摘 要

露天开采中，粉尘是影响矿山环境的重要因素，而且在矿山生产的各个环节中都会或多或少的产生一定量的粉尘。爆破作业作为矿山生产的主要环节，在爆破过程中不仅会产生大量的粉尘，而且由于炸药本身的爆炸反应，还会产生一定量的有毒有害气体。矿山如何有效的降低爆破作业中产生的粉尘，需要从粉尘的产生源头入手，并在此基础上采取合理的降尘措施。通过LS-DYNA软件模拟炸药在岩石中的爆炸过程，并探究岩石在炸药爆炸过程中破坏的过程，探寻岩石破碎过程中粉尘产生机理，提出适合于露天矿山爆破作业环节中的降尘措施。

关键词：爆破粉尘；数值模拟；粉碎机理；降尘措施

Abstract

In open-pit mining, dust is an important factor affecting the mine environment, and a certain amount of dust will be produced more or less in each link of mine production. As the main link of mine production, blasting operation not only produces a large amount of dust, but also produces a certain amount of toxic and harmful gas in the explosive process. How to effectively reduce the dust produced in blasting operations in mines needs to start from the source of dust production, and on this basis, reasonable dust removal measures should be taken. Ls-dyna software was used to simulate the explosive process of the explosive in the rock, and the destruction process of the rock in the explosive process was explored to explore the dust generation mechanism in the rock breaking process, and the dust removal measures suitable for the blasting operation in the open pit mine were proposed.

Key Words：Blasting dust；numerical simulation；Crushing mechanism；The dust measures

目录

第1章 绪论 1

1.1 粉尘危害 1

1.2 露天矿山的产尘环节 1

1.2.1 凿岩作业产尘 2

1.2.2爆破作业产尘 2

1.2.3 装卸作业产尘 3

1.2.4运输作业产尘 3

第2章 爆破破岩与粉尘产生机理 4

2.1内部作用 4

2.1.1粉碎区 5

2.1.2裂隙区 6

2.1.3弹性振动区 7

2.2外部作用 7

2.2.1岩石的片落 7

2.2.2径向裂隙的延伸 8

第3章 爆破过程的数值模拟 10

3.1 数值模拟模型及材料参数设定 10

3.1.1 数值模拟模型 10

3.1.2 数值模拟材料参数设定 11

3.1.3岩石破坏准则及失效 12

3.2数值模拟结果分析 12

第4章 爆破降尘措施 17

4.1 湿式除尘 17

4.1.1 水预湿降尘技术 17

4.1.2 水封爆破降尘技术 18

4.1.3爆炸水雾降尘技术 19

4.2调整装药结构 20

4.2.1空气柱间隔装药 20

第五章 结论 22

参考文献 23

致 谢 25

第1章 绪论

矿山粉尘一般是指在在进行矿石开采或矿石加工过程中产生的微细固体集合体^[1]。对于露天矿山，粉尘不仅导致矿区的大气环境质量下降，更威胁着矿区工作人员以及矿区周围居民的身体健康与生命安全。在露天矿山的生产过程中，粉尘不仅产生量大，而且产尘环节多，其钻孔、爆破、装卸、运输、物料堆存等各个环节都会产生一定量的粉尘。而且爆破作业作为露天矿山的主要生产环节，对粉尘的贡献率最大^[2-4]。而且爆破作业与装卸，运输等其他作业不一样，在爆破之前，其流动性小，如果采用有效的降尘措施，能大幅度降低矿区的粉尘含量。

表1：露天矿各产尘源源强

1.1 粉尘危害

矿山各作业环节产生的粉尘危害非常严重，主要体现在：

（1）危害人体健康。

粉尘是指悬浮于大气环境中的固体微粒，根据国际净化组织的规定，粒径小于75μm的固体颗粒定义粉尘^[5]。矿山工人由于在粉尘含量大的环境中长期作业，很容易吸入粉尘，引起尘肺病。除此之外，在进行爆破作业时，会产生一定量的有害气体，威胁矿区工作人员的生命健康。

（2）粉尘黏附与矿山设备，导致机械在运转状态下加速磨损，从而缩短矿山设备的使用寿命。

（3）有的粉尘具有爆炸性，极大地威胁了矿山的安全生产。

1.2 露天矿山的产尘环节

治理粉尘，需要从源头出发，对粉尘尘源进行控制。粉尘的产生通常都伴随着矿岩的破碎过程，在矿山生产过程中，各个操作环节从凿岩作业、爆破作业到装载与运输作业等都会导致岩石的破碎^[6]。虽然各个作业环节的产尘强度不同，若从源头了解粉尘的产生源头，能够从源头出发，降低产尘量。

1.2.1 凿岩作业产尘

凿岩作业是露天矿山在进行爆破作业之前的一项必不可少的工作，在进行凿岩钻孔作业过程中，不仅能产生大量粉尘，而且由于在作业过程中凿岩工人直接与产生的粉尘接触，并且是一个持续的过程，更容易影响到凿岩工人的身体健康。一般用于露天矿山的凿岩钻孔机械有：露天凿岩钻车、潜孔钻机以及牙轮钻机。在露天凿岩钻孔过程中，炮孔的形成一般伴随着钻具冲击破碎岩石的过程，从而伴随着粉尘的产生，一般凿岩设备科直接配备相应的除尘系统，从而避免了粉尘直接进入大气，影响矿区环境。

1.2.2爆破作业产尘

爆破作用能够产生两类粉尘，一种是炸药在不完全爆炸或爆炸过程中的化学反应产生的有害气体和炮烟，另一种是由于在爆破作用下炮孔周围岩石破碎及二次破碎时产生的粉尘。炸药爆破所产生的粉尘，一般是指在岩石在破碎过程中形成的粉尘。爆破过程中产生的粉尘是露天矿山粉尘贡献率最高的生产环节，占露天矿山所有生产环节产生粉尘量的90%以上。因此，有效地解决爆破过程的粉尘问题，能极大地降低矿山的粉尘含量，改善矿区环境。

在爆破作业过程中，炸药的爆炸反应是一个高温、高压而且高速的过程。炸药在被引爆瞬间产生的高温、高压的爆生气体和超高强度的冲击波，这是岩体遭到破坏的外力根源。炸药爆炸瞬间，能够瞬间释放大量能量，对周围的炮孔壁作用一个峰值很高的脉冲压力，并在钻孔内炸药附近的岩石介质内激起一股强度非常高的冲击波。由于波阵面的超高压力，炮孔壁附近的岩石遭到严重破坏并形成微细粒子，从而形成压碎圈或粉碎圈。形成的粉碎圈的半径很小，但由于炮孔壁附近的岩石在受到冲击波的作用下遭到粉碎性破坏的过程中，岩石发生塑性变形与剪切破坏，因此消耗大量能量^[7]。粉碎圈外的岩体产生裂隙，粉碎作用剩余的能量使钻孔附近的岩体内形成辐射状的应力场。随着时间推移，新生裂隙会顺着已有的裂隙在岩体内不断发展，应力分布区半径不断扩大，能量继续被释放。压碎作用和裂隙的发展使得以爆破钻孔为中心的岩体受到强烈破坏，在爆破冲击波的作用中下矿块被抛出，粉尘被高压气流吹散到空气中。