邢倩倩

（中平能化集團天成環(huán)保工程有限公司環(huán)保三部，河南 平頂山 467000）

1 引言

平煤股份三礦煤場位于六礦矸石山南邊，煤場東西長約166m，南北寬約102m，煤場呈不規(guī)則型，總面積約為16902m2。煤場中心位置為卸煤樓，卸煤樓周圍設(shè)有9個噴灑半徑為30m的噴頭，用于噴灑落煤時所揚起的灰塵，煤場煤堆高度最高為10m，擋風(fēng)抑塵墻高度定為12m。

2 安裝擋風(fēng)抑塵墻的原因

由于生產(chǎn)的需要，井下開采的煤由輸煤皮帶送至卸煤樓，并經(jīng)由卸煤樓底部的溜煤筒降落到煤場內(nèi)，然后通過運輸車將其外運。原煤在下落和裝載過程中產(chǎn)生的灰塵和煤堆在風(fēng)力作用下產(chǎn)生的大量煤塵漂浮在空氣中，在風(fēng)力的作用下向礦區(qū)及周圍村莊擴散，嚴重影響礦區(qū)及周邊地區(qū)大氣的環(huán)境質(zhì)量。而該煤場內(nèi)卸煤樓周圍原有一套噴淋抑塵系統(tǒng)，但單純的運行噴淋抑塵系統(tǒng)降塵效果不太顯著，特別是有大風(fēng)的時候，達不到預(yù)期的降塵效果。為解決煤場揚塵污染問題改善煤場周邊環(huán)境質(zhì)量，提升企業(yè)形象，平煤股份三礦決定安裝擋風(fēng)抑塵墻對揚塵進行治理。

3 擋風(fēng)抑塵墻防塵機理

“擋風(fēng)抑塵墻”是利用空氣動力學(xué)原理，按照實施現(xiàn)場環(huán)境風(fēng)洞試驗結(jié)果加工成一定結(jié)合形狀的擋風(fēng)板，并根據(jù)現(xiàn)場條件將擋風(fēng)板組合成擋風(fēng)抑塵墻，使流通的空氣（強風(fēng)）從外通過墻體時，在墻體內(nèi)側(cè)形成上、下干擾氣流以達到外側(cè)強風(fēng)，內(nèi)側(cè)弱風(fēng)，外側(cè)小風(fēng)，內(nèi)側(cè)無風(fēng)的效果，從而防止粉塵的飛揚。

通過對組裝好的擋風(fēng)抑塵墻進行了風(fēng)洞試驗表明，擋風(fēng)墻可有效降低來流風(fēng)的風(fēng)速，改變一部分來流風(fēng)通過擋風(fēng)抑塵墻后的風(fēng)向，最大限度地損失來流風(fēng)的動能，避免來流風(fēng)的明顯渦流，減少風(fēng)的湍流度而達到減少起塵的目的。來流風(fēng)通過擋風(fēng)抑塵墻形成湍流旋渦氣流后，風(fēng)速、風(fēng)壓的衰減幅度及風(fēng)速平方成正比，所以，風(fēng)速越大，擋風(fēng)抑塵墻的抑塵效率越高，達到控制揚塵的效果越佳。其氣流通過擋風(fēng)抑塵板的影響見圖1。

圖1 氣流通過擋風(fēng)抑塵墻平面示意圖

4.1 煤堆起塵量與風(fēng)速的關(guān)系

料堆起塵分為兩大類：一類是料堆場表面的靜態(tài)起塵；另一類是在堆取料等過程中的動態(tài)起塵。前者主要與物料表面含水率、環(huán)境風(fēng)速等關(guān)系密切，后者主要與作業(yè)落差，裝卸強度等相關(guān)聯(lián)。

對于散料堆場，只有外界風(fēng)速達到一定強度，該風(fēng)力使料堆表面顆粒產(chǎn)生的向上遷移的動力足以克服顆粒自身重力和顆粒之間的摩擦力以及其他阻礙顆粒遷移的外力時，顆粒就離開堆垛表面而揚起，此時的風(fēng)速就稱為起動風(fēng)速。

根據(jù)露天料堆粉塵擴散規(guī)律的試驗研究，料堆起塵量與風(fēng)速之間的關(guān)系如下所示：

式中：Q為料堆起塵量；V為風(fēng)速；V0為起塵風(fēng)速；a為與粉塵粒度分布有關(guān)的系數(shù)；n為指數(shù)（n＞1.2）；對不同地區(qū)環(huán)境的煤堆來說，2.7＜n＜6.23。

