邵靖超 錢 斌

(中冶北方工程技術(shù)有限公司，遼寧 大連 116600)

0 引言

尾礦庫是指筑壩攔截谷口或圍地構(gòu)成的，用以堆存金屬或非金屬礦山進(jìn)行礦石選別后排出尾礦或其他工業(yè)廢渣的場所。尾礦庫接納選廠輸送的尾礦，尾礦筑壩后形成干灘。這種尾礦顆粒在風(fēng)力作用下極易形成揚(yáng)塵且形成的范圍較大。由于尾礦粒度較細(xì)，被風(fēng)卷起后懸浮于空中，人長期吸入懸浮在空中的尾礦細(xì)粒會導(dǎo)致塵肺等嚴(yán)重的呼吸系統(tǒng)疾病，而周邊環(huán)境也因?yàn)榇箫L(fēng)揚(yáng)塵導(dǎo)致大氣污染，因此揚(yáng)塵對于周邊生態(tài)環(huán)境以及人文環(huán)境都有較惡劣的影響。近年來，礦業(yè)規(guī)模已經(jīng)越來越大，尾礦庫堆存的尾礦成為揚(yáng)塵的重要來源，國內(nèi)工礦企業(yè)加大尾礦庫揚(yáng)塵治理的力度，采用不同的抑塵方式并取得顯著的成果。

某山西選礦廠，尾礦庫位于原設(shè)計(jì)為上游法筑壩[1]，后期由上游法筑壩改為中線法筑壩，尾礦壩外坡原有的抑塵方式不再適用，因此尾礦庫揚(yáng)塵治理方案需要重新研究確定。

1 尾礦庫基本情況

尾礦庫位于選礦廠東南1 500 m的山谷內(nèi)。山谷內(nèi)有兩個(gè)尾礦庫，第一尾礦庫位于山谷中段，距山谷口約1 700 m。原設(shè)計(jì)為上游法筑壩，初期壩壩頂標(biāo)高1 427.5 m，壩高約65.5 m，最終堆積壩標(biāo)高1 560 m，總壩高約200 m。1994年在尾礦庫使用到1 514 m時(shí)為了增加尾礦庫使用年限，改為中線法筑壩。中線法筑壩最終堆積標(biāo)高定為1 620 m標(biāo)高，總壩高為260 m總庫容10 055 萬m3。

2 揚(yáng)塵的產(chǎn)生原因

2.1 氣候原因

尾礦庫為山谷型尾礦庫，依山勢而建，海拔1 400 m以上相對地面較高，氣溫相對較低，冷熱氣流流動形成風(fēng)且風(fēng)力較大，對于筑壩的尾礦具有風(fēng)干作用。排放的尾礦顆粒所含水分被快速帶走風(fēng)干，風(fēng)干后的的尾礦顆粒，被風(fēng)卷起形成揚(yáng)塵。

2.2 尾礦特性原因

尾礦相對于原礦以及精礦在粒度等級上都較細(xì)，如表1所示。

表1 尾礦粒度組成表

尾礦粒度較細(xì)，-200目平均64%以上，同時(shí)尾礦的干礦比重在2.7左右，相對較低。這種粒度細(xì)比重小的尾礦顆粒，極易被氣流卷起飄浮在空中，并且不易落地。

2.3 筑壩方式的原因

中線法筑壩與上游法筑壩不同，上游法筑壩是全粒級尾礦均排放到庫內(nèi)，堆積壩外坡不被占用。采用“中線法”筑壩后，經(jīng)旋流器分級的細(xì)砂排放到庫內(nèi)，細(xì)砂在庫內(nèi)側(cè)形成干灘，含水量較好并且細(xì)砂形成了硬化殼，粉塵不易飛起；而粗砂被排放到堆積壩的外坡，暴露在外面，含水量較少的干燥的粉狀尾礦顆粒容易被風(fēng)刮起，形成粉塵污染環(huán)境。

3 尾礦庫揚(yáng)塵治理方案選擇

3.1 常規(guī)的揚(yáng)塵治理方法[2]

3.1.1 防塵網(wǎng)

防塵網(wǎng)由高分子材料制成的網(wǎng)狀制品，使用時(shí)覆蓋于易起塵的物料之上，起到防止粉塵飛起的作用，防塵網(wǎng)造價(jià)低廉，對粗顆粒大塊碎石遮蓋效果較好，然而對于尾礦這種細(xì)粒極物料，防塵網(wǎng)孔眼還是無法阻止其被風(fēng)卷起，對于細(xì)顆粒尾礦干灘部分的抑塵作用不明顯。

