化學(xué)抑塵劑對露天煤礦道路粉塵治理的應(yīng)用研究

張辛忻　王立杰

摘要：本文通過對露天煤礦生產(chǎn)作業(yè)過程中產(chǎn)生道路粉塵的治理必要性的提出，具體闡述了化學(xué)抑塵劑應(yīng)用于露天煤礦道路揚(yáng)塵治理的試驗過程，分析論證了化學(xué)抑塵劑治理露天煤礦作業(yè)道路揚(yáng)塵的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，得出了切實可行的試驗結(jié)論，給出了合理的使用建議。

關(guān)鍵詞：道路;粉塵;防治;效果

中圖分類號：X734 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）06-00-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/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）

Abstract：In 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

道路揚(yáng)塵是露天煤礦粉塵污染的主要來源之一。露天煤礦的采掘現(xiàn)場的生產(chǎn)主干道路為一般砂石路面，道路上來往的運煤車輛噸位重，密度大，行走過程中會產(chǎn)生的大量揚(yáng)塵，不僅污染周邊環(huán)境、危害職工健康，還會造成嚴(yán)重交通安全隱患。但目前主要的降塵措施是配備灑水車灑水，傳統(tǒng)的道路抑塵方法主要是灑水降塵，但其效果有限。特別在炎熱的夏天，灑水降塵的壓力和難度非常大。近年來，國際上出現(xiàn)治理道路揚(yáng)塵的新技術(shù)——采用化學(xué)抑塵劑對露天礦道路揚(yáng)塵進(jìn)行治理。

2 礦區(qū)概況

哈爾烏素露天煤礦地處準(zhǔn)格爾煤田中部，隸屬于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗薛家灣鎮(zhèn)。始建于2006年，2008年10月投產(chǎn)，生產(chǎn)能力2 000萬t/a。基于該煤田煤炭資源儲量豐富，以及國家能源發(fā)展戰(zhàn)略和煤炭市場需求，2012年，該礦進(jìn)行了擴(kuò)建改造，2014年核定產(chǎn)能為3 500萬t/a。作為大型露天煤礦，哈爾烏素露天煤礦在生產(chǎn)建設(shè)過程中主要特征污染物就是粉塵，歷年來，礦上非常重視粉塵治理工作，積極探索與應(yīng)用新的治理技術(shù)，采取各種有效措施，力爭最大限度地控制作業(yè)現(xiàn)場的粉塵濃度，做好礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)工作。本文主要分析論證了哈爾烏素露天煤礦主干路面應(yīng)用化學(xué)抑塵劑進(jìn)行抑塵試驗的成效，得出該治理方法的可行性與合理性的結(jié)論。

3 粉塵防治措施

3.1 灑水降塵

灑水降塵作用于澗濕顆粒細(xì)小的干燥粉塵，增加粉塵的含濕量，從而使其相對密度增大，并粘結(jié)成較大的顆粒，使其在外力作用下不可飛揚(yáng)。露天礦山較多的為碎石（礫石）路面，還有一部分為臨時土路。在干旱或夏季炎熱季節(jié)，由于水的抗蒸發(fā)性較差，一般噴灑一次只能保持0.5h左右，頻繁地灑水耗費大量的工業(yè)用水。露天礦山道路上車輛噸位與交通量較大，路面又常因得不到及時養(yǎng)護(hù)而易遭損壞，造成表面積塵不均，灑水降塵，還可能使路況進(jìn)一步惡化。另外，在冬季零下氣溫條件下，灑水方法因能造成路面冰凍而不能使用。而每天撒防凍液，進(jìn)一步增加成本。

近年來國際上粉塵治理的理念正在轉(zhuǎn)變，已由被動的防塵（布袋過濾、負(fù)壓抽出、靜電捕捉、密閉等），轉(zhuǎn)向主動抑塵（減少產(chǎn)生）;關(guān)口前移，由多階段治理轉(zhuǎn)向源頭治理;由以灑水降塵為主轉(zhuǎn)向在水中添加化學(xué)劑，通過改變水分子活性，提高抑塵效率。

3.2 化學(xué)抑塵

空氣中的大多數(shù)塵埃是疏水的，它們具有排斥水的電荷的特征。此外，細(xì)小粉塵通常比水滴小得多，因此粉塵通過空氣中水滴湍流時在其周圍產(chǎn)生空氣流，圍繞水滴移動如圖1。

