国家电投白音华露天矿洒水车雾化抑尘措施改造

侯 伟，陈 闯，韩博益，綦婷婷

（1.国家电投集团内蒙古白音华煤电有限公司，内蒙古 锡林郭勒 026000；2.国家电投集团内蒙古公司 南露天矿，内蒙古 通辽 028000）

露天矿开采过程中包括钻孔、爆破、开挖、装卸、运输等多个产尘环节，且露天矿道路多为土质路面，致使露天矿粉尘污染情况日益加重[1-4]。目前，国内外学者针对露天矿区道路抑尘已开展大量研究工作，但由于设备制造工艺复杂、腐蚀污染严重、适用条件苛刻等问题限制，未得到广泛应用[5-7]。由于国家电投白音华露天矿所在地区冬季时间长，气候寒冷多风，现场作业极易产生粉尘，对周边环境产生较大的影响。作业现场温度较低，传统洒水车冬季无法进行洒水降尘作业，为降低粉尘对职工造成的影响，避免道路粉尘浓度过高造成操作人员视线受阻情况发生，基于雾化抑尘技术对洒水车进行改造，通过雾化水汽，提高粉尘与雾滴结合的概率，使粉尘颗粒与水雾结合后，在重力的作用下降沉到地表，降低空气中的粉尘浓度，以减少粉尘对于现场作业环境及周边生态环境的影响。

1 产尘原理及传统洒水车冬季使用情况

露天矿的主要运输道路多为碎石料路面和土质路面。在各种机械的车轮荷载作用下，极易产生某种程度的变形，尤其是大型机械车轮滚动时，与地面摩擦和辗压产生的剪切力重复加荷，致使运输路面变形破坏形成破碎粉体。传统洒水造成的地表层侵蚀，导致路面坑洼不平，致使卡车运输过程振动加大，随着车辆频繁运行，导致矿岩撒落击碎，矿岩在车轮的反复碾压下形成粉尘[8]。因路面辗压及沉降等形成的粉尘颗粒，一般为吸入性粉尘，粒径小、质量轻、粒间黏结力小，极易克服粒间引力的束缚而产生扬尘。露天矿潜孔钻机作业时，也极易产生粉尘，钻头与岩石强烈摩擦，受离心力作用，沿钻头切线方向旋转形成旋转气流，使粉尘随气流飘到路面[9-10]。

受环境因素影响，传统洒水车在冬季严寒条件下，使用过程中会存在以下问题：①室外温度较低，洒水车作业时出现管道、泵内水结冰的情况，无法正常实施洒水作业；②冬季洒水路面大面积结冰，车辆行驶中容易产生打滑、侧翻等情况，影响现场运输安全；③现有水炮的雾化效果不佳，小颗粒雾化水颗粒较小，雾化抑尘作用不明显。

综上所述，传统的洒水车可以起到一定的抑尘作用，但抑尘效果不佳。为了提升抑尘效率，达到环保要求，并考虑节约资源、降低成本，故研究对洒水车进行相应的技术改造。

2 微雾抑尘技术

高能微雾抑尘技术原理如图1。高能微雾抑尘过程示意图如图2。

图1 高能微雾抑尘技术原理

图2 高能微雾抑尘过程示意图

当雾滴与粉尘两者粒径大小相近时，两者结合的概率将会很大。如果粉尘粒径较小时，那么粉尘将围绕雾滴周围的气流运动，导致粉尘颗粒与雾滴两者无法接触，从而无法达不到理想的抑尘效果。

当粉尘与雾滴颗粒粒径接近时，两者随着气流的流动更容易接触、碰撞最终聚集甚至黏在一起。两者的粒径越小，就越容易黏在一起，随着黏结体体积不断增，质量也越来越大，在重力的作用下，其沉降速度会加快，从而提升抑尘效果。

通过采用高流速水流产生的超声波振荡，将水滴分裂雾化成粒径10 μm 左右的水雾，当粉尘随气流上升通过水雾时，将无法继续上升，紧接着微小的粉尘颗粒会不断地聚集然后沉降，最终达到抑尘的目的。空气中粉尘颗粒被水滴浸润后洒落到地面，也会使地表湿润，从而抑制地表细颗粒粉尘扬起。

