露天煤矿冬季道路降尘方式与干式除尘技术的应用

李 伟

（内蒙古电投能源股份有限公司 南露天煤矿，内蒙古 霍林郭勒 029200）

《煤矿作业场所职业病危害防治规定》要求煤矿作业场所总粉尘和呼吸性粉尘浓度限值分别为≤4 mg/m3和≤2.5 mg/m3、总粉尘（矽尘）和呼吸性粉尘（矽尘）浓度限值分别为≤1 mg/m3和≤0.7 mg/m3，生产作业现场粉尘浓度超限，会对环境带来巨大影响，让附近居民的健康受到威胁，让设备部件使用寿命受到限制，也让生产安全受到制约。造成露天矿粉尘污染的环节很多，如穿孔爆破、采装工作、卸载工作、二次破碎等工作，但露天煤矿粉尘的来源主要为道路扬尘，重中之重是运输环节的扬尘抑制，而运输环节扬尘抑制的难点在于冬季的抑尘措施。霍林河矿区位于内蒙古自治区通辽市西北，在霍林郭勒市和扎鲁特旗境内；海拔平均900 m 左右，夏季炎热，冬季严寒，为温带半干旱大陆性气候；年平均气温－0.5 ℃，极端最低－37.2 ℃，无霜期91～134 d；冬季常规洒水降尘方式无法达到露天矿的环保及生产安全的需求。

为了解决冬季降尘问题，结合行业标准以及相关规定采取了多种降低粉尘浓度的应对措施，如铺冰降尘、造雪降尘、抑尘剂降尘等。但实践中弊端明显，安全隐患、经济压力、资源利用等因素束缚着推广应用的进程。随着装备科学的现代化、制造工艺的日趋成熟，干式除尘逐步赶超了传统的如洒水、铺冰等湿式除尘工艺；为此，对比各种除尘方式的优点和不足，综合探究冬季除尘的新举措[1-9]。

1 露天矿常规道路降尘方法

洒水降尘是露天矿普遍应用的一种湿式降尘方式，利用罐车盛水，加压成雾状喷淋，定期在自卸车行走路面喷洒，根据检测数据静态环境道路粉尘浓度为10 mg/m3，自卸车经过瞬间扬尘浓度可达40～60 mg/m3，过往车辆频率增加路面扬尘会形成雾霾，影响行车视线，定期洒水保持路面湿润粉尘浓度能够控制在3.25～6.86 mg/m3。在水资源能够得到保障的前提下，1 800 万t/a 能力的露天煤矿，10 台60 t级洒水车，年洒水量120 万t，基本可满足洒水降尘的使用需求。目前，很多开采中期露天矿，水资源相对紧张，除大气降水重复利用外，一定份额的水资源需要购买，购置费用和排污费成本很高。因此，降尘成本也随着水资源枯竭，逐年攀升，甚至有些地区无水可用。

2 冬季道路湿式降尘的制约因素

洒水降尘虽然效果最好但是受天气温度影响较大。首先，温度低于－10 ℃时无法作业，气温较低时洒水车出水口会被冻结，初步冻结造成洒水不均为，冻结严重时无法放水，为了解决出水口冻结问题，目前采用了抑尘剂、水箱加热的方式解决，但是，二者产生的洒水费用成倍增长，气温较低时洒水会在路面冻结，严重时形成冰面，对自卸车驾驶技术是一种考验，具有较大的行车安全风险。为了避免形成冰面，目前采用了铺冰降尘和制雪降尘方式，但是，二者的降尘效率较低，不能形成大规模作业。其次，温度介于0～－10 ℃之间时根据灰尘厚度采取选择性洒水，根据温度采取分时段性洒水对灰尘能够得到一定程度的抑制，但是技术特点一旦掌握不准确就会给安全行车带来隐患。

3 冬季道路湿式降尘的几种有效措施

1）铺冰降尘。铺冰降尘是将现场结冰位置利用工程设备刨碎运输至道路上铺垫，利用碎冰不能形成冰面且可以慢慢融化的特点，起到降尘的效果。冬季集水池、出水点处会形成冰层，待冰层形成后，利用挖掘机、长臂挖掘机等适用设备进行取冰，集中装入自卸车运输至灰尘较大的主干运输线路卸载，链轨推土机将冰块碾压成细小冰块，车辆反复通过时，车轮与地面摩擦产生热量使冰块融化，进而与地面灰尘融合形成泥土混合物，利用黏结力在路面上部形成硬层，减少灰尘的产生达到降尘目的。缺点是产冰位置少，生产作业现场只能依靠集水池、出水点等位置自然结冰后取冰，冰效率低，取冰位置考虑到安全问题，冰块无法全面取出，只能在浅部区域取冰，不能发挥设备效率，铺冰成本高，1 m3水降尘面积约1 920 m2，1 m3冰降尘面积约10 m2考虑时间效应，铺冰为洒水效率的1/10，铺冰成本是洒水的10倍。因此，铺冰降尘是一种有效的降尘方式，相比而言，无法达到全面利用的效果，适用于重点处理积灰较厚、地势平坦位置效果显著。

