白鹤滩水电站明挖降尘措施研究

【摘 要】白鹤滩水电站土石方开挖量大、范围广，土石方开挖爆破施工过程中会产生大量的粉尘。土石方开挖施工环节产生的粉尘对作业人员的身体健康、空气污染、周边环境等影响重大；因此控制土石方明挖施工环节产生的粉尘，对建设环保、清洁的白鹤滩水电站工程具有重要意义。

【关键词】白鹤滩水电站；明挖降尘；措施研究

1 工程概述

白鹤滩水电站位于金沙江下游四川省宁南县和云南省巧家县境内，电站上接乌东德梯级，下邻溪洛渡梯级，距溪洛渡水电站195km。开发任务以发电为主，兼顾防洪，并有拦沙、发展库区航运和改善下游通航条件等综合利用效益，是西电东送骨干电源点之一。电站装机容量约16000MW。枢纽工程由拦河坝、泄洪消能建筑物和引水发电系统等主要建筑物组成，主体工程石方开挖爆破造孔量大，机械出渣量大，明挖工程量总计：4922.15万m³。

2研究条件

左岸延吉沟边坡治理工程处于白鹤滩水电站坝址2号斜坡，该斜坡为沿层面发育的单斜山坡；斜坡表部分布少量居民点，主要集中在高程950.00m～1550.00m，高程1550.00 m以上为国家退耕还林区，主要种植松树，覆盖率达90%以上；坡面高程1550.00m以下为居民耕作区；露天台阶深孔控制爆破开挖产生的粒径小于10μm的粉尘排入大气后，很难落至地面，其中一部分可以几小时、几天、甚至几年浮游在大气中。这些微细粉尘具有很强的吸附能力，很多有害气体、液体或某些金属元素都能吸附其上。受污染的空气被人吸入后，会引起或加重呼吸系统的各种疾病，会对当地居民和环境造成一定的影响。

3研究目的

结合其他水电站、土石方开挖降尘过程中积累的经验，确定明挖研究降尘的措施工：

1、先通过钻机自带（改装）的降尘装置（捕尘器、粗除尘器、细除尘器装置）将潜孔钻机钻孔过程中的粉尘大部分降下来；再通过工作面钻机附近位置单独设立的降尘器将钻机自带除尘器不能降的粉尘进行二次收集降尘；最后通过喷（洒）水装置或工作面单独布置的喷雾机将潜孔钻机钻孔过程中的其他一部分粉尘降下来，不让其在空气中大范围扩散，得出适用、经济、合理的钻孔降尘措施。

2、利用有压水雾隔断爆破粉尘在大气层中的扩散、同时利用水和粉尘混合很快的落至地面的性质，掌握爆破过程中喷雾降尘的相关参数。

3、爆后的石渣通过喷水雾，利用水和粉尘形成粘状物粘结在石渣表面降低出渣过程中的扬尘，掌握爆破后石渣洒水降尘的相关规律。

4研究内容

㈠潜孔钻机钻孔降尘

⑴研究内容框架：先通过钻机自带（改装）的降尘装置（捕尘器、粗除尘器、细除尘器装置）将潜孔钻机钻孔过程中的粉尘大部分降下来；再通过工作面钻机附近位置单独设立的降尘器将钻机自带除尘器不能降的粉尘进行二次收集降尘；最后通水喷（洒）水装置或工作面单独布置的喷雾机将潜孔钻机钻孔过程中的其他一部分粉尘降下来，不让其在空气中大范围扩散。

⑵研究重点与难点问题：

①干式降尘：

a.在潜孔钻机自带（改装）的降尘装置造孔时如何将孔口粉尘收集起来，通过什么样的路经输送到除尘器，通过除尘器进行处理粉尘；捕尘器既要保证钻进速度，又能实现快速封孔、导尘的目的，粗除尘器能将捕尘器收集的粉尘进行一次处理；细除尘器能将粗除尘器处理的粉尘进行二次处理后达到排放要求；

b.潜孔钻机钻孔过程中在工作面单独设置的收尘器采取什么样的措施将潜孔钻机钻孔产生的的粉尘收集起来集中处理；

通过潜孔钻机自带（改装）的降尘装置和单独的收尘器两种装置，共用和分开两种方法对粉尘进行处理以及效果。

②喷（洒）水降尘：

a.自制喷（洒）水装置能够将捕尘器没收集到的部分粉尘进行处理，喷（洒）水量既能降尘又不能让粉尘和水形成泥水倒灌进已造完的孔和正在施工的孔内降低潜孔钻的效率；确定出满足施工需要的喷雾装置、喷雾位置、喷雾压力、喷雾间隔时间，喷雾面积等参数。

b.选用混凝土仓面常用的喷雾器对捕尘器没收集到的部分粉尘进行处理，并确定出喷雾器大小、设置的位置、有效控制的面积等参数。

通过一种方法共用和分开使用，确定出经济、适用、合理、有效的洒水降尘措施。

⑶解决方案或技术路线

①钻机自带（改装）干式降尘：

a工作原理：

捕尘罩紧罩孔口，将孔底岩粉通过排尘风压吹至孔口，再在除尘风机抽吸共同作用下，粉尘由捕尘罩进入风管，经旋风除尘器进行一级粗除尘，再由脉冲除尘器进行二次精细除尘，达到除尘、提高作业效率的效果。捕尘罩采用自阻力封孔器，既保证钻进速度，又实现了快速封孔、导尘的目的。选用半圆周蜗旋切向进入式旋风除尘器，提高了净化效率，减少了阻力损失。采用脉冲除尘器，脉冲喷吹控制仪控制电磁脉冲阀，喷吹压缩空气对滤芯循序清灰，使除尘器的阻力保持在设定范围内，从而保证除尘器的处理能力和收集效率。在除尘器的阻力过大时可将脉冲除尘器的滤芯拆下用高压水冲洗。

