礦區(qū)堆煤場不同煤塵抑制措施對(duì)比研究

盧斯琦，趙廷寧，辛智鳴，段瑞兵，肖輝杰①

(1.北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院/ 水土保持與荒漠化防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083；2.中國林業(yè)科學(xué)研究院沙漠林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心，內(nèi)蒙古 磴口 015200；3.內(nèi)蒙古磴口荒漠生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站，內(nèi)蒙古 磴口 015200)

礦區(qū)露天堆煤場在外界條件影響下擴(kuò)散的煤塵已成為大氣污染顆粒物的重要組成部分，其無組織排放還未能得到較好的治理，由此帶來了嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題[1-2]。噴淋灑水作為普遍應(yīng)用的抑塵措施，由于抑塵周期短，對(duì)水資源的需求量較大，在干旱地區(qū)的適用性不強(qiáng)；而抑塵網(wǎng)和抑塵劑作為更有效的抑塵措施，正廣泛應(yīng)用于礦區(qū)堆煤場煤塵抑制工程實(shí)踐中[3-4]。

抑塵網(wǎng)分為立式和覆蓋式兩種。PARK等[5]通過風(fēng)洞試驗(yàn)研究了立式抑塵網(wǎng)對(duì)料堆的遮蔽效應(yīng)，研究發(fā)現(xiàn)孔隙度為30%～40%時(shí)抑制作用最強(qiáng)。DONG等[6]通過風(fēng)洞試驗(yàn)研究了不同來流風(fēng)速、不同孔隙度條件下網(wǎng)后的氣流結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)最佳孔隙度為20%或30%。何澤慧[7]通過風(fēng)洞試驗(yàn)和數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn)立式抑塵網(wǎng)高度為堆垛高度1.1～1.5倍范圍時(shí)其抑塵效果最佳。LEE等[8]研究發(fā)現(xiàn)，在孔隙度和網(wǎng)高一定的情況下，改變立式抑塵網(wǎng)與料堆之間的距離后抑塵效果無顯著差異。朱振肖等[9]通過實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)采用覆蓋式抑塵網(wǎng)后抑塵效果較為顯著。

目前，對(duì)于松散堆體采用抑塵劑的研究也在進(jìn)一步深入。隨著研制技術(shù)的成熟和自身性能的優(yōu)勢，復(fù)合型抑塵劑正逐漸成為主要使用的抑塵劑類型。杜翠鳳等[10]研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)礦山采場路面噴灑YCH抑塵劑，抑塵效率最高可達(dá)98.4%；劉生玉等[11]通過對(duì)煤散料抑塵劑的應(yīng)用研究發(fā)現(xiàn)，該抑塵劑的抑塵效率最高可達(dá)85%以上；謝振華等[12]研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)露天礦山運(yùn)輸路面噴灑抑塵劑的抑塵效率為60%～70%；常婷[13]通過對(duì)露天儲(chǔ)煤場的應(yīng)用研究發(fā)現(xiàn)，抑塵劑抑塵效率比灑水高46%。

雖然抑塵網(wǎng)和抑塵劑正廣泛應(yīng)用于堆煤場的煤塵抑制，但是通常由于實(shí)施方案不完善，導(dǎo)致其應(yīng)用未能達(dá)到最高利用率，而且目前將抑塵劑和抑塵網(wǎng)的煤塵抑制效果進(jìn)行對(duì)比的相關(guān)研究尚鮮見。因此，筆者采用風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)M礦區(qū)堆煤場，人為控制風(fēng)洞內(nèi)的各項(xiàng)指標(biāo)，以求達(dá)到運(yùn)動(dòng)相似、動(dòng)力相似、幾何相似和邊界層相似的目的[14]。通過測量起動(dòng)風(fēng)速、起塵量和粉塵濃度，選出抑塵效果最優(yōu)的方法[15-18]，對(duì)優(yōu)化堆煤場煤塵抑制方案有一定指導(dǎo)意義，并為保障礦區(qū)及其周邊的生態(tài)環(huán)境安全提供可靠的科學(xué)依據(jù)。

