输煤系统巨厚煤层露天矿运输系统无尘化治理研究

引言

露天煤矿由于规模巨大，产量较高，输煤系统运输环节扬尘问题十分严重；巨厚煤层露天矿开采深度大，运输系统扬尘问题尤为严重，导致矿区空气环境质量急剧恶化，极大地影响了职工身体健康，也威胁着周边环境生态安全。输煤系统无尘化治理是矿山环保亟待解决的一大难题，本文以巨厚煤层露天矿输煤系统为研究对象，通过分析输煤过程中扬尘产生的特性，针对如何实现输煤系统的无尘化治理，探讨了一套具有可行性的技术路线与治理措施，并提出了系统的解决方案，为进一步开展矿山输煤系统无尘化治理提供参考。

一、输煤系统扬尘的产生及危害分析

1.1 扬尘产生的机理

运行中输煤系统存在大量的物料转运和机械振 存过程产生较多的粉尘，特别是对于其自身的破碎物，由于皮带运输或者装车投卸而产生重力 脱离而漂浮在空中；再加上露天煤场风吹引起的二次扬尘，因此风的作用范 振荡 生不同程度的抛撒现象，这样会造成煤炭不断漫出运输带以及空气动力学粉尘的 挡煤板摩擦冲击等现象也会造成煤料扬起，造成粉尘外散。煤层过厚、开采强度过高、装载方式不合理等情况的发生都会使得堆积高度 运输速度加大，形成粉尘大量释放的局部区域，造成矿区内粉尘含量浓度过高。

1.2 扬尘污染的环境危害

输煤系统在作业时产生的大量粉尘会长期悬浮在空气中，成为连续性的污染源，严重破坏矿区大气环境质量；扬尘中可吸入颗粒物含量极高，PM10、PM2.5 的浓度都较大，且能在空中停留时间较长，可随风长距离输送，造成更大的污染范围；尘土降落到地面覆盖在植被、农田、水面表面会阻碍植物光合作用，影响作物生长，破坏土壤透气性，降低地力，生态系统自我修复能力降低；粉尘会对长期处于粉尘环境的矿区内生态多样性和工作人员以及周边群众的身体健康造成严重的损害，因为 PM2.5 等细颗粒可以通过呼吸作用进入到人体肺部深处，并引发呼吸系统的炎症、肺功能的退化、甚至是诱发心血管疾病的产生或是恶性肿瘤的发生，这是极其严重的公共卫生事件。

1.3 扬尘对输煤设备的影响

输煤过程所产生的扬尘污染与对输煤系统运转设备危害是永恒的问题。因细小粒径煤尘粒子存在较强的磨蚀性，长期运行将会加剧对输煤机零部件的磨耗，从而提高了零部件疲劳失效的概率；扬尘还会进入到电气控制柜、传动装置和润滑装置中，产生接触不良、短路、油质劣化等情况，影响到控制精度和故障率的提高；粉尘在密闭的空间积累越多，则越可能引起冷却风道被阻塞，造成设备高温而无法正常运转；当堆积到一定程度后，还有可能发生静电放电、粉尘爆炸的安全事故。另外，不断地对输煤系统进行维修，所带来的就是不断的人力物力投入，并且会影响到设备连续工作及作业效率，严重的会造成全区的安全保障水平及生产节奏受到影响。

1.4 扬尘给矿区生态环境带来的影响。

输煤系统扬尘污染矿区大气环境，破坏矿区生态系统；扬尘附着在植被表面，阻碍植物进行光合作用和呼吸作用，使植物无法正常生长发育，进而引起植被退化、生物多样性降低；扬尘沉降于地表，改变土壤性质，使土壤透气性、透水性下降，土壤中微生物不能存活，破坏土壤生态系统的平衡；而扬尘通过径流进入水体，造成水质污染，影响水生生物的生存与繁殖。大量积累后会造成矿区的生态平衡遭到严重破坏，导致矿区生态系统的自我修复能力降低，对于矿区生态可持续发展产生较大威胁，需要加强输煤系统无尘化治理，控制输煤系统的粉尘排放。

