周玉祥，趙 玉，郭利華，周佳崢

（1.遼寧工程技術(shù)大學(xué)，遼寧 阜新 123000；2.華碩智慧科技（北京）有限公司，北京 102206）

我國是煤炭開采和消費大國，2020 年原煤產(chǎn)量39.0 億t，煤炭消費量占能源消費總量的56.8%，煤炭在我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起到重要的基礎(chǔ)和保障作用[1]。煤炭開采方式主要分為井工開采和露天開采2種，露天開采具有產(chǎn)量大、回采率高、適用于大型機(jī)械施工、成本低、生產(chǎn)安全等優(yōu)點，產(chǎn)量和所占比重逐年增加[2]。露天煤礦開采對礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的影響是十分巨大的，而且有些影響是不可逆的，露天煤礦在生產(chǎn)過程中如：鉆孔、爆破、采裝、運輸、排土過程中產(chǎn)生大量粉塵、卡車尾氣；煤矸石自燃產(chǎn)生含硫、含氮有害氣體，對氣體環(huán)境造成嚴(yán)重污染，因此，露天煤礦揚塵治理工作是礦山安全環(huán)保工作中的重要內(nèi)容之一。

1 露天煤礦塵源分布情況

露天煤礦開采是在敞露的礦區(qū)空間內(nèi)進(jìn)行開采作業(yè)，將覆蓋在煤炭礦體上部的巖石、表土進(jìn)行剝離，開采出煤炭的過程。其開采主要工藝環(huán)節(jié)有：鉆孔、爆破、采裝、運輸、排土。在露天煤礦開采過程中，各個工作環(huán)節(jié)都會產(chǎn)生大量的粉塵和煙塵，對氣體環(huán)境造成污染。

1）鉆機(jī)穿孔揚塵。在露天礦場內(nèi)的礦巖較硬，不能用采掘設(shè)備進(jìn)行直接挖掘時，需要進(jìn)行爆破，松動礦巖后進(jìn)行采裝。爆破前首先進(jìn)行鉆機(jī)穿孔作業(yè)，目前常用的鉆機(jī)包括潛孔鉆機(jī)和牙輪鉆機(jī)。鉆機(jī)鉆頭在破碎孔底巖石形成鉆孔過程中產(chǎn)生大量粉末，在壓縮空氣作用下排出鉆孔形成大量粉塵，擴(kuò)散到礦區(qū)周圍的氣體環(huán)境中，形成揚塵，鉆機(jī)揚塵的特點是產(chǎn)塵量受礦巖的本身特性影響較大。一般：礦巖硬度越高所產(chǎn)生的細(xì)小粉塵占比越大，產(chǎn)塵量也越大；礦巖粉碎性指標(biāo)越高，產(chǎn)塵量越大；礦巖濕度越大，產(chǎn)塵量越大。同時，產(chǎn)塵量還受鉆機(jī)種類、施工人員認(rèn)知和操作水準(zhǔn)、鉆探時間、鑿巖速度等影響。

2）爆破過程揚塵。露天礦爆破規(guī)模較大，1 次能使用幾噸甚至幾十噸的炸藥，最高可達(dá)上千噸，如2007 年大峰礦1 次用了5 500 t 炸藥對羊齒采區(qū)的1 座山進(jìn)行爆破，取得了很好的效果。大爆炸后產(chǎn)生的粉塵量非常巨大，局部粉塵濃度可高達(dá)每立方米數(shù)千毫克，擴(kuò)散在周圍的空氣中。同時，受工藝環(huán)節(jié)和炸藥性質(zhì)的影響，在大爆破時會產(chǎn)生一氧化碳、氮氧化物等有毒氣體，污染周圍氣體環(huán)境，危害礦區(qū)工作人員及周邊居民的身體健康[3]。

3）采裝作業(yè)揚塵。爆破產(chǎn)塵的粉塵沉降在礦巖表面，電鏟給列車或卡車采裝過程中，由于磨擦、碰撞而振動揚起形成二次揚塵，由于落差，在風(fēng)流的作用下向采場空間擴(kuò)散。露天礦山開采過程中不可避免地形成深凹，采場區(qū)風(fēng)速常年低于當(dāng)?shù)仄骄L(fēng)速，造成露天礦底部通風(fēng)不足，造成嚴(yán)重空氣污染，影響采區(qū)作業(yè)環(huán)境，對采區(qū)作業(yè)的工作人員身體健康影響較大，容易形成肺塵病。采裝過程的產(chǎn)塵量與礦巖的硬度、含濕量、風(fēng)流速度及裝卸高度差等因素有一定關(guān)系[4]。

