露天煤礦一級破碎站煤塵控制技術(shù)

丁志杰

（大地工程開發(fā)（集團(tuán)）有限公司，北京100102）

一級破碎站一般由受料倉、給料裝置和破碎機(jī)、排料裝置、配電控制、卸車車檔和鋼結(jié)構(gòu)組成。通常為滿足卡車卸料要求，受料倉容量一般為同時(shí)卸料卡車總?cè)萘康?.2～1.3 倍，采用敞開式露天布置。傳統(tǒng)的除塵方式多為在破碎站周邊設(shè)置15～20 m 高的防風(fēng)抑塵網(wǎng)或者擋風(fēng)墻。防風(fēng)抑塵網(wǎng)或者擋風(fēng)墻可有效減少破碎站外圍風(fēng)力的影響，但無法有效消除煤塵的外溢，對于擋風(fēng)墻內(nèi)的煤塵抑制更是少有效力。以大南湖煤礦一級破碎站為例，對現(xiàn)有的防塵效果進(jìn)行監(jiān)測評價(jià)，深入分析一級破碎站煤塵產(chǎn)生機(jī)理和煤塵超限的主要原因，提出行之有效的露天煤礦一級破碎站煤塵控制技術(shù)[1]。

1 礦山概況

大南湖煤礦位于新疆哈密市西南80 km 處，生產(chǎn)規(guī)模為10.0 Mt/a，采煤工藝為單斗-卡車-一級破碎站-帶式輸送機(jī)半連續(xù)開采工藝。一級破碎站位于采掘場北部地表的自然溝塹內(nèi)，由有2 座生產(chǎn)能力為1 600 t/h 的一級破碎站共同承擔(dān)采掘場內(nèi)自卸卡車來煤的一級破碎任務(wù)，入料粒度為1 200 mm，出料粒度為300 mm，采用半移動(dòng)式結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)移設(shè)周期為每6～8 年移設(shè)1 次，每座受料斗容量為150 t，可滿足1 臺載重100 t 級自卸卡車卸料或者2臺載重60 t 非公路卡車同時(shí)卸料。

在自卸卡車向一級破碎站卸煤過程中，會產(chǎn)生大量煤塵，煤塵顆粒直徑約為5～10 μm[2-5]，通過監(jiān)測，在沒有任何除塵設(shè)施的情況下，距離1 號破碎站受料斗最近的2 層平臺的總粉塵濃度和呼吸性粉塵濃度分別為510～820 mg/m3和13～18 mg/m3，分別超過國家規(guī)定的職業(yè)接觸限值高達(dá)127.5 倍和5.2 倍。距受料斗位置20 m 的1 號破碎站卸載平臺，其總粉塵濃度和呼吸性粉塵濃度分別為305～710 mg/m3和7～15 mg/m3，仍遠(yuǎn)超過國家規(guī)定的職業(yè)接觸限值。煤塵具有很強(qiáng)的吸附力，非常容易吸附氮氧化物、一氧化碳等有毒有害氣體，并且部分煤塵顆粒還會長時(shí)間懸浮于空氣中，對周邊生產(chǎn)環(huán)境及作業(yè)人員健康造成嚴(yán)重影響。

2 破碎站煤塵控制現(xiàn)狀

2．1 現(xiàn)有煤塵控制設(shè)施

目前，大南湖煤礦參考類似礦山一級破碎站濕式除塵方式，在一級破碎站增設(shè)了自動(dòng)噴霧灑水裝置，該裝置由水箱、增壓泵、供水管路、灑水噴頭及自動(dòng)控制系統(tǒng)構(gòu)成。在受料斗上部架設(shè)鋼結(jié)構(gòu)支架，布設(shè)自動(dòng)噴霧灑水噴頭，按照噴霧灑水面積全部覆蓋受料斗計(jì)算，每座破碎站受料斗分上下2 層，共敷設(shè)31 個(gè)自動(dòng)噴霧噴頭，噴水量130 L/min。

