矿井通风与环保第四章.ppt

矿井通风与环保,,第四章露天开采通风,4露天矿开采通风4.1露天矿开采大气的污染与危害在露天开采过程中，由于使用各种大型移动式机械设备，包括柴油机动力设备，露天开采的空气发生了一系列的尘毒污染。矿物和岩石的风化与氧化等过程也增加了露天开采对大气的毒化作用。露天开采时大气中混入的主要污染物质是有毒有害气体、粉尘和放射性气溶胶。如果不采取防止污染的措施，或者防尘和防毒的措施不利，露天开采空气中的有害物质浓度必将大大超过国家卫生标准规定的最高允许浓度，因而对矿工的安全健康和对附近居民的生活环境都将造成严重危害。,4.1.1露天开采大气污染源分类按分布地点，污染源有露天矿内部的，也有从露天边界以外涌入的外来污染；按作用时间，露天开采污染源分为暂时的和不间断的。浅孔凿岩和二次爆破是暂时的污染源；钻机和电铲扬尘、岩石风化、矿物自燃，以及从矿岩中析出毒气和放射性气体，则属于不间断的污染源；按涌出有毒气体的数量和产尘面的大小，露天开采污染源又分为点污染电铲、钻机等、线污染汽车运输扬尘等、均匀污染指从台阶工作面析出的有毒有害气体以及矿坑水中析出的二氧化硫和硫化氢等；按尘毒析出面的情况，分为固定污染源和移动污染源。前者如电铲和钻机扬尘、后者如汽车、推土机产生的尘毒；按有毒物质的浓度，分为不混入空气的毒气涌出如从矿坑水中析出硫化氢和混台气体污染如汽车尾气。上述有毒物质污染源的不同，都影响着它们的传播扩散、污染程度以及消除污染的方法的选择。,4.1.2露天矿大气中的主要有害气体及其危害露天开采大气中混入的主要有毒有害气体有氮氧化物、一氧化碳、二氧化硫、硫化氢、甲醛等。个别矿山还有放射性气体氡、钍、锕等。工人吸入上述有毒有害气体能发生急性和慢性中毒，并可导致职业病。4.1.2.1露天开采有毒气体的来源露天开采大气中混入有毒有害气体是在爆破作业、柴油机械运行、台阶发生火灾时产生的，以及从矿岩中涌出和从露天开采的水中析出的。,露天开采爆破后所产生的有毒气体，其主要成分是一氧化碳和氮氧化合物。如果将爆破后产生的毒气都折合成一氧化碳，则1kg炸药能产生80～120L。毒气。柴油机械工作时所产生的废气，其成分比较复杂，它是柴油在高温高压下进行燃烧时产生的混合气体。其中以氧化氮、一氧化碳、醛类和油烟为主。硫化矿物的氧化过程是缓慢的，但高硫矿床氧化时，除产生大量的热以外，还会产生二氧化硫和硫化氢气体。在含硫矿岩中进行爆破，或在硫化矿中发生的矿尘爆炸以及硫化矿的水解，都会产生硫化气体二氧化硫和硫化氢。露天开采火灾时，往往引燃木材和油质，从而产生大量一氧化碳。另外，从露天开采邻近的工厂烟囱中吹人矿区的烟其主要成分也是一氧化碳。,4.1.2.2各种有毒气体对人体的危害各种有毒气体及其对人体的危害叙述如下1一氧化碳。它是无色、无味、无臭的气体，对空气的相对密度为0.97，一氧化碳极毒，它同血液中的血红蛋白相结合，妨碍体内的供氧能力，中毒症状为头晕、头痛、恶心、下肢无力、意识障碍、昏迷甚至死亡。2二氧化氮。它是一种红褐色有强烈室息性的气体，对空气的相对密度为1.57，易溶于水而生成腐蚀性很强的硝酸。所以，它对人体的眼、鼻、呼吸道及肺组织有强烈腐蚀破坏作用，甚至引起肺水肿。症重时丧失意识而死亡。3硫化氢。它是一种无色而有臭鸡蛋味的气体，具有强烈的毒性，能使血液中毒。4二氧化硫。它是一种无色而有强烈硫磺昧的气体，在高浓度下能引起激烈的咳嗽，以致呼吸困难。反复长期地在低浓度下工作，则能导致支气管炎、哮喘、肺心病。,5甲醛。甲醛等醛类是柴油设备尾气中的一种有毒气体。甲醛等能刺激皮肤使其硬化，甲醛的蒸气能刺激眼睛使之流泪，吸入呼吸道能引起咳嗽。丙烯醛也有毒性，它刺激黏膜和中枢神经系统。醛类气体除汽车尾气中含有之外，在使用火钻时也能产生。6露天开采大气中的放射性气溶胶。有的金属矿床与铀钍矿物共生。含铀金属矿有四大共生类型赋存有连续的铀矿化体；赋存有非连续的点状或小块状铀矿化体；分散性低的含铀、钍的稀有矿物和稀土矿物；铀～金属共生矿。这些共生的铀钍矿床，如采用露天开采，都能程度不同地有氡气、钍气及锕射气析出到露天开采大气之中，从而造成了矿区的放射性污染。除钍品位极高的矿山外，矿区内空气中的放射性气体主要是氧气222Rn及其子体。,氡子体具有金属特性，而且带电。