擋風抑塵墻在煤場中的應用

邢倩倩

（中平能化集團天成環保工程有限公司環保三部，河南 平頂山 467000）

1 引言

平煤股份三礦煤場位于六礦矸石山南邊，煤場東西長約166m，南北寬約102m，煤場呈不規則型，總面積約為16902m2。煤場中心位置為卸煤樓，卸煤樓周圍設有9個噴灑半徑為30m的噴頭，用于噴灑落煤時所揚起的灰塵，煤場煤堆高度最高為10m，擋風抑塵墻高度定為12m。

2 安裝擋風抑塵墻的原因

由于生產的需要，井下開采的煤由輸煤皮帶送至卸煤樓，并經由卸煤樓底部的溜煤筒降落到煤場內，然后通過運輸車將其外運。原煤在下落和裝載過程中產生的灰塵和煤堆在風力作用下產生的大量煤塵漂浮在空氣中，在風力的作用下向礦區及周圍村莊擴散，嚴重影響礦區及周邊地區大氣的環境質量。而該煤場內卸煤樓周圍原有一套噴淋抑塵系統，但單純的運行噴淋抑塵系統降塵效果不太顯著，特別是有大風的時候，達不到預期的降塵效果。為解決煤場揚塵污染問題改善煤場周邊環境質量，提升企業形象，平煤股份三礦決定安裝擋風抑塵墻對揚塵進行治理。

3 擋風抑塵墻防塵機理

“擋風抑塵墻”是利用空氣動力學原理，按照實施現場環境風洞試驗結果加工成一定結合形狀的擋風板，并根據現場條件將擋風板組合成擋風抑塵墻，使流通的空氣（強風）從外通過墻體時，在墻體內側形成上、下干擾氣流以達到外側強風，內側弱風，外側小風，內側無風的效果，從而防止粉塵的飛揚。

通過對組裝好的擋風抑塵墻進行了風洞試驗表明，擋風墻可有效降低來流風的風速，改變一部分來流風通過擋風抑塵墻后的風向，最大限度地損失來流風的動能，避免來流風的明顯渦流，減少風的湍流度而達到減少起塵的目的。來流風通過擋風抑塵墻形成湍流旋渦氣流后，風速、風壓的衰減幅度及風速平方成正比，所以，風速越大，擋風抑塵墻的抑塵效率越高，達到控制揚塵的效果越佳。其氣流通過擋風抑塵板的影響見圖1。

圖1 氣流通過擋風抑塵墻平面示意圖

4.1 煤堆起塵量與風速的關系

料堆起塵分為兩大類：一類是料堆場表面的靜態起塵；另一類是在堆取料等過程中的動態起塵。前者主要與物料表面含水率、環境風速等關系密切，后者主要與作業落差，裝卸強度等相關聯。

對于散料堆場，只有外界風速達到一定強度，該風力使料堆表面顆粒產生的向上遷移的動力足以克服顆粒自身重力和顆粒之間的摩擦力以及其他阻礙顆粒遷移的外力時，顆粒就離開堆垛表面而揚起，此時的風速就稱為起動風速。

根據露天料堆粉塵擴散規律的試驗研究，料堆起塵量與風速之間的關系如下所示：

式中：Q為料堆起塵量；V為風速；V0為起塵風速；a為與粉塵粒度分布有關的系數；n為指數（n＞1.2）；對不同地區環境的煤堆來說，2.7＜n＜6.23。

從上式可以看出料堆起塵量Q與風速差（V－V0）的高次方成正比。因此，降低料堆場的實際風速是減少起塵量的最有效方法。要使起塵量Q變小，主要的辦法是降低“V－V0”的差值。因此降低風速是減小露天煤堆起塵量最有效的方法。設置擋風抑塵墻的目的是將V變小，濕法抑塵的目的是將V0變大，從而達到減少Q的目標。因此對露天料堆場來說，使用擋風抑塵墻和增濕抑塵是兩種主要的減少起塵的技術措施。

4.2 抑塵網的選擇

目前國內常用的抑塵網根據材質可分為：柔性抑塵網和剛性抑塵網。本文選擇的是蝶形剛性抑塵網。

該類抑塵網由獨立基礎、鋼結構支撐、剛性擋風抑塵板三部分組成。其主要特點如下：①抑塵效果。剛性抑塵網開孔整齊，通常選擇開孔率40%，網后不產生湍流，抑塵率為80%～90%；②抗老化性。產品表面經過噴塑處理，能吸收太陽光中的紫外線，降低材料本身氧化速度，使產品具有較好的防老化性能，提高使用壽命。同時紫外線透過度低，避免了太陽光中料的損傷。③自凈功能。產品表面經過靜電噴塑處理，在受太陽光照射后，能把附著于產品表面的有機污物氧化分解，另外，抑塵板吸附塵土易于被雨水沖洗，起到自潔凈效果，無維護費用。④抗沖擊性。產品的強度高，可以承受冰雹（強風）的沖擊。沖擊強度試驗檢測，在試樣的中上方，用質量為1kg的鋼球，距波峰頂點2.0m的高度自由落下，產品沒有斷裂和貫穿的孔穴。⑤阻燃性。因為是金屬板所以有很好的阻燃性，均能滿足消防和安全生產的要求。⑥親水性。因為是金屬板所以不親水，無吸水性。⑦維護費用。由于剛性抑塵網網片是由大型自動數控機械設備一次成型，固定統一尺寸，表面處理到位，安裝后在使用周期內除非受到毀壞性碰撞，否則不會出現破損，因此基本不需維護。

