鐵路煤炭運輸抑塵高質(zhì)量發(fā)展策略研究

楊 旭

(中國國家鐵路集團有限公司 貨運部，北京 100844)

鐵路運輸作為國家綜合交通運輸體系的骨干力量，是我國煤炭運輸?shù)闹饕绞健Ｃ禾恳猿ㄜ囘\輸為主，在運輸過程中由于震動、風(fēng)力等原因，煤炭表面會產(chǎn)生揚塵、遺灑。未采用抑塵技術(shù)前，煤炭在鐵路運輸過程中的損耗十分巨大，平均產(chǎn)生1.2%的沿途損失，曾造成鐵路沿線的嚴(yán)重污染和煤炭資源的浪費。為解決日益凸顯的煤炭揚塵污染問題，原鐵道部組織研發(fā)并推廣使用了煤炭運輸抑塵技術(shù)，經(jīng)過不斷優(yōu)化和總結(jié)實踐，有效控制了煤炭揚塵問題，但隨著國家環(huán)保要求的不斷提高，需進(jìn)一步提升煤炭運輸抑塵質(zhì)量，滿足鐵路綠色運輸發(fā)展要求。

1 鐵路煤炭運輸抑塵發(fā)展概況

1.1 研發(fā)與試驗階段

除個別國家采用封閉式煤炭運輸車輛外，敞車裝運煤炭抑制煤炭運輸過程表面揚塵，沒有成熟的、大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用的經(jīng)驗可以借鑒，因此需要開展相關(guān)研究。2004—2006 年，原鐵道部開展煤炭運輸抑塵立項研究，經(jīng)過自主創(chuàng)新，至2007 年基本完成抑塵劑和抑塵噴灑設(shè)備研發(fā)，抑塵基本原理是抑塵劑溶液在煤表面均勻滲透，將煤炭大小顆粒粘接在一起，形成一定厚度、強度和韌性的固化層，下方煤炭由于固化層的覆蓋得到保護(hù)，從而有效防范煤炭運輸過程揚塵[1-2]。通過在大秦鐵路組織列車動態(tài)試驗進(jìn)行抑塵效果實測，結(jié)果表明，運煤列車沿線揚塵削減率在95.1%~99.6%，隧道中揚塵削減率在93.8%~97.8%，達(dá)到了抑塵防治效果[2]。

1.2 應(yīng)用與推廣階段

2009 年全國鐵路運輸安全工作會議提出“推廣應(yīng)用煤炭運輸抑塵技術(shù)，2010 年底前經(jīng)過六大提速干線的煤炭要實現(xiàn)100%抑塵”，煤炭抑塵進(jìn)入應(yīng)用與推廣階段。

2009 年，原鐵道部制定頒布了鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鐵路煤炭運輸抑塵技術(shù)條件第1 部分：抑塵劑》(TB/T3210.1-2009)和《鐵路煤炭運輸抑塵技術(shù)條件第2 部分：噴灑裝置及方法》(TB/T3210.2-2009)，以及《鐵路煤炭運輸抑塵作業(yè)技術(shù)條件》(鐵運函[2009]818 號)，明確了抑塵劑技術(shù)指標(biāo)及測定方法、噴灑裝置標(biāo)準(zhǔn)及試驗方法、抑塵劑噴灑量、抑塵列車運行速度、噴灑后煤炭固化層厚度等規(guī)定。

抑塵作業(yè)站點全面開展建設(shè)，至2010年11月底，全國鐵路建設(shè)437 個抑塵站點，基本實現(xiàn)了經(jīng)六大干線運輸?shù)拿禾咳采w抑塵。此后，各鐵路局不斷完善抑塵設(shè)施[3]，至2017 年7 月底，全路建成622 個抑塵站點，基本實現(xiàn)鐵路運輸煤炭抑塵全面覆蓋。

1.3 質(zhì)量提升階段

隨著國家環(huán)保要求不斷提高，煤炭運輸揚塵污染防治成為鐵路貫徹黨中央、國務(wù)院打好污染防治攻堅戰(zhàn)特別是打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)的重要舉措，2018 年原中國鐵路總公司制定了《鐵路煤炭運輸抑塵管理辦法》(鐵總貨[2018]169 號)，進(jìn)一步明確各管理層級職責(zé)分工、抑塵設(shè)施設(shè)備維護(hù)管理、抑塵作業(yè)流程標(biāo)準(zhǔn)、抑塵達(dá)標(biāo)要求等，建立健全煤炭運輸抑塵管理體系。