二、输煤系统无尘化治理的必要性与可行性分析

2.1 无尘化治理的必要性

输煤系统全天候高强度运转过程中会产生大量扬尘，如果不进行治理，会对矿山周边的自然环境以及人员的身体健康造成一定危害，但是我国正在积极地倡导落实好生态文明建设工作，此外我国也在持续落实“双碳”政策目标要求，相应于执行落地力度非常大的环保监管标准。因而无尘化治理不仅是企业能否过关斩将、立足于运营的必备标准，更是赢得市场地位和增进社会好评，稳定高效、安全可靠运营的基础条件。通过对矿区实施系统的扬尘治理，可有效减少空气中颗粒物的排放量，使矿区环境得到改善，污染投诉率以及行政的处罚力度也会得到减少；粉尘浓度降低以后，现场能见度好、劳动人身安全保障高、职工身体受侵害的风险低，劳动效率高；设备因为粉尘少而减少受到损害的程度，减少了运维成本，提升了系统运行稳定性，同时增加经济与环保效益，实现双赢。由此看来，当前形势下推进输煤系统无尘化治理具有现实的紧迫性以及战略性重要意义。

2.2 无尘化治理的可能

对于输煤系统的运输过程所出现的频繁扬尘问题来说，当下有很多成熟的无尘化治理的技术措施可供应用，而且具备很好的工程适用性及可推广应用的基础。其中高压喷雾降尘方式是通过高压泵加压使水变成极细的水滴，依靠极细的水滴粒子使粉尘凝聚发生颗粒下沉作用，主要应用于装载口、转运站等重点扬尘位置；封闭式输送体系是通过将封闭的皮带走廊及运输节点密封起来以阻挡粉尘流动，可大幅度地减少沿线上粉尘的扩散量；表面覆盖技术是通过对煤堆或者输送面进行物理遮盖或者是喷洒粘结剂等方式避免风力的作用使煤炭粉粒变得松散；干雾抑尘主要是运用超细水雾颗粒捕捉到悬浮在空气中的颗粒物以达到环保的抑尘目的，其耗水量远低于喷雾方式。

2.3 无尘化的经济效益评估

即便是在初期投入较大，也要针对喷雾装置、密封结构、自动控制系统等进行改造升级；虽然要添置一些资金来保证改造升级的效果，但是长时间看来，也是能收到较高的经济效益回报的。经测算，减尘降尘后，由于粉尘被控制，输煤设备损坏变少，机械故障率减少，日常维护次数减少，年平均维修费用较原来可减少约 25%；由于减少了煤炭运输中掺入的灰尘及途中撒漏，煤炭损耗也相对较少，降低运输损耗 10%以上，增加产出效益；在没有扬尘下运煤，也可避免因扬尘造成的各种费用支出：扬尘污染而遭受的环保处罚费、除尘再次支出费、因环保问题引起的职业病而产生的赔偿费等，能增加企业的正面形象，提高企业社会评价。

2.4 分析无尘化治理的社会效益

实施输煤系统无尘化治理，不仅可以有效提高 措质 高整个矿区的生态环境以及社会关系。由于输煤系统是煤矿生产过程的主要环节之 中粉尘浓度，改善矿区工作区域可视度，还可使矿区作业人员不再受到呼吸系统的损 尘肺等职业病发生率较之前相比减少约 30%，而无尘化治理可以有效提高 的医疗费用支出以及职工离职率。除此外，无尘化治理可改善矿区周围的空气 降低社会矛盾；有利于企业树好形象，在今后的工作中得到矿权许可以及取得政府的支持与资金的支持和借贷等方面的工作都能有所帮助。