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)烏海市(39.15°～39.54° N，106.36°～107.08° E)，東鄰鄂爾多斯高原，西接阿拉善草原，南連銀川平原，北臨河套平原。南北長69 km，東西寬42 km，全市總面積約為2 350 km2。烏海年平均氣溫為9.8 ℃，年平均降水量為157.9 mm，年蒸發(fā)量多年平均高達(dá)3 249.0 mm[19-20]。烏海市礦區(qū)及其周邊的塵源主要有煤塵、風(fēng)化的煤矸石顆粒、粉煤灰、黃土、道路遺散顆粒等，其中，堆煤場煤塵是主要擴(kuò)散源。選取烏海市天宇煤礦堆煤場作為研究對(duì)象，該堆煤場目前仍處于堆放、裝卸、搬運(yùn)作業(yè)過程中，且隨著開采區(qū)域的不同，堆煤場位置也會(huì)發(fā)生變化。堆煤場煤堆直徑約為8 m，高約為5 m，呈圓錐形。

1.2 研究方法

1.2.1抑塵材料

選取可移動(dòng)性較強(qiáng)、具有阻燃作用和耐老化作用的柔性PE抑塵網(wǎng)，抑塵網(wǎng)布設(shè)方式為立式和覆蓋式，抑塵網(wǎng)層數(shù)設(shè)計(jì)為單層和雙層，單層孔隙度為45%，雙層孔隙度為30%。采用的抑塵劑為任丘市鵬宇化工有限公司生產(chǎn)的煤塵抑制復(fù)合型抑塵劑，名稱分別為專用型(CR)抑塵劑、經(jīng)濟(jì)型(MC)抑塵劑和環(huán)保型(YH)抑塵劑，分別按照10、30和50 g·L-1濃度配制。

1.2.2煤堆模型

試驗(yàn)材料按礦區(qū)當(dāng)?shù)孛憾讯逊判问皆诔叽鐬?00 cm(長)×90 cm(寬)的鋼制盤中堆成煤堆模型，實(shí)物模型比約為10∶1，煤堆模型底面直徑為80 cm，高為50 cm，將其作為對(duì)照。試驗(yàn)布設(shè)見圖1。之后采用相同的鋼制盤分別布設(shè)抑塵網(wǎng)和噴灑抑塵劑。單層和雙層抑塵網(wǎng)采用完全覆蓋和將60 cm高(比煤堆模型高1.2倍)的抑塵網(wǎng)按“一”字形豎直固定在與風(fēng)源垂直方向的方式布設(shè)。將配制好的抑塵劑溶液均勻地噴灑在煤堆模型表面(抑塵劑溶液使用劑量為1 kg·m-2)，在環(huán)境氣溫條件下靜置24 h，確保試驗(yàn)樣品完全風(fēng)干。同時(shí)記錄抑塵劑表干和實(shí)干時(shí)間，待樣品完全風(fēng)干后，用鋼尺測定其固化厚度。為保證測量精度，所有樣品數(shù)量均設(shè)3個(gè)重復(fù)樣，測量結(jié)果取3次平均值。

圖1 試驗(yàn)布設(shè)

1.2.3風(fēng)洞模擬試驗(yàn)

試驗(yàn)設(shè)備為中國林業(yè)科學(xué)院沙漠中心的野外環(huán)境風(fēng)洞，風(fēng)洞由入口段、動(dòng)力段、導(dǎo)流段、整流段、過渡段和試驗(yàn)段等組成，斷面為2 m×2 m，試驗(yàn)段總長度為20 m，設(shè)計(jì)最大風(fēng)速為14 m·s-1，風(fēng)速連續(xù)可調(diào)，采用皮托管測量風(fēng)洞內(nèi)風(fēng)速[21]。采用DT1000電子天平測量起塵量，其量程為(1 000±0.01) g；采用DUSTMATE環(huán)境粉塵檢測儀檢測粉塵濃度；采用激光粒度分析儀(Microtrac S3500，美國)測量煤塵顆粒的粒徑級(jí)配；采用鋼尺測定抑塵劑固化厚度。

