挡风抑尘墙在煤场中的应用

邢倩倩

（中平能化集团天成环保工程有限公司环保三部，河南 平顶山 467000）

1 引言

平煤股份三矿煤场位于六矿矸石山南边，煤场东西长约166m，南北宽约102m，煤场呈不规则型，总面积约为16902m2。煤场中心位置为卸煤楼，卸煤楼周围设有9个喷洒半径为30m的喷头，用于喷洒落煤时所扬起的灰尘，煤场煤堆高度最高为10m，挡风抑尘墙高度定为12m。

2 安装挡风抑尘墙的原因

由于生产的需要，井下开采的煤由输煤皮带送至卸煤楼，并经由卸煤楼底部的溜煤筒降落到煤场内，然后通过运输车将其外运。原煤在下落和装载过程中产生的灰尘和煤堆在风力作用下产生的大量煤尘漂浮在空气中，在风力的作用下向矿区及周围村庄扩散，严重影响矿区及周边地区大气的环境质量。而该煤场内卸煤楼周围原有一套喷淋抑尘系统，但单纯的运行喷淋抑尘系统降尘效果不太显著，特别是有大风的时候，达不到预期的降尘效果。为解决煤场扬尘污染问题改善煤场周边环境质量，提升企业形象，平煤股份三矿决定安装挡风抑尘墙对扬尘进行治理。

3 挡风抑尘墙防尘机理

“挡风抑尘墙”是利用空气动力学原理，按照实施现场环境风洞试验结果加工成一定结合形状的挡风板，并根据现场条件将挡风板组合成挡风抑尘墙，使流通的空气（强风）从外通过墙体时，在墙体内侧形成上、下干扰气流以达到外侧强风，内侧弱风，外侧小风，内侧无风的效果，从而防止粉尘的飞扬。

通过对组装好的挡风抑尘墙进行了风洞试验表明，挡风墙可有效降低来流风的风速，改变一部分来流风通过挡风抑尘墙后的风向，最大限度地损失来流风的动能，避免来流风的明显涡流，减少风的湍流度而达到减少起尘的目的。来流风通过挡风抑尘墙形成湍流旋涡气流后，风速、风压的衰减幅度及风速平方成正比，所以，风速越大，挡风抑尘墙的抑尘效率越高，达到控制扬尘的效果越佳。其气流通过挡风抑尘板的影响见图1。

图1 气流通过挡风抑尘墙平面示意图

4.1 煤堆起尘量与风速的关系

料堆起尘分为两大类：一类是料堆场表面的静态起尘；另一类是在堆取料等过程中的动态起尘。前者主要与物料表面含水率、环境风速等关系密切，后者主要与作业落差，装卸强度等相关联。

对于散料堆场，只有外界风速达到一定强度，该风力使料堆表面颗粒产生的向上迁移的动力足以克服颗粒自身重力和颗粒之间的摩擦力以及其他阻碍颗粒迁移的外力时，颗粒就离开堆垛表面而扬起，此时的风速就称为起动风速。

根据露天料堆粉尘扩散规律的试验研究，料堆起尘量与风速之间的关系如下所示：

式中：Q为料堆起尘量；V为风速；V0为起尘风速；a为与粉尘粒度分布有关的系数；n为指数（n＞1.2）；对不同地区环境的煤堆来说，2.7＜n＜6.23。

从上式可以看出料堆起尘量Q与风速差（V－V0）的高次方成正比。因此，降低料堆场的实际风速是减少起尘量的最有效方法。要使起尘量Q变小，主要的办法是降低“V－V0”的差值。因此降低风速是减小露天煤堆起尘量最有效的方法。设置挡风抑尘墙的目的是将V变小，湿法抑尘的目的是将V0变大，从而达到减少Q的目标。因此对露天料堆场来说，使用挡风抑尘墙和增湿抑尘是两种主要的减少起尘的技术措施。

4.2 抑尘网的选择

目前国内常用的抑尘网根据材质可分为：柔性抑尘网和刚性抑尘网。本文选择的是蝶形刚性抑尘网。

该类抑尘网由独立基础、钢结构支撑、刚性挡风抑尘板三部分组成。其主要特点如下：①抑尘效果。刚性抑尘网开孔整齐，通常选择开孔率40%，网后不产生湍流，抑尘率为80%～90%；②抗老化性。产品表面经过喷塑处理，能吸收太阳光中的紫外线，降低材料本身氧化速度，使产品具有较好的防老化性能，提高使用寿命。同时紫外线透过度低，避免了太阳光中料的损伤。③自净功能。产品表面经过静电喷塑处理，在受太阳光照射后，能把附着于产品表面的有机污物氧化分解，另外，抑尘板吸附尘土易于被雨水冲洗，起到自洁净效果，无维护费用。④抗冲击性。产品的强度高，可以承受冰雹（强风）的冲击。冲击强度试验检测，在试样的中上方，用质量为1kg的钢球，距波峰顶点2.0m的高度自由落下，产品没有断裂和贯穿的孔穴。⑤阻燃性。因为是金属板所以有很好的阻燃性，均能满足消防和安全生产的要求。⑥亲水性。因为是金属板所以不亲水，无吸水性。⑦维护费用。由于刚性抑尘网网片是由大型自动数控机械设备一次成型，固定统一尺寸，表面处理到位，安装后在使用周期内除非受到毁坏性碰撞，否则不会出现破损，因此基本不需维护。

