豐山銅礦地下無軌設備廢氣污染的治理

黃旭東

(大冶有色金屬集團控股有限公司豐山銅礦， 湖北 陽新縣 435232)

1 豐山銅礦無軌柴油采礦設備及其廢氣排放的現狀

豐山銅礦現為井下開采，井下分南北緣兩個礦帶，現南緣以分段碎石膠結充填法為主，局部地段用無底柱分段崩落法回采，北緣采用點(條)柱式上向水平分層尾砂充填法回采。目前，北緣采用WJD- 1.5 m3電動鏟運機出礦，南緣使用1.5～2 m3柴油鏟運機出礦并輔助充填運料、中深孔鉆機搬運工作。豐山銅礦的地下柴油無軌采礦設備包括鏟運機，掘進臺車等共14臺。以前這些車輛運行時排出大量有毒有害氣體，嚴重污染了井下作業環境，危害礦山職工的健康。從2011年開始，礦山提高了對廢氣污染的認識，通過加強通風、引進設備技術和改造凈化裝置等措施，對廢氣排放進行控制，做到達標排放，有效凈化，合理通風，使地下作業環境大大改善。

2 加強廢氣的有效凈化

地下柴油無軌采礦設備運行時排出的廢氣主要是：碳氧化物、碳氫化合物、氮氧化物、硫的化合物、醛類和油煙等，其中一氧化碳(CO)、氮氧化物(主要為NO、NO2)、醛類(R-CHO，如甲醛、丙烯醛)和油煙四類成份含量高、毒性大，對人體危害很大。

由于柴油機排出的廢氣對人體危害大，我國各部委在《礦山安全法》基礎上，制定了相應的規程和規定。1993年2月，原中國有色金屬工業總公司根據有色金屬礦山的特點和實際，制訂了《地下柴油無軌設備安全管理規程》((93)中色企字第0073號，以下簡稱”規程”)。按照《規程》規定的地下柴油無軌采礦設備原始煙塵排放濃度限值分別為：CO<1000 ppm；NOx<800 ppm；煙度、新車3PSU(波許單位)、現用4PSU(波許單位)，當排放濃度超過規定時，必須采取一定的凈化措施。地下無軌設備的廢氣凈化就是讓柴油發動機排出的一氧化碳(CO)和氮氧化物(NOx)等氣體經過凈化器變成水(H2O)、二氧化碳(CO2)和硝酸(HNO3)，使柴油發動機排放的有毒有害氣體的濃度不超過安全規程的限值。

2.1 選擇優質燃油

因為燃料優劣與碳煙的生成有直接關系，優質的烷烴燃料比芳香烴燃料產生的碳煙低。選擇優質燃油是降低原始廢氣中有害物質濃度的必要手段。

2.2 加強設備的維護和修理

對于在用設備，必須嚴格按柴油機的維護保養規程進行定期維護和保養。發現問題要及時進行修理，確保柴油機處于良好的技術狀態。

為克服一般柴油機的局限性，柴油機制造商開發出了具有新型電子噴油控制裝置的系列柴油機，實現了噴油的自動控制，廢氣中各有害成分的濃度低，這種柴油機已開始在國內外地下采礦設備上得到廣泛的應用。2011年，我礦先后從山特維克礦山工程機械公司、中鋼集團衡陽重機有限公司采購了3臺2 m3柴油鏟運機，配備了德國道依茨(Detuz)公司生產的原裝低污染柴油機(BF6L914、BF4M1013EC)，從使用看，不但動力充足、性能優良，而且原始廢氣濃度也大大下降。

2.3 選用有效的凈化方法

柴油機廢氣機外凈化處理的方法有以下幾種：氧化催化法、水箱洗滌法、催化-水洗聯合法。

催化凈化法在目前的地下采礦設備上應用廣泛，水洗法效果很好，需要加強管理。目前我國地下無軌采礦設備廢氣凈化一般采用單一的催化氧化法或水洗法，不能對廢氣完全凈化。結合我礦的實際情況，采用催化-水洗聯合法(圖1)是實現廢氣達標排放的可行辦法。針對我礦地下無軌采礦設備只有配有催化凈化裝置的現狀，規定無論使用何種凈化法，都必須增加高效水箱再凈化。

豐山銅礦大部分柴油鏟運機是仿制和改造的，發動機是國產的，鏟運機出廠時沒有加裝凈化裝置或只有單一的催化凈化裝置，排氣的污染十分嚴重，是我礦廢氣治理的重點。根據這些設備的實際情況，選定管道、電瓶、風包的位置，選購催化凈化器，制作迷宮水洗箱，都采用了催化-水洗聯合凈化法改造方案。

圖1 催化-水洗聯合凈化裝置

3 加強作業區的通風

原有色金屬工業總公司《規程》中詳細地規定了地下柴油無軌采礦設備作業地點有毒有害氣體的允許濃度為：CO<50 ppm，NO<25 ppm，NO2<2.5 ppm，甲醛<50 ppm，丙烯醛<0.5 ppm。只有加強作業區的通風才能確保作業點的廢氣濃度達標。為此豐山銅礦采取了以下措施。

3.1 合理配置設備

豐山銅礦規定，在同一進風流作業區，同時作業的柴油無軌設備不得超過3臺，運輸巷道的風流方向應布置為與柴油無軌設備重車行駛方向相反，風速大于0.5 m/s。按照礦山的這個規定，每3 h進行一次檢測。通過強制執行，效果顯著。

3.2 對通風系統進行改造

2011年豐山銅礦對南風井風機進行了技術改造，將地表400 kW調速型液壓耦合風機改為2臺DK45-8-NO21高效風機，電機功率2×160 kW，安裝在南緣-200 m中段11線回風井處，采用變頻技術，并實現了遠程自動化控制。通過加強對各個作業地點的空氣成分的檢測和通風設施的風量、風速等實時監控，確保了通風系統高效和可靠運行。

另外，在可能的情況下，對串風井筒、巷道進行封堵和安裝風門，對風阻較大的通風道打直修平，風道盡量避免急彎和陡坎，以減少損失，改善通風效果。改造以前，1#主扇單獨工作時，其流量只有41.28 m3/s，2#機單獨工作時其流量為46.08 m3/s(設備設計的流量43～110 m3/s)，通風系統改造后，2臺主扇的流量均達到了90 m3/s，效果非常顯著。

對某些風量不足作業區，配以局扇加大通風量。

通過對各個作業點的檢測和監控，無軌采礦設備作業點的有害氣體濃度大大下降，達到了規程的規定濃度。

4 小 結

豐山銅礦目前各個柴油無軌采礦設備作業地點的空氣檢測結果是達標的，廢氣污染的治理成效顯著。實踐表明，在地下柴油無軌設備廢氣污染的治理過程中，必須全面認識廢氣危害、努力降低廢氣排放、采取合理的凈化手段和加強通風管理是改善地下礦山無軌采礦設備作業環境的重要保證。

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