金属矿山爆破产生粉尘及有害气体的智能控制应用研究

李勇　刘连生

摘要：由于矿山爆破过程中主要产生的有害物质为粉尘、一氧化碳、二氧化氮，因此文章所介绍的系统只针对此三种物质进行净化吸收。设计组通过实际观察及实验做出了一个金属矿山爆破过程中对粉尘及有害气体进行吸收净化的系统，系统主要有对粉尘的高效吸收系统、二氧化氮高效吸收系统、一氧化碳高效循环吸收系统三个子系统。粉尘吸收采用风机与离心除尘器相结合，离心除尘在工程中由于其高效低能耗已被广泛应用。

关键词：节能减排；金属矿山；职能控制；低能耗；有害气体；粉尘 文献标识码：A

中图分类号：TD714 文章编号：1009-2374（2015）24-0159-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.24.078

矿山爆破过程中存在大量的炮烟及粉尘，如果对炮烟和粉尘处理或防护不当则有可能导致人员伤亡。爆破粉尘是伴随爆破瞬间而产生的，对于矿山生产爆破，其所产生的粉尘对环境的污染是显而易见的。因此，有必要对爆破时产生的粉尘及炮烟进行控制吸收。欧美等一些国家对矿山爆破过程中有毒有害气体及粉尘的防治研究走在国际前列，其中一些国家每年投入几百亿美元。随着科学技术的飞速发展，我国采矿工程迅速发展，由于我国处在经济发展的特殊时期，自然环境与经济发展的矛盾日益突出，经济发展过程中对环境的要求越来越高，过去在矿山的爆破过程中产生的大量粉尘及有害气体被直接排放到大气中，矿山很少对此进行控制，而且矿山在通风过程中除尘排气需要大功率风机，动辄几十万上百万的电费，增加了成本，大大延长了工作周期，降低了工作效率。这种现象不仅污染了环境，损害了工人们的身体健康，而且浪费了宝贵能源。

1 项目方案的设计

1.1 智能控制系统设计

采用智能控制系统更能符合现代矿山建设的需求，同时降低人员成本，减少工作过程中对工作人员的身体伤害。考虑到与矿山六大安全系统的兼容问题，可将其与矿山监控检测系统进行连接，提高工作效率，促进一体化矿山建设。在一氧化碳分处理系统中，安装一氧化碳浓度测定仪使其与工作总电源相连接，对系统内一氧化碳浓度进行智能控制。在二氧化氮分处理系统中，安装pH值测定仪，对系统内反应溶液进行控制，以便进行反应溶液更换。风机采用智能变频技术，根据空气中粉尘及有害气体浓度自动调节工作功率。整体采用远程遥控控制，实时监控系统工作。

1.2 项目主体部分的设计应用

项目方案设计中各部分构件组成如下：（1）喇叭状进气口：提高进气效率，保护进气孔；（2）吸风机：强大风力将粉尘及有害气吸入；（3）离心除尘器：处理粉尘；（4）粉尘槽：盛放粉尘；（5）通气管道：通气；（6）pH值测定仪：测pH值；（7）抽水机：实现水循环；（8）淋水孔：实现雨淋与循环作用；（9）空气加热器：加热空气；（10）扩散CO透气板：提前扩散CO；（11）铁粉：与O2反应生成Fe2O3；（12）底板：盛放反应装置；（13）显示仪：实时显示系统数据；（14）CO浓度及箱内温度测量仪：实时监测箱内温度及CO浓度。

2 项目研究的创新点及应用优势

2.1 高效率低消耗处理CO

采用铁粉来对CO进行反应吸收，其可循环利用，长时间内不用更换反应吸收物质，使用方便、成本低廉，同时使用空气加热器（工作原理类似于冬天天冷时的取暖设备，例如“小太阳”）对反应箱内空气进行加热，提高反应效率，增强除气效果。为提高安全性，反应装置内设温度测试仪、CO浓度测试仪，避免因为CO富集使其浓度升高在高温高压情况下导致爆炸。同时在进气口处设置一挡板，其中均匀分布小孔，使气体先扩散然后更加均匀进入到每层反应粉末空间中，提高反应效率。

2.2 氢氧化钙液体循环系统对NO2进行高效低能耗吸收

氢氧化钙液体循环系统使用雨淋法，使NO2更充分与液体反应。反应箱内加入足量水，在需要工作时系统内设计为液体循环，同向其中加入CaO，形成碱性溶液与NO2形成酸性溶液进行中和吸收，CaO价格便宜，因此成本低。为使进入到反应箱中的停留时间增长，需要减小进入系统中的风速，因此采用增加出气孔即增加进行孔截面积，降低风速，出气孔，采用轴承链接，进气方向垂直于出气方向，使多个出气孔由于力的相互作用发生旋转，减小风速的同时增加气体在箱内停留时间，使反应更充分，系统工作效率更高。在液体中安置pH测试仪，随时测定pH浓度以便更换反应溶液或者是加入CaO。为避免固体颗粒堵塞淋雨孔，可将淋雨孔半径制作大一些但要小于出水孔。

2.3 除尘系统

采用离心除尘法，使离心除尘器与风机相连，应用到金属矿山地下爆破产生的粉尘吸收净化。

2.4 风机进风口设计

为使系统能够在不同环境下进行高效工作，将风机进气孔做成较大的喇叭状，增强对粉尘及有害气体的吸收效果。

2.5 采取措施使系统在不同工作现场高效工作

在不同工作环境下使用不同的工作系统配置，使净化过程效率更高，更有安全保障。（1）在“一”字型巷道中进行巷道掘进，可使用一台系统在爆破巷道中进行对有害气体及粉尘进行净化吸收。（2）在“一”形巷道中掘出“丁字形”巷道口，可以采取在爆破点两侧使用两个工作系统对有害气体及粉尘进行净化吸收。（3）在“一”字形巷道中进行岩石破碎爆破，可以在爆破两端两个系统同时工作做对有害气体及粉尘进行净化吸收。

3 结语

在本文项目方案设计中，风机使用变频技术，根据有害物质浓度自动调节风速，结合井下有害气体监测系统，在空气总有害气体浓度达到工作要求后便自动停止工作。NO2高效吸收系统对NO2进行化学吸收，使用氢氧化钙溶液循环及液体淋雨方法提高反应效率，增强除气效果，其成本低、反应高效，其中增加液体pH值测定装置，实时监控反应溶液pH值以便进行液体更换。CO处理系统使用可循环使用的铁粉，同时使用空气加热法提高反应效率，增强除气效果，为提高工作安全性，避免CO碳燃烧爆炸，同时实时监控CO浓度，合理控制加热温度，使反应过程达到安全工作的标准。

作者简介：李勇（1992-），男，江西赣州人，江西理工大学本科学生，研究方向：采矿工程；刘连生（1973-），男，江西理工大学采矿工程副教授，中国工程爆破协会专家组成员，博士。

（责任编辑：蒋建华）