露天矿公路固土防尘方法.pdf

露天矿公路 固土防尘方法 p南l_ T 业大学昊超孟 廷让 提 要 l 文综连了露天 运输路面罱土牌尘的十几种有效方法，并指出了 叠路骑尘施工没计前 应注意 的有 关闩髓 ． 在 大中型金 属露天矿 运输 方式中， 自卸 汽车运输方式获得广泛的应用。在西方国家 中，9 0 以上 的金 属露天矿采用 自卸汽车运 输； 我国的金 属露天矿采用 自卸汽车运输的 比重也很大 。露 天矿采掘 工作面 和排土线的 道 路一般都是不 修筑 路面 、只 经适 当整 平 、 压实的土路。 重型汽 车在 路面不 断地行 走， 造成路面泥土飞扬，严重污染露 矿 的 环 境。据 统计测定，汽 车的产尘量 占采、装， 运等 设备产尘量的9 0 左右， 另方面 ，干旱 季节大风引 起泥 土飞扬的问题也很严 重。因 此 ，露 天矿 路面 固土防尘 的重要性 就不言而 喻了 。 一 露天矿士路面固土防尘 方法分类 露天矿 土路面的萄 土防尘方法 很多， 包 括 机械法 压实固土，颗 粒配级混 合压 实 固 土 ， 。 加湿法 洒 水固土} 胶 结法；水泥 或加 外掺料的水泥 固土J 石 获或加外掺料的石灰 固土 }沥青或加外掺 料的沥青固土}焦油或加外掺料 的 焦 油 固 土}沥青 和焦油圃土I 化学法 氯化 物，磷酸 ，树脂 ，丙烯酸 钙、糠醛苯胺、亚硫酸盐废液和台成化学抑 尘荆等固土法， 还 有各种固土方法综合使 用的综台 固土 法 。 一 ]0 一 实践生产中，机械法和加湿法固土以及 用水泥或石灰固土是谲天矿 山最常国的几种 路面 固土方法 。本 文不 予评述 ，下面 主要 介 绍胶 结法 和化 学法 中的一些 有效 固土 防尘方 法 。 二、 胶 结固土 防尘方法分析 1 ． 沥清固 法 沥青 的种 类很 多，如地 沥 青 、液 体 沥 青、焦油 沥青 、乳化沥青等。沥青和土相互 掺台得好 ，可 产生 多种稳定’土作用 。其中 最重要的是靠沥青砂牯结作用加固非粘性粒 状士，保持粘性细粒土的含水量不变，使之 不透水并降低沥青土的吸水能力，而且把原 来只有内摩擦力的土变成具有内 聚 力 的 土 类 。 ‘ 2 ． 沥 青和 焦油固法 为了使 沥青液化 以便供 灌注和拌合用， 可通过掺入某种溶剂以达到这种要求，如掺 入 8～1 2 的焦油可把沥青的粘度降低到原 来的1 ／ 1 0 ，用1 0 5 0 的焦油可稀释成液体 沥青，可以透入细小孔隙，促使 更 好 的 掺 台。 待施工 完毕后 。轻质 挥发 性油蒸发后， 沥青就以薄膜形式包裹着土颗粒，把单颗粒 粘结起来，使土不透水。 对 于酸性 的晃 机质土 p H 6 ， 硐沥 青 固土时必须添 加一定量 的石灰o 3 ． 加外掺翥 鼍 的沥青固土法 使用一 些外掺剂可 以改善沥青 固土的散 果 ，如 添加少量的五 氧化 二磷 P 0 可捉 有 色矿 山一 1 0 g 1． 4 维普资讯 使土颗粒表面容易受到沥青的润湿作用，还 可 促进土颗粒 间的凝结，降低土颗 粒的 比表 面， 从而 降低 需要 涂覆 的沥青用 量。掺入的 P O 量 可 占沥 f 重量 比的 l～ 3 o 掺入 胺 凳 化合 柳 【丑可获 得 同样有和 的结果。使用 外 掺 剂前 ，应 尽可能准确地了解 土的组 成成份 和矿物 表面的化学性质 ，使带 负 电粘 L 矿物 能 与带阳离子的外掺 剂结合 。 4 ． 焦油国土法 对于 均匀粒径 或粗略分级 的细砂，通常 可采 用焦 油固土法 焦油与士 的重量 比为 3 ～ 7％ ，对 于含有较多细颗粒的 土路面 ， 采 嗣焦油 乳液 圊土更 为合适。