三、输煤系统无尘化治理的技术路径分析

3.1 源头防尘技术

源头防尘是无尘化治理的基础和核心，也是粉尘治理的关键之处，即在粉尘散逸之前，进行物理拦截，杜绝扬尘发生，源头防尘主要体现在作业面扬尘源头控制上。输煤系统扬尘最大的环节之一是在装料上，这个阶段产生的粉尘主要来源于煤料由堆场、采装设备或者运输车辆送入皮带机或者料斗系统的冲击和扰动带来的大量粉尘散逸。要有效防止装料产生的粉尘，必须从设备结构及落料方式上下功夫，具体的做法就是用封闭式料斗作为称重设备，保证煤料装卸全过程都在一个相对封闭的空间中完成，最大限度地压缩煤料装卸时灰尘向四周扩散的空间；并且配套多层缓冲溜槽或缓降装置，用多级减速分层降速的方法减小煤料下落的速度，减少粒子间碰撞和气流扰动。

3.2 过程控制防尘技术

过程控制防尘是输煤系统无尘 密闭防尘的过程。采用封闭式输送带走廊，全封闭转运站以及密封 密封胶板结构，封闭接口用耐磨橡胶帘或金属板作柔性连 压捕尘的目的；可采用智能喷雾装置在重点区域设 溜槽倾角及缓冲装置等结构设计来减小落差及冲力从而降低 逸散，并运用了更多自动化的、智能化的方式，大幅度提高了治理的效果及稳定性和系统 成了输煤系统 个重要的技术组成部分。

3.3 喷雾抑尘技术

喷雾抑尘技术是一种高效的、灵活的过程控制手段，在输煤系统的扬尘治理中有着广泛应用。它的具体实现过程就是经过加压喷头将水或者抑尘剂等液体雾化成直径小于 100 微米的微细水滴，然后和空气中悬浮的粉尘颗粒相接触，发生粘附、凝聚、沉降的作用，最终达到除去颗粒物的效果。该项技术主要用于装车（料）点、卸料口、转运站、给煤机、传送带转运交叉、皮带转接头等扬尘集中点处，以快的速度形成一定密度的水雾屏障，对粉尘瞬间爆发能够起到良好的抑制作用；若配置上自控系统，可依据现场环境参数实时调节风机、水泵工况以及相应的送水量、送风量，并且随时根据风速、湿度、粉尘浓度调节出水量及频率，从而做到精准控制；对于缺水地区也可以采用二次回水循环的方式，节约用水，提升水资源利用率，试验测试表明高效喷雾系统降尘效率一般都能达到90%-95%，而且喷雾范围均匀、无死角覆盖，可以达到显著改善作业环境、提高空气质量的效果，所以喷雾抑尘技术是输煤系统无尘化改造的关键技术支撑之一。

3.4 干雾抑尘技术

干雾抑尘技术是一种先进的微粒控制技术，利用高频超声波或高压喷雾系统将水雾化成直径为<10 微米的干雾粒子，由于粒径与空气中的粉尘粒子大小相当，在空气中迅速呈均匀分布的状态，并且可以迅速通过布朗运动同粉尘相碰，互相包裹后又互相聚结，在受到重力的作用后，附着于地面和粉尘本身上面，达到降尘的效果。相比于传统的喷雾系统而言，干雾系统的单位耗水量小，适用范围广，不存在输送系统过湿或者地面水积水的问题，尤其适用于对水分敏感的煤炭输送作业场所；使用该技术可以对输煤系统的末端转运站、封闭卸料口、料仓下料口等地点起到很好的防尘效果。通过与粉尘浓度的实时检测设备以及自动控制设备联合应用，利用智能控制模块，对干雾系统实行按需启停，按需喷雾，达到节能的效果，延长了设备的使用寿命。实际测试表明，在封闭空间内干雾抑尘系统降尘效率均能达到 90%以上，是露天矿输煤系统末端粉尘治理的重要技术方法之一。

