化学抑尘剂对露天煤矿道路粉尘治理的应用研究

来源:用户上传      作者:张辛忻　王立杰

　　摘要：本文通过对露天煤矿生产作业过程中产生道路粉尘的治理必要性的提出，具体阐述了化学抑尘剂应用于露天煤矿道路扬尘治理的试验过程，分析论证了化学抑尘剂治理露天煤矿作业道路扬尘的可靠性和经济性，得出了切实可行的试验结论，给出了合理的使用建议。
　　关键词：道路;粉尘;防治;效果
　　中图分类号：X734 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2020）06-00-02
　　DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.06.040
　　Study on the application of chemical dust suppressant to the road dust control of opencast coal mine
　　Zhang Xinxin1， Wang Lijie2
　　（1.Environmental Protection Department of Shenhua zhuneng Group Co.，Ltd.，Zhungeer Banner Inner Mongolia 010300，China;2.China University of Mining and Technology （Beijing Campus），Beijing 100083，China）
　　Abstract：In this paper，the necessity of road dust control in opencast coal mine is put forward.The test process of applying chemical dust suppressants to control road dust in open-pit coal mines is described in detail.The reliability and economy of chemical dust suppressants are analyzed and demonstrated for the control of fugitive dust in opencast coal mines.A feasible experimental conclusion has been drawn，the reasonable use suggestion is given.
　　Key words： Road;Dust;Control;Effect
　　1 引言
　　道路扬尘是露天煤矿粉尘污染的主要来源之一。露天煤矿的采掘现场的生产主干道路为一般砂石路面，道路上来往的运煤车辆吨位重，密度大，行走过程中会产生的大量扬尘，不仅污染周边环境、危害职工健康，还会造成严重交通安全隐患。但目前主要的降塵措施是配备洒水车洒水，传统的道路抑尘方法主要是洒水降尘，但其效果有限。特别在炎热的夏天，洒水降尘的压力和难度非常大。近年来，国际上出现治理道路扬尘的新技术——采用化学抑尘剂对露天矿道路扬尘进行治理。
　　2 矿区概况
　　哈尔乌素露天煤矿地处准格尔煤田中部，隶属于内蒙古自治区鄂尔多斯市准格尔旗薛家湾镇。始建于2006年，2008年10月投产，生产能力2 000万t/a。基于该煤田煤炭资源储量丰富，以及国家能源发展战略和煤炭市场需求，2012年，该矿进行了扩建改造，2014年核定产能为3 500万t/a。作为大型露天煤矿，哈尔乌素露天煤矿在生产建设过程中主要特征污染物就是粉尘，历年来，矿上非常重视粉尘治理工作，积极探索与应用新的治理技术，采取各种有效措施，力争最大限度地控制作业现场的粉尘浓度，做好矿区生态环境的保护工作。本文主要分析论证了哈尔乌素露天煤矿主干路面应用化学抑尘剂进行抑尘试验的成效，得出该治理方法的可行性与合理性的结论。
　　3 粉尘防治措施
　　3.1 洒水降尘
　　洒水降尘作用于涧湿颗粒细小的干燥粉尘，增加粉尘的含湿量，从而使其相对密度增大，并粘结成较大的颗粒，使其在外力作用下不可飞扬。露天矿山较多的为碎石（砾石）路面，还有一部分为临时土路。在干旱或夏季炎热季节，由于水的抗蒸发性较差，一般喷洒一次只能保持0.5h左右，频繁地洒水耗费大量的工业用水。露天矿山道路上车辆吨位与交通量较大，路面又常因得不到及时养护而易遭损坏，造成表面积尘不均，洒水降尘，还可能使路况进一步恶化。另外，在冬季零下气温条件下，洒水方法因能造成路面冰冻而不能使用。而每天撒防冻液，进一步增加成本。
　　近年来国际上粉尘治理的理念正在转变，已由被动的防尘（布袋过滤、负压抽出、静电捕捉、密闭等），转向主动抑尘（减少产生）;关口前移，由多阶段治理转向源头治理;由以洒水降尘为主转向在水中添加化学剂，通过改变水分子活性，提高抑尘效率。
　　3.2 化学抑尘
　　空气中的大多数尘埃是疏水的，它们具有排斥水的电荷的特征。此外，细小粉尘通常比水滴小得多，因此粉尘通过空气中水滴湍流时在其周围产生空气流，围绕水滴移动如图1。
　　国际上先进抑尘研究与应用的趋势是，添加化学剂，改变水的性质，为水滴提供与细小粉尘相反的离子电荷，与粉尘相吸，使得水滴像空气中的磁铁一样，将粉尘吸入液滴;同时降低水的表面张力，使之形成更小的液滴，并维持更小的液滴持续更长的时间。
　　4 化学抑尘剂的抑尘原理
