露天矿爆破CO排放量的计算方法.pdf

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1996.03.001 第18卷第3期北京科技大学学报 Vol.18 No.3 1996年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jn1996 露天矿爆破CO排放量的计算方法* 张兴凯李怀宇北京科技大学资源工程学院，北京100083 摘要在露天矿内，爆破产生的毒气体形成的污染源是连续点源.利用大气中CO浓度测定结果，计算出不同测定时间间隔内的排放量，爆破CO总排放量等于各测定时间间隔内排放量之和. 关键词爆破环境，采矿环境，刺激性烟雾中图分类号X502 对露天矿内爆破烟尘和有毒气体（简称爆破尘毒）排放强度的研究是环境保护领域中的一个新课题.爆破尘毒滞留在采场内，污染矿内空气，使采场环境恶化；爆破烟尘扩散到采场外，成为全球大气环境的污染源之一·爆破尘毒排放强度越大，对矿内外大气污染越严重，在露天矿内，风流方向不稳定，风速变化大，地面不平坦，爆破后的爆破尘毒随着爆破介质的抛掷运动或从爆堆中溢出，进人开放的流动空气中，爆破烟尘的扩散运动过程与气候条件和开采条件有关.人们用录相、拍照等手段观测烟尘运动的过程川，取得了一些现场实测数据，但对爆矿尘毒排放强度的理论计算方法研究较少.用消耗炸药量估算排放强度的方法以，计算结果往往与实际排放强度有较大差异，本文根据爆破有毒气体运动的特点，提出了用大气中CO 浓度连续测定结果计算爆破CO排放强度的方法，同时计算分析了大冶铁矿的爆破CO排放量和排放强度. 1基本假设爆破有毒气体是爆破反应生成物，实验结 1600 果表明，爆破有毒气体的一部分随着爆破介质的抛掷运动流入大气，另一部分滞留在爆堆中， 1200 在一定时间内从爆堆破碎矿岩中向大气中溢出.图】为大冶铁矿尖林山露天采场内爆破 2 800 后，爆堆中心和距破碎矿岩0.2m处CO浓度随时间的变化情况.在爆破后19min时，测定点 400 C0浓度仍高达183×104，说明爆堆中仍有大量的CO溢出到大气中. 2006008001200 在各测定时间间隔内，CO浓度的相对变 tis 化率用下式计算：图1爆堆中心测定点C0浓度变化 CR=|△CI/(Cp·△t) (1) 19%6-01-05收稿第一作者男34岁博土后幸国家自然科学基金资助项月

第 18 卷第 3 期 1 9 96 年 6 月北京科技大学学报 oJ u m a l o f U n ive sr ity o f S d en ce a n d T eC h n o l o g y eB ij i n g V o l . 18 N o . 3 J . L[ 19 9 6 露天矿爆破 C O 排放量的计算方法 ’ 张兴凯李怀宇北京科技大学资源工程学院 , 北京 1州叉粥摘要在露天矿内 , 爆破产生的毒气体形成的污染源是连续点源 . 利用大气中 C (〕浓度测定结果 , 计算出不同测定时间间隔内的排放量 . 爆破 C O 总排放量等于各测定时间间隔内排放量之和 . 关键词爆破环境 , 采矿环境 , 刺激性烟雾中图分类号 X 又)2 对露天矿内爆破烟尘和有毒气体 (简称爆破尘毒 ) 排放强度的研究是环境保护领域中的一个新课题 . 爆破尘毒滞留在采场内 , 污染矿内空气 , 使采场环境恶化 ; 爆破烟尘扩散到采场外 , 成为全球大气环境的污染源之一爆破尘毒排放强度越大 , 对矿内外大气污染越严重 . 在露天矿内 , 风流方向不稳定 , 风速变化大 , 地面不平坦 , 爆破后的爆破尘毒随着爆破介质的抛掷运动或从爆堆中溢出 , 进人开放的流动空气中 . 爆破烟尘的扩散运动过程与气候条件和开采条件有关 . 人们用录相、拍照等手段观测烟尘运动的过程 [ ’ } , 取得了一些现场实测数据 , 但对爆矿尘毒排放强度的理论计算方法研究较少 . 