铁路采石场除尘和降噪技术

郄录朝 徐旸 余文颖 陈岳峰 曹平 申校 李录壮

1.中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所，北京100081；2.中国铁路上海局集团有限公司，上海200071；3.中国铁路成都局集团有限公司，成都610082

我国铁路运营里程已达15万km，其中70%以上为有砟轨道结构。有砟轨道结构造价较低，易维修，运营速度250 km/h以下的客运、客货混运和货运线路多采用有砟轨道。有砟轨道结构中修和大修都要对道床进行清筛，需要补充道砟，因此我国铁路每年道砟的需求量非常大。以前各路局都有自营的铁路采石场，基本能够满足道砟用量。由于铁路采石场生产中伴有粉尘、噪声和其他废物，对环境造成污染，在国家加大环保整治力度后，各级政府对露天采石场的管理愈加严格。2018年全国关闭道砟生产企业104家，影响了碎石道砟供应，导致道砟价格上涨，增加了新线建设和既有线运营成本。因此，在道砟开采和生产中应采取有效的技术措施，使环保指标符合国家和地方的要求，并积极推广应用。

铁路碎石道砟必须由开山块石破碎而成［1］，按标准级配筛选，且碎石颗粒表面全部为破碎面，以保证形成稳定的弹性道床结构。碎石道床在有砟轨道结构中承担列车荷载和传递荷载，并起到持久保持轨道几何状态的作用［2］。生产碎石道砟一般有剥离、开采、破碎、筛分、运输等工序。本文对碎石生产过程中粉尘、噪声的来源、危害及排放特点进行分析，并提出相应的治理措施。

1 铁路采石场粉尘和噪声来源及危害

1.1 粉尘来源及危害

铁路采石场是露天开采，作业中钻孔、爆破、挖掘、剥离、运输、破碎等工序都会产生粉尘，并无序排放。采石场生产能力按年产20万t计，爆破工序粉尘产生量为4.5 t/年，破碎工序粉尘产生量为64.8 t/年，粉尘浓度为1 800 mg/m3［3］。粉尘中粒径大于10μm的颗粒物能在自身重力作用下自然降落，但在冲击波和风力作用下也能在空气中漂浮较长时间；PM10和PM2.5能较长时间地在大气中漂浮，不会在自身重力作用下自然降落，须通过降尘技术使其成团后，才能降至地面。

粉尘会增加生产设备的非正常磨损，缩短设备寿命，增加维护成本，而PM10和PM2.5直接进入人体，对健康危害极大，特别是铁路采石场在露天作业环境下，PM10和PM2.5飘散距离较远，影响周围居民的生活和健康。因此，应根据粉尘的产生、粒径大小和飘散特征研究相应的治理技术，在道砟生产各阶段就地降尘，避免飘散。

1.2 采石场噪声源及危害

采石场噪声源为潜孔钻机、空压机、挖掘机、破碎机等设备产生的噪声，噪声值为84～95 dB［4］，见表1。

表1 采石场主要机械设备噪声值

一般情况下，70 dB以上的噪声会使人精神不集中，影响工作效率；若在80 dB以上噪声环境中生活，造成耳聋者可达50%；噪声超过85 dB会使人感到心烦意乱，易导致事故。

GB 12348—2008《工业企业厂界环境噪声排放标准》［4］中规定3类声环境功能区（指以工业生产、仓储物流为主要功能，需要防止工业噪声对周围环境产生严重影响的区域）噪声昼间不得超过65 dB，夜间不得超过55 dB。表2中机械设备产生的噪声值超过限值，必须采取降噪措施。

2 粉尘治理措施

铁路采石场道砟开采和生产中粉尘源多，露天作业面积大。剥离作业一般在山上高处，粉尘易飘散，有一定的治理难度。采石场区域粉尘排放标准采用GB 16297—1996《大气污染物综合排放标准》［5］中二级标准，见表2。

表2 厂区粉尘颗粒物二级排放标准

道砟生产主要阶段粉尘治理措施分述如下。

1）开采阶段

开采阶段包括钻孔、岩石爆破、二次破碎、块石装载、运输矿石至破碎站等工序。该阶段粉尘颗粒的粒径较大、尘量较小、尘源点不固定，开采面在山顶，粉尘易飘散，治理以自然沉降为主。采用喷雾除尘机［6-7］（图1）对空气进行喷雾加湿，增加空气湿度。水雾和粉尘结合后增大了粉尘的粒径，加速粉尘沉降，抑制粉尘飘散。喷雾除尘机喷雾精准，位置可移动，高低可调节，射程远，覆盖面积大，降尘效果达95%～99%。