3.1.2 擋風(fēng)墻

“擋風(fēng)抑塵墻”又名“防風(fēng)網(wǎng)障”是采用復(fù)合材料制成，加工成不同的幾何形狀、不同的開孔和開孔率的擋風(fēng)墻。當(dāng)氣流通過墻體時(shí)，在墻體內(nèi)側(cè)形成上下干擾的氣流，使墻內(nèi)側(cè)風(fēng)力減弱，風(fēng)速減小，達(dá)到墻外強(qiáng)風(fēng)墻內(nèi)弱風(fēng)甚至無風(fēng)的狀態(tài)，控制了空氣的流動從而抑制了尾礦粉塵的揚(yáng)起。當(dāng)墻外風(fēng)力較大或者風(fēng)向與擋風(fēng)墻阻擋方向不一致時(shí)，擋風(fēng)墻防風(fēng)作用不明顯，抑塵效果不明顯。

3.1.3 植被覆蓋

植被種植是防止尾礦干灘或者其它細(xì)粒物料堆場揚(yáng)塵的手段之一，采用易生長的植物種植于壩外坡，利用植物的水土保持作用，將粉塵當(dāng)作植物的土壤，實(shí)現(xiàn)控制塵土的作用，但是需要注意的是，尾礦干灘對于植物生長來說條件苛刻，須選擇適應(yīng)能力強(qiáng)成活率高的植被，同時(shí)植物需要定期維護(hù)保養(yǎng)，失去維護(hù)后植物死亡，將失去預(yù)防起塵的作用。

3.1.4 噴淋灑水車

2.1 手術(shù)時(shí)間、醫(yī)療費(fèi)用、住院時(shí)間對比 對照組的手術(shù)時(shí)間和住院用時(shí)間均長于實(shí)驗(yàn)組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001)；兩組的醫(yī)療費(fèi)用比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，見表1。

采用灑水車沿物料堆或者尾礦壩上道路行駛，利用噴槍向物料上空噴灑清水，保持物料表面濕潤。由于灑水車裝載水量有限，持續(xù)抑塵需要多臺灑水車不斷取水噴灑，另外灑水車所帶噴淋泵揚(yáng)程也有限，無法全部覆蓋大灘面對于一些尾礦庫的尾礦干灘，抑塵能力不足。

3.1.5 噴淋抑塵

噴淋抑塵是水通過噴嘴形成霧狀小液滴，暫時(shí)懸浮于空中，當(dāng)粉塵顆粒通過霧狀空間時(shí)，因塵粒與液滴之間的碰撞、攔截和凝聚作用，塵粒隨液滴降落下來。而附著于地面的粉塵顆粒由于噴灑增加了含水率，由于水分的作用團(tuán)聚起來形成直徑更大的團(tuán)聚顆粒，直徑更大的團(tuán)聚顆粒起動風(fēng)速變大，較不容易被風(fēng)帶起，從而達(dá)到了降塵抑塵的作用。

噴淋抑塵需要在工作時(shí)間內(nèi)不停噴灑，保持噴灑區(qū)域內(nèi)物料表面的濕潤，在大風(fēng)天氣以及其他干燥天氣還應(yīng)延長噴淋時(shí)間，物料表面水分不被蒸發(fā)風(fēng)干，團(tuán)聚顆粒散開，再度形成揚(yáng)塵。

3.2 尾礦庫揚(yáng)塵治理方案確定

3.2.1 揚(yáng)塵治理方案分析比較

本選廠尾礦庫采用中線法筑壩后，由于筑壩形式的原因，整個(gè)尾礦庫外坡以及壩頂均用尾砂覆蓋，尤其外坡，旋流器的沉砂不斷排出，隨著沉砂卸下，坡面不斷被尾砂覆蓋，原有的防塵網(wǎng)以及植被均被掩埋，無法阻擋尾砂裸露在外，隨著尾砂快速被風(fēng)干，揚(yáng)塵不可避免。所以防塵網(wǎng)以及植被覆蓋等方案不具有可行性，采用此方案的尾礦堆積壩的外坡和灘面無法進(jìn)行防塵治理。

現(xiàn)場地形復(fù)雜，如果采用移動灑水車，灑水車只能沿著尾礦庫道路行走，本身配置噴灑泵揚(yáng)程有限，裝載水量也有限，附帶水槍噴灑半徑很難覆蓋所有裸露的坡面，灑水難度較大。

