煤层爆破块度图像识别系统，对爆区两炮孔间煤岩块度分布特征进行了分析。研发了新型润湿型抑尘剂，通过现场实验数据与室内试验结果对比，润湿型抑尘剂具有良好的保水和抑尘效果，保水性与抑尘性与抑尘剂浓度呈正相关，所有样品保水性与抑尘效率基本趋于一致；得出了粉尘样品喷洒后改变了粉尘颗粒间的作用力，喷洒过试剂的样品的抑尘效果纯水＜0.4％质量分数抑尘剂＜0.6％质量分数抑尘剂。利用Fluent建立仿真物理模型，分别模拟有无降尘措施的粉尘扩散过程，对水封爆破与普通爆破的粉尘浓度，得出理论降尘率约为 78％。根据模拟中的参数设置，进行现场验证试验，通过Matlab软件进行图像识别，分析水封爆破区及普通爆破区图片的灰度值，通过修正误差之后得出较为准确的粉尘浓实际降尘率在 75％左右，其结果与模拟中基本一致。