采用煤焦油产 物 ，其 粘滞度应 当 由土的粒径分布帮 捧合 工 艺 等来决定 。容易拌合的 土 ，如 细砂 等，可 用 稀的或稠的焦油处治J含粉土 的细颗 粒土 最好用稀焦油来固土}而牯性土则采用乳液 或灭尘焦油 来 固土。焦油 固 的效果 受主的 初始摩 察阻力 、毛细作用和粘聚力的影响 。 5 ． 加外掺剂的 焦油 圈土 法 许多研究表明，单用焦油 固土并不能 充 分粘 结砂 粒， 即使 把加热的焦油掺 到土 里也 会迅速冷却，不便于均匀分散，因而要求添 加稀释剂和加大拌合能量。通过对混合料添 加某种填料 ，这种填 料相当于乳化剂，便可 消除上述 的缺点。凡颁粒_足够细 ，容 易粉 碎 的材料 ，都适合 敞填 料。通常较多使用的是 火 山灰 ，各种材 料的掺配量与土的重量 比范 围是 火 山灰 2～ 8 ，焦油 4～ 7 ，水 约 1 1 ％ 。 三、 化学固土防尘方法分析 1 ． 氯化物 国土 法 用氯化 钙和氯 化 钠 O ． 2 5 ～1 ． 5 ％作 为土路面的抑尘剂已有半个多世 纪 的 历 史 了，采用氯化物 处治 土路面，由于这些盐份 有吸湿 的特性 ，可 以减少蒸发造成的水分损 失 。而且 由于使 土的 岔水 量稳定下 来。对 粒 状 土的压 实极 为有利。 另外，使用氯化物适 有 色矿山一 l 9 9 1 ． 4 可降低冰点。氯化钾 、氯化镁 等也有类似的 作用机理 。 2 ． 磷酸 国土法 利用土质学和陶瓷实践技术的原理，添 加 礴酸 或其它磷酸化合物 ，并 同时添 加其 它 一 些微 量化 学剂，可以提高土的 强度 和挠水 性 。如果 把磷酸 2～ 5 加到含牯土矿 物的 土 中，反应生成 的某 些Al 和F e 化 舍 物 中，最重要的产物是偏磷酸铝 ，它 强度 高且 不溶 予水 ，容易起 固土作用a 只要 土中含有 牯土矿物 结构 ，有可交换 的铝 离子或游离氧 化铝 ，就 可与磷酸 反煎。 外加微量 的氟化物 如氟 硅酸钠Na S i F 氟硅 酿 钾K S i F 、 氟 硅酸锌Z n S i F 、氟化铝AI F 等能 大大 地 促 进金 属铝在磷酸 里的溶解 ，增加化 学过程 的 有效性a如果 土中含有较高的钙 ，用磷酸 固土就 失去其作 硐，因为这样一 来大 部分 磷 酸 就被 消耗 于土 中的碳酸钙 中 3． 扭 } 膳 国 土法 把制 各好的 松香皂 热 塑 树 脂 1 左 右 掺入土 中，当溶解 或裂解后，就可为细 颗粒土提供防水能力，因为树脂以防水薄膜 包住土颗粒，从而保证粘聚力不致降低。采 用甲醛制得含有尿素和蜜胺基的树脂，其粘 度很低 ，只 比水的粘度略高 一些，加进催化 剂后，树 脂发生硬结 ，变成多泡沫的结构 。 在 热的作用下 ，不加 试剂也会 硬结。把 这种 树脂和水 重量 比为l 5 ％和l 0 ％ 及催 化剂 的混合物 用于处治土 路面 ，可增加 土的抗压 强度。 4 ． 丙烯 酸钙 国土 丙烯酸钙是 一种有机盐 ，它是 由碳陵钙 和 丙烯酸 反应而成 的。把 它和氧化还原催化 帮一起添加到土里，就会发生聚合作用，于 是 土颗 粒就 被强度高 、有 塑性 的链包围起来 并受其键合。丙烯酸钙的作用机理是根据丙 烯酸溶于水时 ，产生 大量 的有 机阳离子，可 以置换粘土矿物 表面 的可交换 离子。丙 烯酸 钙单体聚合成完 全 溶于水的 长链 ，这些长 维普资讯 链组成粘结土颗粒的大有机阳离子，然后， 这些链 由游 离钙 离子交 联起来，与 土颗 粒形 成三 维的 空间网。 再加 上某 种含有 氧化催化 剂和还原促进刹的化学剂 如 过硫酸铵 ，硫 代硫酸钠 ，发生聚台 作用后 的土强度 大犬 增 加。 