金属非金属矿山开采粉尘治理新技术与设备研发

一、引言

金属非金属矿山作为国民经济发展的重要资源基地，在矿产资源开采过程中，由于爆破、凿岩、破碎、运输等作业环节，会产生大量的粉尘。这些粉尘主要包括游离二氧化硅粉尘、煤尘、岩尘等，其中游离二氧化硅粉尘具有强致病性，长期吸入会导致矽肺病等职业病，严重威胁作业人员的生命健康。此外，粉尘在空气中积聚到一定浓度时，还可能引发爆炸事故，给矿山安全生产带来极大隐患。同时，粉尘扩散到周边环境中，会污染土壤、水体和空气，破坏生态平衡。

二、金属非金属矿山开采粉尘的产生与危害

（一）粉尘的产生环节

金属非金属矿山开采过程中的粉尘主要来源于以下几个环节：

爆破作业：爆破时，炸药爆炸产生的冲击波会将岩石破碎成细小颗粒，形成大量粉尘。同时，爆破产生的高温高压气体也会将部分岩石粉末扬起，造成粉尘污染。在巷道掘进和采矿过程中，凿岩机破碎岩石时会产生大量的岩尘。凿岩作业产生的粉尘浓度较高，且粉尘颗粒细小，易被人体吸入。采出的矿石需要经过破碎设备进行破碎，以便后续的运输和加工。破碎过程中，矿石之间的撞击、摩擦会产生大量粉尘。矿石在运输过程中，由于车辆行驶、装卸等操作，会导致粉尘飞扬。尤其是在露天矿山，运输过程中的粉尘污染更为严重。破碎后的矿石需要进行筛分，以分离出不同粒度的产品。筛分过程中，矿石的振动和撞击会产生粉尘。

（二）粉尘的危害

对人体健康的危害：粉尘被人体吸入后，会沉积在呼吸道和肺部，引发多种疾病。长期吸入游离二氧化硅粉尘会导致矽肺病，患者会出现咳嗽、胸闷、气短等症状，严重时会丧失劳动能力甚至死亡。此外，粉尘还可能引起鼻炎、咽炎、支气管炎等呼吸道疾病，以及皮肤病、眼病等。

对安全生产的影响，粉尘在空气中达到一定浓度时，遇到火源会发生爆炸，造成人员伤亡和设备损坏。同时，粉尘附着在设备表面，会影响设备的散热性能和正常运行，加剧设备磨损，缩短设备使用寿命。对生态环境的污染，粉尘扩散到周边环境中，会污染土壤和水体，影响植物的生长和动物的生存。粉尘还会降低空气能见度，影响周边居民的生活质量。

三、现有金属非金属矿山粉尘治理技术的局限性

（一）通风除尘技术

通风除尘是矿山粉尘治理中最常用的技术之一，其原理是通过通风设备将新鲜空气送入作业场所，同时将含尘空气排出，以降低作业场所的粉尘浓度。然而，通风除尘技术存在以下局限性：能耗高，通风设备需要消耗大量的电能，尤其是在大型矿山，通风系统的能耗占矿山总能耗的比例较高。除尘效果受环境影响大：通风除尘效果受作业场所的风速、风向、粉尘浓度等因素影响较大。在巷道狭窄、通风不畅的情况下，除尘效果不理想。可能造成二次污染：排出的含尘空气如果未经处理直接排放到大气中，会对周边环境造成二次污染。

（二）湿式除尘技术

湿式除尘技术是利用水或其他液体与粉尘接触，将粉尘吸附、凝聚，从而达到除尘的目的。常见的湿式除尘设备有喷雾降尘器、水幕除尘器等。湿式除尘技术的局限性主要包括：适用范围有限，对于疏水性粉尘，湿式除尘技术的效果较差。此外，在寒冷地区，水容易结冰，影响除尘设备的正常运行。产生废水：湿式除尘过程中会产生大量的废水，这些废水如果未经处理直接排放，会污染土壤和水体。设备维护成本高：湿式除尘设备的部件容易被腐蚀和堵塞，需要定期维护和更换，增加了设备的维护成本。

（三）袋式除尘技术

袋式除尘技术是利用滤袋对含尘空气进行过滤，将粉尘截留在滤袋表面，从而达到除尘的目的。袋式除尘技术的除尘效率较高，但也存在一些局限性，滤袋易堵塞：当粉尘浓度较高或粉尘粘性较大时，滤袋容易被堵塞，影响除尘效果和设备的正常运行。滤袋寿命短：滤袋在使用过程中会受到粉尘