高能微雾抑尘系统主要组成部分有微雾抑尘主机、高压水泵、水箱、喷雾组件、过滤器、供水管路及阀件。微雾抑尘作为抑尘系统的控制单元，其主机由压力调节阀、压力传感器、PLC、电磁阀等。喷雾组件包含高能微雾喷嘴和喷嘴安装块，为了便于现场快速安装，同时保护喷嘴免遭受碰撞损坏，故提前将多个喷嘴安装在1 个模块上形成1 个喷嘴安装块。高压水泵用于提供微雾抑尘系统所需的压力。水箱用于安全储存过滤后的水，避免了由于供水不足而造成高压泵损坏。

喷嘴是高能微雾抑尘系统的关键部件。高能微雾喷嘴，采用了比较特殊的结构，能够相对稳定地产生细颗粒雾滴，雾滴的粒径不大于10 μm，使用寿命长，维护费用低。

3 洒水车技术改造

3.1 车体保温设计

为使洒水车满足保温的要求，设计选择无机硅质和无机纤维材料，通过高强度复合阻气膜抽真空封装制成绝热体，实现车体保温，设计具有以下特点：

1）罐体设计密闭性强。采用卷材、管材在罐体内部及水管表面进行柔性包覆，采用专用胶黏剂进行粘接固定。

2）适用温度范围广。其材料的使用温度范围为-50～105 ℃，能够满足矿区冬季采矿现场环境温度较低的情况。

3）闭孔率高，产品性能稳定。闭孔率大于95%，能够有效阻隔水汽，防止水汽渗入，从而影响材料的导热系数。高闭孔结构使其在洒水车所处的富水汽、尘埃颗粒的作业环境下，可以稳定发挥保温性能。

4）防火等级高。通过添加阻燃剂，材料能够达到B1 级的防火等级（难燃），氧指数约为40%，能够满足矿区对防火的要求，消除洒水车在作业过程中的安全隐患。

5）导热系数低，保温效果佳。导热系数0.002～0.012 W/（m·K），在工业环境温度-20 ℃、车内介质温度5 ℃的作业条件下，设计按GB 8175—2008《设备及管道保温设计导则》计算保温层厚度，保温层厚度约为30 mm。为保证洒水车罐体保温效果，适当提升洒水车罐体内初始水温。

6）材料环保，无污染。采用无机硅质、无机纤维材料与高强复合阻气膜制成，无纤维粉尘、不含甲醛等易燃易爆等有害物质。

3.2 洒水雾化改造方案

1）车体洒水喷嘴改造。现有洒水车的洒水喷嘴为常规的大流量喷水嘴，不能实现水的雾化效果，抑尘效果不佳。结合车体现有结构特点，在现有车体上全面替换高能微雾系统难度较大，成本高。可采用替换、增加现有喷嘴的方法，通过对喷嘴的雾滴粒径大小分布、雾滴速度、喷射角、喷雾量等参数进行调整，使其在洒水车正常行进过程中能够起到一定效果的喷雾效果。

2）现有车体尾部水炮升级。现有洒水车尾部配置了1 台水炮，能够实现一定的水汽雾化效果，但根据实际使用及现场测试发现，现有水炮的雾化效果不佳，小颗粒雾化水颗粒比重较小，雾化抑尘作用不明显。将现有水炮升级为雾炮机，由于雾炮机及相关配套装置体积及质量较大，需对现有洒水车尾部增加雾炮机支撑结构，保证雾炮机的使用空间及支撑强度。车载雾炮机特点：①适用范围广、工作效率高：车载式可边行驶边喷雾、喷雾速度快、对尘埃有较强的穿透力和雾珠附着力、能有效地节约用水和减少环境污染；②射程远、覆盖面积大：所喷射水雾颗粒细小，与空气中的尘埃接触迅速，并形成一种潮湿雾状体，加重尘埃自重力，加速尘埃降沉，抑制尘埃扩散；③可实现自动水平旋转：液压系统控制俯仰角度-10°～55°，可方便调整喷雾高度；④产品保温性能很好；⑤雾化组件可灵活更换，结合雾化效果：可分别采用30、50、150、200 μm 的喷雾组件以达到满足现场雾化效果要求。

4 结语

应用微雾抑尘技术对洒水车进行技术改造后，不仅能有效地防止扬尘的扩散，还提高了优质路面的抗碾压性，采用特殊的设计、材料达到洒水雾化效果，从而减少了粉尘飞扬。改造后的洒水车，在冬季正常作业条件情况下，4 h 室外工作不会产生结冰现象，路面不会产生大面积结冰，避免了车辆打滑。操作简单，投入成本低，达到了良好的抑尘效果。