2．2 現(xiàn)有破碎站煤塵控制效果

大南湖二礦一級破碎站初始煤塵濃度見表1。

表1 大南湖二礦一級破碎站初始煤塵濃度

從表1 可知，在采用噴霧灑水降塵設(shè)施之后，距離1 號破碎站受料斗最近的2 層平臺的平均總粉塵濃度和呼吸性粉塵濃度分別為17.32 mg/m3和7.14 mg/m3，分別超過國家規(guī)定的職業(yè)接觸限值高達(dá)4.33倍和4.70 倍，其次為距受料斗位置20 m 的1 號破碎站卸載平臺，其平均總粉塵濃度和呼吸性粉塵濃度分別為11.74 mg/m3和5.06 mg/m3，分別超過國家規(guī)定的職業(yè)接觸限值高達(dá)1.79 倍和2.02 倍。因?yàn)槠扑檎究刂剖覟榉忾]的工作空間，且配備先進(jìn)的空氣過濾裝置，粉塵濃度低于職業(yè)接觸限值。

從現(xiàn)有破碎站除塵設(shè)施的煤塵控制效果看，粉塵濃度仍高于職業(yè)接觸限值。并且?guī)砹巳缦聠栴}：①噴霧灑水降塵設(shè)施耗水量較大；②導(dǎo)致原煤含水率提高約0.7%～1.0%，降低了原煤發(fā)熱量；③該灑水降塵裝置受氣候影響較大，在天氣寒冷時(shí)須停用，不能滿足連續(xù)生產(chǎn)需要。

3 煤塵產(chǎn)生機(jī)理及煤塵超限原因

1）破碎站受料斗煤塵的產(chǎn)生機(jī)理。破碎站是煤炭由自卸卡車運(yùn)輸向帶式輸送機(jī)運(yùn)輸轉(zhuǎn)換的中轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)，自卸卡車將煤卸至一級破碎站受料斗。受料斗的煤通過刮板輸送機(jī)運(yùn)至雙齒輥破碎機(jī)，將煤破碎至300 mm 以下裝載到帶式輸送機(jī)從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸方式的轉(zhuǎn)換。當(dāng)自卸卡車車廂的煤卸至破碎站受料斗后產(chǎn)出大量的煤塵（距車廂下沿高差約6.5 m），其產(chǎn)塵機(jī)理是含塵物料與空氣相互作用，空氣被卷入物料流中，物料流逐漸擴(kuò)散，相互的作用使細(xì)煤塵發(fā)生飛揚(yáng)、逸散[3-5]。具體表現(xiàn)為：①在空氣的迎面阻力下引起剪切作用，使降落的煤粉懸浮起來，產(chǎn)生剪切煤塵；②原煤在空氣中下落運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生大量誘導(dǎo)風(fēng)流，誘導(dǎo)風(fēng)流又會吸卷一部分煤塵隨風(fēng)流一起高速運(yùn)動(dòng)，這樣產(chǎn)生了誘導(dǎo)煤塵，其中誘導(dǎo)氣流是煤塵產(chǎn)生的主導(dǎo)因素，誘導(dǎo)氣流與原煤的落料高度、質(zhì)量及卸落速度成正比關(guān)系[6]；③煤炭的推動(dòng)作用使空氣壓入受料斗或板式給礦機(jī)中，空氣受到的擠壓力而向外跑出帶動(dòng)煤塵噴出或外溢，煤塵逸散量的大小與受料斗的原煤特性、原煤落料高度的影響。

2）現(xiàn)有一級破碎站除塵效果差的原因分析。根據(jù)原煤卸載作業(yè)過程和煤塵產(chǎn)生機(jī)理分析，現(xiàn)有一級破碎站除塵設(shè)施煤塵超限的原因如下：①該煤塵控制方式本質(zhì)為濕式除塵方式，缺點(diǎn)為捕集微細(xì)粉塵效率低，噴出的水霧顆?？臻g填充占比低，無法充滿整個(gè)空間，且水霧顆粒在沉降時(shí)容易蒸發(fā)，不適用于到破碎站等開放環(huán)境中[2]；②在卡車卸料時(shí)雖然自動(dòng)噴水形成抑塵水界面，但原煤卸至受料斗時(shí)產(chǎn)生的巨大風(fēng)能將煤塵帶至水界面以上形成煤塵；③原煤由卡車卸至破碎站受料斗的過程中受車卡車廂升舉時(shí)間影響，在此持續(xù)卸料過程中需要50 ～60 s，無法控制原煤在下落過程在噴水面以上產(chǎn)生的煤塵，從而使在整個(gè)卸料過程中對煤塵的抑制效果差。