設(shè)置抑塵擋風(fēng)墻需沿著尾礦庫壩上道路沿線設(shè)置，道路蜿蜒曲折距離較長同時(shí)尾礦庫山上地形復(fù)雜，地面起伏較大，擋風(fēng)墻高度一般較高，施工環(huán)境較差。另外，風(fēng)向隨時(shí)間變化，而擋風(fēng)墻只能沿道路設(shè)置，不可能將尾礦庫全面合圍，無法保證不揚(yáng)塵，而且當(dāng)風(fēng)力較大時(shí)還是無法有效防止灰塵的揚(yáng)起。

安裝固定管道噴灑，在尾礦庫坡面架設(shè)噴灑管道桁架，管道支狀布置，每個(gè)支路設(shè)置電動遙控閥門，可根據(jù)需要隨時(shí)切換噴灑區(qū)域。由于管道鋪設(shè)范圍更廣，噴灑抑塵覆蓋區(qū)域更加全面，既保證了噴灑范圍也有利于保持抑塵效果，最終采用管道供水設(shè)置固定噴灑點(diǎn)的方案[3]。

3.2.2 噴灑設(shè)施布置

尾礦庫坡面面積約350 萬m2，服務(wù)面積很大，噴灑除塵需用水量200 m3/h左右，而從三公里外選廠單獨(dú)架設(shè)管道輸送除塵用水既不經(jīng)濟(jì)也不適宜工業(yè)用水有關(guān)節(jié)約用水方面的相關(guān)規(guī)程。同時(shí)尾礦庫內(nèi)水質(zhì)較好，就近取水最為經(jīng)濟(jì)可靠，最終方案采用在尾礦庫設(shè)置浮船泵站的方式取水使用。

壩上噴灑管道從噴灑水浮船泵站沿桁架架設(shè)到尾礦壩南路邊，沿上壩公路至尾礦壩底部，長約3 000 m，其中DN250卷焊鋼管長2 900 m，DN200鋼管100 m。壩上噴灑管道采用DN250直縫卷焊鋼管，每組噴頭所用DN250/200/150鋼管從壩上噴灑管道接出。主管道位于尾礦壩南坡，噴槍按尾礦壩標(biāo)高分布，分成10個(gè)支管路，并分成7組控制，每組間用電動遙控閥門隔開。

支管路每隔約100 m從主管路上引出，最長支路管道長度480 m，桁架橫跨尾礦庫外坡，支路管道上布置5個(gè)噴頭，每個(gè)噴頭間隔約90 m。隨著外坡形狀，分支支路長度縮短，最短支路長80 m，設(shè)置1個(gè)噴頭。每條支管路末端設(shè)置DN50的放空閥用于檢修時(shí)放空管路，放空時(shí)水排尾礦庫壩外坡面之上。

每組工作時(shí)，組內(nèi)噴槍同時(shí)噴灑，每組工作10 min，依次進(jìn)行，下一組繼續(xù)噴灑。各組噴頭標(biāo)高及噴頭數(shù)量及噴頭布置安裝情況見表2、圖1。

表2 各組噴頭標(biāo)高及噴頭數(shù)量

圖1 噴淋管道布置圖

3.2.3 構(gòu)筑物及設(shè)備

1)給排水構(gòu)筑物

噴淋用水水源采用尾礦庫內(nèi)水，在尾礦庫回水浮船泵站附近新設(shè)噴灑浮船泵站一座。

2)主要設(shè)備及材料，見表3。

表3 噴灑系統(tǒng)主要設(shè)備及材料

4 結(jié)語

揚(yáng)塵治理應(yīng)根據(jù)不同的現(xiàn)場情況因地制宜，綜合分析現(xiàn)場實(shí)際情況，通過深入分析揚(yáng)塵的各方面誘因，掌握現(xiàn)場揚(yáng)塵主要原因，而后進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，確定最適宜的揚(yáng)塵治理方案。

本選廠尾礦庫揚(yáng)塵的治理，根據(jù)尾礦庫筑壩方式的改變，做出治理方式的調(diào)整，具有一定針對性與實(shí)用性，并取得了較好的治理成效。在尾礦庫揚(yáng)塵治理措施方面，由于中線筑壩法的特性，尾礦庫揚(yáng)塵治理措施具有一定獨(dú)特性，采用噴灑水除塵以及配套的管道閥門系統(tǒng)，對未來設(shè)計(jì)類似尾礦庫揚(yáng)塵治理方案具有參考價(jià)值。