從上式可以看出料堆起塵量Q與風(fēng)速差（V－V0）的高次方成正比。因此，降低料堆場的實際風(fēng)速是減少起塵量的最有效方法。要使起塵量Q變小，主要的辦法是降低“V－V0”的差值。因此降低風(fēng)速是減小露天煤堆起塵量最有效的方法。設(shè)置擋風(fēng)抑塵墻的目的是將V變小，濕法抑塵的目的是將V0變大，從而達到減少Q(mào)的目標(biāo)。因此對露天料堆場來說，使用擋風(fēng)抑塵墻和增濕抑塵是兩種主要的減少起塵的技術(shù)措施。

4.2 抑塵網(wǎng)的選擇

目前國內(nèi)常用的抑塵網(wǎng)根據(jù)材質(zhì)可分為：柔性抑塵網(wǎng)和剛性抑塵網(wǎng)。本文選擇的是蝶形剛性抑塵網(wǎng)。

該類抑塵網(wǎng)由獨立基礎(chǔ)、鋼結(jié)構(gòu)支撐、剛性擋風(fēng)抑塵板三部分組成。其主要特點如下：①抑塵效果。剛性抑塵網(wǎng)開孔整齊，通常選擇開孔率40%，網(wǎng)后不產(chǎn)生湍流，抑塵率為80%～90%；②抗老化性。產(chǎn)品表面經(jīng)過噴塑處理，能吸收太陽光中的紫外線，降低材料本身氧化速度，使產(chǎn)品具有較好的防老化性能，提高使用壽命。同時紫外線透過度低，避免了太陽光中料的損傷。③自凈功能。產(chǎn)品表面經(jīng)過靜電噴塑處理，在受太陽光照射后，能把附著于產(chǎn)品表面的有機污物氧化分解，另外，抑塵板吸附塵土易于被雨水沖洗，起到自潔凈效果，無維護費用。④抗沖擊性。產(chǎn)品的強度高，可以承受冰雹（強風(fēng)）的沖擊。沖擊強度試驗檢測，在試樣的中上方，用質(zhì)量為1kg的鋼球，距波峰頂點2.0m的高度自由落下，產(chǎn)品沒有斷裂和貫穿的孔穴。⑤阻燃性。因為是金屬板所以有很好的阻燃性，均能滿足消防和安全生產(chǎn)的要求。⑥親水性。因為是金屬板所以不親水，無吸水性。⑦維護費用。由于剛性抑塵網(wǎng)網(wǎng)片是由大型自動數(shù)控機械設(shè)備一次成型，固定統(tǒng)一尺寸，表面處理到位，安裝后在使用周期內(nèi)除非受到毀壞性碰撞，否則不會出現(xiàn)破損，因此基本不需維護。

4.3 剛性抑塵網(wǎng)板形選擇可行性

抑塵網(wǎng)防風(fēng)板的形狀有蝶型、直板形等多種形式。根據(jù)風(fēng)洞試驗檢測，蝶型防風(fēng)板在一定的開孔率下具有明顯地降低風(fēng)速和紊流度的作用，防塵效果好?？茖W(xué)實驗表明，在采用合理開孔率的蝶形防風(fēng)板，降低風(fēng)速效果明顯（表1）。

表1 蝶形防風(fēng)抑塵網(wǎng)墻的擋風(fēng)效果數(shù)據(jù) （m／s）

從以上表1的數(shù)據(jù)可以看出：正面5級以下風(fēng)速范圍，背面降至1級風(fēng)速范圍；正面8級以下風(fēng)速范圍，背面降至2級風(fēng)速范圍；正面12級以下風(fēng)速范圍，背面降至3級風(fēng)速范圍。蝶形防風(fēng)抑塵墻降低風(fēng)速的原因，與其所開縫的幾何特性、組合形狀關(guān)系密不可分，當(dāng)風(fēng)作用于防風(fēng)板上時，透過抑塵網(wǎng)上所開縫的氣流作用與氣流繞向作用起到了降低風(fēng)速的效果。由此可見，蝶形防風(fēng)抑塵墻分解了風(fēng)的流向，極大地減緩了背面風(fēng)的透過量。故本系統(tǒng)選用蝶形防風(fēng)抑塵網(wǎng)是可行的。

4.4 獨立基礎(chǔ)

沿圍護墻內(nèi)側(cè)每隔4m設(shè)一個獨立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)尺寸為：1200mm×900mm×1650mm，基礎(chǔ)底板與立柱上均采用φ20＠200的螺紋鋼，墊層采用C10砼，立柱基礎(chǔ)采用C30砼。每個基礎(chǔ)表面預(yù)埋一塊400mm×400mm×δ12mm的鋼板，此鋼板用于與鋼結(jié)構(gòu)桁架相連接。

