山西煤炭站台储存及运输污染防治措施研究

姚 轩

(中铁工程设计咨询集团有限公司太原设计院，山西太原 030013)

山西煤炭站台储存及运输污染防治措施研究

姚 轩

(中铁工程设计咨询集团有限公司太原设计院，山西太原 030013)

分析煤炭装卸站台在堆放过程及煤炭外运运输作业中引起的煤尘飘散对铁路周边环境的影响，提出可采取三种环保措施：设置煤台洒水栓、挡风抑尘墙、抑尘站，使环境污染得到有效控制。

煤台 环境 洒水栓 挡风抑尘墙 喷淋

山西省拥有9条出省铁路干线，约250个发煤站台。大规模的煤炭装卸储存、运输过程中产生的煤尘，不可避免的对环境造成很大的污染。煤炭货台堆卸存放时由于风力因素造成粉尘飘散，煤炭运输过程中煤尘飘散对沿线的生态环境及居民生活环境造成严重的污染，而且对铁路线路内道床、铁路信号和接触电网等设备也会造成一定程度的破坏[1]。

煤炭站台装卸储存、运输过程中的环保措施有：煤台洒水栓(地上式)设置、挡风抑尘墙设置、抑尘站设置。以上三种措施从实施效果及经济可行上都有一定的优势。

1 煤台洒水栓设置

煤炭装车方式分为筒仓快速定量装车和站台装车。站台装车受风力影响较大，对周边环境有很大影响，煤炭站台的煤炭存放对环境污染影响也相对较大。储煤站台容易受风力影响，使煤堆表面粉尘及煤炭颗粒物大范围飘散，煤台洒水栓的设置对于抑尘有显著效果。

煤台洒水栓分为地下式洒水栓和地上式洒水栓两种方式。地下式洒水栓需工作人员日常开闭井盖及对加重井盖进行维护，站台洒水栓一般数量较多，如煤炭堆放散乱或煤炭堆放面积较大时，对地下式洒水栓井掩埋堆压，造成井盖不便开启。因地上式洒水栓方式效果较好，研究针对地上式洒水栓进行分析。

地上式洒水栓便于集中控制，而且从业工作人员相对劳动强度低。图1为地上式洒水喷枪系统示意。

图1 地上式洒水喷枪系统

由于煤炭站台位置相对较偏远，没有可靠及稳定的水压及用水量，洒水栓水源一般采用煤台消防用水。由于洒水、消防用水合用，消防水池除按设计秒流量满足2 h消防用水量外应略大，根据消防水池补水条件及补水量确定。为避免管材资源不必要消耗，洒水栓主管道与消防管道共用。

洒水栓顶端喷枪采用适应于中等压力系统的中等流量喷枪，喷枪工作压力4 MPa，喷嘴为DN20。地上式洒水喷枪采用钢筋混凝土支座，支座地基采用3∶7灰土换填处理，灰土垫层厚度0.5 m，灰土垫层宽出基础外边缘0.5 m，若有杂填土应全部清除，用灰素土回填碾压密实，压实系数不小于0.96。

山西冬季天气寒冷，需要对洒水栓固定段进行保温防护措施。另一方面，洒水栓喷枪至固定支座段在各阀门井内设置退水管，退水主管贯穿各阀门井室。喷枪及固定管段的退水收集功能也可以有效防止管道冻裂。退水最终排至储煤站台消防水池近端新设集水井，经提升泵提升至消防水池内，避免水资源浪费。

2 挡风抑尘墙设置

煤炭在生产、运输过程中一个必不可少的环节是在装卸站台上堆放。站台堆放过程中利用洒水栓洒水降尘是其中一个方面，另一个防止煤尘飘散的重要方法是设置挡风抑尘墙。挡风抑尘墙的作用机理是利用空气动力学原理，按照储煤站台地区的风力影响把静电喷涂钢板(也可是不同材质)加工成一定几何形状、具有不同的开孔率和孔形的挡风钢板，使流通的站台外部风力通过挡风抑尘墙体，达到外侧强风时内侧弱风、外侧弱风时内侧微风或无风的效果。内侧的弱风或微风带动的少量煤尘由于挡风抑尘墙体的阻止难以扩散到煤台外部，从而防止粉尘飘散污染[2]。

煤台粉尘飘散有两个原因：一是煤堆表面的静态起尘，二是在装卸作业过程中的动态起尘。前者主要受煤炭表面含水率、环境风速等影响，后者主要与作业落差、装卸强度、环境风速等相关，两者的最终控制因素是风速。

根据露天煤堆粉尘扩散规律的试验研究，煤堆起尘量与风速之间的关系为

Q=a(V-V0)n

式中Q——煤堆起尘量；

V——风速；

V0——起尘风速；

a——与粉尘粒度分布有关的系数；

n——指数(n>1.2)。

不难看出，煤堆起尘量Q与风速差(V-V0)的n次方成正比。因此，降低堆煤站台的风速是减少煤尘扩散量的关键性因素。对于煤炭站台，只有外界风速达到一定强度，该风力使料堆表面颗粒产生向上移动的的动力可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。设置挡风抑尘墙的明显作用是外界风速越大，挡风抑尘墙的抑、降尘效率越高，控制扬尘的效果越佳。

