巴基斯坦塔尔煤田一区块露天煤矿一级破碎站综合除尘系统.pdf

露天采矿技术 Opencast Mining Technology Vol.35No.3 Jun. 2020 第 35 卷第 3 期 2020 年 6 月 露天煤矿半连续开采工艺兼具连续工艺和间断 工艺的优势， 由于其灵活性强、 效率高， 已成为露天 煤矿剥采工艺的一个重要技术发展方向[1]。半移动 式破碎站则是半连续开采工艺的关键环节和核心设 备，其主要优点为破碎能力强、移设方便、可靠性 高、 维护成本低等； 其主要缺点是受料过程中， 开放 式作业会产生大量无序粉尘[2]， 不但影响设备运行 寿命， 还危害现场工作人员的身体健康， 同时对大气 环境造成污染， 这与国家的法律法规相悖， 也制约了 经济的可持续发展， 因此， 做好破碎站的除尘抑尘工 作就显得尤为重要[3]。 1国内破碎站粉尘处理的方法 为解决破碎站处的粉尘污染和环境问题，目前 主要采用的方法有尘源封闭法、高压喷雾抑尘法和 干式布袋除尘法等，一级破碎站除尘采用方法统计 见表1。 目前，国内大多数露天矿一级破碎站受料坑并 未设置系统的封闭除尘设施，多为设置简易罩体抑 尘， 在卸料口四周加设干雾抑尘、 环保水雾炮或移动 式射雾器降尘，国内典型露天煤矿一级破碎站除尘 方式统计见表2。 DOI10.13235/ki.ltcm.2020.03.011 引用格式王晓帆， 张继平， 张洪， 等.巴基斯坦塔尔煤田一区块露天煤矿一级破碎站综合除尘系统 ［J］ .露天采矿技术， 2020， 35 （3） 39-42. 巴基斯坦塔尔煤田一区块露天煤矿一级破碎站 综合除尘系统 王晓帆 1， 张继平2， 张 洪 2， 蔡忠超2 （1.上海电气集团股份有限公司， 上海 201199； 2.中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司， 辽宁 沈阳 110015） 摘要 通过对国内典型露天煤矿破碎站粉尘处理方法进行统计和分析， 结合巴基斯坦塔尔煤田 一区块露天煤矿生产系统破碎站的实际情况提出一级破碎站综合除尘系统构想；通过对除尘系 统多个环节、 多种方案比较， 最终确定一级破碎站综合除尘系统方案； 实现 “破碎环节” 的绿色开 采， 对减少塔尔矿区生态环境污染具有重要意义,同时也为露天煤矿一级破碎站除尘系统综合技 术创新提供新的参考。 关键词 破碎站； 综合除尘系统； 露天煤矿； 绿色开采； 技术创新 中图分类号TD783文献标志码B文章编号1671-9816（2020）03-0039-04 Crushing station integrated dust removal system in Thar Coalfield Block I Open-pit Coal Mine WANG Xiaofan1, ZHANG Jiping2, ZHANG Hong2, CAI Zhongchao2 （1.Shanghai Electric Power Generation Group，Shanghai 201199， China； 2.China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Design Research Institute，Shenyang 110015， China） AbstractAccording to the statistics and analysis of dust treatment of crushing station in domestic typical open-pit coal mine and combining with the actual situation of Thar Coalfield Block I production system, the article presents the crushing station integrated dust removal system. Through comparing many schemes of dust removal system, we determine the crushing station integrated dust removal system solutions. It is of great significance