b：主要组成部分

捕尘罩：捕尘罩使用自阻力封孔器，其结构如图封孔器由橡胶软罩、吸尘罩、隔尘毡垫、封孔器机体、随钻杆转动体、紧固把手、预紧装置以及导尘口等组成。工作时，先将封孔器机体套在潜孔钻机的钻杆上，拧动紧固把手，使紧固把手压紧顶紧装置，从而增大封孔器与钻杆的摩擦力，其紧固程度以封孔器在钻杆上不能自行滑动，但可以用手推动为止。也就是说，钻杆在不断推进的同时，借助其与封孔器之间的自然阻力，确保封孔器橡胶软套始终紧贴岩壁，粉尘既不会泄漏飞扬，又不影响钻杆钻进。自阻力封孔器既省去预先封孔程序，又保证钻进速度，实现了简易快速封孔、导尘的目的。

旋风除尘器：旋风除尘器是利用旋转的含尘气体所产生的离心力，将粉尘从气流中分离出来的一种干式气-固分离装置。它结构简单、制造容易、造价和运行费用较低，对于捕集5-10μm以上的较粗颗粒粉尘，净化效率很高。但对于5-10μm以下的较细颗粒粉尘净化效率较低，因此用于潜孔钻机除尘系统的一级除尘系统。旋风除尘器根据进气口的型式可分为：螺旋面进口、切向进口型、蜗壳进口型和轴向进口型。而根据有关部门的对比试验资料，以圆筒体外包的蜗壳型结构最为合理。蜗壳与筒体相切面角度有180°与270°两种，其中气流旋转180°后与筒体外缘相切的蜗壳型最好。这种型式的优点是：进入的气流径向减薄，可以减少其对内部气流的干扰、撞击作用，从而在一定程度上可以避免进入气流与排出管撞击产生粗颗粒粉尘的逃逸，同时减少阻力20%～30%。

脉冲喷吹袋式除尘器：

脉冲喷吹清灰袋式除尘器主要由排气口、上部箱器、喷射管、文丘里管、控制器、脉动阀、进气口、滤袋、框架、中部箱体、灰斗和排灰阀等组成。其优点是清灰效率高，能有效地保证较低的阻力和相当高的净化效率。脉冲喷吹清灰的基本原理是：将压缩空气在极短暂的时间内（不超过0.2s）高速喷向滤袋，同时诱导数倍于喷射气量的空气形成空气波，使滤袋由袋口至底部产生急剧的膨胀和冲击振动，在短促的时间内形成滤袋往复地“鼓、瘪、鼓”的波浪形变形，使粉尘层发生变形、断裂，以块团状脱离滤布并受重力作用下落，清灰时，清灰气流在使滤袋膨胀变形的同时也穿过袋壁和粉尘层。

②喷（洒）水降尘：

在潜孔造孔时，在孔口位置或周边施工区域布设一条带压力的供水管路，管路末端设置喷雾嘴，通过对水压力大小、水流量大小、喷雾位置、喷雾频率、雾区大小等参数的控制，有效的降低粉尘在空气中扩散。

㈡爆破和出渣降尘

⑴研究内容框架：

利用有压的水雾隔断爆破粉尘在大气层中的扩散、同时利用水和粉尘的混合很快的落至地面；爆后的石渣通过喷水雾，利用水和粉尘形成粘状物粘结在石渣表面降低出渣过程中的扬尘。

⑵研究重点与难点问题：

确定爆孔内注水时间、岩体存缝隙处理措施；孔口压水袋的多少以及分布情况；爆破降尘时喷雾流量、喷雾位置与炮区面积等大小的关系；出渣降尘时喷水量、喷水时间与渣量、渣堆高度、渣堆面积等的关系；

⑶拟采取的解决方案或技术路线

⑴爆破降尘

①方案一：

在爆破装药过程中对爆孔内进行注水和孔口压水袋；

②方案二：

b.炮区附近布设一套能够从不同方位覆盖炮区的多个高压喷雾头形成高压喷雾系统，在爆破前就启动高压喷雾系统形成水雾区，爆破后粉尘控制在水雾压区域内，不能向外围区域扩散。

⑵出渣降尘

出渣降尘主要包括：边坡甩渣、机械挖渣、机械装渣、卸渣等施工工序的降尘，出渣主要措施是在出渣前对石渣进行喷（洒）水形成浸渣，对粉尘进行控制。

5研究成果及形式

1.干式降尘法

①潜孔钻机自带干式降尘装置的选择标准；

②加（改）装干式降尘装置各种结构技术参数要求。

⒉喷（洒）水降尘法

①喷（洒）水降尘装置水压力大小、水流量大小、喷雾位置、喷雾频率、雾区大小等参数确定以及相互间关系；

②各种潜孔钻机钻孔时采用喷雾器类型选择，设置的位置、有效控制面积等；

3.分析干式降尘法和喷（洒）水降尘法分开与共用对潜孔钻降尘的效果分析；

4.爆破降尘

①爆破孔内注水多少、注水时间及孔口压水袋的多少等参数的确定与爆破之间的相对关系。

②爆破粉尘扩散大小、时间与喷雾降尘时喷雾流量、喷雾位置、喷雾时间、以及炮区面积等参数之间大小的关系以及计算；

5.机械（装渣、甩渣、运输、卸渣）出渣降尘

降尘时喷水量、喷水时间与渣量、渣堆高度、渣堆面积等参数确定及相互关系；

6.降尘效果综合分析：

作者简介：

贺华雄 工程师 中国水利水电第四工程局白鹤滩施工局安全副局长

张伟华 工程师 中国水利水电第四工程局白鹤滩施工局经营办

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