2）人工造雪或利用大气降雪降尘。利用雪降尘的原理和铺冰降尘基本相似，只是降尘的媒介略有区别。利用大气降雪除尘效率要高于铺冰除尘，但是，降雪的收集受气温和降雪量影响较大，如果采用人工造雪，造雪成本和造雪设备效率很低。

3）抑尘剂抑尘。环保抑尘剂抑尘是近年来针对冬季天气露天矿山引进的一种新型降尘方式，很多露天矿已经投入使用，这种降尘方式采用的是新型生物基膜抑尘剂材料，具有吸湿、凝并、保湿和渗透作用。生产现场抑尘效率相比传统洒水降尘高98%，且持续时间较长，喷洒1 次可达到7 d 抑尘效果。这种新型材料冰点低，可抵制－50 ℃气温，不会对喷洒区域形成结冰现象，并且对环境无污染，对动植物无害，可自然降解。这种新材料的应用无疑是对冬季矿山降尘的一大突破。抑尘剂在实际使用中需进行加水稀释，稀释比例约1：50～100，抑尘剂的溶解速率非常快，且无腐蚀作用，不会对车辆造成损伤。从经济方面考虑，抑尘剂抑尘相比传统洒水降尘增加了抑尘剂的费用，抑尘剂抑尘全年投入费用是传统洒水降尘费用的5 倍左右。

4）增加水箱加热装置实现冬季洒水降尘。增加水箱加热装置旨在解决水箱出水口冻结的问题和一定程度上缓解路面结冰问题，温水在遇到低温时刻会凝结成冰晶，从而缓解路面结冰问题，但是，湿式除尘在冬季终归还是会受到路面结冰问题的制约，需要承担一定的安全行车风险，并且在原有水车的基础上加装加热装置费用为50 万元/台，后期运营和维护成本费用高昂。

4 冬季道路干式除尘

1）干式除尘技术的应用。干式除尘在环境清洁方面应用最广泛的是城市街道的吸尘车，工作原理类似于吸尘器。工业应用是随着工业基础的提升，干式除尘的吸附力达到14 级风吸力，具备处理直径3 cm 杂物的能力之后兴起的，目前在水泥厂、钢厂清渣等环境陆续投入使用，容积15 m3的吸尘车日清扫能力为6 万m2。露天矿山道路由磨耗层、基层、垫层、基础4 部分组成。冬季由于道路的磨耗层、基层甚至垫层会被低温冻结，路面的坚实度、平整度普遍要好于其他季节，因此，冬季路面灰尘来源由轮胎与路面摩擦产生的细小粉末和风力作用带来的浮灰2部分组成，采用干式除尘方法应对，理论上能够有效控制扬尘出现。

2）干式除尘的特点。干式除尘是对比湿式除尘措施，在应对低温环境所凸显的优势，但是，必须肯定干式除尘的效果要差于湿式除尘。因此，在常温环境下首推湿式除尘，仅针对低温环境探讨，特点如下：①干式除尘路面不会结冰，对于运输安全有保障；②对于使用频次较低的路面，除尘后大自然的风力作用很难二次起尘；③吸尘车结构简单，易损件少，驾驶操作简单，后期保养维护方便，成本低廉；④相比水车吸尘车油耗与水车相当，相对洒水降尘结余单一位置加水带来的运距浪费，对于水资源匮乏的矿山节省水费和排污费用投入。

5 结语

在露天开采生产中做好粉尘治理的措施，科学选择与规划能够有效提升粉尘污染防治效果，为露天矿生产绿色推进提供保障。

1）在当今“双碳”时代的来临，以及国家下发各方面环保政策的条件下，新材料、新设备、新能源将在矿山降尘领域广泛推广，也将会取代传统、不合实际的降尘方式。

2）就露天煤矿现有道路除尘措施以及未来要引进的新方法、新设备进行研究分析，对比经济方面、适用条件、影响因素、达到效果、使用成本等多方面的优势与不足，理论认为干式除尘有利于冬季道路降尘问题的解决。