2018 年以來，深入開展煤炭運輸抑塵達(dá)標(biāo)和專項整治活動，從抑塵管理、設(shè)施設(shè)備、抑塵劑配制、抑塵劑噴灑、作業(yè)人員素質(zhì)和作業(yè)環(huán)境6 個方面全面整治，并在煤炭裝車抑塵的貨車標(biāo)注已抑塵電子標(biāo)記，實現(xiàn)了煤炭運輸抑塵100%全覆蓋，抑塵作業(yè)質(zhì)量全面提升。

國家鐵路局組織對《鐵路煤炭運輸抑塵技術(shù)條件第1 部分：抑塵劑》(TB/T3210.1-2009)進(jìn)行修訂，新標(biāo)準(zhǔn)《鐵路煤炭運輸抑塵技術(shù)條件第1 部分：抑塵劑》(TB/T3210.1-2020)于2020年7月1 日起實施，增加了抑塵劑產(chǎn)品分類、抑塵劑溶液穩(wěn)定性技術(shù)要求及Ⅱ型抑塵劑風(fēng)蝕率檢測方法等[4]。

2 抑塵質(zhì)量提升面臨的主要問題

鐵路煤炭運輸抑塵已成為推進(jìn)鐵路綠色發(fā)展的一項基礎(chǔ)工作，需要持續(xù)保持高質(zhì)量發(fā)展，由于歷史發(fā)展與技術(shù)限制等原因，仍存在一些問題需要解決。

2.1 抑塵作業(yè)點選址位置影響抑塵效果

固定式抑塵設(shè)備根據(jù)實際安設(shè)位置不同，分為緊鄰裝車點抑塵、遠(yuǎn)離裝車點抑塵2 種情況；移動式抑塵設(shè)備為可上路運行的噴灑車，由于每臺移動噴灑車抑塵液罐容積有限，只適用于裝車量不大的裝車點。因此，抑塵作業(yè)包括3 種方式：A 緊鄰裝車點固定式抑塵、B 遠(yuǎn)離裝車點固定式抑塵、C 移動式抑塵。不同抑塵作業(yè)點選址示意圖如圖1所示。

由于歷史原因，為了盡快提高抑塵噴灑覆蓋率，部分固定抑塵作業(yè)點沒有緊鄰裝車點，而是設(shè)在聯(lián)絡(luò)線(指貨物線與車站之間線路，參見圖1 中的B 位置)，個別設(shè)在車站到發(fā)線、牽出線，甚至設(shè)在區(qū)間，抑塵時車輛通過速度約15~30 km/h(緊鄰裝卸點抑塵時車輛通過速度低于5 km/h)，每車需在幾秒內(nèi)完成約70 L抑塵劑溶液噴灑，并完成過鉤擋停噴，充分做到每車均勻噴灑、全覆蓋噴灑有一定難度；有的抑塵作業(yè)點距離裝車點達(dá)到5~7 km，該區(qū)段內(nèi)煤炭車輛沒有抑塵，也存在揚塵污染問題。從實際效果看，抑塵效果與抑塵車輛運行速度緊密相關(guān)，緊鄰裝車點抑塵效果較好；遠(yuǎn)離裝車點抑塵時，對抑塵效果有一定影響。

圖1 不同抑塵作業(yè)點選址示意圖Fig.1 Different site selection for dust suppression operation

2.2 煤炭超出敞車端側(cè)墻高度裝載影響抑塵效果

目前煤炭裝車包括筒倉、裝載機2 種裝車方式。筒倉裝載煤炭表面會起脊，裝載機裝車煤炭表面為平整狀態(tài)；部分裝車點煤炭密度低，為達(dá)到車輛標(biāo)重，經(jīng)重載鐵路、貨運專線運輸時允許超出敞車端側(cè)墻高度(以下簡稱“車幫”)裝載(客貨混跑線路不允許超車幫裝載)，存在不超車幫裝載、超車幫裝載2 種情況。因此，煤炭裝載狀態(tài)包括4 種：平整不超車幫、起脊不超車幫、平整超車幫、起脊超車幫。煤炭裝載狀態(tài)示意圖如圖2所示。

圖2 煤炭裝載狀態(tài)示意圖Fig.2 Coal loading state

同等抑塵噴灑作業(yè)條件下，以上4 種裝載狀態(tài)抑塵效果依次遞減。主要原因是雖經(jīng)抑塵形成10 mm以上固化層，但由于超車幫煤層相對松散，列車運行中煤炭沉降，煤炭固化層產(chǎn)生裂紋，超出車幫裝載煤層無車輛側(cè)壁阻擋氣流，特別是起脊超車幫裝載時迎風(fēng)面更大，遇強氣流時迎風(fēng)面煤炭易被風(fēng)蝕。

