干旱半干旱地区露天煤矿无组织扬尘排放特征*

郭二果 张树礼 蔡 煜 李静 闫文慧 杨力鹏 张 波 李永胜

（1.呼和浩特市环境科学研究所，内蒙古自治区呼和浩特市，010030；2.内蒙古环境科学研究院，内蒙古自治区呼和浩特市，010019；3.呼和浩特市环保局，内蒙古自治区呼和浩特市，010010）

干旱半干旱地区露天煤矿无组织扬尘排放特征*

郭二果1张树礼2蔡 煜1李静2闫文慧1杨力鹏1张 波1李永胜3

（1.呼和浩特市环境科学研究所，内蒙古自治区呼和浩特市，010030；2.内蒙古环境科学研究院，内蒙古自治区呼和浩特市，010019；3.呼和浩特市环保局，内蒙古自治区呼和浩特市，010010）

无组织扬尘污染是干旱半干旱地区露天煤矿开采的重要制约因素，本文以胜利一号露天矿为例，研究露天煤矿无组织排放源大气扬尘的时空分布特征，结果表明：多数无组织排放源周界外TSP浓度均能达标，而从采掘场到南排土场的主要运输道路在个别时段（14∶00－15∶00）出现超标；露天煤矿无组织扬尘主要来自采掘场到排土场的主要运输道路，其次以采掘场下风向场界和排土场对大气扬尘的贡献最高；储煤场（筒仓封闭式）产生的扬尘浓度最低；露天煤矿大气扬尘浓度的日变化总体为：早上较高，上午10∶00以后至午后15∶00左右浓度较低，傍晚TSP浓度又有所回升；但在采掘场下风向周界外TSP浓度在15∶00左右也会相对较高。

干旱半干旱地区 露天煤矿 无组织扬尘 排放特征

露天煤矿在我国煤炭生产中占有重要地位，而许多大型露天煤矿又地处干旱半干旱地区，无组织扬尘污染是这些地区露天开采的重要制约因素。目前关于煤矿无组织扬尘污染的研究主要集中在煤场等个别排放源的扬尘研究上，包括煤场起尘机理、煤场静态起尘量、煤场环境影响预测以及选煤场粉尘抑制。本文以地处典型干旱半干旱地区的胜利一号露天矿为例，选择扬尘污染最严重的冬季，研究露天煤矿无组织扬尘排放特征，为干旱半干旱地区露天煤矿无组织扬尘污染防治管理提供依据。

1 研究地概况

1.1 矿区周边环境

胜利一号露天矿位于内蒙古自治区锡林郭勒盟锡林浩特市西北部胜利苏木境内，地理位置为东经115°30′－116°26′，北纬43°57′－44°14′，东南边界距离锡林浩特市约6km。露天矿境内及周围地势平坦，地带性植被有克氏针茅、大针茅等，属半干旱草原气候，平均降水量为294.74mm／a，平均蒸发量为1794.64mm／a，春、冬季多为西南风。

1.2 工程概况

胜利一号露天矿总建设规模为20Mt／a，其中一期建设规模为10Mt／a，于2005年开工建设，2009年通过验收，二期扩建工程于2010年动工。该矿采用单斗—卡车开采工艺，主体工程包括采掘场、排土场、储煤场、输煤系统等。采掘场分3个采区，总设计面积为36.89km2；设置3个外排土场；储煤场包括2个储量为0.5万t的缓冲仓和1个储理为5万t的球型储煤仓。

2 研究方法

2.1 监测方法

监测因子：TSP

监测时间：2010年11月3日和4日连续监测2d，监测4次／d，上、下午各2次，每次监测1h。

监测布点：共选择8个监测点，分别布置在南排土场、采掘场、储煤场以及采掘场到南排土场的主要运输道路等无组织排放源边界外2～50m范围内的最大落地浓度点。另外，在沿帮排土场以北1km未干扰草场处设置对照点，见表1。

表1 无组织扬尘监测布点

2.2 TSP分析和数据处理方法

无组织扬尘TSP分析方法采用《空气与废气监测分析方法》第四版重量法，最低检出限为0.001mg／m3。

数据处理用excel 2003，统计分析用sas v 9.0。

3 结果与分析

3.1 达标情况分析

各无组织排放源周界外TSP浓度见表2。除采矿区到南排土场的主要运输道路下风向的几个时段TSP监控点浓度超过1.0mg／m3外，其他无组织监测点监控值均为1.0mg／m3以下。