挡风抑尘墙由独立基础、钢结构支撑、挡风板三部分组成。挡风抑尘墙设置高度为堆积物的1.3～1.5倍时，防风抑尘效果最佳。装卸站台储煤高度一般为5 m左右，挡风抑尘墙设置高度为7 m。

3 抑尘站设置

煤炭在列车运输行进时也会产生煤尘的飘散。列车会车，曲线行驶、制动时，由于相对气流的作用，煤尘会随风扬动，造成沿线环境的严重污染。而且列车运输过程中煤炭粉尘飘散所造成的煤炭损失量也会造成煤炭资源的大量浪费，不利于节能环保。经过测算，在山西地区现行货运机车运行速度下，煤炭的平均损耗量为1%，一列5 000 t运煤列车的煤炭损失达到40 t左右。此外，对行车安全也有很大的隐患，列车会车时较大相对速度导致涡流卷起的煤块造成列车损坏；列车在长大隧道内行驶时，由于隧道内空间狭小，隧道内机械排风不能完全使隧道内煤尘悬浮物飘散，对隧道相关从业人员的身体健康危害极大；煤尘的飘散会附着在沿线铁路设施设备上，如引起供电接触网、绝缘子的短路和放电，煤灰粘附在信号灯上，影响信号显示等情况，都给铁路运输安全带来隐患[3]。对于运煤列车运输作业过程中的煤尘飘散方法主要是设置抑尘站。列车装车作业完毕，在装煤列车煤层表面喷洒一定厚度的抑尘剂，使煤层表面形成以煤块、小型煤粒和煤炭粉尘黏合在一起的直径较大的固化层。 固化层相对稳定[4]，可以很大程度减弱风力影响，达到防止扬尘污染的效果。

抑尘站组成可分为三部分：抑尘剂配液、喷淋系统及抑尘站控制系统。图2为抑尘站工作流程。

图2 抑尘站工作流程

配液、喷淋系统主要包括搅拌罐、储液罐、喷淋控制系统和喷淋装置，利用管路、传感器等相关元件实现外部喷淋的液体输送。其工作原理是：把料剂加入搅拌罐与水混合并溶解，进入搅拌罐内搅拌均匀后存贮至贮液罐内。运煤列车出站经过室外喷淋装置进行抑尘剂喷淋。室外喷淋装置分为龙门式、旋臂式及移动式。

控制系统主要包括总控制台、总电源配电柜、主控制柜、搅拌控制箱，是相关工作人员启动和控制喷淋系统工作的部分。确认车头通过后，启动喷淋控制按钮、打开储液罐电动开关；确认列车全部通过后，按下工频泵停止按钮。山西地区冬季较为寒冷，系统需设置自动回收系统收集管道中的液体，冬季操作系统时，需在喷淋工作即将完成时将防冻液注入至系统中或开启管路电伴热，防治管路堵塞。

4 结论

煤炭在站台装卸、堆放到运输过程中，通过煤台洒水栓、挡风抑尘墙、抑尘喷淋系统的设置可以有效控制煤炭粉尘飘散对大气的影响及污染的扩散，除此之外对节能环保及安全行车也发挥了巨大的作用。在多种环保措施中，洒水栓、挡风抑尘墙及抑尘喷淋系统三种环保措施相结合，从投资、可操作性上都具有很大优势，运营期也能达到预期环保效果，该方法对煤炭矿区大规模开采环保治理有一定的借鉴作用。

[1] 赵诚忠. 铁路煤炭运输抑尘剂喷洒系统的设计思路[J].环境保护，2010(3)：62-63

[2] 邢倩倩. 挡风抑尘墙在煤场中的应用[J].绿色科技，2013，8(7)

[3] 任苗砾，何新平.煤炭铁路运输抑尘处理的实践与分析[J].铁道货运，2010(6)：21-23

[4] 孙三祥，长青，李杰，等.大秦线运煤列车煤扬尘防治技术研究[J].铁道学报，2006，28(2)：21-25

[5] 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

[6] 中铁工程设计咨询集团有限公司.新建铁路锡林郭勒盟查干淖尔煤田至锡桑线铁路专用线工程，初步设计研究[R].北京：中铁工程设计咨询集团有限公司，2012

[7] 中铁工程设计咨询集团有限公司.大同煤矿集团忻州煤炭运销岢岚有限公司安塘集运站初步设计研究[R].太原：中铁工程设计咨询集团有限公司，2013

[8] 李永军.王玉庄煤炭储运加工基地工程(铁路部分)建设方案研究[J].铁道勘察，2013(2)：74-76

[9] 李国欣.新街矿区煤炭集疏运系统规划研究[J].铁道勘察，2013(2)：80-83

[10]李中仙.复杂山区铁路的绿色通道设计实录[J].铁道勘察，2013(2)：64-67

InvestigationonPreventionofContaminationFromCoalPlatformStorageandTransportationinShanxiProvince

YAO Xuan

2014-10-23

姚 轩(1984—)，男，工学硕士，工程师。

1672-7479(2014)06-0099-02

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