to realize the green mining of “crushing link“ and reduce the pollution of ecological environment in mining area, which also provides a new reference for the comprehensive technical innovation of dust removal in open-pit coal mine. Key words crushing station； integrated dust removal system； open-pit coal mine； green mining； technical innovation 收稿日期2020-02-07 作者简介王晓帆 （1956） ， 福建厦门人， 高级工程师， 现任上海电气电站工程公司总经理助理，华信资源有限责 任公司董事长， 主要从事工程管理工作。 39 万方数据 露天采矿技术 Opencast Mining Technology Vol.35No.3 Jun. 2020 第 35 卷第 3 期 2020 年 6 月 2一级破碎站综合除尘系统构想 1） 生产系统。巴基斯坦塔尔煤田一区块露天煤 矿建设规模为7.80 Mt/a，剥离采用单斗-卡车开采 工艺， 采煤采用单斗-卡车可移动式破碎站半连续 开采工艺。露天矿产品煤原煤粒度为0300 mm， 去 向为坑口电厂， 主要包括破碎、 储煤、 运输等环节， 一 级破碎站采用移动式双齿棍破碎机，其生产能力为 2 000 t/h， 装料设备为载重60 t的宽体卡车， 卸车频 次约为34次/h， 考虑一次卸车时间约3.5 min， 破碎 站设2个卸车台位，即可满足露天煤矿正常生产要 求。考虑配煤功能需要，一级破碎站设3个卸车台 位， 储煤场设备选用悬臂式斗轮堆取料机[4]。 2） 综合除尘系统。目前国内露天煤矿生产系统 环节中的一级破碎站多采用尘源封闭法、高压喷雾 抑尘法和干式布袋除尘法等，为解决现有技术存在 的投资高、 能耗大以及抑尘效果差等问题， 提出采用 相对 “封闭” 罩体将受料坑及运煤卡车卸载的相关区 域封闭， 并采取 “主动” 吸尘系统集中处理煤尘。 3除尘系统布置方案 由于宽体卡车向一级破碎站卸车时，物料从高 处落至受料斗内是破碎站产尘的主要原因，属于过 程中的动态起尘，与操作时的作业落差和卸载强度 有关[5]， 故除尘点设置在卸料口周围， 除尘方式采用 将卸料口周围封闭除尘器的方式。 3.1封闭抑尘范围及方式 破碎站受料斗尺寸为9 000 mm 9 000 mm， 根据卸载平台尺寸、 运煤卡车作业方式、 举升厢斗尺 寸、 封闭抑尘效果、 煤尘防爆要求、 投资估算的经济 性等因素，封闭抑尘罩范围提出4个方封闭抑尘罩 方案范围对比， 各方案封闭抑尘罩范围示意图如图1。 1） 方案1 只将受料口四周封闭。优点 封闭范 围小， 造价低。缺点①不能将产尘范围全部封闭； ②；除尘器检修空间不足。不推荐此方案。 2） 方案2将运煤卡车厢斗尾部范围封闭。优 表 1一级破碎站除尘采用方法统计 名称原理优缺点 高压喷雾抑尘法 （可以不封闭） 在产尘空间内安装利用压缩 空气驱动的超声波雾化器,实 现就地抑尘。 优点 除尘效果较好。 缺点 ①系统投资高； ②对水的净度要求较高； ③运行费用较高； ④管理成本 高等问题； ⑤寒冷及严寒地区的冬季无法使用该种抑尘方式,存在使用地区和 时间受限等问题。 干式布袋除尘法 （需封闭） 将煤尘主动收集处理。 优点 ①处理风量大； ①除尘效率高。 缺点 ①体积庞大、 较笨重； ②投资高、 能耗大、 运行维护工作量大。 尘源封闭法 （需封闭） 在自卸汽车平台上设置构筑 物围挡, 将产尘部位密封,达 到就地控制粉尘的目的。 优点 能有效抑尘。 缺点 由于自卸汽车的卸料口处情况复杂以及缺乏对粉尘成因的认识,无法做 到完全密封,存在漏尘、 喷尘点较多的二次环境问题,无法达到抑尘效果。 