露天煤矿一级破碎站煤尘控制技术.pdf

露天采矿技术 Opencast Mining Technology Vol.35No.4 Aug. 2020 第 35 卷第 4 期 2020 年 8 月 收稿日期2020-04-07 作者简介丁志杰 （1987） ， 甘肃环县人， 2009 年毕业 于中国矿业大学采矿工程专业， 现任大地工程开发 （集团） 有限公司露天水工所总工程师，目前从事露天采矿设计研 究工作。 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 DOI10.13235/ki.ltcm.2020.04.011 引用格式丁志杰.露天煤矿一级破碎站煤尘控制技术 ［J］ .露天采矿技术， 2020， 35 （4） 35-38. 露天煤矿一级破碎站煤尘控制技术 丁志杰 （大地工程开发 （集团） 有限公司， 北京 100102） 摘要 针对露天煤矿一级破碎站产尘量大、 传统喷雾洒水措施降尘效果差的特点， 以大南湖煤 矿一级破碎站为例， 分析了破碎站煤尘的产生机理， 进而提出在破碎站加设半密闭防尘罩棚并辅 助采用干雾抑尘技术； 测试数据显示煤尘总粉尘浓度降低至 2.92～3.53 mg/m3， 呼吸性粉尘浓度降 低至 1.32～2.35 mg/m3，低于国家规定的粉尘浓度限值，有效地提升了破碎站作业场所的环境质 量， 保障了作业人员的身体健康， 对于露天煤矿一级破碎站煤尘控制具有重要的借鉴意义。 关键词 露天煤矿； 一级破碎站； 煤尘； 防尘罩棚； 干雾抑尘 中图分类号 TD714文献标志码B文章编号 1671-9816 （2020） 04-0035-04 Study on coal dust control technology in primary crushing station of open-pit coal mine DING Zhijie （Ｄａｄｉ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｖｅｌｏｐmｅｎｔ（Ｇｒｏｕｐ）Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Bｅｉｊｉｎｇ 100102，Ｃｈｉｎａ） Abstract In view of the large amount of dust produced by the primary crushing station of the open-pit coal mine, and the poor dust reduction effect of tranditional spraying water, this article takes Dananhu coal mine primary crushing station as an example, analyzes the mechanism of coal dust in the crushing station, presents to add a semi-closed dust cover shed primary crushing station; coal dust; dust shed; dry mist dust suppression 35 万方数据 露天采矿技术 Opencast Mining Technology Vol.35No.4 Aug. 2020 第 35 卷第 4 期 2020 年 8 月 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。 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 测试地点 总粉尘浓度 / （mg m-3） 呼吸性粉尘浓度 / （mg m-3） 2 层平台 9.13～22.00 17.32 7.63～17.33 11.74 卸载平台 （距受料斗位置 20 m） 5.92～8.42 7.14 4.54～5.83 5.06 控制室1.58- 职业接触限值42.5 表 1大南湖二矿一级破碎站初始煤尘浓度 注 ①职业接触限值 （PC-TWA） 依据 GBZ 2.12007 和 GBZ 2.22007 规定确定； ②测试时间为 3 d。 36 万方数据 露天采矿技术 Opencast Mining Technology Vol.35No.4 Aug. 2020 第 35 卷第 4 期 2020 年 8 月 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。 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 1592004 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 92.12007 滤膜称量法对总粉尘浓度和 GBZ/T1 92.22007 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。 图 1一级破碎站密闭式防尘罩棚示意图 测试地点 粉尘浓度 / （mg m-3）粉尘浓度降低 / 总粉尘呼吸性粉尘总粉尘呼吸性粉尘 2 层平台3.532.3579.6279.98 卸载平台 （距受料 斗位置 20 m） 2.921.3259.1073.91 表 2一级破碎站煤尘浓度测试表 37 万方数据 露天采矿技术 Opencast Mining Technology Vol.35No.4 Aug. 2020 第 35 卷第 4 期 2020 年 8 月 方有各自的营销方式但深入合作不够。 5结语 目前国内大型露天矿山开始进行矿区无人驾驶 系统的建设和试验， 相比国外发达国家， 我国的无人 驾驶技术起步晚， 技术沉淀存在较大差距。智能矿山 的核心技术为智能设备的应用， 国内外无人驾驶的技 术研发崭露头角， 需要矿山企业、 高科技公司、 设备厂 家、 通讯公司等一起进行深度合作， 共同开发矿山智 能化系统。 随着国内互联网、 人工智能、 5G 通讯等现代信息 技术发展的日新月异， 为矿山无人驾驶技术的发展提 供了很好的机遇。 相信在今后 10 年内， 露天矿山的无 人驾驶技术将会得到很好的发展与推广。 参考文献 ［1］ Uhlemann E . 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