由于風(fēng)洞設(shè)備寬度有限，抑塵網(wǎng)和抑塵劑試驗(yàn)不能同時(shí)進(jìn)行，因此試驗(yàn)設(shè)置在相同的風(fēng)洞條件下，先后進(jìn)行抑塵網(wǎng)和抑塵劑試驗(yàn)。(1)起動(dòng)風(fēng)速的測量：首先將試驗(yàn)樣品分別放入風(fēng)洞試驗(yàn)段(距風(fēng)源10 m處)，然后在試驗(yàn)樣品前側(cè)放置粉塵檢測棒，從3 m·s-1開始逐漸將風(fēng)速調(diào)大，同時(shí)用單筒望遠(yuǎn)鏡隔著風(fēng)洞玻璃觀察粉塵檢測棒情況。當(dāng)看到粉塵檢測棒上粘有煤塵時(shí)認(rèn)為該風(fēng)速為起動(dòng)風(fēng)速，此時(shí)記下風(fēng)速儀上顯示的風(fēng)速(在正常的風(fēng)速波動(dòng)范圍內(nèi)記錄10組數(shù)據(jù)，求其平均值)。(2)起塵量和粉塵濃度的測量：將試驗(yàn)樣品稱重，記錄其質(zhì)量后放入風(fēng)洞試驗(yàn)段，之后打開風(fēng)機(jī)將風(fēng)速分別調(diào)至6、8、10和12 m·s-1，每個(gè)設(shè)計(jì)風(fēng)速條件下吹蝕20 min，吹蝕結(jié)束后，取出樣品再次稱重并記錄質(zhì)量，計(jì)算出稱重前后的質(zhì)量差；在每個(gè)設(shè)計(jì)風(fēng)速吹蝕的同時(shí)將粉塵檢測儀放在實(shí)驗(yàn)樣品下風(fēng)向1 m處，測量10 min內(nèi)平均粉塵濃度。(3)風(fēng)速流場的測定：通過移動(dòng)皮托管的高度和位置，測定布設(shè)單層立式抑塵網(wǎng)、雙層立式抑塵網(wǎng)后，網(wǎng)前、網(wǎng)后距離1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0倍煤堆高度，高1.0、2.0、3.0倍煤堆高度的風(fēng)速流場。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用MS-Excel 2010和SPSS 23.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)起動(dòng)風(fēng)速、起塵量、粉塵濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析(one-way ANOVA)，采用Auto CAD 2007繪制試驗(yàn)布設(shè)圖，采用Origin 9.0繪制起動(dòng)風(fēng)速圖，采用Surfer 16.0繪制風(fēng)速流場等值線圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)材料的物理性質(zhì)

2.1.1煤塵顆粒的粒徑級(jí)配及含水量

試驗(yàn)前使用烘箱將試驗(yàn)樣品置于105 ℃條件下烘干至恒重，通過計(jì)算失水樣品質(zhì)量與烘干樣品質(zhì)量的比值測得其含水量w為2.67%。使用激光粒度分析儀測得煤塵顆粒粒徑級(jí)配如下：黏粒(0～2 μm)含量w為3.89%，粉粒(>2～50 μm)含量w為31.70%，砂粒(>50～2 000 μm)含量w為64.41%。

2.1.2抑塵劑的基本表征性能

由抑塵劑的基本表征性能測定結(jié)果(表1)可知，固化時(shí)間最短的是YH5%抑塵劑，表干時(shí)間為2.0 h，實(shí)干時(shí)間為3.5 h，比固化時(shí)間最長的CR1%抑塵劑均快1.0 h。同一種抑塵劑在不同濃度條件下的固化時(shí)間無顯著差異(P>0.05)。固化厚度最大和最小的分別為YH5%抑塵劑和CR1%抑塵劑(表1)，其固化厚度分別為4.0和1.4 cm。

表1 抑塵劑基本表征性能

2.2 不同抑塵措施的抑塵效果

2.2.1不同布設(shè)方式抑塵網(wǎng)的抑塵效果

對(duì)照起動(dòng)風(fēng)速為4.19 m·s-1，布設(shè)抑塵網(wǎng)后煤塵起動(dòng)風(fēng)速較對(duì)照均有所提高(圖2)，其中，布設(shè)雙層覆蓋抑塵網(wǎng)后煤塵起動(dòng)風(fēng)速提高最顯著，為6.13 m·s-1，與雙層立式、單層覆蓋和單層立式相比分別提高7%、21%和32%，比對(duì)照提高46.3%。

