化学抑尘剂对露天煤矿道路粉尘治理的应用研究.pdf

▲ HUANJINGYUFAZHAN 67 污染与防治 化学抑尘剂对露天煤矿道路粉尘治理的应用研究 张辛忻 1，王立杰2 （1. 神华准能集团公司环境保护部，内蒙古 准格尔旗 010300；2. 中国矿业大学（北京校区），北京 100083） 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2095-672X202006-0067-02 DOI10.16647/15-1369/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 AbstractIn 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。但目前主要的降尘措施是配备洒水车 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。 图 1 抑尘水滴湍流示意图 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。 环境与发展 68 HUANJINGYUFAZHAN ▲ WURANYUFANGZHI 图 2 抑尘原理示意图 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 3035m）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升配制成浓度为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 3.2473.494mg/ 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。 表 1 主干路面抑尘剂试验效果统计表 序号 抑尘剂数量 （桶） 浓度 （药水） 煤岩重载路面持续时间 （小时） 非重载路面持续时间 （小时） 13（123）324 24（118）424 35（114）524 46（112）624 图 5 抑尘剂持续时间效果图 （下转第 70 页） 环境与发展 70 HUANJINGYUFAZHAN ▲ WURANYUFANGZHI 而且这对大气环境的影响较小。 如果可以科学有效地利用各种清洁能源， 不仅减少了传统能源的使用，而且解决了大气污染问题，还可以保持地 球生态平衡 [3]。 3.3 使用多样化的方法来监控环境 由于中国社会经济的一部分都来源于重工业，因此我们的许多产品 都必须依靠重工业的开发团队。但是，随着近年来中国经济的发展，人 们越来越意识到重工业的生产方式可以给中国带来经济利益，但也会在 一定程度上污染中国的大气环境。根据实际调查数据，区域越发达，空 气质量越差，尤其是在中国的某些发达城市。这通常会导致造成严重污 染，而且这些地区经常发生沙尘暴和其他恶劣天气情况。这些气候的出 现会对人们的日常生活产生重大影响。因此，如果要保持空气清洁并为 人们创造安全的生活环境，则应在此阶段分析环境工程中的大气污染问 题，并找到高效的治理方法，努力为人们尽快提供新鲜和环保的生活环 境。实际分析发现，中国许多城市的污染主要是由于排放了大量对环境 有害的气体。 因此， 可以说造成大气污染的有害物质具有多样性的特征。 分析表明，不同地区的大气污染类型和大气污染物类型存在一定差异。 为了更快地识别这些物质的类型和实际效果，此时有必要根据当地实际 情况执行相应的操作。 使用国内外先进的大气监测设备来监测大气环境， 以严格监测大气污染物，并尽快找到处理各种类型污染物的有效方法。 当前的研究发现，大气中常见的污染物包括二氧化硫、氮氧化物、细颗 粒物等不同类型的污染物，只有找到相应的处理方法，才能有效地处理 大气污染，以便为人们提供良好的生活环境 [4]。 3.4 建立和完善大气污染控制预警系统 由于大气环境的可持续性非常有限，因此虽然我国城市化的范围已 大大扩展，但仍然还存在着许多未解决的环境问题。无论是为了经济发 展还是日常生活，都会燃烧大量的能源物质。因此，可以看出，在能源 燃烧过程中不可避免地产生了大气污染，且很容易使污染物逐渐扩散到 大气中，进而导致大气环境逐渐被污染。为了防止和有效地控制日常生 活，或者在旅途中面对如此严重的气候变化，我国有关部门必须建立与 实际情况符合的大气污染控制预警系统。我们需要加强预警和紧急污染 系统的建设。 当日常生活中出现恶劣的天气条件时， 尤其是当遇到酸雨、 沙尘、雾霾和其他恶劣天气条件时，我们必须采取适当的措施来防止污 染，以便首先降低对人们出行的影响，并且我们必须严格预防和控制环 境污染。发布应急预案提醒公众采取各种预防大气污染的措施，积极宣 传预防大气污染的重要性，鼓励人们共同努力，预防和控制大气污染， 这样就可以大大减少大气污染造成的损害 [5]。 4 结束语 传统的经济生产活动以牺牲环境为代价， 因此无法适应时代的发展， 从而使得目前中国的大气环境受到严重污染。因此，相关员工应努力寻 找科学且高效的解决方案，以及时有效地保护大气环境。 参考文献 [1] 买帅 , 马丽娜 . 浅析我国环境工程中大气污染的危害与治理方 案 [J]. 城市建设理论研究 电子版 ,201805156. [2] 蒋正海 , 蒋经纬 . 关于环境工程中大气污染处理的研究 [J]. 环境与发展 ,2017,29038588. [3] 孙景明 . 市政环境工程中的大气污染及治理措施分析 [J]. 民 营科技 ,201704226. [4] 黄飞 , 张子健 . 关于环境工程中大气污染处理的研究 [J]. 建 材与装饰 ,201636132-133. [5] 刘欣 . 对环境工程中大气污染处理的探讨 [J]. 科技与创 新 ,201606129. 收稿日期2020-05-03 作者简介左芳萍（1982-），女，硕士学历，中级工程师，研究 方向为环境工程。 （上接第 68 页） 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。 表 2 抑尘剂使用的经济性对比表 浓度 药 水 使用量 （桶） 抑尘效果 / 18km 抑尘效果 / 12km 抑尘效果 / 30km 成本费 （万元 / 年） 1239100 70 3h 5 辆 881782.00 11812100 80 4h 5 辆 922376.00 11415100 90 5h 5 辆 962970.00 11218100 95 6h 5 辆 983564.00 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。