鐵路采石場除塵和降噪技術

郄錄朝 徐旸 余文穎 陳岳峰 曹平 申校 李錄壯

1.中國鐵道科學研究院集團有限公司鐵道建筑研究所，北京100081；2.中國鐵路上海局集團有限公司，上海200071；3.中國鐵路成都局集團有限公司，成都610082

我國鐵路運營里程已達15萬km，其中70%以上為有砟軌道結構。有砟軌道結構造價較低，易維修，運營速度250 km/h以下的客運、客貨混運和貨運線路多采用有砟軌道。有砟軌道結構中修和大修都要對道床進行清篩，需要補充道砟，因此我國鐵路每年道砟的需求量非常大。以前各路局都有自營的鐵路采石場，基本能夠滿足道砟用量。由于鐵路采石場生產中伴有粉塵、噪聲和其他廢物，對環(huán)境造成污染，在國家加大環(huán)保整治力度后，各級政府對露天采石場的管理愈加嚴格。2018年全國關閉道砟生產企業(yè)104家，影響了碎石道砟供應，導致道砟價格上漲，增加了新線建設和既有線運營成本。因此，在道砟開采和生產中應采取有效的技術措施，使環(huán)保指標符合國家和地方的要求，并積極推廣應用。

鐵路碎石道砟必須由開山塊石破碎而成［1］，按標準級配篩選，且碎石顆粒表面全部為破碎面，以保證形成穩(wěn)定的彈性道床結構。碎石道床在有砟軌道結構中承擔列車荷載和傳遞荷載，并起到持久保持軌道幾何狀態(tài)的作用［2］。生產碎石道砟一般有剝離、開采、破碎、篩分、運輸等工序。本文對碎石生產過程中粉塵、噪聲的來源、危害及排放特點進行分析，并提出相應的治理措施。

1 鐵路采石場粉塵和噪聲來源及危害

1.1 粉塵來源及危害

鐵路采石場是露天開采，作業(yè)中鉆孔、爆破、挖掘、剝離、運輸、破碎等工序都會產生粉塵，并無序排放。采石場生產能力按年產20萬t計，爆破工序粉塵產生量為4.5 t/年，破碎工序粉塵產生量為64.8 t/年，粉塵濃度為1 800 mg/m3［3］。粉塵中粒徑大于10μm的顆粒物能在自身重力作用下自然降落，但在沖擊波和風力作用下也能在空氣中漂浮較長時間；PM10和PM2.5能較長時間地在大氣中漂浮，不會在自身重力作用下自然降落，須通過降塵技術使其成團后，才能降至地面。

粉塵會增加生產設備的非正常磨損，縮短設備壽命，增加維護成本，而PM10和PM2.5直接進入人體，對健康危害極大，特別是鐵路采石場在露天作業(yè)環(huán)境下，PM10和PM2.5飄散距離較遠，影響周圍居民的生活和健康。因此，應根據粉塵的產生、粒徑大小和飄散特征研究相應的治理技術，在道砟生產各階段就地降塵，避免飄散。

1.2 采石場噪聲源及危害

采石場噪聲源為潛孔鉆機、空壓機、挖掘機、破碎機等設備產生的噪聲，噪聲值為84～95 dB［4］，見表1。

表1 采石場主要機械設備噪聲值

一般情況下，70 dB以上的噪聲會使人精神不集中，影響工作效率；若在80 dB以上噪聲環(huán)境中生活，造成耳聾者可達50%；噪聲超過85 dB會使人感到心煩意亂，易導致事故。

GB 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標準》［4］中規(guī)定3類聲環(huán)境功能區(qū)（指以工業(yè)生產、倉儲物流為主要功能，需要防止工業(yè)噪聲對周圍環(huán)境產生嚴重影響的區(qū)域）噪聲晝間不得超過65 dB，夜間不得超過55 dB。表2中機械設備產生的噪聲值超過限值，必須采取降噪措施。

2 粉塵治理措施

鐵路采石場道砟開采和生產中粉塵源多，露天作業(yè)面積大。剝離作業(yè)一般在山上高處，粉塵易飄散，有一定的治理難度。采石場區(qū)域粉塵排放標準采用GB 16297—1996《大氣污染物綜合排放標準》［5］中二級標準，見表2。

表2 廠區(qū)粉塵顆粒物二級排放標準

道砟生產主要階段粉塵治理措施分述如下。

1）開采階段

開采階段包括鉆孔、巖石爆破、二次破碎、塊石裝載、運輸礦石至破碎站等工序。該階段粉塵顆粒的粒徑較大、塵量較小、塵源點不固定，開采面在山頂，粉塵易飄散，治理以自然沉降為主。采用噴霧除塵機［6-7］（圖1）對空氣進行噴霧加濕，增加空氣濕度。水霧和粉塵結合后增大了粉塵的粒徑，加速粉塵沉降，抑制粉塵飄散。噴霧除塵機噴霧精準，位置可移動，高低可調節(jié)，射程遠，覆蓋面積大，降塵效果達95%～99%。

圖1 噴霧除塵機

2）生產加工階段

道砟生產加工是對運到受料倉的塊石進行破碎，按照顆粒級配要求篩分再混合。該階段受料倉破碎塊石塵源相對集中，可采取封閉除塵的方式治理。一級破碎（大塊石的破碎）受料倉可建成三面圍擋加頂的料棚，破碎及篩分生產車間也可全部建成封閉式廠房（圖2）。