由于热扩散和静电作用使带电的氧子体在非放射性矿尘上沉积、结合和黏着。这就使非放射性的微粒被活化为放射性气溶胶。因为这是天然产生的，故称为天然放射性气溶胶。露天开采天然放射性气溶胶对人体的危害，主要是氡及其子体衰变时产生的a射线。这些放射性气溶胶随空气进入肺部，大部分沉积在呼吸道上形成对人体的内照射。这不仅能促进硅肺病旧称矽肺病的发展，而且有导致矿工肺癌的危险。,4.2露天开采的通风4.2.1露天开采的自然通风4.2.1.1自然通风的主要动力和分类露天开呆的矿内空气和地面大气的交换，称为露天开采自然通风。这一过程用来从露天开采工作地点排出粉尘和有毒气体，并向露天开采输入新鲜空气。露天开采空气交换的自然动力有二其一为充满露天开采的坑内大气团中个别分层间的温差；其二为自然风力的动能。形成露天开采空气流动的主要热源是太阳辐射；在个别情况下，火灾和氧化过程也能构成露天开采的热力通风。温度因素不仅参与而且也妨碍露天开采空气的热交换。当土壤与岩石层温度下降变冷时，温度梯度为负值，此时风流变向而且使露天开采自然通风的效果极差。风力因素的影响小于温度因素，这与露天开采所在地区的有无风、风流速度大小与强弱有关。无风或微风的天气所占百分比越多，露天开采自然通风的能力越弱，随之而来的露天开采污染则越严重。,大气的风向、风速不同，风流状态和风流结构各异，造成了不同露天开采或同一露天开采，的深浅各部位的空气中有害物质的分布、特征、污染情况等等的显著差别。对露天开采自然通风进行分类的主要依据是地面风速、绝热温度梯度等物理参数；露天开采深度、走向氏度或称之为与风流方向垂直的露天长度、与风流同向的露天开采地表开口水平长度、相对长度、边坡倾角背风边坡角、上部阶段角，下部阶段角等几何参数以及实现空气交换的动力即温度和风流的风力。,4.2.1.2露天开采自然通风方法通风的基本方式有四种回流、环流、直流和复环流。此外还有两种方式联合作用的环流-直流、直流-复环流。环流通风与回流通风的产生与地形、露天几何尺寸、边坡角等无关，而是在温度因素作用下形成的。至于回流-环流联合通风方式则与温度和地形、几何尺寸等多种条件均有关联。在无风或微风天气的露天开采内，空气流动呈环流和回流的方式出现的场合较多。随着地面风速增大，通风动力从以热力为主转化为以风力为主时，露天通风方式则常呈现直流和复环流。在这种情况下，和地面空气流动相一致的区域称为第一代射流区；构成闭路循环的复环流称为第二代射流。形成复环流的条件是地形极凹、开采深度较大等因素。,4.2.1.2露天开采自然通风方法通风的基本方式有四种回流、环流、直流和复环流。此外还有两种方式联合作用的环流-直流、直流-复环流。环流通风与回流通风的产生与地形、露天几何尺寸、边坡角等无关，而是在温度因素作用下形成的。至于回流-环流联合通风方式则与温度和地形、几何尺寸等多种条件均有关联。在无风或微风天气的露天开采内，空气流动呈环流和回流的方式出现的场合较多。随着地面风速增大，通风动力从以热力为主转化为以风力为主时，露天通风方式则常呈现直流和复环流。在这种情况下，和地面空气流动相一致的区域称为第一代射流区；构成闭路循环的复环流称为第二代射流。形成复环流的条件是地形极凹、开采深度较大等因素。,A露天开采的环流通风露天开采的空气交换之所以呈现环流方式，是由于热气流上升造成的。在太阳辐射热的作用下，露天开采在白天极易发生环流；但当工作面发生火灾和激烈氧化过程中所产生的热量较大时，即使夜间也有形成环流的可能。露天开采空气的环流运动产生条件是空气垂直方向的温度梯度为正值，且此值大于绝热温度。,B露天开采的回流通风当露天开采垂直温度梯度为负值时，交换空气的方式呈回流状态。回流的产生是由于空气经过露天矿边帮及其连接的地表温度下降从而促使近地空气层变冷下行的结果。沿边帮下行风流冲刷露天凹地工作面以后，又上升经露天中部将尘毒排出地面。露天开采的回流通风有两种不同情况影响着露天开采通风效果和大气成分。这两种情况虽然物理现象基本相同，但结果却有显著差异第一种情况，露天开采位于平原地区，随露天阶段的下降日益形成深凹，致使四面封闭；第二种情况，顺山坡开挖阶段，构成山坡露天，形不成封闭区。