的磨损、腐蚀等影响，使用寿命较短，需要定期更换，增加了运行成本。能耗较高：袋式除尘设备需要风机提供较大的风压，以克服滤袋的阻力，能耗较高。

四、金属非金属矿山开采粉尘治理新技术

（一）静电除尘技术

静电除尘技术是利用高压电场使粉尘颗粒带电，然后在电场力的作用下将粉尘颗粒吸附到电极上，从而达到除尘的目的。在金属非金属矿山开采中，静电除尘技术可应用于爆破、凿岩、破碎等作业环节的粉尘治理。例如，在爆破作业后，可在巷道内设置静电除尘器，对含尘空气进行处理；在凿岩作业时，可将静电除尘装置与凿岩机配套使用，实时捕捉凿岩过程中产生的粉尘。

（二）超声波雾化降尘技术

超声波雾化降尘技术是利用超声波发生器将水雾化成细小的雾滴，雾滴与粉尘颗粒碰撞、接触后，将粉尘颗粒吸附、凝聚，从而达到降尘的目的。在金属非金属矿山开采中，超声波雾化降尘技术可用于掘进工作面、采矿工作面、运输巷道等场所的粉尘治理。例如，在掘进工作面，可在掘进机上安装超声波雾化降尘装置，随着掘进机的推进实时进行降尘；在运输巷道内，可设置超声波雾化降尘系统，对运输过程中产生的粉尘进行治理。

（三）生物纳膜抑尘技术

生物纳膜抑尘技术是将生物纳膜制剂喷洒在粉尘产生源表面，形成一层薄膜，该薄膜能够吸附、凝聚粉尘颗粒，防止粉尘飞扬。生物纳膜制剂是一种由天然高分子材料制成的环保型物质，具有良好的生物降解性，不会对环境造成污染。

在金属非金属矿山开采中，生物纳膜抑尘技术可应用于爆破、破碎、运输等作业环节的粉尘治理。例如，在爆破前，可将生物纳膜制剂喷洒在爆破区域的岩石表面，减少爆破时粉尘的产生；在破碎作业时，可将生物纳膜制剂喷洒在矿石表面，防止破碎过程中粉尘飞扬。

五、金属非金属矿山开采粉尘治理新型设备研发

（一）智能喷雾降尘系统

智能喷雾降尘系统是在传统喷雾降尘设备的基础上，结合物联网、传感器等技术研发而成的新型粉尘治理设备。该系统主要由粉尘传感器、控制器、喷雾装置等部分组成。其工作原理是：粉尘传感器实时监测作业场所的粉尘浓度，并将监测数据传输给控制器；控制器根据粉尘浓度的大小，自动调节喷雾装置的喷雾量和喷雾时间，实现精准降尘。

（二）高效滤筒除尘器

高效滤筒除尘器是一种新型的干式除尘设备，其核心部件是滤筒。滤筒采用高性能的过滤材料制成，具有过滤面积大、过滤效率高、阻力小等特点。高效滤筒除尘器的工作原理是：含尘空气进入除尘器后，在气流的作用下，粉尘颗粒被滤筒截留，干净的空气通过滤筒排出。

（三）移动式除尘机器人

移动式除尘机器人是一种集除尘、移动、监测等功能于一体的新型粉尘治理设备。该机器人采用履带式或轮式行走机构，可在复杂的矿山环境中自由移动。其主要由除尘装置、风机、粉尘传感器、控制系统等部分组成。移动式除尘机器人的工作原理是：通过粉尘传感器监测作业场所的粉尘浓度，在控制系统的指挥下，机器人自主移动到粉尘浓度较高的区域，启动除尘装置进行除尘作业。

六、结论

金属非金属矿山开采粉尘治理是一项复杂而艰巨的任务，直接关系到作业人员的身体健康、矿山的安全生产和周边的生态环境。本文通过对金属非金属矿山开采粉尘的产生与危害进行分析，指出了现有粉尘治理技术的局限性，并探讨了静电除尘技术、超声波雾化降尘技术、生物纳膜抑尘技术等新技术的应用原理与优势，同时介绍了智能喷雾降尘系统、高效滤筒除尘器、移动式除尘机器人等新型设备的研发进展。