國際上先進(jìn)抑塵研究與應(yīng)用的趨勢是，添加化學(xué)劑，改變水的性質(zhì)，為水滴提供與細(xì)小粉塵相反的離子電荷，與粉塵相吸，使得水滴像空氣中的磁鐵一樣，將粉塵吸入液滴;同時降低水的表面張力，使之形成更小的液滴，并維持更小的液滴持續(xù)更長的時間。

4 化學(xué)抑塵劑的抑塵原理

本試驗所選擇的化學(xué)抑塵劑（Resinator）是由綜合多種化學(xué)聚合物組合而成的，具有粘結(jié)、凝并、吸濕和保水等功能。該抑塵劑不含有毒化學(xué)成分，不含瀝青質(zhì)、氯化物或鹽;無致癌或誘變物;對地下水無污染、對動物無毒害;不易燃、對金屬和橡膠無腐蝕性等特性。

其抑塵原理為：汽車在行駛過程中，路面粉塵顆粒于車輪轉(zhuǎn)動、誘導(dǎo)氣流、車輛顛簸震動三種源動力的綜合作用下，脫離路面而飛揚(yáng)。而路面揚(yáng)塵濃度主要是受路面粉塵含濕量、粉塵負(fù)荷、機(jī)動車工作狀態(tài)、空氣溫度以及濕度等因素的影響。根據(jù)粉塵發(fā)生機(jī)理，采用具有粘結(jié)、凝并、吸濕和保水功能的道路抑塵劑，可以有效解決露天礦道路的揚(yáng)塵。粘結(jié)就是將粉塵顆粒通過抑塵劑的粘結(jié)作用與路面固接，并通過粘結(jié)的滲入作用使之與路面土質(zhì)融合，達(dá)到硬化路面、提高路面的強(qiáng)度的作用。凝并是將運輸路面上細(xì)微的粉塵顆粒聚合成較大直徑的粉塵顆粒，把原來只有內(nèi)摩擦力的塵土變成具有內(nèi)聚力的塵土，以抵擋路面上運動物體的動態(tài)壓力、摩擦剪切、冷凝拉伸等因素的破壞作用，以減少粉塵源。吸濕則是吸收空氣中的水分，提高路面塵土的含水率，使之在較長時間內(nèi)保持一定的水分，增大容重，并增強(qiáng)路面柔韌性及顆粒重量，減少破碎和抑制粉塵揚(yáng)起。保水則是抑制粉塵中水分的蒸發(fā)，使水分在粉塵或地面中停留更長的時間，以達(dá)到較好的抑塵效果。

5 試驗?zāi)繕?biāo)

試驗選擇采掘區(qū)運煤主干道段（道路長6 000m、寬30～35m）的路面上進(jìn)行試驗。通過噴灑化學(xué)抑塵劑的現(xiàn)場試驗，以達(dá)到如下目標(biāo)。

（1）研究得到適用于本礦區(qū)道路經(jīng)濟(jì)、實用的噴灑該產(chǎn)品的噴灑工藝及噴灑量，有效降低道路揚(yáng)塵量。（2）通過該項目的實施，改善道路粉塵污染狀況，創(chuàng)造良好的環(huán)境效益。

6 方案設(shè)計

6.1 實驗準(zhǔn)備階段

試驗路段平整壓實后，路面灑水一次，以提高路面濕度減少原有路面張力。然后配制不同濃度的抑塵劑溶液在選定的道路上噴灑后即可正常行車，同步記錄試驗當(dāng)天的氣象條件、過車數(shù)量、路面揚(yáng)塵濃度和持續(xù)達(dá)標(biāo)時間。通過比較不同濃度比的抑塵劑效果，最終確定最優(yōu)配比量進(jìn)行日常使用。

6.2 項目實施階段

第一次：當(dāng)天天氣晴，氣溫28℃，風(fēng)速2級，濕度18%，使用抑塵劑3桶（275L/桶）、水70升配制成濃度為1.23的抑塵劑溶液進(jìn)行噴灑，煤巖運輸路面的抑塵效果可持續(xù)3.0h。

第二次：當(dāng)天天氣晴，氣溫30℃，風(fēng)速2級，濕度19%，使用抑塵劑6（275L/桶）、水70升配制成濃度為1.12的抑塵劑溶液進(jìn)行噴灑，煤巖運輸路面的抑塵效果可持續(xù)6.0h。