在封闭凹坑露天开采中，冷而重的空气沿四周边坡向深部流动，在风流下行的过程中带走了台阶面上的粉尘和毒气，在露天坑底形成污染的冷空气团，这种空气流速缓慢，一般小于1m／s。,当露天开采处于有利地形时，回流通风能保证冷空气在所有时问内流动并排出粉尘毒气，所以它是防止露天大气污染的较好通风方式。反之，如果露天开采的深凹极深且四面封闭，污染十分严重时，有时亦可开凿专用通风井以便从露天的极深部将有毒气体和粉尘排出，即采用沿山坡自然入风，而利用风井机械排风的方式．或者利用移动式风机辅助通风。,C回流环流方式的通风在日出或日落的时间里，某一边坡处于放热变冷状态，而另一边坡因吸光受热增温，两个也坡的垂直温度梯度一正一负，且其值有显著差别。在此种情况下，空气沿一边坡由上往下运动，而在另一边坡则出现从下往上的上行风流。这就形成了回流和环流的混合式通风。在回流阶段表面的风速，一般不超过l～1.5m/s，越往深部则风速越小，但不易形成停滞气团，或菁说停滞空气层的高度不大。这种无风状态即使形成，持续时间也不会太长，因为日落之后环宛则转为回流，而日出以后回流又可转化为环流。,由于空气容重之差是形成这种空气流动的作用力，而且和高度差有密切的关系。所以，当冷热两边坡即使空气温差很大，但处于同一水平或者高差较小时，风速也不会太大。对此，北方露天开采和高山露天开采较为有利，在个别情况下，从背阴的边坡到光照的边坡之间的局部气流，其风速有时可达5～6m/s。,4.2.2露天开采的人工通风随着露天开采深度的不断延伸，台阶工作面不断下降，劳动条件也逐渐恶化。尽管露天开采全面通风基本上是靠自然通风来实现的，但是，对粉尘炮烟及尾气停滞区，以及大爆破区等个别地点则很有必要用人工通风进行辅助，以便减少停工时间和进一步改善作业环境。实践证明，露天开采深度越大，各种风向的自然通风效率越低；露天开采深度与长度的比值越大，自然通风的效果越差。4.2.2.1人工通风方法分类按通风动力分，人工通风方法有三种一是利用移动式通风机造成湍流自由风流；二是借助工作区加热和制造对流风流以加强自然换气；三是在边坡外和底部开凿竖井和平巷安装风机进行全矿的抽出、压人式通风。,按露天开采人工通风装置的风流运动方向，分为两类一是造成垂直向射流的装置，分为造成固定射流、活动射流及混合射流的装置；二是造成水平向和斜向射流的装置，也分为造成日定射流、活动射流及混合射流三类装置。这样区分的依据是直、平、斜三向射流的参数均在不同程度上取决于重力的作用、上行和下向垂直向风流的扩展程度。至于造成固定射流、活动射流及混合射流的分法，是根据射流的活动性决定的。所谓“射流活动性”，是指通风装置运转过程中风流在垂直面和水平面上或者同时在这两个面上的位移而言。,按照射流由出口流出的排斥力和惯性力的比例关系，通风装置又可分为下列四类一是等温射流装置。在等温射流中不存在排斥力，射流的扩展是由惯性力的作用决定的，表示排斥力和惯性力之间联系的阿基米德准数，在此情况下等于零；二是不等温的弱射流装置。在不等温的弱射流装置中，同惯性力相比，排斥力较小；三是不等温的强射流装置。不等温的强射流中，排斥力相当于惯性力，对风流扩散性质的影响较大；四是对流射流装置。在对流风流中没有惯性力，风流是在排斥力作用下扩展的。,4.2.2.2通风装置在露天矿的开采中，多采用大型风机作为通风装置，只有很少的情况下使用小型风机。主要的风机型号有AN-20K型风机、AH-20KB型风机、ABK-2M型风机、ABK-4型风机等等。实践表明，在露天矿上部岩盘稳固处设置风机，用大型风筒将新风送到深凹底部和空气停滞区，可以获得良好的通风效果。露天矿人工通风的另一办法是露天矿井通风井巷化，即在露天凹底开凿排风井，一水平巷道与抽出式立风机相连排出废风。风机可设在露天矿上部抽风井的近旁。由此可见，人工通风只能在完全无自然风的条件下才适用于露天矿通风，而在有自然风的情况下，人工通风仅仅适用于个别空气停滞区的通风。改善矿山的环境，防止露天大气的污染，首要的措施是控制尘源和减少有毒气体的发生量，从根本上解决问题。,复习思考题1、露天开采大气污染源有哪些2、露天矿大气中的主要有害气体是什么，对人体有什么危害3、露天开采自然通风的主要动力有哪些4、露天开采自然通风的通风方法有哪些，各有什么特点5、露天开采人工通风有什么方法6、试说明回流环流方式通风的原理与过程。,,