表 2国内典型露天煤矿破一级破碎站尘方式统计 项目伊敏一号黑岱沟胜利一号西湾霍林河南矿新疆南露天 所在地区 建设规模/ （Mt a-1） 一级破碎站形式 受料坑是否封闭 平台尺寸/ （mm） 卸车台位/个 卡车吨位/t 卸车频率/ （次 h-1） 内蒙古 21 半移动式 不封闭 10080 2 172 17 内蒙古 29 半移动式 不封闭 10080 2 220 16 内蒙古 30 半移动式 简易封闭 10080 2 220 14 陕西 10 半移动式 简易封闭 10080 3 220 15.91 内蒙古 18 半移动式 不封闭 8060 2 220/108/91 1425 新疆 30 半移动式 简易封闭 10080 2 154 19.48 除尘效果一般相对好效果受限冬季不适一般一般一般 除尘方式防风抑尘网 防风抑尘网水 喷雾锁尘导料 槽除尘器除尘 彩钢罩体干雾 挡风抑尘网 除尘棚干雾 抑尘 喷水除尘 彩钢罩体 水雾 软帘 40 万方数据 露天采矿技术 Opencast Mining Technology Vol.35No.3 Jun. 2020 第 35 卷第 3 期 2020 年 6 月 点封闭范围较小， 造价较低。缺点①不能将产尘 范围全部封闭；②；除尘器检修空间较小。 不推荐此 方案。 3） 方案3将运煤卡车整个车体范围封闭。优 点能将煤尘范围全部封闭， 尘化的气流在到达罩壁 的孔口前速度已大大减弱， 降 （除） 尘效果好。 缺点 封闭抑尘罩范围大， 造价相对较高。推荐此方案。 4） 方案4将整个卸载平台封闭。优点能将煤 尘范围全部封闭， 尘化的气流在到达罩壁的孔口前速 度已大大减弱， 降 （除） 尘效果好。 缺点封闭抑尘罩 造价比方案3高。不推荐此方案。 考虑除尘效果、工程造价、设备选型等多种因 素， 推荐采用方案3的封闭抑尘罩的范围， 即将宽体 卡车整个车体进行封闭。 封闭抑尘罩采用多跨结构， 最大跨度12 m。一般国内采用钢结构形式， 考虑项 目所在地塔尔地区的实际施工条件，当地钢结构型 钢的加工能力极其薄弱， 甚至无法采购到型钢材料。 因此， 确定采用现浇钢筋混凝土框架结构体系， 墙体 和屋面采用钢檩条加彩钢板围护的建筑形式，钢筋 混凝土独立基础。 在已确定的封闭抑尘罩需预留3处运煤卡车出 入口， 出入口处的封闭方式可选择橡胶挡帘、 自动多 段提升大门、 气幕以及水幕等， 封闭抑尘罩卡车进出 口处封闭方式优、 缺点如下①橡胶挡帘优点为造 价低,缺点为卡车出入易磨损、 封闭效果不好,不推 荐； ②自动多段提升大门优点为封闭效果好,缺点 为造价高、 对卡车有防爆要求、 频繁开启， 影响卸车 连贯性,不推荐；③气幕优点为造价低， 自动形成气 压， 诱导气流循环， 气幕屏蔽效果好,推荐；④水幕 优点为封闭效果好,缺点为需要水源，水处理的附 属设施多， 造价高、 对煤质产生影响， 受季节性影响 较大,不推荐。 经比较分析，推荐采用气幕封闭卡车进出口的 方式。 为防止煤尘向封闭抑尘罩外区域扩散， 封闭范 围及形式确定采用气幕封闭卡车进出口的方式将宽 体卡车整个车体封闭。 3.2密闭抑尘罩排风量 鉴于一级破碎站的工艺设备布置，采用整体封 闭的方式尽量将产尘空间全部封闭，设置吸气方向 尽可能与污染气流运动方向一致来进行捕集除尘。 考虑3个卸载台位高差为9 m、本露天矿煤含 水量为40.2（外水分） 、 运煤卡车载重60 t、 一级破 碎站能力为2 000 t/h， 计算启尘量为298.6 kg/h。因 为一级破碎站卸载平台卡车厢斗卸载处产尘特点瞬 间尘量较大， 考虑地理位置特点和空气流通需要， 密 封罩不可能完全密封严实， 即需要考虑漏风率； 再加 上破碎机落料时由于落差引起的气流反冲消耗的风 量； 所以总风量需要考虑附加值， 本研究修正系数取 值1.20， 即实际抽风量为85 289 m3/h。 3.3除尘方案比选 含有煤尘空气经风机抽出后经过除尘器处理达 标后排放， 排风口设在罩内压力最高的部位， 以利于 消除正压。 目前， 除尘器选择种类分为干式除尘器和 湿式除尘器2种， 湿式除尘器除尘器优缺点对比。 1） 干雾除尘器。 优点效率高， 用水量少。 缺点 ①水质要求较高 （基本与生活饮用水相当） 且初期投 资较大， 现场不具备能提供干雾水质的水源， 需从露 天矿疏干管道引水敷设管道，并增加疏干水处理系 统；②不封闭， 受季节风影响除尘效果。不推荐。 2） 除尘喷头。 优点投资省， 适应性好。 缺点① 用水量大， 水处理等附属设施投资大；②受地区冬季 气候影响较。不推荐。 3） 水膜除尘器。 优点结构相对简单、 金属的耗 量较小、 耗水量较小。 缺点①由于高度较大， 一级破 碎站周围空间有限， 布置困难；②在实际运行的过程 中有带水的现象。不推荐。 4） 振弦除尘器。优点除尘效果好。