用消耗炸药量估算排放强度的方法 [ 2〕 , 计算结果往往与实际排放强度有较大差异 . 本文根据爆破有毒气体运动的特点 , 提出了用大气中 C O 浓度连续测定结果计算爆破 C O 排放强度的方法 , 同时计算分析了大冶铁矿的爆破 C O 排放量和排放强度 . 1 基本假设爆破有毒气体是爆破反应生成物 · 实验结 1溯果表明3[] , 爆破有毒气体的一部分随着爆破介质的抛掷运动流人大气 , 另一部分滞留在爆堆中 , 1 20 在一定时间内从爆堆破碎矿岩中向大气中溢出 . 图 I 为大冶铁矿尖林山露天采场内爆破吕8o 后 , 爆堆中心和距破碎矿岩 .0 2 m 处 c o 浓度随切时间的变化情况 . 在爆破后 19 而 n 时 , 测定点 ( D 浓度仍高达 18 3 X 10 一 4 , 说明爆堆中仍有大量的 C O 溢出到大气中 . 在各测定时间间隔内 , C O 浓度的相对变化率用下式计算 : C 厂 }△ C }/( C P · l望)6 一 01 一 05 收稿第一作者男 34 岁博士后 * 国家自然科学基金资助项目呢碳示一万茹一面犷一书印 t 广 S 图 1 爆堆中心测定点 C O 浓度变化 A t ) ( l ) DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1996. 03. 001

·202· 北京科技大学学报 1996年No.3 式中△C、C。分别为测定时间内的浓度变化量和平均浓度，△：为测定时间间隔.用算术平均值法计算平均浓度，由测定数据计算出的C0浓度相对变化率如表1所示，结果表明，当测定时间间隔较小（几s或十几$）时，爆破有毒气体从爆堆中溢出速度的变化量很小，溢出过程可作为稳定过程，表1C0浓度相对变化率CR 爆破后时间min 34567891011 相对变化率min' 10.540.550.260.420.000.420.371.13 爆破后时间min 1213141516171819 相对变化率min」 0.100.080.200.150.140.140.370.04 在露天采场，爆堆的面积不过数百m,而采场的范围为几km;爆破后进行空气中CO浓度测定时，测定点距爆堆的距离一般大于30.因此，爆堆范围相对采场范围是很小的，进行爆破有毒气体分析时，把爆堆作为一个点是可行的. 根据以上分析，可作如下假设：①爆破烟尘形成的污染源是点源：②爆破有毒气体形成的污染源是连续源；③在较小测定时间间隔内，测定位置气候条件不变，爆堆中CO溢出速度恒定.在上述假定条件下，爆破有毒气体污染源可作为微小时间间隔内的稳定连续点源. 2排放强度计算方法建立如下坐标系：以爆堆中心为原点，X轴水平指向风流方向，Y轴水平垂直风流方向，Z 轴垂直向上.在该坐标系中稳定连续点源的扩散方程为： C(X.Y.Z,t)=Q/nGyozVx).exp (-1/2)[(Y'/)+(Z-Vzt-V:t)/] (2) 式中C为测定点的CO浓度、Q为爆堆中CO溢出量，Vx、V,分别为XZ方向的风速，'为爆破云团相对于风流的垂直速度，0y,oz分别为Y、Z方向的均方差，式(2)中，C、Vx、Vz和 V:是测定数据，0y、0z是由气象参数和测定点位置决定的，稳定度和测定点位置给定后，均方差可用Turner的实验式计算.变换式(2)，给出爆破后t时刻爆堆中CO溢出量Q的计算式： 2=πGrGzVx·C(X.Y,Z,t)·exp{(I/2[Y/o+(Z-Vzt-VFt)fo]} (3) 爆破后经过t。时刻，测定点D(X。.Y,乙)位置的CO浓度等于爆破前的浓度值，此时爆堆中有毒气体溢出量近似为0，从0到，积分，计算CO排放量Q.: 2.=je.dr (4) 用测定时间间隔内CO浓度代替式(3)中的瞬时浓度，用分段和代替式(4)的积分，则排放量由下面的和式形式给出： Q.=π∑OaVM·C(X.Y乙texp{l/2[Y8oi+(Z。-Vzl-Vl,)/ozJ}(-t-)(5) K-I 式中下标k表示为第k次测定的数据，N为测定次数当一次爆破有m个测定点时，排放量用算术平均值法计算： Q.=(l/m)0c (6)