圖2 封閉式廠房

顎式破碎機和液壓圓錐破碎機運轉過程中具有持續(xù)揚塵，粉塵顆粒粒徑小、隨機械振動無序排放的特點，可采用干式或濕式除塵方式。干式除塵可選用脈沖布袋除塵器［8］（圖3），含塵氣體由進風道進入灰斗，大顆粒粉塵直接落入灰斗底部，細顆粒被氣流吹入中、下箱體，粉塵黏附在濾袋外表面，過濾后的氣體通過上箱體排出。脈沖布袋除塵器為單元組合式除塵器，去除較細粉塵效果好，占地面積小，可把粉塵濃度控制在10 mg/m3以下，但投資費用高，耗電量大。濕式降塵可采用水噴霧系統（圖4），該系統具有定向排放、穩(wěn)定性強、成本低、除塵效果好的優(yōu)點，但耗水量大，北方冬季結冰會影響除塵效果。

圖3 脈沖布袋除塵器

圖4 水噴霧系統

3）成品裝卸階段

道砟成品一般采用皮帶和運輸車輸送。該階段給料、輸送和落料地點均不同，但作業(yè)地點都有粉塵產生。

道砟成品裝卸點粉塵治理可加裝低壓噴霧裝置［9］，加濕成品石料，減少落料產生的揚塵，見圖5。其參數見表3。工作原理是利用低壓霧化機組將水加壓到1.2～1.5 MPa，通過管路傳輸到所需位置（給料口、落料口或石料輸送皮帶沿途），再利用霧化噴嘴將水霧化成30～300μm微小霧粒，然后在空氣中擴散開，吸附空氣中彌漫開肉眼看不見的灰塵顆粒，然后降落。低壓噴霧裝置具有安裝方便、降塵效果好、作業(yè)時間長等優(yōu)點。

圖5 低壓噴霧裝置

表3 除塵設備的參數

在成品堆料場除加蓋廠房實行封閉式管理，還需加裝遠距離固定式噴霧除塵機和低壓噴霧裝置。固定式噴霧除塵機參數參見表3。該除塵機可對堆料場大范圍噴水霧，有效增加石料、空氣和地面的濕度，使揚塵在濕潤環(huán)境下更快成團、變重并沉降到地面。

道砟成品出廠有車輛運送和鐵路專用線運送兩種方式。對車輛運輸過程中產生的揚塵，在車輛出廠時加裝噴霧除塵機對車輛車身、輪胎和表層石料加濕，或噴灑速效抑塵劑以抑制車身所黏附揚塵和石料表層揚塵隨車身振動和風力作用擴散。鐵路專用線裝料倉也可加裝噴霧除塵機和低壓噴霧裝置除塵。

3 噪聲治理措施

鐵路采石場噪聲除了來自爆破，還來自鑿巖機、空壓機、破碎機等設備，噪聲來源相對集中，可以集中建設封閉廠房，在重點區(qū)域加裝消聲和吸聲設備。如在受料倉和裝料倉加蓋封閉消聲廠房，同時配套除塵措施。封閉結構采用輕鋼門式剛架結構，3 m高以下外墻采用混凝土，3 m高以上墻體為鋼板，內外墻及樓蓋格柵間填充玻璃棉，屋面采用保溫棉，如圖6所示。

圖6 封閉結構示意

設備選型時應采用低噪聲設備，對引風機設消聲器，排風機配置減震臺座。對于無法采取降噪措施的高噪聲工作環(huán)境，可給作業(yè)人員配備降噪或隔聲頭盔。

4 采石場粉塵和噪聲監(jiān)測

鐵路采石場應建立粉塵和噪聲的監(jiān)測制度，檢查環(huán)保設備的運轉情況，明確污染治理效果，監(jiān)測結果不達標應及時采取措施。

4.1 粉塵監(jiān)測

按照GB 12348—2008規(guī)定布置粉塵監(jiān)測點，見表4。每個月采樣1次，檢測結果未超過最高容許排放濃度為合格。如有超標，及時分析原因，提出整改措施。

表4 粉塵監(jiān)測點位置

4.2 噪聲監(jiān)測

鐵路采石場噪聲監(jiān)測主要是廠界環(huán)境噪聲排放監(jiān)測。在開采區(qū)和加工區(qū)分別設置監(jiān)測點，測點設在廠區(qū)外1.0 m，高度1.2 m以上，距反射面距離不小于1.0 m處。分晝間和夜間時段測試，每年監(jiān)測2次。爆破瞬時噪聲可選擇典型時間段進行，噪聲監(jiān)測應由具有專業(yè)資格的環(huán)境監(jiān)測機構實施。

5 結語

近年來，鐵路采石場對環(huán)保非常重視，但是污染治理是系統工程，投入較高。對于年產量20萬t的小型礦山企業(yè)來說，一次性環(huán)保投入較大，回報率低，部分采石場的關停也迫使企業(yè)在環(huán)保措施上加大了投入力度。實踐證明，通過綠色礦山建設可以達到環(huán)境友好和生態(tài)保護的要求，礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的改善能夠保護作業(yè)人員和周圍居民的健康，實現社會效益與經濟效益雙贏，特別是對于保證鐵路道砟的供應和鐵路安全運營意義重大。