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1、工程概况
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，上接乌东德梯级，下邻溪洛渡梯级，大坝坝高289m，电站装机容量16000MW，水库总库容206.27亿m3，防洪库容75亿m3，调节库容104.36亿m3，将成为在建中国第二大水电站。
白鹤滩水电站枢纽由拦河坝、泄洪消能设施、引水发电系统等主要建筑物组成。电站右岸建筑物众多，永久建筑物包括拱坝、引水发电系统、水垫塘及二道坝等组成。
金沙江下游四川省巧家县下红岩边坡治理工程施工（合同编号：BHT/0119）主要施工项目：下红岩堆积体治理工程、大寨沟泥石流治理工程、右岸坝顶以上边坡开挖及支护工程、右岸缆机平台轨道基础工程、右岸出线场平台开挖及支护工程、右岸进水口马脖子780m以上边坡开挖及支护工程、大寨沟临江沟口挡渣坝工程和右岸交通工程等；石方开挖（约930万m3）爆破造孔量大，支护和机械出渣量大。
2、试验概要
研究石方明挖工程采用潜孔钻机自带除尘装置（加装除尘装置），配喷雾设备；爆破时在炮区上方安装一套能够覆盖炮区的喷雾设备形成水雾隔离带；对爆后的石渣喷（洒）水形成湿渣控制粉尘的施工措施。
3、试验研究范围、背景及工作基础条件
3.1试验研究范围
潜孔钻机造孔过程中的粉尘控制，大规模控制爆破后的粉尘控制，机械出渣过程（挖渣、装渣、卸渣等施工工序）粉尘控制。
3.2试验背景及工作基础条件
右岸坝顶及进水口以上边坡顶部为下红岩堆积体，堆积体南北纵向长1800m，东西横向平均宽455m，平面面积约0.82km2，主要影响集中在高程1010m～1340m大寨村下红岩社居住的200多户村民。
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， 其中的一部分可以几小时、几天、甚至几年浮游在大气中。这些微细粉塵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。
石方明挖采用的施工工艺是潜孔钻机造孔、露天台阶深孔控制爆破、机械出渣的方式。
4、试验研究目标
通过对潜孔钻机安装干式除尘系统和喷（洒）水除尘系统，爆破和出渣进行喷（洒）水等施工控制措施试验能否达到降尘效果。
选用一套简单、紧凑、高效、经济的干式除尘系统；研究潜孔钻机喷（洒）水除尘系统；研究爆破和出渣适用性强的降尘措施。
通过多次实验掌握潜孔钻机干式除尘系统以及喷（洒）水除尘系统，爆破和出渣降尘配套措施，为后期白鹤滩水电站明挖降尘达标做好基础性工作。
5、试验研究内容
5.1潜孔钻机钻孔降尘
⑴试验研究内容框架：先利用捕尘器、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；再通水喷（洒）水装置将潜孔钻机钻孔过程中的剩余部分粉尘降下来，不让其在空气大范围内扩散。
⑵研究重点与难点问题：
①干式降尘：如何将潜孔钻造孔时将孔口粉尘收集起来，通过什么样的路经输送到除尘器，又如何通过除尘器进行粉尘处理；捕尘器既要保证钻进速度，又能达到快速封孔、导尘的目的，粗除尘器能将捕尘器收集的粉尘进行一次性处理；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。
②喷（洒）水降尘：喷（洒）水装置能够将捕尘器没收集到的部分微细粉尘进行处理，喷（洒）水量即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致使降低潜孔钻的工作效率；从而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。
⑶拟采取的解决方案或技术路线
①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，从而多少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%。 修正的压力损失计算式是： （式中CJ—入口型式阻力系数，选择时取表1中数值。ρ—气体密度一般为1.2kg。VJ入口速度，其指数n在1.5～2之间一般取2）。NH的计算式在很多文献中给出，综合比较，Casal-Benot的计算式简单，且精确性好，其计算式为：
式中dc——捕集尘粒的临界粒径，m k——尘粒性质校正系数μ——气体动力粘度，Pρ——尘粒密度，kg/m3 v——气流切向速度，m/s b、h1、h——旋风除尘器结构尺寸（其中h为假想内圆筒高度），m
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较高的净化效率。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。
5.2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：
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擬采取的解决方案或技术路线
①爆破降尘
爆前在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，在爆破前时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。采用φ80钢管接φ219主供水管至工作面，喷嘴段至地面距离为1.2m，喷嘴段与φ80水管采用法兰连接，主管与φ80钢管连接处安装一闸阀，每次试验采用单个喷嘴进行，试验时，在φ80水管上安装好流量计、水压表及加压泵。
②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。
试验研究预期成果
1.潜孔钻机干式降尘装置各种结构技术参数要求；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.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；
3.机械出渣降尘时喷水量、喷水时间与岩石特性、渣量、渣堆高度、渣堆面积等参数确定及相互关系。
6、结束语
除尘系统设计的好坏，直接影响到除尘效率、环境质量以及技术经济性能。本文通过对潜孔钻机钻孔降尘、爆破和出渣降尘研究，以确定适合本工程的爆破降尘措施，使粉尘的排放量达到了国家的标准要求， 改善了工人的工作环境， 提高了作业效率。
参考文献
[1]赵宏强，蒋海华等.潜孔钻机除尘系统研究[J].凿岩机械气动工具，2007（4）.
[2]唐敬麟，张禄虎.除尘装置系统及设备设计选用手册[M].北京：化学工业出版社，2003.