4）卡車運輸作業(yè)揚塵。露天礦卡車運輸具有較高的機(jī)動性、靈活性，轉(zhuǎn)彎半徑小、爬坡能力大等特點，有利于分采、分裝、分運，有利于采用高臺階和近距離排土，近年來在露天煤礦運輸作業(yè)中所占比重越來越大[5]。然而，由于露天煤礦屬開放式作業(yè)環(huán)境，臨時運輸?shù)缆窞橥临|(zhì)或碎石簡易路面，礦用自卸卡車載重能力大，運輸較為集中，道路上卡車數(shù)量多，行車密度大，震動強(qiáng)烈，容易應(yīng)發(fā)揚塵。同時由于自卸卡車排放的尾氣中含有一氧化碳、氮氧化物、二氧化硫和碳?xì)浠衔锏却罅坑泻怏w對礦區(qū)氣體環(huán)境造成嚴(yán)重污染。據(jù)調(diào)查，卡車運輸作業(yè)揚塵，居露天煤礦開采各個環(huán)節(jié)產(chǎn)塵量之首，是露天煤礦最大的粉塵污染源。

5）儲煤場揚塵。儲煤場煤堆屬于開放連續(xù)性塵源，涉及面大、產(chǎn)塵點多，當(dāng)受到機(jī)械力和風(fēng)力作用時會產(chǎn)生濃度較大的粉塵，對儲煤場氣體環(huán)境造成污染[6]。在儲煤場的各個環(huán)節(jié)中，取煤和卸煤時，由于在重力作用下原煤下落，煤塊相互碰撞受風(fēng)力影響形成揚塵，原煤在煤場堆放過程中，受到風(fēng)華作用容易形成二次揚塵，因此，儲煤場揚塵是露天煤礦氣體環(huán)境污染的重要塵源之一。揚塵濃度的大小除跟自身起塵特性有關(guān)外，還受原煤儲存條件、風(fēng)力、空氣濕度、機(jī)械擾動強(qiáng)度、車輛行駛速度、荷載等因素影響[7]。

6）其它揚塵。由于采礦活動對地表植被進(jìn)行破壞，使巖層裸露，受風(fēng)化影響，在風(fēng)里作用下形成一定程度的自然粉塵。大爆破后有些礦巖塊度過大，需要進(jìn)行二次破碎，礦山破碎站形成大量粉塵。露天煤礦排土場由松散剝離物堆砌形成，容易風(fēng)化產(chǎn)生粉塵。工業(yè)場地鍋爐、生活區(qū)廢氣等沒有安裝脫硫除塵裝置，也會排放出大量的煙塵、二氧化硫等有害氣體造成氣體環(huán)境污染。

2 露天煤礦揚塵治理措施

根據(jù)露天煤礦開采過程中氣體污染物形成機(jī)理，氣體環(huán)境保護(hù)措施主要分為穿孔作業(yè)防塵措施、礦巖裝卸過程中防塵措施、爆破防塵措施和露天礦運輸過程中防塵措施幾方面。

2.1 穿孔作業(yè)的防塵措施

露天煤礦在鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔作業(yè)時，形成大量的可吸入性粉塵，嚴(yán)重影響礦區(qū)氣體環(huán)境和工人身體健康，為了抑制粉塵產(chǎn)生量，目前通用的做法是在鉆機(jī)上安裝除塵設(shè)施，取得比較好的效果。

常用的除塵設(shè)施主要有濕式除塵、干式捕塵和干濕結(jié)合除塵3 種方法，選用時根據(jù)實際情況因地制宜。常用的干濕結(jié)合除塵2ny 捕塵裝置工作原理為往鉆機(jī)內(nèi)注入少量的水使微細(xì)的粉塵凝聚，再通過旋風(fēng)式除塵器收集粉塵，從而達(dá)到除塵效果。2ny捕塵裝置如圖1。

圖1 2ny 捕塵裝置

2.2 爆破防塵

露天煤礦在開采過程中的爆破作業(yè)會產(chǎn)生大量粉塵，污染范圍大，特別是在露天礦坑底部，在高壓、無風(fēng)的天氣下，粉塵久久不能散去，持續(xù)時間長，危害大。爆破防塵，主要采用濕式措施、采用科學(xué)的裝藥與填充技術(shù)、合理布置炮孔等措施。

1）爆破前灑水和注水。提高礦巖濕度，可以有效降低粉塵的產(chǎn)生量，在爆破前向可以預(yù)爆破表面灑水，使水滲透到礦巖的裂隙內(nèi)部，達(dá)到濕潤效果。

2）水封爆破。在炮孔附近布置水袋和賦值起爆藥包，可以有效降低粉塵量。根據(jù)水袋布置位置可以分為孔內(nèi)水封爆破與孔外水封爆破。水封爆破示意圖如圖2。

圖2 水封爆破示意圖

2.3 礦巖裝卸過程中的防塵措施

礦巖在裝卸過程中，在磨擦、碰撞的作用下二次生成粉塵，向采場或排土場空間飛揚，形成氣體污染，造成礦區(qū)空氣環(huán)境惡化，在風(fēng)流的作用下，直接影響周邊環(huán)境。降塵的有效措施主要是在裝卸過程中灑水、駕駛室密閉、選擇合適的裝卸高度和速率或采用專門的捕塵裝置來進(jìn)行。