直方柱上方英文小寫字母不同表示不同抑塵網(wǎng)布設(shè)方式處理間起動(dòng)風(fēng)速差異顯著(P<0.05)。

布設(shè)雙層覆蓋抑塵網(wǎng)后煤塵起塵量均顯著小于布設(shè)雙層立式、單層覆蓋和單層立式抑塵網(wǎng)(表2)，在6、8、10和12 m·s-1條件下煤塵起塵量與對(duì)照相比分別減小96%、79%、83%和72%，且6 m·s-1條件下煤塵起塵量接近于0，這主要與該布設(shè)方式下煤塵起動(dòng)風(fēng)速為6 m·s-1有關(guān)。

布設(shè)雙層覆蓋抑塵網(wǎng)后粉塵濃度(TSP)均顯著小于布設(shè)雙層立式、單層覆蓋和單層立式抑塵網(wǎng)(表2)，在6、8、10和12 m·s-1條件下TSP比對(duì)照分別減小79%、77%、73%和64%。在6 m·s-1條件下抑塵網(wǎng)的4種布設(shè)方式間TSP差異不大，在8、10和12 m·s-1條件下TSP差異逐漸開始顯著，尤其是在12 m·s-1條件下布設(shè)雙層覆蓋抑塵網(wǎng)后的TSP減小至1 500 μg·m-3以下，與其他幾種布設(shè)方式間差異顯著(P<0.005)。

表2 抑塵網(wǎng)對(duì)煤塵的抑制效果

2.2.2不同配比濃度抑塵劑的抑塵效果

噴灑YH5%抑塵劑后煤塵起動(dòng)風(fēng)速最高(圖3)，為7.37 m·s-1，比對(duì)照提高約75%。對(duì)比同一濃度條件下CR、MC和YH抑塵劑對(duì)煤塵起動(dòng)風(fēng)速的影響效果發(fā)現(xiàn)，噴灑YH抑塵劑后煤塵起動(dòng)風(fēng)速最大，比CR抑塵劑提高約30%，比MC抑塵劑提高約20%。對(duì)比不同濃度條件下同一抑塵劑對(duì)煤塵起動(dòng)風(fēng)速的影響效果發(fā)現(xiàn)，噴灑濃度為50 g·L-1的抑塵劑后煤塵起動(dòng)風(fēng)速最高，但與濃度為30 g·L-1的抑塵劑相比無顯著差異(P>0.05)。

直方柱上方英文小寫字母不同表示不同抑塵劑種類和濃度處理間起動(dòng)風(fēng)速差異顯著(P<0.05)。

噴灑YH抑塵劑后煤塵起動(dòng)風(fēng)速均遠(yuǎn)超6 m·s-1，該風(fēng)速條件下沒有起塵量，在8、10和12 m·s-1條件下，噴灑不同濃度YH抑塵劑后煤塵起塵量都顯著小于CR抑塵劑和MC抑塵劑(表3)。對(duì)比不同濃度條件下同一抑塵劑對(duì)煤塵起塵量的影響效果發(fā)現(xiàn)，濃度為30和50 g·L-1條件下煤塵起塵量均顯著小于濃度為10 g·L-1條件下，而當(dāng)抑塵劑濃度從30 g·L-1增加到50 g·L-1時(shí)，煤塵起塵量無顯著差異(P>0.05)。

噴灑不同濃度YH抑塵劑后，TSP均減小到1 600 μg·m-3以下(表3)，顯著小于CR抑塵劑和MC抑塵劑。對(duì)比不同濃度條件下同一抑塵劑對(duì)TSP的影響效果發(fā)現(xiàn)，與濃度為30和50 g·L-1的抑塵劑相比，濃度為10 g·L-1的抑塵劑處理TSP平均高5%，但是濃度為30和50 g·L-1的抑塵劑對(duì)TSP的影響效果差異并不顯著(P>0.05)。由此再次驗(yàn)證當(dāng)抑塵劑濃度為30 g·L-1時(shí)，其抑塵效果達(dá)到最優(yōu)，這一結(jié)果與起動(dòng)風(fēng)速、起塵量保持一致。