2.3 抑塵設(shè)備配置影響抑塵效果

固定式噴灑設(shè)備主要包括龍門式、擺臂式、對噴式、側(cè)噴式4 種形式，抑塵噴灑設(shè)備工程示例如圖3所示。從實際效果看，龍門式噴灑設(shè)備效果最好，龍門式安設(shè)在非電氣化區(qū)段，且在裝車后能夠立即抑塵作業(yè)的位置，車列運行速度較低，噴灑穩(wěn)定均勻，安全性高，操作簡單，不影響機車車輛正常運行；擺臂式噴灑設(shè)備可適用于電氣化區(qū)段，車列運行速度不高，噴口高度離煤層較近，噴灑均勻，但作業(yè)時需擺臂，侵入機車車輛限界，存在行車安全隱患，同時車列的第1、第2 輛車有可能漏噴，噴灑效果次之；對噴式、側(cè)噴式適用于電氣化區(qū)段，雖無行車安全隱患，但鉤擋停噴控制難度較大，車輛兩端可能噴灑不到或噴灑量不足，噴灑均勻性不如龍門式和擺臂式，一般對噴式效果好于側(cè)噴式?？傮w而言，具備安設(shè)條件時，龍門式噴灑設(shè)備為最優(yōu)選擇。

圖3 抑塵噴灑設(shè)備工程示例Fig.3 Project example of spraying equipment for dust suppression

2.4 抑塵設(shè)備狀態(tài)不良影響抑塵效果

抑塵設(shè)備老化，養(yǎng)護(hù)維修不到位、不及時，可能影響抑塵的質(zhì)量[5-6]。

（1）鉤擋停噴不準(zhǔn)確。噴灑設(shè)備老化，鉤擋停噴裝置與車速不匹配，過早停噴或晚啟動，車輛兩端沒有噴灑或噴灑量不足。

（2）抑塵劑堵塞設(shè)備。抑塵劑有一定黏度，需要定期組織對設(shè)備全面清洗，清洗不及時或不徹底時，抑塵劑可能堵塞設(shè)備，特別是噴嘴發(fā)生堵塞后易導(dǎo)致噴灑不均勻。

（3）流量計測流不準(zhǔn)確。流量計需定期組織鑒定和校驗，否則易發(fā)生流量記錄錯誤，如將抑塵液回流量也計量到噴灑量中，導(dǎo)致抑塵劑溶液噴灑量不足，影響抑塵質(zhì)量。

（4）個別設(shè)備故障缺陷，造成噴灑遺漏。

2.5 抑塵質(zhì)量監(jiān)控不完善影響抑塵效果

抑塵質(zhì)量受抑塵劑選用、抑塵劑溶液配制、抑塵劑溶液存儲、抑塵噴灑作業(yè)4 個環(huán)節(jié)影響，為保證各環(huán)節(jié)嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，采用了各種監(jiān)控方法，但仍然存在監(jiān)控不完善的問題。

（1）抑塵劑選用監(jiān)控。抑塵作業(yè)點必須選用經(jīng)具有國家資質(zhì)認(rèn)定(CMA)、實驗室認(rèn)可(CNAS)等資質(zhì)的專業(yè)機構(gòu)檢驗合格后的抑塵劑，為保證抑塵劑為合格產(chǎn)品，同時防止抑塵劑廠家提供給現(xiàn)場使用產(chǎn)品質(zhì)量低于取得資質(zhì)時的試驗室送檢產(chǎn)品，中國國家鐵路集團有限公司(以下簡稱“國鐵集團”)將抑塵劑納入鐵路產(chǎn)品質(zhì)量抽查項目，定期組織現(xiàn)場抽查，采集樣品進(jìn)行試驗，確認(rèn)現(xiàn)場使用抑塵劑是否為檢驗合格抑塵劑，對不符合標(biāo)準(zhǔn)的抑塵劑廠家進(jìn)行通報整改。雖然取得一定的效果，但抽查成本高、檢測次數(shù)與范圍有限，難以做到全面監(jiān)控。

