山西煤炭站臺儲存及運輸污染防治措施研究

姚 軒

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司太原設計院，山西太原 030013)

山西煤炭站臺儲存及運輸污染防治措施研究

姚 軒

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司太原設計院，山西太原 030013)

分析煤炭裝卸站臺在堆放過程及煤炭外運運輸作業中引起的煤塵飄散對鐵路周邊環境的影響，提出可采取三種環保措施：設置煤臺灑水栓、擋風抑塵墻、抑塵站，使環境污染得到有效控制。

煤臺 環境 灑水栓 擋風抑塵墻 噴淋

山西省擁有9條出省鐵路干線，約250個發煤站臺。大規模的煤炭裝卸儲存、運輸過程中產生的煤塵，不可避免的對環境造成很大的污染。煤炭貨臺堆卸存放時由于風力因素造成粉塵飄散，煤炭運輸過程中煤塵飄散對沿線的生態環境及居民生活環境造成嚴重的污染，而且對鐵路線路內道床、鐵路信號和接觸電網等設備也會造成一定程度的破壞[1]。

煤炭站臺裝卸儲存、運輸過程中的環保措施有：煤臺灑水栓(地上式)設置、擋風抑塵墻設置、抑塵站設置。以上三種措施從實施效果及經濟可行上都有一定的優勢。

1 煤臺灑水栓設置

煤炭裝車方式分為筒倉快速定量裝車和站臺裝車。站臺裝車受風力影響較大，對周邊環境有很大影響，煤炭站臺的煤炭存放對環境污染影響也相對較大。儲煤站臺容易受風力影響，使煤堆表面粉塵及煤炭顆粒物大范圍飄散，煤臺灑水栓的設置對于抑塵有顯著效果。

煤臺灑水栓分為地下式灑水栓和地上式灑水栓兩種方式。地下式灑水栓需工作人員日常開閉井蓋及對加重井蓋進行維護，站臺灑水栓一般數量較多，如煤炭堆放散亂或煤炭堆放面積較大時，對地下式灑水栓井掩埋堆壓，造成井蓋不便開啟。因地上式灑水栓方式效果較好，研究針對地上式灑水栓進行分析。

地上式灑水栓便于集中控制，而且從業工作人員相對勞動強度低。圖1為地上式灑水噴槍系統示意。

圖1 地上式灑水噴槍系統

由于煤炭站臺位置相對較偏遠，沒有可靠及穩定的水壓及用水量，灑水栓水源一般采用煤臺消防用水。由于灑水、消防用水合用，消防水池除按設計秒流量滿足2 h消防用水量外應略大，根據消防水池補水條件及補水量確定。為避免管材資源不必要消耗，灑水栓主管道與消防管道共用。

灑水栓頂端噴槍采用適應于中等壓力系統的中等流量噴槍，噴槍工作壓力4 MPa，噴嘴為DN20。地上式灑水噴槍采用鋼筋混凝土支座，支座地基采用3∶7灰土換填處理，灰土墊層厚度0.5 m，灰土墊層寬出基礎外邊緣0.5 m，若有雜填土應全部清除，用灰素土回填碾壓密實，壓實系數不小于0.96。

山西冬季天氣寒冷，需要對灑水栓固定段進行保溫防護措施。另一方面，灑水栓噴槍至固定支座段在各閥門井內設置退水管，退水主管貫穿各閥門井室。噴槍及固定管段的退水收集功能也可以有效防止管道凍裂。退水最終排至儲煤站臺消防水池近端新設集水井，經提升泵提升至消防水池內，避免水資源浪費。

2 擋風抑塵墻設置

煤炭在生產、運輸過程中一個必不可少的環節是在裝卸站臺上堆放。站臺堆放過程中利用灑水栓灑水降塵是其中一個方面，另一個防止煤塵飄散的重要方法是設置擋風抑塵墻。擋風抑塵墻的作用機理是利用空氣動力學原理，按照儲煤站臺地區的風力影響把靜電噴涂鋼板(也可是不同材質)加工成一定幾何形狀、具有不同的開孔率和孔形的擋風鋼板，使流通的站臺外部風力通過擋風抑塵墻體，達到外側強風時內側弱風、外側弱風時內側微風或無風的效果。內側的弱風或微風帶動的少量煤塵由于擋風抑塵墻體的阻止難以擴散到煤臺外部，從而防止粉塵飄散污染[2]。

煤臺粉塵飄散有兩個原因：一是煤堆表面的靜態起塵，二是在裝卸作業過程中的動態起塵。前者主要受煤炭表面含水率、環境風速等影響，后者主要與作業落差、裝卸強度、環境風速等相關，兩者的最終控制因素是風速。