缺点①振 弦板、 高压喷头易堵；②用水量大。不推荐。 5） 湿式除尘洗气机。 优点引风除尘为一体， 不 需另配风机， 对水质、 水压无要求， 可循环使用， 无滤 网， 目前应用没有易损件。推荐。 湿式除尘洗气机以洗涤液为介质，在机械力的 作用下， 将洗涤液雾化为细微小液滴颗粒， 通过一定 速度的撞击或乳化剂的作用与煤尘颗粒结合[6]， 达到 净化的目的。 系统中除尘洗气机运行后， 将含尘气体 图 1各方案封闭抑尘罩范围示意图 41 万方数据 露天采矿技术 Opencast Mining Technology Vol.35No.3 Jun. 2020 第 35 卷第 3 期 2020 年 6 月 经管道送至除尘洗气机，经除尘洗气机清洗净化至 回风气幕箱， 由气幕口吹出。 洗气机运行时， 密封罩内部产生负压， 新风补入 使气体流动， 带走粉尘。 气幕口吹出的气体形成的风 墙可将密封罩内外区域隔开，因此将净化后由气幕 口吹出的气体代替新风作为送风使用，使密封罩内 的气体循环流动， 作为粉尘的载体进行循环净化， 净 化后气体不向大气排放。 确定除尘器的风量时， 必须 满足密闭罩内进、 排风量的总量平衡[7]。 根据以上原则，总体排风量应大于85 289 m3/h， 处理设备额定风量要大于计算风量，因此选用2套 CTL-12湿式除尘洗气机。 3.4回风气幕和给水及水处理 利用风幕对开放产尘环节进行软密封，在不影 响生产的前提下， 可有效抑尘[8]。在封闭抑尘罩内预 留运煤卡车出入口， 运煤卡车车头在罩体垂直线内， 结合湿式除尘洗气机处理系统设置，在运煤卡车头 上方安装回风气幕箱，长度大于运煤卡车出入口宽 度， 气幕箱下方有气幕口， 净化后的中气由此向下吹 出， 形成1道风墙， 将内部产尘区域和室外自然区域 隔开， 粉尘可被密封在其中， 从而达到有效控制煤尘 外漏， 闭罩体抑尘原理示意图如图2。 洗气机用水量为40 m3/h， 每天按工作16 h计， 则用水量为640 m3/d。 该设备对水质要求不高， 可由 露天矿提供疏干水， 保证洗气机用水。 破碎站洗气机废水经收集后，送至处理间内处 理。处理核心工艺为传统的混凝沉淀过滤， 净化 后复用， 处理规模为40 m3/h。 4结语 目前我国有露天煤矿400余座， 其中大、 中型露 天煤矿120余座， 千万吨级以上的露天煤矿约有40 余座， 其地面剥离、 煤破碎站数量非常可观， 而在露 天矿破一级破碎站尘方面，尚未有一个较为完善的 解决方案， 进一步改善和提高的空间较大。 对巴基斯 坦塔尔煤田一区块露天煤矿破碎站综合除尘系统进 行深入研究并确定的详细的破碎站综合除尘系统方 案，对做好项目实施过程中半移动式破碎站的扬尘 抑制工作， 实现 “破碎环节” 的绿色开采， 减少和避免 矿区生态环境的污染，做好矿区生态环境保护和综 合治理具有重要意义，对推动一级破碎站尘综合技 术创新起到促进作用。 参考文献 ［1］ 中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司.巴基斯坦塔 尔煤田一区块露天煤矿项目破碎站综合除尘系统研 究报告 ［R］ .沈阳 中煤科工集团沈阳设计研究院有限 公司， 2019. ［2］ 郑永生， 路洪斌， 杜昌元， 等.移动式破碎站高压喷雾 除尘装置的选配 ［J］ .工程机械与维修， 2016 （1） 71. ［3］ 蔡忠超.塔尔露天煤矿开采工艺方案分析 ［J］ .露天采 矿技， 2016 （6） 21-24. ［4］ 中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司.巴基斯坦塔 尔煤田一区块露天煤矿初步设计 ［R］ .沈阳 中煤科工 集团沈阳设计研究院有限公司， 2019. ［5］ 李宏剑.挡风墙挡风抑尘效果数值模拟研究 ［D］ .杭州 浙江大学， 2007. ［6］ 唐敬麟， 张禄虎.除尘装置系统及设备设计选用手册 ［M］ .北京 化学工业出版社， 2004. ［7］ 丁耀川.安家岭选煤厂受料点粉尘治理技术研究与应 用 ［D］ .阜新 辽宁工程技术大学， 2015. ［8］ 肖迪， 李小川， 方振昌， 等.风幕在铸造烟尘和有害气 体捕收中的应用展望 ［C］ //2019 中国铸造活动周论文 集.沈阳 中国机械工程学会铸造分会， 2019. 【责任编辑 陈毓】 图 2封闭罩体抑尘原理示意图 42 万方数据