（2）抑塵劑溶液配制監(jiān)控。抑塵劑干料必須與水配比，充分?jǐn)嚢枞芙?，才能達(dá)到抑塵劑溶液配制標(biāo)準(zhǔn)，一般攪拌時間較長，在配制過程中，有可能投入抑塵劑干料時漏投、少投，導(dǎo)致溶液低于配比標(biāo)準(zhǔn)；有可能攪拌時間不足、攪拌不充分，部分干料未溶解，導(dǎo)致溶液低于配比標(biāo)準(zhǔn)。主要采用對配制抑塵劑溶液黏度值指標(biāo)校驗的方法，人工使用黏度計測試溶液黏度，判斷抑塵劑干粉是否充分溶解，并記錄留存；同時對抑塵劑溶液配制過程視頻進(jìn)行抽查，分析配制過程是否規(guī)范，監(jiān)控難度和判斷難度較大。

（3）抑塵劑溶液存儲監(jiān)控。抑塵劑溶液配置完成后，在存儲罐內(nèi)進(jìn)行存儲，抑塵作業(yè)時從存儲罐抽取溶液。部分抑塵作業(yè)點抑塵作業(yè)量不大，抑塵劑溶液存儲周期長，抑塵劑溶液在儲液罐中可能存在分層現(xiàn)象，抑塵劑下沉，上部抑塵劑濃度下降，無法滿足使用要求，部分抑塵作業(yè)點在儲液罐進(jìn)行改造增加了攪拌器，通過定時攪拌或人工攪拌，使罐內(nèi)抑塵劑溶液濃度保持一致。目前暫沒有可靠的技術(shù)手段判斷罐內(nèi)實際情況，主要采用抽查存儲較長的抑塵劑溶液噴灑前是否攪拌進(jìn)行監(jiān)控。

（4）抑塵噴灑作業(yè)監(jiān)控。存在抑塵操作人員未落實抑塵作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或設(shè)備狀態(tài)不良，導(dǎo)致漏噴、少噴、車輛兩端噴灑不到位等問題。主要采用抽查噴灑作業(yè)視頻的方式進(jìn)行監(jiān)控。

（5）到站抑塵質(zhì)量抽查。為加強抑塵質(zhì)量監(jiān)督，國鐵集團和各鐵路局集團公司定期組織煤炭運輸抑塵質(zhì)量到站抽查，主要采用人工抽檢的方式，相對于鐵路每天7 萬輛以上煤炭裝車，人工檢查存在覆蓋面小、車數(shù)少、效率低、成本高、自主裁量權(quán)大等問題，難以作為長效監(jiān)控措施。

3 煤炭運輸抑塵高質(zhì)量發(fā)展策略

3.1 推進(jìn)源頭裝車、抑塵一體化

（1）推進(jìn)設(shè)計一體化。由于歷史原因，煤炭抑塵作為新增作業(yè)，在抑塵作業(yè)點選址、抑塵設(shè)備配置方面，以盡快提高抑塵覆蓋率、節(jié)省投資成本為目標(biāo)，沒有與裝車方案一體式設(shè)計，導(dǎo)致出現(xiàn)煤炭超車幫裝載、抑塵點選址、抑塵設(shè)備配置等影響抑塵質(zhì)量的問題。為從根本上解決問題，需要推進(jìn)裝車、抑塵一體式設(shè)計，即煤炭裝車后，對超車幫裝載的煤炭安裝整形輥等設(shè)備進(jìn)行壓實，并緊鄰裝車點安設(shè)抑塵設(shè)備，優(yōu)先配置龍門式噴灑設(shè)備，實現(xiàn)煤炭車輛低速運行時均勻噴灑，保證高質(zhì)量抑塵。設(shè)計方式調(diào)整方案如圖4所示。

圖4 設(shè)計方式調(diào)整方案Fig.4 Design mode adjustment scheme

新建、改擴建煤炭裝車點時，抑塵作業(yè)點應(yīng)按一體式設(shè)計方案同步設(shè)計、同步施工、同步驗收。對既有抑塵作業(yè)點遠(yuǎn)離裝車點的情況，逐步按一體式設(shè)計方案調(diào)整改進(jìn)。

（2）推進(jìn)作業(yè)一體化。結(jié)合一體式設(shè)計，推進(jìn)裝車、壓實、抑塵一體化作業(yè)，將抑塵納入煤炭裝車基本環(huán)節(jié)，為落實《鐵路煤炭運輸抑塵管理辦法》關(guān)于抑塵工作“誰裝車、誰負(fù)責(zé)”[7]基本原則創(chuàng)造條件，解決鐵路主業(yè)代專用線企業(yè)抑塵問題，明確抑塵責(zé)任主體。

