露天煤矿一级破碎站煤尘控制技术

2020-09-02丁志杰

露天采矿技术 2020年4期

丁志杰

（大地工程开发（集团）有限公司，北京100102）

一级破碎站一般由受料仓、给料装置和破碎机、排料装置、配电控制、卸车车档和钢结构组成。通常为满足卡车卸料要求，受料仓容量一般为同时卸料卡车总容量的1.2～1.3 倍，采用敞开式露天布置。传统的除尘方式多为在破碎站周边设置15～20 m 高的防风抑尘网或者挡风墙。防风抑尘网或者挡风墙可有效减少破碎站外围风力的影响，但无法有效消除煤尘的外溢，对于挡风墙内的煤尘抑制更是少有效力。以大南湖煤矿一级破碎站为例，对现有的防尘效果进行监测评价，深入分析一级破碎站煤尘产生机理和煤尘超限的主要原因，提出行之有效的露天煤矿一级破碎站煤尘控制技术[1]。

1 矿山概况

大南湖煤矿位于新疆哈密市西南80 km 处，生产规模为10.0 Mt/a，采煤工艺为单斗-卡车-一级破碎站-带式输送机半连续开采工艺。一级破碎站位于采掘场北部地表的自然沟堑内，由有2 座生产能力为1 600 t/h 的一级破碎站共同承担采掘场内自卸卡车来煤的一级破碎任务，入料粒度为1 200 mm，出料粒度为300 mm，采用半移动式结构，设计移设周期为每6～8 年移设1 次，每座受料斗容量为150 t，可满足1 台载重100 t 级自卸卡车卸料或者2台载重60 t 非公路卡车同时卸料。

在自卸卡车向一级破碎站卸煤过程中，会产生大量煤尘，煤尘颗粒直径约为5～10 μm[2-5]，通过监测，在没有任何除尘设施的情况下，距离1 号破碎站受料斗最近的2 层平台的总粉尘浓度和呼吸性粉尘浓度分别为510～820 mg/m3和13～18 mg/m3，分别超过国家规定的职业接触限值高达127.5 倍和5.2 倍。距受料斗位置20 m 的1 号破碎站卸载平台，其总粉尘浓度和呼吸性粉尘浓度分别为305～710 mg/m3和7～15 mg/m3，仍远超过国家规定的职业接触限值。煤尘具有很强的吸附力，非常容易吸附氮氧化物、一氧化碳等有毒有害气体，并且部分煤尘颗粒还会长时间悬浮于空气中，对周边生产环境及作业人员健康造成严重影响。

2 破碎站煤尘控制现状

2．1 现有煤尘控制设施

目前，大南湖煤矿参考类似矿山一级破碎站湿式除尘方式，在一级破碎站增设了自动喷雾洒水装置，该装置由水箱、增压泵、供水管路、洒水喷头及自动控制系统构成。在受料斗上部架设钢结构支架，布设自动喷雾洒水喷头，按照喷雾洒水面积全部覆盖受料斗计算，每座破碎站受料斗分上下2 层，共敷设31 个自动喷雾喷头，喷水量130 L/min。

2．2 现有破碎站煤尘控制效果

大南湖二矿一级破碎站初始煤尘浓度见表1。

表1 大南湖二矿一级破碎站初始煤尘浓度

从表1 可知，在采用喷雾洒水降尘设施之后，距离1 号破碎站受料斗最近的2 层平台的平均总粉尘浓度和呼吸性粉尘浓度分别为17.32 mg/m3和7.14 mg/m3，分别超过国家规定的职业接触限值高达4.33倍和4.70 倍，其次为距受料斗位置20 m 的1 号破碎站卸载平台，其平均总粉尘浓度和呼吸性粉尘浓度分别为11.74 mg/m3和5.06 mg/m3，分别超过国家规定的职业接触限值高达1.79 倍和2.02 倍。因为破碎站控制室为封闭的工作空间，且配备先进的空气过滤装置，粉尘浓度低于职业接触限值。