丙烯 酸钙的用 量与土的重量 比可为 5 ～ 1 5 ，氧化还原剂为丙烯酸钙 的4 -- 0 ％ 。 这种 固土方法恂 主要缺点是一 成本 很高 。 5 ． 糠醋苯胺 周法 把糠醛和 苯 胺 之 比 为 1 2或 2 t 3 合计为 土重的 1％制成含水 乳液喷洒到 土路面 ，其作用机 理是使糠 醛苯胺的有机 阳 离子置换粘土颗 粒吸 收的络合物 中的金 属阳 离子， 由此造成土 的吸水 能力 和膨胀性较未 处理前小得多。在存在某些酸 如草酸和 碱性催化触的场合，苯胺和糠醛会发生蟠台 作用。苯胺和糠醛的固土作用是由于它们可 以起反应生成一种树脂或聚合物。降低土颗 粒 的透水性 ，产生较 强的粘结力 ，并增 加土 的强度等。但苯胺对人 的健康有 一 定 的 危 害。 e ． 亚蠢蠢盐废藏周法 亚硫酸盐废液是造纸工业的废液，这种 溶液用于处理路面防止粉尘飞扬已有相当长 的时 间了。采甩经过播加石灰 的亚硫酸盐溶 液含 有氧化钙木质素 ，由于钙离子 的作用， 木质素和类似的物质会形成一种不溶于水但 迅速软化的凝胶型骨架。采用这种废液使土 的粘聚力增强，土更容特压实，降低了土的 透水性 ，增 加 了土 的 潮解 性。 7 ． 台戚 化学稍嗣土 法 合成化学剂是通过使用多种有机和无机 物合成一 种化 合物，它可 以通过离子交 换而 有效 地改 变细颗粒土 的吸水性能 。 由于它使 土颗 粒表面 的水化膜变得 更薄 ，使 土易于压 实并减小土的体积变化、毛细作用、冰冻和 水的敏感性，提高了水的承载能力。使用时 只要将稀释的化学荆直接喷洒 在路面上，其 优 点是 使用的化学 剂数 量小 ，应 用简便 。 一 1 2 四、公路 固土防尘设计 时应重视的几个 问题 1 ． 收 集基 础资料 在进行 路面 固土 防尘施工设计 前，必须 首先 收集下列有关基 础资料 如矿区 气象参 数 ；路面泥 土 的分散度 、物 理参 数}路 面泥 I- 的化学成份 、p H值；原公路的设计参数 ； 公路 的通 过能力 、频 率，卡车的主要技 术规 格； 路面 土层 的外观 公路过车后粉尘 飞扬 情况 的定量统 计资料；现在 公路 防尘措施及 费 用，公路的使 用期 限} 矿山在公 路 固土 防 尘项 目的总投资 、分 期投 资金额} 各种固生 骑尘材 料、设备的技 术经 济指 标等。 2 ． 选择最 优方案 由于公路 固土 防尘 的方汹 很多，在施工 设计 前必须根据矿山的具体情 况，经过详细 的 技术经济 比较后，选择一种 最优的方案。 这类 问题可根据数学规划 方法 求解。 3 ． 进 行工业试验 在上述 的十儿种固土防尘方 法 和 配 方 中，虽然都是研 究者 们经过试验验 证的 。但 由于各矿区的土质等基础资料一 般 都 不 相 同， 因此必须经过一定程度的现场工业试验， 以求得更适合本矿区路面的固土防尘方案。 4 ． 彝 } 取 综合描施 即使在 一个露 天矿 中各段 路面 的土质 、 使用期 限、车l辆通过频率等均可1不 同，在公 路的横截面上，各处受革轮的辗磨程度也很 不相同 因此，在进行圃土防尘施工设计时 应 根据 轻重缓急采用柏应的有效综合 措施 。 5 ． 发晨同防尘新方法 固土 防尘 的方法很 多，而且正在 不断发 展，现有的一些方法作为专利惝 未公开。公 路 固土 防尘方法不 仅可7 以用于路面 防尘，而 且可 用作为矿石堆 、煤堆等散体 防止细颗粒 飞扬的有效措旋。因此，对固土防尘的研究 有着广泛的应用 领域 。 参考 文献 略 责任编 辑晓月 有 色矿 山一 l 9 9 1 ． 4 维普资讯