· 9 1 0 N 6 6 北京科技大学学报年 2 2 . . 3 式中 △ C 、 q 分别为测定时间内的浓度变化量和平均浓度 , △t 为测定时间间隔 . 用算术平均值法计算平均浓度 , 由测定数据计算出的 C O 浓度相对变化率如表 1 所示 . 结果表明 , 当测定时间间隔较小 ( 几 s 或十几 s) 时 , 爆破有毒气体从爆堆中溢出速度的变化量很小 . 溢出过程可作为稳定过程 . 表 1 C O 浓度相对变化率 C , 爆破后时 l旬恤刀山 3 4 5 6 7 8 9 10 1 1 相对变化率 n l i n 一 ’ 1 0 . 又 0 . 55 0 2 6 0.4 2 0 . X() 0 4 2 03 7 1 . 1 3 爆破后时间性拍 n 12 13 14 15 1 6 17 18 19 相对变化率沪铂山一 ’ 0 . 10 0 . 08 0 . 20 0 . } 5 0 . 14 0 . 14 03 7 0 一以在露天采场 , 爆堆的面积不过数百耐 , 而采场的范围为几 k耐 ; 爆破后进行空气中 C O 浓度测定时 , 测定点距爆堆的距离一般大于 30 m . 因此 , 爆堆范围相对采场范围是很小的 , 进行爆破有毒气体分析时 , 把爆堆作为一个点是可行的 . 根据以上分析 , 可作如下假设 : ① 爆破烟尘形成的污染源是点源 ; ② 爆破有毒气体形成的污染源是连续源 ; ③ 在较小测定时间间隔内 , 测定位置气候条件不变 , 爆堆中 C O 溢出速度恒定 . 在上述假定条件下 , 爆破有毒气体污染源可作为微小时间间隔内的稳定连续点源 . 2 排放强度计算方法建立如下坐标系 : 以爆堆中心为原点 , X 轴水平指向风流方向 , Y 轴水平垂直风流方向 , Z 轴垂直向上 . 在该坐标系中稳定连续点源的扩散方程为 [ 4卜 C (戈 Y ,云)t = Q /( 二。 y a : V x ) · e x p {( 一 l / 2 ) [( Y Z / a 弓) + ( Z 一 V z t 一 V ; t ) 2 / 。乡]} ( 2 ) 式中 C 为测定点的 C O 浓度 , Q 为爆堆中 C O 溢出量 , V * 、 Vz 分别为 X 、 Z 方向的风速 , 碎为爆破云团相对于风流的垂直速度 , a y 、 a Z 分别为 y 、 Z 方向的均方差 . 式 ( 2) 中 , C 、价、 Vz 和 VF 是测定数据 , 。 , · 、。 z 是由气象参数和测定点位置决定的 , 稳定度和测定点位置给定后 , 均方差可用 T u m er 的实验式 [ ` }计算 . 变换式 ( 2) , 给出爆破后 t 时刻爆堆中 C O 溢出量 Q 的计算式 : Q 二二 a ,二 z v 、 · C ( X , Y , Z , r ) · e x p {( l / 2 ) [ Y Z / a 今+ ( Z 一 V z t 一 V ; t ) 2 / a 二]} ( 3) 爆破后经过 t 。时刻 , 测定点 D (X0 , 0Y , 乙 )位置的 C O 浓度等于爆破前的浓度值 , 此时爆堆中有毒气体溢出量近似为 0 . 从 0 到或。积分 , 计算 C O 排放量 Q 。 : 。。一妙一 (4 ) 用测定时间间隔内 C O 浓度代替式 ( 3) 中的瞬时浓度 , 用分段和代替式 ( 4) 的积分 , 则排放量由下面的和式形式给出: 月 Q一啊 . a , * a 一 F一 C (戈 , y 。 , 0Z , r 、 , · e X p { ( ` / 2 ) [ y 孟/ a ; 人 + ( 0Z 一 F一 ` 一 V一 r * ) 2 / a 乡 * ]卜( ` 人一 ` 人一 , ( 5 , 式中下标 k 表示为第 k 次测定的数据 , N 为测定次数 . 当一次爆破有。个测定点时 , 排放量用算术平均值法计算 : 川 Q一 ` ’ /仇格 I Q一 ( 6 )