以沿帮排土场以北1km处未干扰草场为参照点（本文依托课题中对周边其他环境质量点的TSP浓度也进行了监测，发现处于侧风向的沿帮排土场以北1km处未干扰草场TSP浓度最低），进一步分析从采掘场到南排土场的主要运输道路监控点TSP浓度超过1.0mg／m3的几个监测时段的超达标情况，在监控点TSP浓度超过1.0mg／m3的几个监测时段中，监控点TSP浓度与参照点浓度之差超过1.0mg／m3的只有11月4日14∶00－15∶00，见表3。

根据《煤炭工业无组织排放标准》中颗粒物无组织排放周界外质量浓度最高不超过1mg／m3的规定，上述结果说明胜利一号露天矿大气无组织扬尘污染不太严重，多数无组织扬尘污染源周界外TSP浓度均达到《煤炭工业无组织排放标准》限值要求，而从采矿区到南排土场的主要运输道路个别时段（14∶00－15∶00）出现超标，超标倍数为1.8%，超标率为1.79%。

表2 无组织排放TSP监测结果mg／m3

表3 无组织排放TSP浓度进一步达标情况分析mg／m3

3.2 不同无组织排放源扬尘贡献比较

不同无组织排放源周界外大气扬尘浓度相比较，从采掘场到排土场的运输道路扬尘浓度显著高于其他污染源，见表1和图1，两日监测平均值较扬尘排放浓度最低的监控点高5.3倍，且在监测期间各时段浓度值线图均在其他污染源的上方，见图1。储煤场产生的扬尘浓度最低，两日均值只有0.189mg／m3；排土场TSP浓度稍高于采掘场（采掘场东场界除外）；采掘场四场界中以东场界处扬尘浓度最高，达到了0.319mg／m3，西场界最低（0.145mg／m3），南北场界TSP浓度相差不大。

图1 不同大气污染源无组织扬尘排放TSP浓度比较图

经过方差分析发现，从采掘场到南排土场主要运输道路与其他无组织排放源产生的TSP浓度差异均极为显著（p＜0.01），采掘场东场界与储煤场TSP浓度差异显著（p＜0.05），其他污染源产生的TSP浓度之间差异均不显著。

图2 锡林浩特市冬季及全年风向频率玫瑰图

出现上述结果的原因可能是：从采掘场到排土场的运输道路由于车辆多，人员和车辆活动频繁，车辆碾压起尘量大，再加上运输车辆装载的剥离物洒落和飞扬，使运输道路扬尘在所有监测点中居于最高；采掘场东场界扬尘浓度较高可能主要与风向有关，锡林浩特市冬季和全年主导风向为西南偏南风，见图2，采掘场东场界处于主导风向的下风向，这就使得原本作为主要扬尘来源的采掘场处于下风向的东场界TSP浓度相对较高。此外，由于胜利一号露天矿目前在首采区开采，首采区位于露天矿的东南部，且整个露天矿开采的推进方向是在首采区东部拉沟，向西平行推进，这也是采掘场东场界扬尘浓度较高的另外一个原因；储煤场扬尘浓度最低，一方面与储煤场活动程度和活动量较低有关，更重要的原因是胜利一号露天矿采用封闭式储煤场，减少了露天堆放的扬尘污染。

3.3 TSP排放浓度的日动态变化分析

从两日的监测时段来看，胜利一号露天矿各无组织排放源产生的大气扬尘浓度变化规律不太一致，总体来看，早上扬尘浓度较高，上午10∶00－15∶00浓度较低，傍晚TSP浓度又有所回升，特别是运输道路、采掘场南场界、储煤场边界外扬尘浓度呈现出明显的这种日变化规律。采掘场西场界、采掘场北场界、南排土场南场界TSP浓度日变化虽不完全和上述规律一致，但也呈现出下午15∶00前TSP浓度最低的规律。而采掘场东场界TSP浓度日变化规律与其他监测点有所不一致，在下午15∶00左右TSP浓度没有出现最低值，见图3。

TSP浓度出现上述日变化规律的原因除与污染源起尘机理和影响因素有关外，还与污染物的扩散条件有关：上午光照强，气温高，空气湿度低，风速一般也较大，特别是11∶00－15∶00气温达到最高，这时大气垂直方向不稳定，空气对流加强，空气湍流运动易于空气颗粒物TSP的扩散，因而这段时间浓度较低；相反，早上和傍晚气温较低，空气湿度高，风速一般相对较低，这种高温、低湿又相对静风的状态不利于空气颗粒物的扩散和输送，TSP浓度往往较高。