图1 喷雾除尘机

2）生产加工阶段

道砟生产加工是对运到受料仓的块石进行破碎，按照颗粒级配要求筛分再混合。该阶段受料仓破碎块石尘源相对集中，可采取封闭除尘的方式治理。一级破碎（大块石的破碎）受料仓可建成三面围挡加顶的料棚，破碎及筛分生产车间也可全部建成封闭式厂房（图2）。

图2 封闭式厂房

颚式破碎机和液压圆锥破碎机运转过程中具有持续扬尘，粉尘颗粒粒径小、随机械振动无序排放的特点，可采用干式或湿式除尘方式。干式除尘可选用脉冲布袋除尘器［8］（图3），含尘气体由进风道进入灰斗，大颗粒粉尘直接落入灰斗底部，细颗粒被气流吹入中、下箱体，粉尘黏附在滤袋外表面，过滤后的气体通过上箱体排出。脉冲布袋除尘器为单元组合式除尘器，去除较细粉尘效果好，占地面积小，可把粉尘浓度控制在10 mg/m3以下，但投资费用高，耗电量大。湿式降尘可采用水喷雾系统（图4），该系统具有定向排放、稳定性强、成本低、除尘效果好的优点，但耗水量大，北方冬季结冰会影响除尘效果。

图3 脉冲布袋除尘器

图4 水喷雾系统

3）成品装卸阶段

道砟成品一般采用皮带和运输车输送。该阶段给料、输送和落料地点均不同，但作业地点都有粉尘产生。

道砟成品装卸点粉尘治理可加装低压喷雾装置［9］，加湿成品石料，减少落料产生的扬尘，见图5。其参数见表3。工作原理是利用低压雾化机组将水加压到1.2～1.5 MPa，通过管路传输到所需位置（给料口、落料口或石料输送皮带沿途），再利用雾化喷嘴将水雾化成30～300μm微小雾粒，然后在空气中扩散开，吸附空气中弥漫开肉眼看不见的灰尘颗粒，然后降落。低压喷雾装置具有安装方便、降尘效果好、作业时间长等优点。

图5 低压喷雾装置

表3 除尘设备的参数

在成品堆料场除加盖厂房实行封闭式管理，还需加装远距离固定式喷雾除尘机和低压喷雾装置。固定式喷雾除尘机参数参见表3。该除尘机可对堆料场大范围喷水雾，有效增加石料、空气和地面的湿度，使扬尘在湿润环境下更快成团、变重并沉降到地面。

道砟成品出厂有车辆运送和铁路专用线运送两种方式。对车辆运输过程中产生的扬尘，在车辆出厂时加装喷雾除尘机对车辆车身、轮胎和表层石料加湿，或喷洒速效抑尘剂以抑制车身所黏附扬尘和石料表层扬尘随车身振动和风力作用扩散。铁路专用线装料仓也可加装喷雾除尘机和低压喷雾装置除尘。

3 噪声治理措施

铁路采石场噪声除了来自爆破，还来自凿岩机、空压机、破碎机等设备，噪声来源相对集中，可以集中建设封闭厂房，在重点区域加装消声和吸声设备。如在受料仓和装料仓加盖封闭消声厂房，同时配套除尘措施。封闭结构采用轻钢门式刚架结构，3 m高以下外墙采用混凝土，3 m高以上墙体为钢板，内外墙及楼盖格栅间填充玻璃棉，屋面采用保温棉，如图6所示。

图6 封闭结构示意

设备选型时应采用低噪声设备，对引风机设消声器，排风机配置减震台座。对于无法采取降噪措施的高噪声工作环境，可给作业人员配备降噪或隔声头盔。

4 采石场粉尘和噪声监测

铁路采石场应建立粉尘和噪声的监测制度，检查环保设备的运转情况，明确污染治理效果，监测结果不达标应及时采取措施。

4.1 粉尘监测

按照GB 12348—2008规定布置粉尘监测点，见表4。每个月采样1次，检测结果未超过最高容许排放浓度为合格。如有超标，及时分析原因，提出整改措施。

表4 粉尘监测点位置

4.2 噪声监测

铁路采石场噪声监测主要是厂界环境噪声排放监测。在开采区和加工区分别设置监测点，测点设在厂区外1.0 m，高度1.2 m以上，距反射面距离不小于1.0 m处。分昼间和夜间时段测试，每年监测2次。爆破瞬时噪声可选择典型时间段进行，噪声监测应由具有专业资格的环境监测机构实施。

5 结语

近年来，铁路采石场对环保非常重视，但是污染治理是系统工程，投入较高。对于年产量20万t的小型矿山企业来说，一次性环保投入较大，回报率低，部分采石场的关停也迫使企业在环保措施上加大了投入力度。实践证明，通过绿色矿山建设可以达到环境友好和生态保护的要求，矿区生态环境的改善能够保护作业人员和周围居民的健康，实现社会效益与经济效益双赢，特别是对于保证铁路道砟的供应和铁路安全运营意义重大。