露天煤矿一级破碎站煤尘控制技术

大南湖煤矿位于新疆哈密市西南 80 km 处，生产规模为 10.0 Mt/a，采煤工艺为单斗-卡车-一级破碎站-带式输送机半连续开采工艺。一级破碎站位于采掘场北部地表的自然沟堑内，由有 2 座生产能力为 1 600 t/h 的一级破碎站共同承担采掘场内自卸卡车来煤的一级破碎任务，入料粒度为 1 200mm，出料粒度为 300 mm，采用半移动式结构，设计移设周期为每 6～8 年移设 1 次，每座受料斗容量为150 t，可满足 1 台载重 100 t 级自卸卡车卸料或者 2台载重 60 t 非公路卡车同时卸料。在自卸卡车向一级破碎站卸煤过程中，会产生大量煤尘，煤尘颗粒直径约为 5～10 μm[2-5]，通过监测，在没有任何除尘设施的情况下，距离 1 号破碎站受料斗最近的 2 层平台的总粉尘浓度和呼吸性粉尘浓度分别为 510～820 mg/m3 和 13～18 mg/m3，分别超过国家规定的职业接触限值高达 127.5 倍和 5.2 倍。距受料斗位置 20 m 的 1 号破碎站卸载平台，其总粉尘浓度和呼吸性粉尘浓度分别为 305～710 mg/m3 和7～15 mg/m3，仍远超过国家规定的职业接触限值。煤尘具有很强的吸附力，非常容易吸附氮氧化物、一氧化碳等有毒有害气体，并且部分煤尘颗粒还会长时间悬浮于空气中，对周边生产环境及作业人员健康造成严重影响。

2 破碎站煤尘控制现状

2.1 现有煤尘控制设施

目前，大南湖煤矿参考类似矿山一级破碎站湿式除尘方式，在一级破碎站增设了自动喷雾洒水装置，该装置由水箱、增压泵、供水管路、洒水喷头及自动控制系统构成。在受料斗上部架设钢结构支架，布设自动喷雾洒水喷头，按照喷雾洒水面积全部覆盖受料斗计算，每座破碎站受料斗分上下 2 层，共敷设31 个自动喷雾喷头，喷水量 130 L/min。

2.2 现有破碎站煤尘控制效果

在采用喷雾洒水降尘设施之后，距离 1 号破碎站受料斗最近的 2 层平台的平均总粉尘浓度和呼吸性粉尘浓度分别为 17.32 mg/m3 和 7.14mg/m3，分别超过国家规定的职业接触限值高达 4.33倍和 4.70 倍，其次为距受料斗位置 20 m 的 1 号破碎站卸载平台，其平均总粉尘浓和呼吸性粉尘浓度分别为 11.74 mg/m3 和 5.06 mg/m3，分别超过国家规定职业接触限值高达 1.79 倍和 2.02 倍。因为破碎站控制室为封闭的工作空间，且配备先进的空气过滤装置，粉尘浓度低于职业接触限值。从现有破碎站除尘设施的煤尘控制效果看，粉尘浓度仍高于职业接触限值。并且带来了如下问题：①喷雾洒水降尘设施耗水量较大;②导致原煤含水率提高约 0.7%～1.0%，降低了原煤发热量;③该洒水降尘装置受气候影响较大，在天气寒冷时须停用，不能满足连续生产需要。根据露天煤矿一级破碎站结构形式、自卸卡车卸煤程序分析得出破碎站煤尘产生机理分别为空气剪切力产生煤尘、诱导空气产生煤尘和冲击挤压力产生煤尘。对于现有的自动喷雾洒水除尘技术的除尘效果进行监测，其平均总粉尘浓度和呼吸性粉尘浓度分别为 11.74 ～17.32 mg/m3 和 5.06 ～7.14 mg/m3，超过国家规定的职业接触限值。根据破碎站煤尘产生机理提出了在一级破碎站采用半密闭防尘罩棚，辅助以干雾抑尘的煤尘控制技术，可以有效的控制破碎站煤尘产生量，煤尘控制效果明显。

3 煤尘产生机理及煤尘超限原因

1)破碎站受料斗煤尘的产生机理。破碎站是煤炭由自卸卡车运输向带式输送机运输转换的中转环节，自卸卡车将煤卸至一级破碎站受料斗。受料斗的煤通过刮板输送机运至双齿辊破碎机，将煤破碎至300 mm 以下装载到带式输送机从而实现运输方式的转换。当自卸卡车车厢的煤卸至破碎站受料斗后产出大量的煤尘(距车厢下沿高差约 6.5 m)，其产尘机理是含尘物料与空气相互作用，空气被卷入物料流中，物料流逐渐扩散，相互的作用使细煤尘发生飞扬、逸散[3-5]。具体表现为：①在空气的迎面阻力下引起剪切作用，使降落的煤粉悬浮起来，产生剪切煤尘;②原煤在空气中下落运动时产生大量诱导风流，诱导风流又会吸卷一部分煤尘随风流一起高速运动，这样产生了诱导煤尘，其中诱导气流是煤尘产的主导因素，诱导气流与原煤的落料高度、质量及卸落速度成正比关系[6];③煤炭的推动作用使空气压入受料斗或板式给矿机中，空气受到的挤压力而向外跑出带动煤尘喷出或外溢，煤尘逸散量的大小与受料斗的原煤特性、原煤落料高度的影响。

2)现有一级破碎站除尘效果差的原因分析。根据原煤卸载作业过程和煤尘产生机理分析，现有一级破碎站除尘设施煤尘超限的原因如下：①该煤尘控制方式本质为湿式除尘方式，缺点为捕集微细粉尘效率低，喷出的水雾颗粒空间填充占比低，无法充满整个空间，且水雾颗粒在沉降时容易蒸发，不适用于到破碎站等开放环境中[2];②在卡车卸料时虽然自动喷水形成抑尘水界面，但原煤卸至受料斗时产生的巨大风能将煤尘带至水界面以上形成煤尘;③原煤由卡车卸至破碎站受料斗的过程中受车卡车厢升举时间影响，在此持续卸料过程中需要 50 ～60 s，无法控制原煤在下落过程在喷水面以上产生的煤尘，从而使在整个卸料过程中对煤尘的抑制效果差。