3.2 推進(jìn)抑塵質(zhì)量自動化監(jiān)控

對抑塵質(zhì)量的監(jiān)控體系，需要將各環(huán)節(jié)質(zhì)量監(jiān)控調(diào)整為抑塵最終結(jié)果監(jiān)控，并通過技術(shù)研發(fā)實現(xiàn)自動化抑塵質(zhì)量監(jiān)控。

（1）技術(shù)方案比選。根據(jù)噴灑抑塵劑溶液所形成的煤炭表層固化層特點，選擇理論可行或在其他領(lǐng)域應(yīng)用的視頻、聲、磁、光各項檢測技術(shù)，通過試驗驗證，綜合適用性、操作性、性價比，分析技術(shù)可行性，最終確定采用“高壓氣體激發(fā)+激光散射”檢測固化層風(fēng)蝕度技術(shù)方案。各項技術(shù)方案可行性分析如表1所示。

表1 各項技術(shù)方案可行性分析Tab.1 Feasibility analysis of various technical solutions

“高壓氣體激發(fā)+激光散射”檢測技術(shù)基本原理為：煤炭車輛運行一定距離(特別是經(jīng)過多個隧道、風(fēng)口后)，煤炭表面固化層可能被風(fēng)蝕；抑塵檢測設(shè)備激發(fā)壓縮空氣，對煤炭表面進(jìn)行風(fēng)蝕檢測，固化層脫落處將產(chǎn)生揚塵；通過激光散射技術(shù)，對揚塵量檢測分析，判斷固化層風(fēng)蝕面積及程度，從而確定煤炭表面固化層是否完好、抑塵質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)。

（2）技術(shù)應(yīng)用場景。①在貨檢站安設(shè)。抑塵質(zhì)量自動化檢測設(shè)備包括高壓氣體激發(fā)裝置(包括噴嘴、氣泵)和激光散射煤塵檢測裝置，在鐵路建筑限界外側(cè)安裝。抑塵質(zhì)量檢測設(shè)備安裝圖例如圖5 所示，可共用貨檢站視頻監(jiān)控系統(tǒng)電源、信道，并與超偏載檢測裝置的車號識別設(shè)備關(guān)聯(lián)，判斷抑塵質(zhì)量不良車輛后反饋具體車號。②在隧道出入口安設(shè)。由于列車進(jìn)、出隧道過程中，受隧道內(nèi)外壓差影響而產(chǎn)生活塞作用，會產(chǎn)生穩(wěn)定風(fēng)壓[8]，因此，在隧道出入口安設(shè)時，不需要安裝高壓氣體激發(fā)裝置，但需增加車輛識別設(shè)備以識別車號。抑塵質(zhì)量檢測設(shè)備經(jīng)試點應(yīng)用成熟后，在全路合理規(guī)劃布設(shè)抑塵質(zhì)量監(jiān)測點，逐步推廣應(yīng)用，形成煤炭運輸抑塵質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)抑塵質(zhì)量自動化、全覆蓋監(jiān)控。

圖5 抑塵質(zhì)量檢測設(shè)備安裝圖例Fig.5 Installation of testing equipment for dust suppression quality

3.3 建立抑塵問題溯源體系

依托煤炭運輸抑塵質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，建立抑塵問題溯源體系，形成閉環(huán)管理。抑塵自動檢測設(shè)備發(fā)現(xiàn)抑塵質(zhì)量問題車輛并預(yù)警后，立即根據(jù)報警車號啟動源頭追溯，從裝車及抑塵作業(yè)點煤炭裝載狀態(tài)、抑塵劑選用、抑塵劑溶液配制、抑塵劑溶液存儲、抑塵設(shè)備狀態(tài)、抑塵劑噴灑操作等方面追溯分析，排查問題，進(jìn)行整改，實現(xiàn)源頭抑塵質(zhì)量的持續(xù)提升。

4 結(jié)束語

鐵路煤炭運輸抑塵通過自主創(chuàng)新、實踐檢驗、探索發(fā)展，實現(xiàn)了抑塵全覆蓋和質(zhì)量的穩(wěn)步提升，在推進(jìn)鐵路綠色運輸發(fā)展、改善鐵路沿線環(huán)境、防止煤炭資源浪費等方面發(fā)揮了重要作用。隨著環(huán)保要求不斷提高，煤炭運輸抑塵需要同步保持高質(zhì)量發(fā)展，通過分析深層次問題，研究提出煤炭運輸抑塵發(fā)展策略，從根源上解決限制瓶頸，有利于構(gòu)建和完善抑塵技術(shù)體系和管理體系。