Vol.18 No.3 张兴凯等：露天矿爆破CO排放量的计算方法 203 根据排放量计算排放强度，爆破尘毒的排放强度用一次爆破消耗单位质量炸药的排放量给出，排放强度用下式计算： W=Q./A (7) 式中，W为排放强度，A为1次爆破的炸药用量. 3计算实例及分析在大冶铁矿尖林山露天采区进行了2次爆破试验，研究爆破尘毒的排放量和排放强度. 3.1试验概况尖林山露天采区已经进人深凹露天开采阶表2、测定点位置段，爆破试验在接近坑底水平进行，爆破后测定测定点1-11-2 2-12-2 人员携带CO测定仪进入爆堆下风侧的测定点， om 70.030.0 39.080.0 连续测定呼吸带大气中CO浓度，测定时间间 Yo/m 20.0 30.03.030.0 隔不大于10s.第1次，第2次爆破用炸药量为 Z/m 3.5 1.13.025.1 4478kg和4860kg,爆破矿岩量为2.1万t和1.9万t,爆区面积为650m和590m,第1次试脸的测定点有点1-1和点1-2，第2次测定点有点2-1和点2-2，各测定点位置如表2所示. 3.2气象参数爆破后，在爆堆下风侧靠近爆堆的开阔地区测定呼吸带的气象参数，测定结果如表3所示.结果表明，露天矿内的风流方向不稳定，第1次和第2次试验中风速变化量为2.5s和 1.85,风速变化大.特别是在爆破瞬间，由于坑内风流不稳定，且受到爆破冲击波和爆破烟尘颗粒物冲击功的作用，会造成风流方向的短时间紊乱. 表3气象参数次数天气情况干温度/℃湿度% 气压/kPa 风速/m·s 第1次晴朗 30.5 67.5 1023 0.5-3.0 第2次晴朗 31.0 56.0 1018 0.725 3.3C0浓度变化试验过程中各测定点CO浓度随着时间的变化如图2所示.可以看出，在同一次试验中，因测定点位置不同，呼吸带C0浓度不同.第1次试验中，点1-1的C0浓度最高值达95×104，爆破后300s时的浓度仍达22×104，而点1一2的CO浓度最高值为27×I04,爆破后经过了60s,C0浓度已下降到20×104以下.点1-1与点1-2相比，点1-1更接近主风流方向.因此，越靠近主风流方向CO浓度越高，测定结果进一步说明了爆破有毒气体的污染源是非瞬间源

Vo l . 1 8 N o . 3 张兴凯等: 露天矿爆破 C (〕排放量的计算方法 20 3 根据排放量计算排放强度 , 爆破尘毒的排放强度用一次爆破消耗单位质量炸药的排放量给出 , 排放强度用下式计算 : W = Q 。 /A ( 7 ) 式中 , W 为排放强度 , A 为 1 次爆破的炸药用量 . 3 计算实例及分析在大冶铁矿尖林山露天采区进行了 2 次爆破试验 , 研究爆破尘毒的排放量和排放强度 . .3 1 试验概况尖林山露天采区已经进人深凹露天开采阶表 2 、测定点位置段 , 爆破试验在接近坑底水平进行 , 爆破后测定测定点 1 一 1 1 一 2 2一 1 2一 2 人员携带 C O 测定仪进人爆堆下风侧的测定点 , 戈 m/ 70 0 弧0 39 0 80 0 连续测定呼吸带大气中 C O 浓度 , 测定时间间 y 。 m/ 20 刀 30 刀 30 30 刀隔不大于 10 5 . 第 1 次、第 2 次爆破用炸药量为乙业旦 3互 !」 2卫 2尽i 4 4 78 k g 和 4 8 6 0 k g , 爆破矿岩量为 2 . 1万 t 和 1 . 9 万 t , 爆区面积为 6 5 0 耐和 59 O m 2 . 第 1次乙妈金的测定点有点 1 一 1 和点 1 一 2 , 第 2 次测定点有点 2 一 1 和点 2 一 2 , 各测定点位置如表 2 所示 . .3 2 气象参数爆破后 , 在爆堆下风侧靠近爆堆的开阔地区测定呼吸带的气象参数 , 测定结果如表 3 所示 . 