4.3 剛性抑塵網板形選擇可行性

抑塵網防風板的形狀有蝶型、直板形等多種形式。根據風洞試驗檢測，蝶型防風板在一定的開孔率下具有明顯地降低風速和紊流度的作用，防塵效果好?？茖W實驗表明，在采用合理開孔率的蝶形防風板，降低風速效果明顯（表1）。

表1 蝶形防風抑塵網墻的擋風效果數據 （m／s）

從以上表1的數據可以看出：正面5級以下風速范圍，背面降至1級風速范圍；正面8級以下風速范圍，背面降至2級風速范圍；正面12級以下風速范圍，背面降至3級風速范圍。蝶形防風抑塵墻降低風速的原因，與其所開縫的幾何特性、組合形狀關系密不可分，當風作用于防風板上時，透過抑塵網上所開縫的氣流作用與氣流繞向作用起到了降低風速的效果。由此可見，蝶形防風抑塵墻分解了風的流向，極大地減緩了背面風的透過量。故本系統選用蝶形防風抑塵網是可行的。

4.4 獨立基礎

沿圍護墻內側每隔4m設一個獨立基礎，基礎尺寸為：1200mm×900mm×1650mm，基礎底板與立柱上均采用φ20＠200的螺紋鋼，墊層采用C10砼，立柱基礎采用C30砼。每個基礎表面預埋一塊400mm×400mm×δ12mm的鋼板，此鋼板用于與鋼結構桁架相連接。

4.5 鋼結構桁架

鋼結構桁架高為12m，主桁架采用DN150的焊管，桁架橫向加固和桁架的斜向輔架均采用DN100的焊管，桁架與桁架之間采用DN80的焊管進行加固。這樣不僅可以穩固鋼結構桁架，而且防止了桁架搖擺，為進一步張掛抑塵網打下了基礎。

4.6 噴淋系統

在煤場周圍的抑塵墻頂部每隔30m設一個噴射半徑為25～30m，噴灑流量為7.16～8.27m3／h的可180°旋轉的噴槍，煤場中共安裝13個噴槍，噴槍在安裝時根據現場實際情況與風向調整角度。

4.7 擋風抑塵墻高度論證

煤堆場防風網的高度主要取決于煤堆垛高度、煤堆場范圍等因素。風洞試驗表明：當防風網的高度為堆垛高度的0.6～1.1倍時，網高與抑塵效果成正比；當防風網高度為堆垛高度1.1～1.5倍時，網高與抑塵效果的變化逐漸平緩；當防風網高度為堆垛高度1.5倍以上時，網高與抑塵效果的變化不明顯。因此，防風網的高度一般在堆垛高度1.1～1.5倍內選?。ū痉桨高x擇1.2倍）。防風網高度的確定還應考慮煤堆場范圍的大小，使煤堆場在防風網的有效庇護范圍之內。風洞試驗表明：對網后下風向2～5倍網高的距離內，煤堆垛減塵率可達90%以上；對網后下風向16倍網高距離內，煤堆垛綜合減塵效率達到80%以上；在網后25倍網高的距離處仍有較好的減塵效果；到網后50倍網高的距離處仍有削減風速20%的效果。因此不管是從煤堆高度還是從有效庇護距離上講，本項目防塵抑塵網高度設計是合理的。

4.8 治理效果

煤場產生的主要污染物TSP，通過治理后完全達到《煤炭工業污染物排放標準》（GB20426－2006）中無組織排放限值，效果顯著。

4.9 效益分析

根據清華大學在霍州電廠現場試驗模式公式：

式中：Q為煤堆起塵濃度，mg／s；U 為臨界風速，m／s，取大于5.5m／s；S為煤堆表面積，m2；w 為空氣相對濕度，取60%；W 為煤的含水率，%。

公式中煤堆表面積取煤場面積的80%，即13522m2，煤塵表面含水率W 為8.0%，計算得到原煤煤堆起塵濃度為23.87g／s，取大于起塵臨界風速的風頻為30%，其一年的產塵量為225.8t。

治理后，經濟和社會效益明顯，損失原煤售價按500元／t計算，則年減少經濟損失約11.29萬元。

5 結語

通過在平煤股份三礦10號井煤場安裝抑塵網，有效的防止煤場煤的流失，緩解因煤場污染造成的礦方與周圍農村的緊張關系，改善礦區及周邊環境，提升企業形象，減少企業的經濟損失。

[1]國家環境保護總局.煤炭工業污染物排放標準GB20426－2006.[S].北京：國家環境保護總局，2006.

[2]國家環境保護總局.大氣污染物綜合排放標準GB16297～1996.[S].北京：國家環境保護總局，1996.

[3]中國工程建設標準化協會.建筑結構荷載規范GB50009～2001.[S].北京：中國工程建設標準化協會，2001：16～18.