从现有破碎站除尘设施的煤尘控制效果看，粉尘浓度仍高于职业接触限值。并且带来了如下问题：①喷雾洒水降尘设施耗水量较大；②导致原煤含水率提高约0.7%～1.0%，降低了原煤发热量；③该洒水降尘装置受气候影响较大，在天气寒冷时须停用，不能满足连续生产需要。

3 煤尘产生机理及煤尘超限原因

1）破碎站受料斗煤尘的产生机理。破碎站是煤炭由自卸卡车运输向带式输送机运输转换的中转环节，自卸卡车将煤卸至一级破碎站受料斗。受料斗的煤通过刮板输送机运至双齿辊破碎机，将煤破碎至300 mm 以下装载到带式输送机从而实现运输方式的转换。当自卸卡车车厢的煤卸至破碎站受料斗后产出大量的煤尘（距车厢下沿高差约6.5 m），其产尘机理是含尘物料与空气相互作用，空气被卷入物料流中，物料流逐渐扩散，相互的作用使细煤尘发生飞扬、逸散[3-5]。具体表现为：①在空气的迎面阻力下引起剪切作用，使降落的煤粉悬浮起来，产生剪切煤尘；②原煤在空气中下落运动时产生大量诱导风流，诱导风流又会吸卷一部分煤尘随风流一起高速运动，这样产生了诱导煤尘，其中诱导气流是煤尘产生的主导因素，诱导气流与原煤的落料高度、质量及卸落速度成正比关系[6]；③煤炭的推动作用使空气压入受料斗或板式给矿机中，空气受到的挤压力而向外跑出带动煤尘喷出或外溢，煤尘逸散量的大小与受料斗的原煤特性、原煤落料高度的影响。

2）现有一级破碎站除尘效果差的原因分析。根据原煤卸载作业过程和煤尘产生机理分析，现有一级破碎站除尘设施煤尘超限的原因如下：①该煤尘控制方式本质为湿式除尘方式，缺点为捕集微细粉尘效率低，喷出的水雾颗粒空间填充占比低，无法充满整个空间，且水雾颗粒在沉降时容易蒸发，不适用于到破碎站等开放环境中[2]；②在卡车卸料时虽然自动喷水形成抑尘水界面，但原煤卸至受料斗时产生的巨大风能将煤尘带至水界面以上形成煤尘；③原煤由卡车卸至破碎站受料斗的过程中受车卡车厢升举时间影响，在此持续卸料过程中需要50 ～60 s，无法控制原煤在下落过程在喷水面以上产生的煤尘，从而使在整个卸料过程中对煤尘的抑制效果差。

4 破碎站煤尘控制技术

通常的煤尘控制技术有2 大类：①从煤尘的治理角度出发的物理除尘方式，物理除尘方式按照除尘器工作原理，可分为干式除尘器、湿式除尘器、电除尘器等；②从煤尘的产生机理出发的煤尘抑制措施，包括喷雾洒水抑尘、密封抑尘、化学抑尘等[7]。

鉴于在一级破碎站采用物理除尘方式工艺复杂，难以实现破碎站定期移设的要求，化学抑尘剂的成本高昂，大规模适应影响露天煤矿的生产效益，现有的喷雾洒水抑尘难以达到预期效果。为保证露天煤矿原煤生产效率，原煤从自卸卡车卸载至一级破碎站的卸载时间、落料高度、物料特性基本一致的，无法从工艺环节降低煤尘的产生。因此根据一级破碎站煤尘产生机理，结合破碎站布置形式，发现通过限制煤尘的扩散才是控制煤尘的关键，进而提出对一级破碎站受料斗采用密闭的方式，抑制卡车卸料时煤尘的逸散，具体为在破碎站受料斗上方加设密闭防尘罩棚，辅助采用干雾抑尘技术，以达到煤尘控制的目的。