四、输煤系统无尘化治理效果评估

4.1 扬尘浓度变化

输煤系统无尘化治理以前，物料未密闭运输、转运环节散漏、转运区域封闭不严等均会使粉尘外溢，局部作业区扬尘浓度远超国家《大气污染物综合排放标准》（GB16297—1996）限定值（如某些工厂局部作业区大于300 mg/m3）。高浓度粉尘不仅威胁职工人身安全健康，而且直接影响到设备可靠性及矿区生态环境质量。通过开展实施系统化治理改造，源头密封、过程封闭、喷雾及干雾联控等综合治理手段的应用，在切断粉尘扩散途径的基础上实现了降尘效果，使得现场颗粒物浓度不断降低。经检测数据监测分析显示：治理后作业区平均粉尘浓度控制在50mg/m3 以下，最大值小于等于70mg/m3，粉尘浓度下降比例约为80%以上，完全满足国家和地方相关的环保标准要求。

4.2 环境质量改善

无尘化治理措施全部落实以后，输煤系统粉尘源强大幅降低 ，带动了 区整 环境 气质量的大幅提升。粉尘治理前，矿区空气可吸入颗粒物浓度居高不下，尤其是PM2.5 和P I)常 在重度污染，仅个别年度轻度污染或良，整体为严重污染状况。通过源头封闭、输送过程密闭化 等区域环境内灰尘扩散难以看到明显的大气浑浊现象发生。目前PM2.5 年均浓度降低 二级标准范围之内。AQI 明显降低到良好水平，偶有最优情况出现。环境改善还体现在大 治理至今 植被覆盖面积日渐增加，粉尘沉降已经逐渐不存在对矿区土壤与水体环境的影响。

4.3 设备损耗降低

在输煤系统工作中，粉尘颗粒物会造成设备机械部件被持续侵蚀、磨损，使设备寿命降低、运行效率降低。经过无尘化治理，输煤设备运用全封闭输送、密封上装、高效喷雾和干雾 了有效治理粉尘的扩散与沉积；在不影响输煤作业流程的前提下，在给料点等重要位置对滚筒、托辊、轴承、 电控 造升级 使其置 于清洁环境中，设备金属件摩擦损耗小，电控系统故障率低，润滑系统被污染概率也相 场数据统计测试，实际降低 35%左右的磨损量，皮带打滑、轴承烧损等故障发生少，同时，日常维护的次数及每次的检修时间都会减少 ，最终提高了设备可用率及连运的时间及维护人员的作业环境也得到了极大的改善。

4.4 经济效益显著

无尘化治理能显著提高输煤系统的经济收益 在无尘化治理之前，煤炭运输过程中煤沫脱落、粉化、风吹扬散等造成的损耗较大，不但降低了煤炭利用率，同时也加大了清场 程采取了喷雾、干雾抑尘相结合的方式之后，物料在输送过程中的散失量大 浪 ，同时减少了二次污染治理所带来的各种费用。在生产运行阶段，设备磨损小、故障率少 日常维护、人员支出 备件更 若按年产上百万吨煤来看，折算后治理以后每年节约各类型经济成本几十万元，主要包括煤炭物料损失费、设备维护费 环保罚款等 方面。收益稳定地为企业发展提供了充足的运转资金，验证了无尘化治理这条降本增效之路。

4.5 职工健康改善

以前的输煤系统，由于长时间处于敞开粉尘环境当中 直在高浓度粉尘下工作，可吸入颗粒物进入肺部，得各种呼吸系统疾病的人很多，比如慢性支气管炎、尘肺等职业 给人体 极大的危害 从源头上对整个过程中产生的粉尘进行全面的除尘，同时采用密闭式作业空间和定点喷雾的方式 粉尘浓度大为下降，工作环境得到根本性的改善。经由健康监测结果表明：尘肺病发病率降低了 0%以上，新发尘肺病例明显下降，复发率同步降低；由于人机工作环境温湿度稳定，粉尘刺激性变小，从而使得职工感觉劳动强度降低、 工作舒适感增加，工作满意度提升；与此同时，配套的健康管理体系跟上整体环境的改善，职工的健康水平和出勤率也得到了一定的提高。

五、输煤系统无尘化治理的优化措施

5.1 加强设备维护

在无尘化治理系统稳定运行