采掘场东场界TSP浓度日变化规律与其他监测点有所不一致，原因可能与其处于主导风向的下风向，受风的影响较大，在风速相对较高、空气不稳定的时段，处于下风向的TSP浓度也相对较高，因而表现出与常规日变化规律不太一致的现象。

此外，无组织排放源TSP浓度的日变化除与气象条件有关外，还与矿区内的扬尘管理有关，胜利一号露天矿一般通过洒水抑制无组织扬尘，而上午10：00－11：00是洒水量最多的时段，故此时扬尘浓度一般较低。

图3 大气污染源无组织排放TSP日动态变化

4 结论

（1）胜利一号露天矿大气无组织扬尘污染不太严重，多数无组织扬尘污染源周界外TSP浓度均达到《煤炭工业无组织排放标准》限值要求，而从采矿区到南排土场的主要运输道路个别时段（14：00－15：00）出现超标，超标倍数为1.8%，超标率为1.79%。

（2）从露天矿各污染源对大气扬尘的贡献来看，无组织扬尘主要来自采掘场到排土场的主要运输道路，运输道路下风向扬尘浓度极显著地高于其他污染源（TSP浓度高达0.914mg／m3）；其次以处于采掘场下风向的场界（本文为东场界）和排土场对大气扬尘的贡献最高；储煤场（筒仓封闭式）产生的扬尘浓度最低，TSP浓度只有0.189mg／m3。

在露天煤矿无组织扬尘污染控制中，应重点通过密闭运输、洒水、道路硬化、绿化以及煤扬尘新型覆盖剂等措施降低矿区运输道路扬尘；此外，采掘场等污染源下风向边界外也是扬尘污染防治的重点。

（3）露天矿大气扬尘浓度的日变化总体为：早上较高，上午10∶00－15∶00浓度较低，傍晚TSP浓度有所回升；采掘场下风向周界外TSP浓度在15：00左右相对较高。胜利一号露天矿无组织排放源周界外扬尘浓度的日变化规律与许多城市大气颗粒物的日变化规律有相似之处，只是峰谷值出现的具体时间因地区和城市功能区的不同而稍有差异。

露天矿扬尘的动态变化特征与气象因素有很大关系，特别受风廓线引起的萨夫曼（Saffman）力以及湍流脉动的影响较大。而且气象因素特别是风和湿度对颗粒物的影响是复杂综合的过程，当风速大、湿度小时一般容易起尘，但低风速、高湿度的稳定状态也会使颗粒物因扩散不良而聚集增多，今后应加强对露天矿无组织扬尘起尘、扩散的影响因素做深入研究，在实际管理过程中，要依据具体情况，并考虑风向、风速以及其他影响因素，加大扬尘起尘量大且不易扩散时期的防控力度。

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Fugitive dust emission characteristic of the open－pit coal mine in arid and semiarid area

Guo Erguo1，Zhang Shuli2，Cai Yu1，Li Jing2，Yan Wenhui1，Yang Lipeng1，Zhang Bo1，Li Yongsheng3
（1.Huhhot Research Institute of Environmental Science，Huhhot，Inner Mongolia 010030，China；2.Inner mongolia Academy of Environment Science，Huhhot，Inner Mongolia 010019，China；3.Huhhot Environmental Protection Bureau，Huhhot，Inner Mongolia 010010，China）

Fugitive dust polluting is one of the most important restraining factors for open－pit coal mine in arid and semiarid area.Fugitive dust emission characteristic such as time and spatial distribution of typical fugitive emission sources for open－Pit coal mine was researched，taking Shengli No1open－pit coal mine for example，and the results showed that：TSP concentration on the border of most fugitive emission sources can be up to the standard，but TSP concentration can＇t be up to the standard at 14∶00－15∶00for main road from mining site to south dumping site；Fugitive dust of open－pit coal mine come mainly from main road from mining site to south dumping site，and distribution of mining site leeward and dumping site to TSP was bigger，while TSP concentration of enclosed storing coal site was the lowest；Diurnal variation curves of TSP concentration generally showed：TSP was higher in the morning，and lower at 10∶00－15∶00，while rised again late in the afternoon；but TSP concentration of mining site border leeward can be high at about 15∶00.

arid and semiarid area，the open－pit coal mine，fugitive dust，emission characteristic

TD995.1

B

国家环保部2009年公益性专项研究课题“干旱半干旱地区草原煤田开发环境影响后评估与生态修复示范技术研究”（200909063）

郭二果（1978－），女，内蒙凉城人，博士生，毕业于中国林业科学研究院，主要从事城市生态及环境保护方面的研究工作。

（责任编辑 孙英浩）