4．1 设置密闭防尘罩棚

基于破碎站煤尘产生机理，提出在破碎站加设密闭防尘罩棚，密闭防尘罩棚需满足以下要求：①需满足自卸卡车车厢举升的高度要求，并要求举升后的车厢内物料不得超出密闭罩棚以外；②密闭罩棚采用整体设计，与一级破碎站受料仓采用软连接并封闭，保证自卸卡车卸料时受料斗振动不会对防尘罩棚防尘罩棚产生影响，并不会使煤尘外溢。

为满足上述要求，防尘罩棚采用钢结构框架结构，屋面与围护结构采用厚度不小于0.8 mm 的彩色压型钢板，围护结构与卸料斗上沿采用软胶皮密封，卡车卸料侧悬挂多层强力胶皮挡帘，强力胶皮挡帘按自卸卡车车厢举升尺寸由外向内依次加长，分层错落布置，减少煤尘的溢出，一级破碎站密闭式防尘罩棚示意图如图1。

图1 一级破碎站密闭式防尘罩棚示意图

在增加防尘罩棚后，对于卡车卸料侧，虽然采用多层（3~5 层）错落布置强力胶皮挡帘遮挡，但仍不能完全封闭煤尘向卸载平台方向的外溢。为完全控制煤尘的逸散，在防尘罩棚卡车卸料侧采用干雾抑尘技术辅助降尘，已达到更好的煤尘控制效果。

4．2 辅助利用干雾抑尘技术

干雾抑尘技术是目前国内最为先进的除尘技术之一，其原理利用干雾喷雾器产生10 μm 以下的微细水雾颗粒，水雾颗粒与粉尘颗粒相互黏结逐渐变大增重，从而降落[2]。一级破碎站设置防尘罩棚的基础上，辅助增设干雾抑尘系统，干雾抑尘系统由干雾主机、空压机、储气罐、水箱、增压泵、喷头及控制系统组成，干雾抑尘喷头布置在防尘罩棚内上部及卸车门口处，每座破碎站布置50 个，总用水量为12 L/min，总耗气量10 m3/min，雾长2.5～3 m。在破碎站防尘罩棚卡车卸料侧采用干雾抑尘系统，可有效降低强力胶皮挡帘侧的煤尘起尘量，实现降低煤尘浓度的目的。

4．3 抑尘特点及控制效果

该技术首先采用半密闭防尘罩棚对卡车卸料过程产生的煤尘进行了完全封闭，防止其扩散，对于卸料侧首先采用多层错落布置的强力胶皮挡帘对飞散粉尘进行阻挡，多层胶皮幕帘可以逐渐消耗风能对煤尘的影响，使煤尘落入受料斗[8]。辅助抑尘干雾系统对自卸卡车整个车厢举升卸料过程进行了封闭，从煤尘产生机理上将煤尘抑制在防尘罩棚内，从而使露天煤矿一级破碎站总粉尘和呼吸性粉尘均能起到有效的抑制作用。

检测点的布置按照GBZ 159—2004 工作场所空气中有害物质监测的采样规范、《煤矿作业场所职业病危害防治规定》（国家安全生产监督管理总局令第73 号）的有关要求进行测定，样品采样点选择有代表性的、空气中有害物质浓度最高的工作地点，在空气中有害物质浓度最高的时段进行采样。分别按照GBZ/T1 92.1—2007 滤膜称量法对总粉尘浓度和GBZ/T1 92.2—2007 滤膜称量法对呼吸性粉尘浓度进行测定。一级破碎站煤尘浓度测试见表2。

表2 一级破碎站煤尘浓度测试表

由表2 可知，一级破碎站加设半密闭防尘罩棚并辅助干雾抑尘除尘技术后，极大降低了破碎站煤尘浓度，煤尘总粉尘浓度降低至2.92～3.53 mg/m3，总粉尘浓度降低了59.10 %～79.62 %，呼吸性粉尘浓度降低至1.32～2.35 mg/m3，呼吸性粉尘浓度降低了73.90 %～79.98 %，低于GBZ 2.1—2007 和GBZ 2.2—2007 规定的煤尘浓度限值煤尘控制效果明显。