4 破碎站煤塵控制技術(shù)

通常的煤塵控制技術(shù)有2 大類：①從煤塵的治理角度出發(fā)的物理除塵方式，物理除塵方式按照除塵器工作原理，可分為干式除塵器、濕式除塵器、電除塵器等；②從煤塵的產(chǎn)生機(jī)理出發(fā)的煤塵抑制措施，包括噴霧灑水抑塵、密封抑塵、化學(xué)抑塵等[7]。

鑒于在一級破碎站采用物理除塵方式工藝復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)破碎站定期移設(shè)的要求，化學(xué)抑塵劑的成本高昂，大規(guī)模適應(yīng)影響露天煤礦的生產(chǎn)效益，現(xiàn)有的噴霧灑水抑塵難以達(dá)到預(yù)期效果。為保證露天煤礦原煤生產(chǎn)效率，原煤從自卸卡車卸載至一級破碎站的卸載時(shí)間、落料高度、物料特性基本一致的，無法從工藝環(huán)節(jié)降低煤塵的產(chǎn)生。因此根據(jù)一級破碎站煤塵產(chǎn)生機(jī)理，結(jié)合破碎站布置形式，發(fā)現(xiàn)通過限制煤塵的擴(kuò)散才是控制煤塵的關(guān)鍵，進(jìn)而提出對一級破碎站受料斗采用密閉的方式，抑制卡車卸料時(shí)煤塵的逸散，具體為在破碎站受料斗上方加設(shè)密閉防塵罩棚，輔助采用干霧抑塵技術(shù)，以達(dá)到煤塵控制的目的。

4．1 設(shè)置密閉防塵罩棚

基于破碎站煤塵產(chǎn)生機(jī)理，提出在破碎站加設(shè)密閉防塵罩棚，密閉防塵罩棚需滿足以下要求：①需滿足自卸卡車車廂舉升的高度要求，并要求舉升后的車廂內(nèi)物料不得超出密閉罩棚以外；②密閉罩棚采用整體設(shè)計(jì)，與一級破碎站受料倉采用軟連接并封閉，保證自卸卡車卸料時(shí)受料斗振動(dòng)不會對防塵罩棚防塵罩棚產(chǎn)生影響，并不會使煤塵外溢。

為滿足上述要求，防塵罩棚采用鋼結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)，屋面與圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用厚度不小于0.8 mm 的彩色壓型鋼板，圍護(hù)結(jié)構(gòu)與卸料斗上沿采用軟膠皮密封，卡車卸料側(cè)懸掛多層強(qiáng)力膠皮擋簾，強(qiáng)力膠皮擋簾按自卸卡車車廂舉升尺寸由外向內(nèi)依次加長，分層錯(cuò)落布置，減少煤塵的溢出，一級破碎站密閉式防塵罩棚示意圖如圖1。

圖1 一級破碎站密閉式防塵罩棚示意圖

在增加防塵罩棚后，對于卡車卸料側(cè)，雖然采用多層（3~5 層）錯(cuò)落布置強(qiáng)力膠皮擋簾遮擋，但仍不能完全封閉煤塵向卸載平臺方向的外溢。為完全控制煤塵的逸散，在防塵罩棚卡車卸料側(cè)采用干霧抑塵技術(shù)輔助降塵，已達(dá)到更好的煤塵控制效果。

4．2 輔助利用干霧抑塵技術(shù)

