浅析露天煤矿扬尘综合治理措施

黎方潜 吴其荣 袁 亮 周 川

（国家电投集团远达环保工程公司重庆科技分公司 重庆 401120）

1 背景

我国的煤矿资源非常丰富，国家能源结构以燃煤发电为主，因此，随着国家的发展，众多煤炭企业对煤矿资源进行了大力的开发，煤炭行业对我国能源发展有着重要作用。露天采煤技术，因为其作业环境和技术，在采矿过程不存在透水、瓦斯等问题，安全系数较高[1]；同时采用露天煤矿开采技术，可有效降低煤矿企业成本。但是制约着我国露天煤矿发展的主要原因是煤矿扬尘问题，一方面煤矿企业在生产、加工产品过程中会形成粉尘，另一方面因为露天开采导致水土流失产生的自然粉尘，都会严重影响当地生态环境以及煤矿企业员工身体健康[2]。

目前各地方在加强对露天煤矿治理力度，2017年9月，山东省落实《京津冀及周边地区2017—2018年秋冬季大气污染综合治理攻坚行动方案》实施细则，表明要严格推进露天煤矿环境综合治理。

因此，目前露天煤矿扬尘的综合治理刻不容缓。

1.1 我国露天煤矿扬尘现状

露天煤矿粉尘的产生主要分为，自然粉尘和生产作业粉尘。

自然粉尘的产生：由于露天开挖作业面积很大，一般10平方公里是中型露采煤矿占地面积，而一个大型露天煤矿则有上百平方公里占地面积。同时在开采过程中，穿孔爆破等工序，对土地结构造成损害；在露天采煤矿排土场，粉尘量会随着日积月累的风蚀和缺水问题越来越大，这些危害都会对当地自然生态环境有着巨大影响。

生产作业粉尘：主要是产生在岩土剥离作业与毛煤生产过程中，具体过程如下：岩土、煤层穿孔扬尘，矿山爆破扬尘，岩土、毛煤装卸以及对其运输过程中的扬尘，毛煤破碎及转载扬尘等。

所以露天煤矿的扬尘主要特点是：粉尘源分散，粉尘产生量大，影响范围广，治理难度大。

2 露天煤矿扬尘治理措施

2.1 露天煤矿自然粉尘治理

首先，应针对开采矿区，进行前期规划，合理有效的利用土地，对开采和复垦地区合理分配，种植适宜当地环境的花草树木，防止矿区土地沙漠化；开采分时段，有效避免天气、风力等自然因素，加重粉尘危害。科学利用煤矿的复垦土地，虽然此方法前期投入较大，但项目进行后，可使土地资源得到高效的利用，减少粉尘对设备的磨损，降低场地及设备的维护费用，具有巨大的经济及社会效益。

其次，我国是一个水资源短缺国家，在煤矿开采区水资源短缺问题更加普遍，而水资源对于扬尘治理有着重要作用，一方面水分可以促进植被生长减少水土流失，另一方面水分是抑制扬尘的重要原料。如果煤矿企业对矿区用水未经处理直接排放，不仅对当地水体造成污染，还会造成水资源的浪费。对此，煤矿企业要积极制定水资源综合利用方案，提高水资源的重复利用效率，增强节约用水意识，比如加强矿区用水和生活污水处理站的建设，增加废水处理设施[3]。

以上措施都可以有效减少自然粉尘的产生。

2.2 露天煤矿生产作业粉尘治理

针对露天煤矿具体生产过程的扬尘治理如下：

（1）采掘场：钻孔爆破的生产过程就是钻头穿凿岩土，然后加压气体吹散穿凿孔中粉尘形成爆破孔，因此在进行钻孔作业时要粉碎大量的岩土，产生大量的粉尘，是露天煤矿扬尘主要污染源之一。抑尘的有效措施有干法除尘、湿式除尘，当前两种方式效果不佳时，可以使用干式、湿式复合除尘方式进一步加强除尘效果[4]。同时需要因地制宜，比如在北方由于寒冷地区湿式除尘方式受到气候限制，因此采用干式除尘系统较多，但需要注意及时维护和更换捕尘袋。

（2）爆破：在爆破作业过程中，因为其爆破面积较大，大量的粉尘由于冲击波吹散于空气中，空气中的粉尘含量在短时间内严重超标，为降低爆破时粉尘的产生量，可采用多排垂直深孔松动爆破方式，在爆破区域合理设计孔网间距和数量，并向岩土洒水，提高岩土湿度，使岩土粉尘团聚为大颗粒，可有效降低40%～70%含尘量；或采用环保抑尘喷雾机，其原理是水分通过高压喷枪雾化为与粉尘粒径大小相当的颗粒，水雾在风机作用下喷射覆盖粉尘区，在尘源处的上方或周边形成雾化层。粉尘颗粒与水雾颗粒相互碰撞而团聚，水雾颗粒在粉尘颗粒表面形成湿润层，被湿润的粉尘颗粒继续吸附其他粉尘颗粒，逐渐凝聚为大颗粒球团，在重力作用下而沉降，从而达到降尘的目的。