2.3 不同抑塵措施的抑塵效果對(duì)比

在各類抑塵劑中，抑塵效果最優(yōu)且與其他2種有顯著差異的是YH抑塵劑，但YH3%抑塵劑和YH5%抑塵劑的抑塵效果無顯著差別，因此從經(jīng)濟(jì)性角度考慮，認(rèn)為YH3%抑塵劑的抑塵效果最優(yōu)。在各類抑塵網(wǎng)中，抑塵效果最優(yōu)的是雙層覆蓋抑塵網(wǎng)。噴灑YH3%抑塵劑后，煤塵起動(dòng)風(fēng)速可達(dá)7.18 m·s-1，在最大設(shè)計(jì)風(fēng)速條件下，煤塵起塵量與對(duì)照相比降低67%，粉塵濃度與對(duì)照相比降低62%；布設(shè)雙層覆蓋抑塵網(wǎng)后，煤塵起動(dòng)風(fēng)速為6.13 m·s-1，在最大設(shè)計(jì)風(fēng)速條件下，煤塵起塵量比對(duì)照降低72%，粉塵濃度比對(duì)照降低64%。

表3 抑塵劑對(duì)煤塵的抑制效果

3 討論

3.1 抑塵網(wǎng)的抑塵機(jī)理與抑塵效果的相關(guān)性

抑塵機(jī)理的不同是導(dǎo)致抑塵效果產(chǎn)生差異的重要原因[22]。研究認(rèn)為，孔隙度對(duì)抑塵網(wǎng)的抑塵效果影響最顯著[22]。根據(jù)宋旗躍等[23]的研究，抑塵網(wǎng)孔隙度為30%～40%時(shí)，抑塵效率最高。通過研究布設(shè)單層立式抑塵網(wǎng)、雙層立式抑塵網(wǎng)后網(wǎng)附近風(fēng)速流場(8 m·s-1)發(fā)現(xiàn)(圖4～5)，來流風(fēng)受到立式抑塵網(wǎng)的阻擋被迫從網(wǎng)上方繞流，因此在抑塵網(wǎng)上方出現(xiàn)高風(fēng)速區(qū)。然而，在剪切力作用下，由于受到湍流強(qiáng)度的影響，有一部分來流風(fēng)在受到網(wǎng)的阻擋后通過了網(wǎng)孔并形成滲透流，不得不降速，在立式抑塵網(wǎng)近地面處與網(wǎng)高位置(高度為0.6 m)、網(wǎng)后2.0倍(距離為1.2 m)水平距離處之間形成一個(gè)存在渦旋回流的低風(fēng)速區(qū)，因此風(fēng)速達(dá)到最低[23]。

圖4 單層立式抑塵網(wǎng)的風(fēng)速流場Fig.4 Wind speed flow field of single-layer vertical dust suppression net

圖5 雙層立式抑塵網(wǎng)的風(fēng)速流場

受孔隙度的影響，雙層立式抑塵網(wǎng)后最低風(fēng)速顯著小于單層立式抑塵網(wǎng)后最低風(fēng)速，這是由于來流風(fēng)在孔隙度為30%條件下比45%條件下更難通過網(wǎng)孔，因此網(wǎng)后最低風(fēng)速更低[24]。布設(shè)雙層立式抑塵網(wǎng)后煤塵起動(dòng)風(fēng)速顯著大于布設(shè)單層立式抑塵網(wǎng)后煤塵起動(dòng)風(fēng)速，且前者對(duì)于煤塵起塵量和粉塵濃度的抑塵效率也顯著高于后者，這表明孔隙度不同對(duì)起動(dòng)風(fēng)速、起塵量和粉塵濃度產(chǎn)生一定影響，孔隙度為30%時(shí)，抑塵效果更優(yōu)。