干霧抑塵技術(shù)是目前國內(nèi)最為先進(jìn)的除塵技術(shù)之一，其原理利用干霧噴霧器產(chǎn)生10 μm 以下的微細(xì)水霧顆粒，水霧顆粒與粉塵顆粒相互黏結(jié)逐漸變大增重，從而降落[2]。一級破碎站設(shè)置防塵罩棚的基礎(chǔ)上，輔助增設(shè)干霧抑塵系統(tǒng)，干霧抑塵系統(tǒng)由干霧主機(jī)、空壓機(jī)、儲氣罐、水箱、增壓泵、噴頭及控制系統(tǒng)組成，干霧抑塵噴頭布置在防塵罩棚內(nèi)上部及卸車門口處，每座破碎站布置50 個(gè)，總用水量為12 L/min，總耗氣量10 m3/min，霧長2.5～3 m。在破碎站防塵罩棚卡車卸料側(cè)采用干霧抑塵系統(tǒng)，可有效降低強(qiáng)力膠皮擋簾側(cè)的煤塵起塵量，實(shí)現(xiàn)降低煤塵濃度的目的。

4．3 抑塵特點(diǎn)及控制效果

該技術(shù)首先采用半密閉防塵罩棚對卡車卸料過程產(chǎn)生的煤塵進(jìn)行了完全封閉，防止其擴(kuò)散，對于卸料側(cè)首先采用多層錯(cuò)落布置的強(qiáng)力膠皮擋簾對飛散粉塵進(jìn)行阻擋，多層膠皮幕簾可以逐漸消耗風(fēng)能對煤塵的影響，使煤塵落入受料斗[8]。輔助抑塵干霧系統(tǒng)對自卸卡車整個(gè)車廂舉升卸料過程進(jìn)行了封閉，從煤塵產(chǎn)生機(jī)理上將煤塵抑制在防塵罩棚內(nèi)，從而使露天煤礦一級破碎站總粉塵和呼吸性粉塵均能起到有效的抑制作用。

檢測點(diǎn)的布置按照GBZ 159—2004 工作場所空氣中有害物質(zhì)監(jiān)測的采樣規(guī)范、《煤礦作業(yè)場所職業(yè)病危害防治規(guī)定》（國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局令第73 號）的有關(guān)要求進(jìn)行測定，樣品采樣點(diǎn)選擇有代表性的、空氣中有害物質(zhì)濃度最高的工作地點(diǎn)，在空氣中有害物質(zhì)濃度最高的時(shí)段進(jìn)行采樣。分別按照GBZ/T1 92.1—2007 濾膜稱量法對總粉塵濃度和GBZ/T1 92.2—2007 濾膜稱量法對呼吸性粉塵濃度進(jìn)行測定。一級破碎站煤塵濃度測試見表2。

表2 一級破碎站煤塵濃度測試表

由表2 可知，一級破碎站加設(shè)半密閉防塵罩棚并輔助干霧抑塵除塵技術(shù)后，極大降低了破碎站煤塵濃度，煤塵總粉塵濃度降低至2.92～3.53 mg/m3，總粉塵濃度降低了59.10 %～79.62 %，呼吸性粉塵濃度降低至1.32～2.35 mg/m3，呼吸性粉塵濃度降低了73.90 %～79.98 %，低于GBZ 2.1—2007 和GBZ 2.2—2007 規(guī)定的煤塵濃度限值煤塵控制效果明顯。

5 結(jié) 論

1）根據(jù)露天煤礦一級破碎站結(jié)構(gòu)形式、自卸卡車卸煤程序分析得出破碎站煤塵產(chǎn)生機(jī)理分別為空氣剪切力產(chǎn)生煤塵、誘導(dǎo)空氣產(chǎn)生煤塵和沖擊擠壓力產(chǎn)生煤塵。

2）對于現(xiàn)有的自動(dòng)噴霧灑水除塵技術(shù)的除塵效果進(jìn)行監(jiān)測，其平均總粉塵濃度和呼吸性粉塵濃度分別為11.74 ～17.32 mg/m3和5.06 ～7.14 mg/m3，超過國家規(guī)定的職業(yè)接觸限值。

3）根據(jù)破碎站煤塵產(chǎn)生機(jī)理提出了在一級破碎站采用半密閉防塵罩棚，輔助以干霧抑塵的煤塵控制技術(shù)，可以有效的控制破碎站煤塵產(chǎn)生量，煤塵控制效果明顯。