　　本试验所选择的化学抑尘剂（Resinator）是由综合多种化学聚合物组合而成的，具有粘结、凝并、吸湿和保水等功能。该抑尘剂不含有毒化学成分，不含沥青质、氯化物或盐;无致癌或诱变物;对地下水无污染、对动物无毒害;不易燃、对金属和橡胶无腐蚀性等特性。
　　其抑尘原理为：汽车在行驶过程中，路面粉尘颗粒于车轮转动、诱导气流、车辆颠簸震动三种源动力的综合作用下，脱离路面而飞扬。而路面扬尘浓度主要是受路面粉尘含湿量、粉尘负荷、机动车工作状态、空气温度以及湿度等因素的影响。根据粉尘发生机理，采用具有粘结、凝并、吸湿和保水功能的道路抑尘剂，可以有效解决露天矿道路的扬尘。粘结就是将粉尘颗粒通过抑尘剂的粘结作用与路面固接，并通过粘结的渗入作用使之与路面土质融合，达到硬化路面、提高路面的强度的作用。凝并是将运输路面上细微的粉尘颗粒聚合成较大直径的粉尘颗粒，把原来只有内摩擦力的尘土变成具有内聚力的尘土，以抵挡路面上运动物体的动态压力、摩擦剪切、冷凝拉伸等因素的破坏作用，以减少粉尘源。吸湿则是吸收空气中的水分，提高路面尘土的含水率，使之在较长时间内保持一定的水分，增大容重，并增强路面柔韧性及颗粒重量，减少破碎和抑制粉尘扬起。保水则是抑制粉尘中水分的蒸发，使水分在粉尘或地面中停留更长的时间，以达到较好的抑尘效果。 　　5 试验目标
　　试验选择采掘区运煤主干道段（道路长6 000m、宽30～35m）的路面上进行试验。通过喷洒化学抑尘剂的现场试验，以达到如下目标。
　　（1）研究得到适用于本矿区道路经济、实用的喷洒该产品的喷洒工艺及喷洒量，有效降低道路扬尘量。（2）通过该项目的实施，改善道路粉尘污染状况，创造良好的环境效益。
　　6 方案设计
　　6.1 实验准备阶段
　　试验路段平整压实后，路面洒水一次，以提高路面湿度减少原有路面张力。然后配制不同浓度的抑尘剂溶液在选定的道路上喷洒后即可正常行车，同步记录试验当天的气象条件、过车数量、路面扬尘浓度和持续达标时间。通过比较不同浓度比的抑尘剂效果，最终确定最优配比量进行日常使用。
　　6.2 项目实施阶段
　　第一次：当天天气晴，气温28℃，风速2级，湿度18%，使用抑尘剂3桶（275L/桶）、水70升配制成浓度为1.23的抑尘剂溶液进行喷洒，煤岩运输路面的抑尘效果可持续3.0h。
　　第二次：当天天气晴，气温30℃，风速2级，湿度19%，使用抑尘剂6（275L/桶）、水70升配制成濃度为1.12的抑尘剂溶液进行喷洒，煤岩运输路面的抑尘效果可持续6.0h。
　　第三次：当天天气晴，气温30℃，风速2级，湿度18%，使用抑尘剂5桶（275L/桶）、水70升配制成浓度为1.14的抑尘剂溶液进行喷洒，煤岩运输路面的抑尘效果可持续将近5.0h。
　　第四次：当天天气晴，气温31℃，风速2级，湿度19%，使用抑尘剂4桶（275L/桶）、水70升配制成浓度为1.18的抑尘剂溶液进行喷洒，煤岩运输路面的抑尘效果可持续4.0h。
　　7 试验效果
　　图3 抑尘剂喷洒前的煤岩运输路面
　　图4 抑尘剂喷洒后的煤岩运输路面
　　非重载路面喷洒抑尘剂的抑尘效果十分明显，每天洒一次，路面保湿时间延长一倍以上，即使路面干燥的情况下后，也仅产生很少量粉尘，不会发生粉尘超标的问题，短期内可不洒水、不刮路。
　　煤岩运输的重载路面喷洒抑尘剂后，抑尘效果也相当明显。通过现场测试，煤炭运输车辆行驶过程中产生的粉尘浓度为3.247～3.494mg/m3，完全满足作业场所粉尘浓度标准（4mg/m3）和煤炭行业污染物排放标准（GB20426-2006）中规定的无组织颗粒物排放标准（监测点与参照点浓度差<1.0mg/m3）。因此，露天煤矿运煤道路喷洒抑尘剂，除了良好的抑尘效果，还能减少洒水量及洒水、刮路的工作量。
　　另外，经过对主干道抑尘剂的喷洒量、抑尘持续时间及成本投入等多方面的对比分析，得出了抑尘剂使用的最佳配比方案，详见表2。
　　8 结论与建议
　　8.1 结论
　　8.1.1 环境效益
　　（1）与单纯的洒水降尘相比，具有投资少，见效快，运营成本低的特点，且有较大的灵活性。从本次试验可以看出，采用道路抑尘剂可达到道路抑尘的目标。
　　（2）非重载路面连续喷洒抑尘剂，可以持续抑制路面粉尘，且经济性好。
　　（3）主干重载路面，可根据路面车流量及路段长度，合理配比抑尘剂浓度进行喷洒，能够有效降低路面粉尘。
　　8.1.2 社会效益
　　（1）主干道路喷洒抑尘剂，有效减少了露天煤矿作业粉尘向周边环境的扩散，使矿区空气质量得到良好的改善，在保障职工的身心健康、打造当地蓝天白云的大气环境目标意义重大。
　　（2）提高主干道路行车和人员安全。喷洒抑尘后，路面粉尘浓度有效降低，行车和人员视野更加宽阔。同时减少了洒水车辆的路面行驶与维护，也一定程度上降低了行车和人员安全隐患。
　　（3）减少矿区水资源和燃用油的消耗量，具有节约资源、降本增效的作用。
　　8.2 建议
　　（1）采用抑尘剂对非重载路面粉尘进行治理，能够实现不洒水、不刮路的目标，可在露天煤矿相类似的作业环境推广试验成果。
　　（2）对主干煤岩运输重载道路，在使用抑尘剂降低道路粉尘的基础上，再结合洒水抑尘，可以使抑尘效果更长效。
　　收稿日期：2020-05-03
　　作者简介：张辛忻（1970-），女，大学本科，学士学位，高级工程师，研究方向为环境保护管理。在露天煤矿、电力、铁路运输、化工等行业的环境管理体系建设与污染治理方面有25年的工作经验。
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