根據露天煤堆粉塵擴散規律的試驗研究，煤堆起塵量與風速之間的關系為

Q=a(V-V0)n

式中Q——煤堆起塵量；

V——風速；

V0——起塵風速；

a——與粉塵粒度分布有關的系數；

n——指數(n>1.2)。

不難看出，煤堆起塵量Q與風速差(V-V0)的n次方成正比。因此，降低堆煤站臺的風速是減少煤塵擴散量的關鍵性因素。對于煤炭站臺，只有外界風速達到一定強度，該風力使料堆表面顆粒產生向上移動的的動力可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。設置擋風抑塵墻的明顯作用是外界風速越大，擋風抑塵墻的抑、降塵效率越高，控制揚塵的效果越佳。

擋風抑塵墻由獨立基礎、鋼結構支撐、擋風板三部分組成。擋風抑塵墻設置高度為堆積物的1.3～1.5倍時，防風抑塵效果最佳。裝卸站臺儲煤高度一般為5 m左右，擋風抑塵墻設置高度為7 m。

3 抑塵站設置

煤炭在列車運輸行進時也會產生煤塵的飄散。列車會車，曲線行駛、制動時，由于相對氣流的作用，煤塵會隨風揚動，造成沿線環境的嚴重污染。而且列車運輸過程中煤炭粉塵飄散所造成的煤炭損失量也會造成煤炭資源的大量浪費，不利于節能環保。經過測算，在山西地區現行貨運機車運行速度下，煤炭的平均損耗量為1%，一列5 000 t運煤列車的煤炭損失達到40 t左右。此外，對行車安全也有很大的隱患，列車會車時較大相對速度導致渦流卷起的煤塊造成列車損壞；列車在長大隧道內行駛時，由于隧道內空間狹小，隧道內機械排風不能完全使隧道內煤塵懸浮物飄散，對隧道相關從業人員的身體健康危害極大；煤塵的飄散會附著在沿線鐵路設施設備上，如引起供電接觸網、絕緣子的短路和放電，煤灰粘附在信號燈上，影響信號顯示等情況，都給鐵路運輸安全帶來隱患[3]。對于運煤列車運輸作業過程中的煤塵飄散方法主要是設置抑塵站。列車裝車作業完畢，在裝煤列車煤層表面噴灑一定厚度的抑塵劑，使煤層表面形成以煤塊、小型煤粒和煤炭粉塵黏合在一起的直徑較大的固化層。 固化層相對穩定[4]，可以很大程度減弱風力影響，達到防止揚塵污染的效果。

抑塵站組成可分為三部分：抑塵劑配液、噴淋系統及抑塵站控制系統。圖2為抑塵站工作流程。

圖2 抑塵站工作流程

配液、噴淋系統主要包括攪拌罐、儲液罐、噴淋控制系統和噴淋裝置，利用管路、傳感器等相關元件實現外部噴淋的液體輸送。其工作原理是：把料劑加入攪拌罐與水混合并溶解，進入攪拌罐內攪拌均勻后存貯至貯液罐內。運煤列車出站經過室外噴淋裝置進行抑塵劑噴淋。室外噴淋裝置分為龍門式、旋臂式及移動式。

控制系統主要包括總控制臺、總電源配電柜、主控制柜、攪拌控制箱，是相關工作人員啟動和控制噴淋系統工作的部分。確認車頭通過后，啟動噴淋控制按鈕、打開儲液罐電動開關；確認列車全部通過后，按下工頻泵停止按鈕。山西地區冬季較為寒冷，系統需設置自動回收系統收集管道中的液體，冬季操作系統時，需在噴淋工作即將完成時將防凍液注入至系統中或開啟管路電伴熱，防治管路堵塞。

4 結論

煤炭在站臺裝卸、堆放到運輸過程中，通過煤臺灑水栓、擋風抑塵墻、抑塵噴淋系統的設置可以有效控制煤炭粉塵飄散對大氣的影響及污染的擴散，除此之外對節能環保及安全行車也發揮了巨大的作用。在多種環保措施中，灑水栓、擋風抑塵墻及抑塵噴淋系統三種環保措施相結合，從投資、可操作性上都具有很大優勢，運營期也能達到預期環保效果，該方法對煤炭礦區大規模開采環保治理有一定的借鑒作用。

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InvestigationonPreventionofContaminationFromCoalPlatformStorageandTransportationinShanxiProvince

YAO Xuan

2014-10-23

姚 軒(1984—)，男，工學碩士，工程師。

1672-7479(2014)06-0099-02

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