立式抑塵網(wǎng)是通過影響塵源處的風(fēng)流場，減小風(fēng)速并改變來風(fēng)方向流場的紊流度起到抑塵作用[22]；而覆蓋式抑塵網(wǎng)的抑塵機(jī)理是讓塵源物質(zhì)與空氣無法完全直接接觸，來流風(fēng)較難影響塵源物質(zhì)的起動(dòng)和擴(kuò)散，由此起到抑塵作用[25]，尤其是在大風(fēng)速條件下，覆蓋式抑塵網(wǎng)能很好地阻礙較大顆粒煤塵起動(dòng)和懸浮。對(duì)比4種布設(shè)方式抑塵網(wǎng)對(duì)起動(dòng)風(fēng)速的影響效果發(fā)現(xiàn)，與覆蓋式抑塵網(wǎng)相比，孔隙度為30%的雙層抑塵網(wǎng)對(duì)煤塵的起動(dòng)風(fēng)速、起塵量和粉塵濃度的影響程度更大；然而，隨著設(shè)計(jì)風(fēng)速的增大，4種抑塵網(wǎng)的煤塵起塵量和粉塵濃度的差別呈減小趨勢，這可能是由于風(fēng)速增大，抑塵網(wǎng)的防護(hù)效益減弱，抑塵效率逐漸降低，原本抑塵效率更高的抑塵網(wǎng)受到較大影響，因此4種抑塵網(wǎng)的抑塵效率差別呈減小趨勢。

雙層覆蓋抑塵網(wǎng)抑塵效果最優(yōu)，一方面是由于孔隙度為30%的雙層抑塵網(wǎng)抑塵效果優(yōu)于孔隙度為45%的單層抑塵網(wǎng)，另一方面是由于覆蓋比立式布設(shè)方式更能抑制煤塵的起動(dòng)和擴(kuò)散。雙層覆蓋抑塵網(wǎng)對(duì)煤塵起塵量和粉塵濃度的抑塵效率最高能達(dá)到85%，與美國、日本的抑塵網(wǎng)[24]以及國內(nèi)開發(fā)的DFQ擋風(fēng)抑塵網(wǎng)[26]、雙層抑塵網(wǎng)[27]和苫布苫蓋[25]相比已經(jīng)能達(dá)到較好的抑塵效果。

3.2 抑塵劑的抑塵機(jī)理與抑塵效果的相關(guān)性

抑塵劑的抑塵效果主要受固化厚度、固化時(shí)間等基礎(chǔ)表征性能的影響[13]。根據(jù)蘇義華等[28]的研究，抑塵劑固化厚度超過1 cm時(shí)就能起到抑塵作用，但是固化厚度大的抑塵劑耐風(fēng)蝕性更好；劉生玉等[11]研究發(fā)現(xiàn)，固化時(shí)間越短，抑塵劑起作用越快，抑塵效果就越好。筆者研究發(fā)現(xiàn)，固化厚度并不完全隨抑塵劑濃度增加而不斷增大，這可能是由于抑塵劑濃度到達(dá)一定值時(shí)，濃度增加，黏度也隨之增加，導(dǎo)致抑塵劑在煤堆表層不易滲透，下滲量小，很難形成一定厚度和強(qiáng)度的固化層。同樣，固化時(shí)間也不隨抑塵劑濃度增加而縮短，甚至基本與濃度的增加無明顯關(guān)系。筆者對(duì)于抑塵劑的研究結(jié)果與蘇義華等[28]、劉生玉等[11]的研究結(jié)果較相似，與CR、MC抑塵劑相比，固化時(shí)間最短、固化厚度最大的YH抑塵劑抑塵效果最好。固化時(shí)間短，說明YH抑塵劑的吸水性較強(qiáng)，煤堆含水量提高，因此，煤塵顆粒不易起動(dòng)[29]。對(duì)比3種濃度YH抑塵劑對(duì)煤塵的抑制效果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)濃度由10 g·L-1增加至30 g·L-1時(shí)，煤塵起動(dòng)風(fēng)速逐漸增大，起塵量和粉塵濃度逐漸降低，說明結(jié)殼層抗風(fēng)蝕能力逐漸增強(qiáng)。這是由于抑塵劑濃度的增大導(dǎo)致其對(duì)煤塵的黏著能力隨之增強(qiáng)，煤塵顆粒緊密粘黏變成粒徑更大的顆粒，隨著粒徑的增大，最后形成的具一定厚度的固化層越發(fā)堅(jiān)硬，在一定風(fēng)速條件下不易受外界擾動(dòng)影響。但是當(dāng)濃度從30 g·L-1增加至50 g·L-1時(shí)，抑塵效果并沒有顯著增強(qiáng)，這可能是由于在抑塵劑濃度達(dá)到一定水平后，固化厚度不再隨濃度增加而增大，因此這兩個(gè)濃度條件下的抑塵效果無顯著差異。