4.5 鋼結(jié)構(gòu)桁架

鋼結(jié)構(gòu)桁架高為12m，主桁架采用DN150的焊管，桁架橫向加固和桁架的斜向輔架均采用DN100的焊管，桁架與桁架之間采用DN80的焊管進行加固。這樣不僅可以穩(wěn)固鋼結(jié)構(gòu)桁架，而且防止了桁架搖擺，為進一步張掛抑塵網(wǎng)打下了基礎(chǔ)。

4.6 噴淋系統(tǒng)

在煤場周圍的抑塵墻頂部每隔30m設(shè)一個噴射半徑為25～30m，噴灑流量為7.16～8.27m3／h的可180°旋轉(zhuǎn)的噴槍，煤場中共安裝13個噴槍，噴槍在安裝時根據(jù)現(xiàn)場實際情況與風(fēng)向調(diào)整角度。

4.7 擋風(fēng)抑塵墻高度論證

煤堆場防風(fēng)網(wǎng)的高度主要取決于煤堆垛高度、煤堆場范圍等因素。風(fēng)洞試驗表明：當(dāng)防風(fēng)網(wǎng)的高度為堆垛高度的0.6～1.1倍時，網(wǎng)高與抑塵效果成正比；當(dāng)防風(fēng)網(wǎng)高度為堆垛高度1.1～1.5倍時，網(wǎng)高與抑塵效果的變化逐漸平緩；當(dāng)防風(fēng)網(wǎng)高度為堆垛高度1.5倍以上時，網(wǎng)高與抑塵效果的變化不明顯。因此，防風(fēng)網(wǎng)的高度一般在堆垛高度1.1～1.5倍內(nèi)選取（本方案選擇1.2倍）。防風(fēng)網(wǎng)高度的確定還應(yīng)考慮煤堆場范圍的大小，使煤堆場在防風(fēng)網(wǎng)的有效庇護范圍之內(nèi)。風(fēng)洞試驗表明：對網(wǎng)后下風(fēng)向2～5倍網(wǎng)高的距離內(nèi)，煤堆垛減塵率可達90%以上；對網(wǎng)后下風(fēng)向16倍網(wǎng)高距離內(nèi)，煤堆垛綜合減塵效率達到80%以上；在網(wǎng)后25倍網(wǎng)高的距離處仍有較好的減塵效果；到網(wǎng)后50倍網(wǎng)高的距離處仍有削減風(fēng)速20%的效果。因此不管是從煤堆高度還是從有效庇護距離上講，本項目防塵抑塵網(wǎng)高度設(shè)計是合理的。

4.8 治理效果

煤場產(chǎn)生的主要污染物TSP，通過治理后完全達到《煤炭工業(yè)污染物排放標(biāo)準》（GB20426－2006）中無組織排放限值，效果顯著。

4.9 效益分析

根據(jù)清華大學(xué)在霍州電廠現(xiàn)場試驗?zāi)Ｊ焦剑?/p>

式中：Q為煤堆起塵濃度，mg／s；U 為臨界風(fēng)速，m／s，取大于5.5m／s；S為煤堆表面積，m2；w 為空氣相對濕度，取60%；W 為煤的含水率，%。

公式中煤堆表面積取煤場面積的80%，即13522m2，煤塵表面含水率W 為8.0%，計算得到原煤煤堆起塵濃度為23.87g／s，取大于起塵臨界風(fēng)速的風(fēng)頻為30%，其一年的產(chǎn)塵量為225.8t。

治理后，經(jīng)濟和社會效益明顯，損失原煤售價按500元／t計算，則年減少經(jīng)濟損失約11.29萬元。

5 結(jié)語

通過在平煤股份三礦10號井煤場安裝抑塵網(wǎng)，有效的防止煤場煤的流失，緩解因煤場污染造成的礦方與周圍農(nóng)村的緊張關(guān)系，改善礦區(qū)及周邊環(huán)境，提升企業(yè)形象，減少企業(yè)的經(jīng)濟損失。

[1]國家環(huán)境保護總局.煤炭工業(yè)污染物排放標(biāo)準GB20426－2006.[S].北京：國家環(huán)境保護總局，2006.

[2]國家環(huán)境保護總局.大氣污染物綜合排放標(biāo)準GB16297～1996.[S].北京：國家環(huán)境保護總局，1996.

[3]中國工程建設(shè)標(biāo)準化協(xié)會.建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB50009～2001.[S].北京：中國工程建設(shè)標(biāo)準化協(xié)會，2001：16～18.