4.3 刚性抑尘网板形选择可行性

抑尘网防风板的形状有蝶型、直板形等多种形式。根据风洞试验检测，蝶型防风板在一定的开孔率下具有明显地降低风速和紊流度的作用，防尘效果好。科学实验表明，在采用合理开孔率的蝶形防风板，降低风速效果明显（表1）。

表1 蝶形防风抑尘网墙的挡风效果数据 （m／s）

从以上表1的数据可以看出：正面5级以下风速范围，背面降至1级风速范围；正面8级以下风速范围，背面降至2级风速范围；正面12级以下风速范围，背面降至3级风速范围。蝶形防风抑尘墙降低风速的原因，与其所开缝的几何特性、组合形状关系密不可分，当风作用于防风板上时，透过抑尘网上所开缝的气流作用与气流绕向作用起到了降低风速的效果。由此可见，蝶形防风抑尘墙分解了风的流向，极大地减缓了背面风的透过量。故本系统选用蝶形防风抑尘网是可行的。

4.4 独立基础

沿围护墙内侧每隔4m设一个独立基础，基础尺寸为：1200mm×900mm×1650mm，基础底板与立柱上均采用φ20＠200的螺纹钢，垫层采用C10砼，立柱基础采用C30砼。每个基础表面预埋一块400mm×400mm×δ12mm的钢板，此钢板用于与钢结构桁架相连接。

4.5 钢结构桁架

钢结构桁架高为12m，主桁架采用DN150的焊管，桁架横向加固和桁架的斜向辅架均采用DN100的焊管，桁架与桁架之间采用DN80的焊管进行加固。这样不仅可以稳固钢结构桁架，而且防止了桁架摇摆，为进一步张挂抑尘网打下了基础。

4.6 喷淋系统

在煤场周围的抑尘墙顶部每隔30m设一个喷射半径为25～30m，喷洒流量为7.16～8.27m3／h的可180°旋转的喷枪，煤场中共安装13个喷枪，喷枪在安装时根据现场实际情况与风向调整角度。

4.7 挡风抑尘墙高度论证

煤堆场防风网的高度主要取决于煤堆垛高度、煤堆场范围等因素。风洞试验表明：当防风网的高度为堆垛高度的0.6～1.1倍时，网高与抑尘效果成正比；当防风网高度为堆垛高度1.1～1.5倍时，网高与抑尘效果的变化逐渐平缓；当防风网高度为堆垛高度1.5倍以上时，网高与抑尘效果的变化不明显。因此，防风网的高度一般在堆垛高度1.1～1.5倍内选取（本方案选择1.2倍）。防风网高度的确定还应考虑煤堆场范围的大小，使煤堆场在防风网的有效庇护范围之内。风洞试验表明：对网后下风向2～5倍网高的距离内，煤堆垛减尘率可达90%以上；对网后下风向16倍网高距离内，煤堆垛综合减尘效率达到80%以上；在网后25倍网高的距离处仍有较好的减尘效果；到网后50倍网高的距离处仍有削减风速20%的效果。因此不管是从煤堆高度还是从有效庇护距离上讲，本项目防尘抑尘网高度设计是合理的。

4.8 治理效果

煤场产生的主要污染物TSP，通过治理后完全达到《煤炭工业污染物排放标准》（GB20426－2006）中无组织排放限值，效果显著。

4.9 效益分析

根据清华大学在霍州电厂现场试验模式公式：

式中：Q为煤堆起尘浓度，mg／s；U 为临界风速，m／s，取大于5.5m／s；S为煤堆表面积，m2；w 为空气相对湿度，取60%；W 为煤的含水率，%。

公式中煤堆表面积取煤场面积的80%，即13522m2，煤尘表面含水率W 为8.0%，计算得到原煤煤堆起尘浓度为23.87g／s，取大于起尘临界风速的风频为30%，其一年的产尘量为225.8t。

治理后，经济和社会效益明显，损失原煤售价按500元／t计算，则年减少经济损失约11.29万元。

5 结语

通过在平煤股份三矿10号井煤场安装抑尘网，有效的防止煤场煤的流失，缓解因煤场污染造成的矿方与周围农村的紧张关系，改善矿区及周边环境，提升企业形象，减少企业的经济损失。

[1]国家环境保护总局.煤炭工业污染物排放标准GB20426－2006.[S].北京：国家环境保护总局，2006.

[2]国家环境保护总局.大气污染物综合排放标准GB16297～1996.[S].北京：国家环境保护总局，1996.

[3]中国工程建设标准化协会.建筑结构荷载规范GB50009～2001.[S].北京：中国工程建设标准化协会，2001：16～18.