關于露天煤礦粉塵擴散模擬與分析

2015-07-18 09:42:04曹文潔

環境與可持續發展 2015年1期

曹文潔

(水利部新疆水利水電勘測設計研究院環境影響評價所，新疆烏魯木齊 830000)

1 引言

露天煤礦粉塵量估算難點在于源強種類多，面積大，分布廣，且為無組織排放，源強位置及排放量均不好控制和預測［1］。本文煤礦由A、B、C、D、E 五個煤礦組成，地處荒漠區，常年干旱少雨，自然條件惡劣，且礦區為露天開采，揚塵情況較嚴重。

2 源強估算

本次模擬污染源的原始數據由企業調查提供，如“環境監測站的檢驗報告”、“企業生態環境建設治理工作報告”以及礦區規劃、現場監測等。以這些為基礎數據，研究相關文獻，選擇合適的方法推算礦區各個流程的粉塵源強，為下一步的濃度模擬提供數據基礎。

露天煤礦粉塵污染源主要來自:礦坑采煤產塵、礦坑爆破產塵、煤炭運輸道路產塵、排土場堆煤場產產塵。

2.1 礦坑采煤產塵源強估算

在模擬無組織的污染源排放量時，目前，國內外的專家學者均利用高斯反推模型。

(1)箱模型原理:箱模型是以質量輸入/輸出這樣的模式上建立起來的，它主要受到了動力和熱力因子的影響，時常被用于閉合的地形條件下和預測城市下墊面大氣污染物的濃度變化情況［2］。箱模型還充分得想到了干沉積、濕沉積、還有化學轉化等作用對污染物的濃度所產生的影響［3］。這類計算對無組織污染面源中的長期污染物，對大氣中濃度值的貢獻率，具有一定的好處。其機理如下:

式中字母意義是，Q去除為子箱體中因為化學或物理作用，去除的污染物總質量。Q出為流出子箱體的污染物總質量，Q進為流入子箱體內的污染物總質量［3］。

(2)本應用中箱模型實現的形式:利用箱模型模擬露天煤礦礦坑的無組織大氣污染源。本次模擬一共建立了兩個子箱體，箱體1 號應包含煤礦礦坑本身，即無組織污染源，2 號箱體位于1 號箱體的下風向處，其作用是承接1 號箱體隨風傳遞的污染物。

平衡方程，如式(2)和(3)。

箱體1 號:

式中字母意義:C1為為箱體1 號中的粉塵含量平均濃度(mg/m3)，用監測濃度值表示;C2為箱體2 號中的粉塵含量平均濃度(mg/m3)，用監測濃度值表示;Ei—為箱體i 號豎直方向的擴撒參數(m2/s)，σZ豎直擴散參數，計算方法依照《環境影響評價技術導則大氣環境》(HJ/T2.2－93)附錄B;為箱體i 號橫風方向的擴撒參數(m2/s)橫向擴散參數計算方法依照《環境影響評價技術導則大氣環境》(HJ/T2.2－93)附錄B;h 為箱體的高度(m);W 為為箱體的寬度(m)，應該包括礦坑的無組織排放源，由于無組織排放源的寬度不等同于礦坑的寬度，所以可用其初始化橫向擴撒參數，是W=σ0=LY/4，Ly為無組織源在Y 方向的長度;Vg為干沉積速度(m/s)，用Stocks 沉降公式進行計算，即其中:g 取9.81m/s2;μ 是空氣的黏度(取0.18228 ×10－5Pa* s)，ρ 是空氣的密度(取1.206kg/m3)，dp是含重金屬顆粒的平均粒徑(m)，ρp是顆粒物的真密度(kg/m3)。U 為平均風速(m/s);Li為i 號箱體的長度(m);Q 為箱體1號中粉塵的排放源強(mg/s):

反推(2)、(3)式得出如下公式:

利用上述兩式將其代入實際監測值C2以及計算、測量出的數據中后，即可推算出無組織粉塵源的排放源強Q。經過計算得到如表1 的源強位置及排放量。

表1 面源輸入文件的相關參數

2.2 礦坑爆破產塵源強估算

在露天礦采煤時，利用爆破使煤層松動出露，回使地表土層釋放出大量的煤炭粉塵和灰塵。爆破粉塵的污染源可歸為空間源，這是由于在沖擊運動下，粉塵在爆破的一瞬間會被拋向到大氣環境中。在露天采場中，煤炭爆堆面積不過幾百平方米，然而采場真正的范圍為幾平方公里到幾十平方公里，所以，這類爆破粉塵的污染源可作為瞬間點源。在煤礦安全指標和環境指標中，監測指標之一就是爆破粉塵的排放強度，如果爆破產生的粉塵量越大則對周邊環境的危害性越大。

消耗單位重量的炸藥排放強度放量如下［4］:

通過以上分析可以看出，應變法實測是等效于加載點的載荷，包括實際飛行中作用于起落架上的外載荷和起落架系統本身的慣性載荷，即作用于起落架加載點的結構載荷。