结果表明 , 露天矿内的风流方向不稳定 , 第 l 次和第 2 次试验中风速变化量为 2 石 m S/ 和 1 . s m s/ , 风速变化大 . 特别是在爆破瞬间 , 由于坑内风流不稳定 , 且受到爆破冲击波和爆破烟尘颗粒物冲击功的作用 , 会造成风流方向的短时间紊乱 . 表 3 气象参数次数第 1 次第 2 次天气情况干温度 /℃ 湿度 / % 气压 / k氏风速 / m · s 一 ’ 晴朗晴朗 30 . 5 6 7 . 5 31 . 0 56 . 0 102 3 1 0 18 0万一 3D 住7 一 2 . 5 3 . 3 C O 浓度变化试验过程中各测定点 C O 浓度随着时间的变化如图 2 所示 . 可以看出 , 在同一次试验中 , 因测定点位置不同 , 呼吸带C O 浓度不同 . 第 1 次试验中 , 点 1 一 1 的C O 浓度葡轰值达 95 X 10 一 4 , 爆破后 30 5 时的浓度仍达 2 x 10 一 4 ; 而点 1 一 2 的 C O 浓度最高值为 27 X 10 一 4 , 爆破后经过了 60 5 , C O 浓度已下降到 2 0 x lo “ 以下 . 点 1 一 1 与点 l 一 2 相比 , 点 1 一 1 更接近主风流方向 . 因此 , 越靠近主风流方向 C O 浓度越高 , 测定结果进一步说明了爆破有毒气体的污染源是非瞬间源

Vol.18 No.3 张兴凯等：露天矿爆破CO排放量的计算方法 205. 参考文献 1大坟尚宽，露天采掘书竹石环境问题.资源·素材，1991(1)：14~17 2尼基京BC.露天矿通风设计，北京：冶金工业出版社，1990 3营小东，降低爆破尘毒的表面活性剂溶液配方及其作用机理的研究：「硕士论文】北京科技大学，995 4李宗恺.空气污染气象学原理及应用.北京：气象出版社，1985 Method of Computation of Blasting Carbon Monoxide Emission Quantity in the Open-Pit Zhang Xingkai Li Huaiyu College of Resources Engineering.USTB,Beijing 10008.PRC ABSTRACT In the open-pit,the pollutant of blasting gas is continuous point source. Use observation for carbon monoxide concentration in the air,computed out emission quantity during testing differential time interval.The blasting carbon monoxide emission quantity sum into all testing time interval emission quantity. KEY WORDS blasting environment,mining environment,the stimulated smog 的的的铃的钟的的钟的的钟的的的钟的的的的的铃的的的的的的铃的的的的的战科技成果模糊控制图与模糊诊断在国家教委博士导师基金项目“工业生产部门的质量控制理论”中，我们集中研究了如何将模糊数学理论与控制图和两种质量诊断理论相结合，以使控制图和两种质量诊断理论能够更好地满足生产现场的需要，经过研究，提出了模糊单值控制图、模糊均值控制图、模糊不合格品率控制图和模糊单值选控制图，这类模糊控制图在给出定性结论的同时，也给出了控制界限的边界点对正常状态的隶属度，克服了传统控制图在控制界限判断突变的缺点，通过统计模拟试验，证实了模糊不合格品率控制图较传统的不合格品率图更灵敏，本项目还研究了传统的判稳、判异准则及两种质量诊断理论的模糊化问题并获得了初步成果，从而使模糊控制图可用于生产过程的质量控制与诊断，到目前为止，模糊控制已在工业中获得广泛应用，如模糊电冰箱、模糊洗衣机、模糊照相机等等均纷纷问世，取得巨大的经济效益.与此相对应地，可以预计，模糊质量控制与诊断也将会有广阔的应用前景和潜在的巨大经济效益