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，上接乌东德梯级，下邻溪洛渡梯级，大坝坝高289m，电站装机容量16000MW，水库总库容206.27亿m3，防洪库容75亿m3，调节库容104.36亿m3，将成为在建中国第二大水电站。
白鹤滩水电站枢纽由拦河坝、泄洪消能设施、引水发电系统等主要建筑物组成。电站右岸建筑物众多，永久建筑物包括拱坝、引水发电系统、水垫塘及二道坝等组成。
金沙江下游四川省巧家县下红岩边坡治理工程施工（合同编号：BHT/0119）主要施工项目：下红岩堆积体治理工程、大寨沟泥石流治理工程、右岸坝顶以上边坡开挖及支护工程、右岸缆机平台轨道基础工程、右岸出线场平台开挖及支护工程、右岸进水口马脖子780m以上边坡开挖及支护工程、大寨沟临江沟口挡渣坝工程和右岸交通工程等；石方开挖（约930万m3）爆破造孔量大，支护和机械出渣量大。
2、试验概要
研究石方明挖工程采用潜孔钻机自带除尘装置（加装除尘装置），配喷雾设备；爆破时在炮区上方安装一套能够覆盖炮区的喷雾设备形成水雾隔离带；对爆后的石渣喷（洒）水形成湿渣控制粉尘的施工措施。
3、试验研究范围、背景及工作基础条件
3.1试验研究范围
潜孔钻机造孔过程中的粉尘控制，大规模控制爆破后的粉尘控制，机械出渣过程（挖渣、装渣、卸渣等施工工序）粉尘控制。
3.2试验背景及工作基础条件
右岸坝顶及进水口以上边坡顶部为下红岩堆积体，堆积体南北纵向长1800m，东西横向平均宽455m，平面面积约0.82km2，主要影响集中在高程1010m～1340m大寨村下红岩社居住的200多户村民。
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， 其中的一部分可以几小时、几天、甚至几年浮游在大气中。这些微细粉塵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。
石方明挖采用的施工工艺是潜孔钻机造孔、露天台阶深孔控制爆破、机械出渣的方式。
4、试验研究目标
通过对潜孔钻机安装干式除尘系统和喷（洒）水除尘系统，爆破和出渣进行喷（洒）水等施工控制措施试验能否达到降尘效果。
选用一套简单、紧凑、高效、经济的干式除尘系统；研究潜孔钻机喷（洒）水除尘系统；研究爆破和出渣适用性强的降尘措施。
通过多次实验掌握潜孔钻机干式除尘系统以及喷（洒）水除尘系统，爆破和出渣降尘配套措施，为后期白鹤滩水电站明挖降尘达标做好基础性工作。
5、试验研究内容
5.1潜孔钻机钻孔降尘
⑴试验研究内容框架：先利用捕尘器、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；再通水喷（洒）水装置将潜孔钻机钻孔过程中的剩余部分粉尘降下来，不让其在空气大范围内扩散。
⑵研究重点与难点问题：
①干式降尘：如何将潜孔钻造孔时将孔口粉尘收集起来，通过什么样的路经输送到除尘器，又如何通过除尘器进行粉尘处理；捕尘器既要保证钻进速度，又能达到快速封孔、导尘的目的，粗除尘器能将捕尘器收集的粉尘进行一次性处理；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。
②喷（洒）水降尘：喷（洒）水装置能够将捕尘器没收集到的部分微细粉尘进行处理，喷（洒）水量即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致使降低潜孔钻的工作效率；从而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。
⑶拟采取的解决方案或技术路线
①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，从而多少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%。 修正的压力损失计算式是： （式中CJ—入口型式阻力系数，选择时取表1中数值。ρ—气体密度一般为1.2kg。VJ入口速度，其指数n在1.5～2之间一般取2）。NH的计算式在很多文献中给出，综合比较，Casal-Benot的计算式简单，且精确性好，其计算式为：
式中dc——捕集尘粒的临界粒径，m k——尘粒性质校正系数μ——气体动力粘度，Pρ——尘粒密度，kg/m3 v——气流切向速度，m/s b、h1、h——旋风除尘器结构尺寸（其中h为假想内圆筒高度），m
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较高的净化效率。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。
5.2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：
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擬采取的解决方案或技术路线
①爆破降尘
爆前在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，在爆破前时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。采用φ80钢管接φ219主供水管至工作面，喷嘴段至地面距离为1.2m，喷嘴段与φ80水管采用法兰连接，主管与φ80钢管连接处安装一闸阀，每次试验采用单个喷嘴进行，试验时，在φ80水管上安装好流量计、水压表及加压泵。
②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。
试验研究预期成果
1.潜孔钻机干式降尘装置各种结构技术参数要求；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.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；
3.机械出渣降尘时喷水量、喷水时间与岩石特性、渣量、渣堆高度、渣堆面积等参数确定及相互关系。
6、结束语
除尘系统设计的好坏，直接影响到除尘效率、环境质量以及技术经济性能。本文通过对潜孔钻机钻孔降尘、爆破和出渣降尘研究，以确定适合本工程的爆破降尘措施，使粉尘的排放量达到了国家的标准要求， 改善了工人的工作环境， 提高了作业效率。
参考文献
[1]赵宏强，蒋海华等.潜孔钻机除尘系统研究[J].凿岩机械气动工具，2007（4）.
[2]唐敬麟，张禄虎.除尘装置系统及设备设计选用手册[M].北京：化学工业出版社，2003.