（3）装卸：铲斗在进行装卸操作时，粉尘的产生量会随着物料降落高度升高以及物料湿度的减小而增加。因此降低该过程扬尘量的有效方法为：在进行装卸时，铲斗与车辆等装载工具尽量靠近，减少物料落差，同时在该作业区域配备增湿喷水装置，定时定量进行洒水作业，增大物料的湿度和粘结性，达到降尘的目的；或者在电铲大臂下部和司机室前部安装风水混合喷雾装置的办法，向装载的物料喷雾降尘，使司机室前方空气中的粉尘颗粒湿润，保持司机良好的操作视野，既能防止作业事故，又能有效降低粉尘。

（4）地面生产系统扬尘防治措施：①在转载站和装车站配备洒水抑尘装置，比如洒水喷头、抑尘档网等；汽车运输渣土、砂石等易扬尘材料时进行遮盖，有其他严格要求时采用密闭专用车辆[5]，带式输送机裸露部分加设皮带罩；二次破碎车间配备布袋除尘器。②在主要的运输路线上铺设适当规格的路料，通过洒水桩或洒水车定期对路面进行洒水，保持路面的湿度，抑制运输路面扬尘。

（5）排土场扬尘治理：在排土阶段，一是在排土场边坡上覆盖防风固尘网，根据排土场情况，适量洒水，二是当排土达到最终标高时，在不影响排土作业情况下及时对排土平盘进行绿化和部分覆土造田。当排土场达到服务年限后，全面地对排土场进行绿化，并分区块覆土造田，可以在覆土层进行农业耕种[6]。

2.2 二次扬尘的治理

在煤场作业过程中，遭遇大风天气易产生二次扬尘，不仅影响工作和生活环境，也会造成煤矿资源的损失。为此，可以采用如下措施，进行治理。

（1）采用挡风抑尘墙技术：挡风抑尘墙根据风洞实验、现场测试等综合研究，设计、加工成具有开孔结构的抑风板，通过金属支架，在扬尘现场组装合成为挡风抑尘墙。其原理是当风沙通过具有开孔结构的挡风抑尘墙时，墙后形成高速区和低速涡旋区，产生上、下干扰气流，以降低风速，减小气流含尘量，从而达到高效抑尘的目的[7]。

（2）在二次扬尘点，喷洒含有钠、镁等离子的盐溶液，延长水分蒸发时间，增强洒水降尘的作用效果；在扬尘物料表面喷洒结壳覆盖剂，结壳覆盖剂和粉尘颗粒间具有粘结力，它们互相渗透扩散，粉尘表面会形成薄层硬壳，以此减少扬尘。

2.3 构建企业职业健康管理体系

构建全面的煤矿企业职业健康管理体系，开展以粉尘危害为主题的职业健康教育培训，在员工心中树立起粉尘危害意识，定期对员工进行健康体检；积极引进先进、高效的粉尘治理技术，提高对粉尘源的监测力度，建立全方位的防尘体系，为员工的身心健康建立起一个全面、有效的屏障[8]。

3 露天煤矿扬尘治理市场规模

截至2014年底，我国有生产和在建露天煤矿400多座，总产能约6.5亿t/a。其中大型露天煤矿30多座，设计产能3.6亿t/a；中型露天煤矿90多座，其余为小型露天煤矿。大型煤矿中，产能10Mt/a及以上的露天煤矿有15处，总产能约2.9亿t/a，产能20Mt/a及以上的露天煤矿7座，总产能约1.88亿t/a[9]。

其中仅针对我国大型煤矿每年生产能力总共有2.9亿t/a，其露天堆煤场储煤量约为1.45亿吨t/a（估算为总量的50%），露天堆煤场的扬尘风损失因子大致在3%～5%，按照3%计算，煤炭价格约200-700元/t，按均价450元/t计算，煤炭扬尘风损失估值为19.575亿元，如表1所示[10]。

表1 煤炭扬尘风损失估值

从上表可以看出，仅大型露天煤矿扬尘损失每年约19.575亿的市场，因此对于煤矿企业具有较强的治理需求，同时又由于环保治理压力，露天煤矿扬尘治理具有巨大市场潜力。

结语

中国露天煤矿在规模、数量、开采技术和工艺等方面，经过近些年的发展都有了长足的进步，煤矿资源也为我国跨越式发展做出了重要贡献。但是，目前提倡环境友好型、资源节约型社会，我们要更加重视露天煤矿的扬尘治理。

因此，按照十三五发展规划中的要求，加强落实粉尘防控体系落到实处，完善粉尘监测、监控系统，综合利用各种除尘设施，实施严格的粉尘防控方案，完善工艺过程，革新生产设备，达到消除粉尘危害的目的。