VOI . 18 N O . 3 张兴凯等: 露天矿爆破 C O 排放量的计算方法参考文献 1 大坟尚宽 . 露天采掘忆妇沙否环境问题 . 资源 · 素材 , 1卯l( ) : 14 一 2 尼基京 B C . 露天矿通风设计 . 北京: 冶金工业出版社 , 19男) 3 营小东 . 降低爆破尘毒的表面活性剂溶液配方及其作用机理的研究: 4 李宗恺 . 空气污染气象学原理及应用 . 北京 : 气象出版社 , 19 85 【硕士论文 ] . 北京科技大学 , 1卯5 M e t h o d o f C o m P aut t i o n o f B l a s t ign C a r ob n M o n o x id e E 而 s s i o n Qau n t ity i n t he O P e n 一 P it Z h a n g iX n 琳 a ` L I H “ a w u C o ll e g e o f R e s o u r c e s E n g l n e e r i n g , U S T B , B e ij i n g 10 0 0 8 , P R C A BS T R A C T I n t h e o P e n 一 P it , t h e P o ll u t a n t o f b l a s t i n g g a s 1 5 c o n t i n u o u s P o i n t s o u r e . U s e o b s e r v a t i o n fo r ca r b o n m o n o x id e e o n c e n t r a t i o n i n t h e a i r , e o m P u t e d o u t e im s s i o n q u a n t it y d u r i n g t e s t i n g d i fe r e n t i a l t im e i n t e r v a l . T h e b l a s t i n g c a r b o n m o n o x id e e而 s s i o n q u a n t it y s u m i n t o a ll t e s t i n g t im e i n t e r v a l e m i s s i o n q u a n t it y . K E Y W O R D S b l a s t i n g e n v i r o n m e n t , m i n i n g e n v i r o n m e n t , t h e s t im u l a t e d s mo g 科技成果模糊控制图与模糊诊断在国家教委博士导师基金项目 “ 工业生产部门的质量控制理论 ” 中 , 我们集中研究了如何将模糊数学理论与控制图和两种质量诊断理论相结合 , 以使控制图和两种质量诊断理论能够更好地满足生产现场的需要 . 经过研究 , 提出了模糊单值控制图、模糊均值控制图、模糊不合格品率控制图和模糊单值选控制图 . 这类模糊控制图在给出定性结论的同时 , 也给出了控制界限的边界点对正常状态的隶属度 , 克服了传统控制图在控制界限判断突变的缺点 . 通过统计模拟试验 , 证实了模糊不合格品率控制图较传统的不合格品率图更灵敏 . 本项目还研究了传统的判稳判异准则及两种质量诊断理论的模糊化问题并获得了初步成果 , 从而使模糊控制图可用于生产过程的质量控制与诊断 . 到目前为止 , 模糊控制已在工业中获得广泛应用 , 如模糊电冰箱、模糊洗衣机、模糊照相机等等均纷纷问世 , 取得巨大的经济效益 . 与此相对应地 , 可以预计 , 模糊质量控制与诊断也将会有广阔的应用前景和潜在的巨大经济效益