由不同抑塵劑對(duì)起動(dòng)風(fēng)速、起塵量和粉塵濃度的影響效果以及經(jīng)濟(jì)性可知，YH3%抑塵劑抑塵效果最優(yōu)。筆者研究中，YH3%抑塵劑在6、8和10 m·s-1風(fēng)速條件下對(duì)起塵量和粉塵濃度的抑塵效率可達(dá)到75%以上，在最大設(shè)計(jì)風(fēng)速為12 m·s-1時(shí)對(duì)起塵量和粉塵濃度的抑塵效率能達(dá)到65%，此研究結(jié)果與常婷[13]、謝振華等[12]的研究有一定差異。抑塵劑的抑塵效率產(chǎn)生差異的主要原因是抑塵劑類型或組成成分不同[30]。YH抑塵劑是環(huán)保復(fù)合型抑塵劑，與潤濕型抑塵劑相比，YH抑塵劑持水吸濕性能更好，能夠有效減緩煤堆表面水分的快速蒸發(fā)，延長抑塵期[31]；與粘結(jié)型抑塵劑相比，YH抑塵劑組成成分中不含無機(jī)鹽，無腐蝕性，可生物降解，不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生二次污染[32]；YH抑塵劑吸水性弱于凝聚型抑塵劑，能夠減少水資源的使用，更具環(huán)保性[31]。

3.3 不同煤塵抑制措施對(duì)抑塵效果的影響差異

噴灑YH3%抑塵劑后煤塵起動(dòng)風(fēng)速顯著大于雙層覆蓋抑塵網(wǎng)(P<0.05)，這是由于達(dá)到一定風(fēng)速時(shí)，布設(shè)雙層覆蓋抑塵網(wǎng)的煤堆模型表面的煤塵顆粒中占比35.6%的黏粒和粉粒被吹動(dòng)[5]；而噴灑YH3%抑塵劑的煤堆模型表面由于固化形成一定厚度結(jié)殼層，煤塵顆粒被固化，短時(shí)間內(nèi)吹蝕很難對(duì)結(jié)殼層造成破壞[31]，因此起動(dòng)風(fēng)速較大。但在8、10和12 m·s-1風(fēng)速條件下，布設(shè)雙層覆蓋抑塵網(wǎng)后煤塵起塵量和粉塵濃度都小于YH3%抑塵劑，這可能是由于布設(shè)雙層覆蓋抑塵網(wǎng)的煤堆模型與外界空氣之間有抑塵網(wǎng)阻擋，影響煤塵顆粒的擴(kuò)散；而噴灑抑塵劑的煤堆模型表面固化的結(jié)殼層在長時(shí)間吹蝕下表層被吹起，裸露出來的煤塵顆粒較容易起動(dòng)和擴(kuò)散[11]。

4 結(jié)論

通過風(fēng)洞試驗(yàn)對(duì)4種布設(shè)方式的柔性PE抑塵網(wǎng)以及3種配比濃度的CR、MC和YH抑塵劑的抑塵效果(起動(dòng)風(fēng)速、起塵量和粉塵濃度)進(jìn)行對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，在各類抑塵網(wǎng)中，雙層覆蓋抑塵網(wǎng)的抑塵效果最優(yōu)，它對(duì)煤塵起塵量和粉塵濃度影響最顯著，并且隨著風(fēng)速的增加，差異越來越明顯；在各類抑塵劑中，YH3%抑塵劑的抑塵效果最優(yōu)，它對(duì)起動(dòng)風(fēng)速的影響最顯著。筆者研究結(jié)果可為后期烏海市礦區(qū)堆煤場煤塵抑制實(shí)施方案的制定提供一定參考。由于上述2種措施對(duì)抑制堆煤場煤塵均能起到良好效果，未來可以考慮將雙層覆蓋抑塵網(wǎng)和YH3%抑塵劑這2種措施結(jié)合應(yīng)用于堆煤場煤塵抑制。