2.4 露天礦運輸路面防塵措施

目前，卡車運輸是我國露天煤礦開采的主要運輸方式，運輸過程中的揚塵和卡車尾氣對氣體環(huán)境造成嚴(yán)重污染，必須予以重視。路面揚塵量的大小主要與卡車行駛速度、路面狀況等因素有關(guān)。為防止二次揚塵，應(yīng)以改善臨時路面質(zhì)量為主，主要有以下措施：①選擇合適的卡車行駛速度：一般情況下，卡車在采場內(nèi)的行駛速度要求低于20 km/h；②采用路面灑水防塵：但缺點是抑塵時間短，用水量大，受季節(jié)影響嚴(yán)重，在我國北方，冬季容易結(jié)冰，不能使用此方法；③用顆粒狀氯化鈣、食鹽或二者混合處理卡車路面：同樣能達(dá)到較好的抑塵效果，且作用時間長，顆粒狀氯化鈣處理路面可達(dá)到45 d，食鹽或二者混合處理卡車路面可達(dá)到15 d，經(jīng)濟(jì)分析表明，用氯化鈣處理路面的費用比灑水低2/3；④瀝青涂路面、噴灑氯化鈣、氯化鈉溶液或其他溶液、用油水乳濁液處理路面、在負(fù)溫情況下人工造雪防塵等措施。

2.5 儲煤場儲煤防塵措施

儲煤場揚塵作為露天煤礦氣體環(huán)境污染的重要塵源之一，防塵措施主要有以下2 方面：①在煤堆上噴灑覆蓋劑：通過覆蓋劑作用增加表面煤巖的黏結(jié)力，形成薄層硬殼，防止風(fēng)吹日曬形成揚塵；②在儲煤場周圍構(gòu)建防風(fēng)抑塵墻：目前取得比較理想的效果，并在多地得到推廣和應(yīng)用。

目前，常用的防風(fēng)抑塵墻有柔性防風(fēng)抑塵墻和鋼性防風(fēng)抑塵墻2 種。柔性防風(fēng)抑塵墻指在鋼結(jié)構(gòu)架上掛裝由高密度聚乙烯編制的防風(fēng)網(wǎng)，鋼性防風(fēng)抑塵墻采用新型的高分子無機(jī)非金屬復(fù)合材料或者鍍鋅噴塑鋼板、不銹鋼板等材料制作的防風(fēng)板組成[8]。防風(fēng)抑塵墻高度根據(jù)儲煤場煤堆高度確定，一般為煤堆高的1.1 倍，有些地區(qū)防風(fēng)抑塵墻同時具有擋煤墻作用，抑塵墻下部砌筑1 m 左右高度再安裝擋風(fēng)板。單層擋風(fēng)抑塵墻抑塵效果可達(dá)65%～85%，雙層擋風(fēng)抑塵墻效果可達(dá)95%以上。通過防風(fēng)抑塵墻作用，可以有效減小儲煤場內(nèi)部風(fēng)流，從而達(dá)到降塵效果，減少大風(fēng)揚塵的煤粉損耗，具有一定的經(jīng)濟(jì)意義[9]。

2.6 排土場及復(fù)墾工程防塵措施

露天煤礦排土場是一種巨型人工松散堆墊體，占用大量的土地，存在容易發(fā)生滑坡等嚴(yán)重的安全問題以及二次揚塵污染空氣等不利影響，在露天礦區(qū)環(huán)境治理中占有很大的比重。將復(fù)墾工程納入到露天煤礦開采環(huán)節(jié)中來，形成采礦、運輸、排土、復(fù)墾工程一體化技術(shù)。復(fù)墾工程作為采礦方案編制的一個重要環(huán)節(jié)，提前進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計、評估，達(dá)到最優(yōu)效果，并嚴(yán)格按著方案實施。將生態(tài)環(huán)境恢復(fù)工作納入到礦山開采的全過程，做到煤炭開采與生態(tài)環(huán)境保護(hù)一體化[10]。

3 結(jié)語

露天煤礦開采各個環(huán)節(jié)對礦區(qū)氣體環(huán)境造成嚴(yán)重污染，影響整個礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境，容易引發(fā)安全事故，影響礦山職工身心健康，影響企業(yè)形象。為促進(jìn)礦區(qū)氣體環(huán)境問題的妥善解決，應(yīng)全面把握煤礦開采實際情況及揚塵的主要因素，從優(yōu)化開采方式、應(yīng)用防塵抑塵技術(shù)等角度入手，采取有針對性的露天煤礦揚塵治理措施，將環(huán)境保護(hù)與治理貫穿于露天煤礦開發(fā)規(guī)劃、設(shè)計、生產(chǎn)全過程真正實現(xiàn)煤炭綠色開采。