第三次：當(dāng)天天氣晴，氣溫30℃，風(fēng)速2級，濕度18%，使用抑塵劑5桶（275L/桶）、水70升配制成濃度為1.14的抑塵劑溶液進(jìn)行噴灑，煤巖運輸路面的抑塵效果可持續(xù)將近5.0h。

第四次：當(dāng)天天氣晴，氣溫31℃，風(fēng)速2級，濕度19%，使用抑塵劑4桶（275L/桶）、水70升配制成濃度為1.18的抑塵劑溶液進(jìn)行噴灑，煤巖運輸路面的抑塵效果可持續(xù)4.0h。

7 試驗效果

圖3 抑塵劑噴灑前的煤巖運輸路面

圖4 抑塵劑噴灑后的煤巖運輸路面

非重載路面噴灑抑塵劑的抑塵效果十分明顯，每天灑一次，路面保濕時間延長一倍以上，即使路面干燥的情況下后，也僅產(chǎn)生很少量粉塵，不會發(fā)生粉塵超標(biāo)的問題，短期內(nèi)可不灑水、不刮路。

煤巖運輸?shù)闹剌d路面噴灑抑塵劑后，抑塵效果也相當(dāng)明顯。通過現(xiàn)場測試，煤炭運輸車輛行駛過程中產(chǎn)生的粉塵濃度為3.247～3.494mg/m3，完全滿足作業(yè)場所粉塵濃度標(biāo)準(zhǔn)（4mg/m3）和煤炭行業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB20426-2006）中規(guī)定的無組織顆粒物排放標(biāo)準(zhǔn)（監(jiān)測點與參照點濃度差<1.0mg/m3）。因此，露天煤礦運煤道路噴灑抑塵劑，除了良好的抑塵效果，還能減少灑水量及灑水、刮路的工作量。

另外，經(jīng)過對主干道抑塵劑的噴灑量、抑塵持續(xù)時間及成本投入等多方面的對比分析，得出了抑塵劑使用的最佳配比方案，詳見表2。

8 結(jié)論與建議

8.1 結(jié)論

8.1.1 環(huán)境效益

（1）與單純的灑水降塵相比，具有投資少，見效快，運營成本低的特點，且有較大的靈活性。從本次試驗可以看出，采用道路抑塵劑可達(dá)到道路抑塵的目標(biāo)。

（2）非重載路面連續(xù)噴灑抑塵劑，可以持續(xù)抑制路面粉塵，且經(jīng)濟(jì)性好。

（3）主干重載路面，可根據(jù)路面車流量及路段長度，合理配比抑塵劑濃度進(jìn)行噴灑，能夠有效降低路面粉塵。

8.1.2 社會效益

（1）主干道路噴灑抑塵劑，有效減少了露天煤礦作業(yè)粉塵向周邊環(huán)境的擴(kuò)散，使礦區(qū)空氣質(zhì)量得到良好的改善，在保障職工的身心健康、打造當(dāng)?shù)厮{(lán)天白云的大氣環(huán)境目標(biāo)意義重大。

（2）提高主干道路行車和人員安全。噴灑抑塵后，路面粉塵濃度有效降低，行車和人員視野更加寬闊。同時減少了灑水車輛的路面行駛與維護(hù)，也一定程度上降低了行車和人員安全隱患。

（3）減少礦區(qū)水資源和燃用油的消耗量，具有節(jié)約資源、降本增效的作用。

8.2 建議

（1）采用抑塵劑對非重載路面粉塵進(jìn)行治理，能夠?qū)崿F(xiàn)不灑水、不刮路的目標(biāo)，可在露天煤礦相類似的作業(yè)環(huán)境推廣試驗成果。

（2）對主干煤巖運輸重載道路，在使用抑塵劑降低道路粉塵的基礎(chǔ)上，再結(jié)合灑水抑塵，可以使抑塵效果更長效。

收稿日期：2020-05-03

作者簡介：張辛忻（1970-），女，大學(xué)本科，學(xué)士學(xué)位，高級工程師，研究方向為環(huán)境保護(hù)管理。在露天煤礦、電力、鐵路運輸、化工等行業(yè)的環(huán)境管理體系建設(shè)與污染治理方面有25年的工作經(jīng)驗。