河曲旧县露天煤矿道路抑尘剂的应用研究

史慧文

(山西煤炭进出口集团河曲旧县露天煤业有限公司，山西 忻州 036500)

河曲旧县露天矿田位于河曲县城东南部27km，行政区划隶属河曲县旧县乡管辖。该矿田南北长8.260km，东西宽5.620km，面积24.9536km2，地质资源/储量263.12Mt。随着该矿生产强度的加大和机械化水平的日益提高，粉尘污染也日趋严重。粉尘颗粒物已经成为影响矿山局部范围空气质量的主要污染物。

1 粉尘污染和危害分析

1.1 粉尘来源分析

河曲旧县露天矿粉尘污染的主要来源包括运输设备、电铲采装、钻机穿孔和爆破作业产生粉尘等。大型载重卡车和普通载重卡车等运输设备反复碾压道路上的颗粒物，使其小于一定粒径后，随着气流变化漂浮进入空中，形成粉尘。运输设备粉尘的产尘量占据了该露天矿山开采作业的首位，是其他污染源的7～8倍。因此，控制运输路面的粉尘浓度就成为该矿山抑尘的首要任务。

1.2 粉尘污染危害

露天矿运输车流量密集，尘土不断受到车轮冲击力和气流变化的激扰，悬浮于空中或随风飘荡。粉尘浓度高时，能见度不足2m，妨碍司机的安全驾驶，容易造成撞车或翻车等事故，直接危害矿山的安全生产，增加开采成本支出。路面粉尘组分的分析表明，粉尘中的PM10、PM2.5颗粒较小，比表面积大，容易富集有害元素和有机化合物，粒径小于PM2.5的颗粒会沉积于肺泡内，这些都会严重损害矿山工作人员的身体健康。有害粉尘长期在大气中滞留或随风飘散还会污染露天矿山的周围环境，破坏生态系统。另外，粉尘进入运输设备车体内，会缩短发动机的使用寿命，增加油耗、保养及维修费用，无形中降低了企业的经济效益。

2 路面化学抑尘剂的应用现状分析

传统的露天矿山路面防尘方法是用洒水车洒水，该方法简单、方便，且单次费用低，很多煤矿至今仍在使用。露天矿山多为碎石或矸石与土质混合路面，在夏季或干旱炎热地区，需要频繁地使用洒水车洒水才能保持路面湿润，但是由于水的抗蒸发性差，喷洒一次只能保持30min左右。如果洒水不及时，洒水量不够，路面处于干湿交替状况，那么路面粉尘含量将增多，路况更加恶化，不仅达不到抑尘效果，还浪费大量水资源。单纯洒水除尘的总体效果不理想，并非高效节约的除尘方法。一般认为，采用化学抑尘剂控制粉尘切实可行，应用实践也证实使用抑尘剂的总体效果比较理想。

现在的化学抑尘剂基本分为润湿型、吸湿型、黏结型、吸水型和复合型。单一的抑尘剂效果不理想，复合型抑尘剂的抑尘效率高，抑尘效果优越，适用范围广，具有广阔的应用前景。随着社会环保投入的加大和各种化工产品的迅速发展，价格低廉、无二次污染、抑尘周期长、抑尘效果优良的新型道路抑尘剂会越来越多地进人们的视野，特别是超强吸水材料和各种表面活性剂的应用为道路抑尘剂的研究提供了新的思路和方向。

3 复合型道路抑尘剂的实践应用

为了解决河曲旧县露天矿的粉尘污染问题，该矿决定采用一种复合型道路抑尘剂进行现场喷洒试验，取得良好的试验效果。

3.1 复合型道路抑尘剂的性能

该工程所试验的道路抑尘剂含有机高分子材料，是一种极好的亲水性物质，羟基与水形成氢键，降低水分子不规则运动的动能，使其不易从水面挥发蒸发，合理调配混合功能性助剂，构成稳定性高的多组分水溶性体系。通过常用的洒水车直接喷洒于抑尘的路面，快速渗透后黏结粉尘颗粒物，与路面固结、融合，形成有一定厚度、韧性和湿润的“外衣”，提高捕尘性能；将细小的粉尘颗粒聚合成较大的粉尘颗粒，抑制可悬浮粉尘。

复合型道路抑尘剂材料的特点：（1）良好稳定的保水性，对粉尘有良好的润湿性；（2）本身具有吸水性，不易挥发，抑尘时间持久；（3）工艺流程简明，生产设备简单，投资少；（4）喷洒方法方便灵活，设备简捷，适用性广；（5）运输和储存过程中不黏结、不变质、不腐败、不燃烧；（6）抑尘效果好，有效抑尘期长；（7）大量节约水资源和燃油，节能降耗；（8）提高发动机寿命，延长卡车大修期，降低企业生产成本。

3.2 抑尘剂抑尘模拟试验

3.2.1 吸湿保水性试验

取50g烘干的运输路面尘样置于蒸发皿中，将15mL溶液洒到尘样上，待其全部润湿后，置于室内，做吸湿抑尘试验。以相同情况下纯水尘样作为对照试验。室温：19～27℃；相对湿度：27%～35%。

从图1可见，纯水制作的尘样，静置到32h后，含水量降到4%，几乎失去除尘能力。而含抑尘剂样静置32h后吸湿量降至7.4%，46h后仍然能保持在5.2%，其表面有板结现象，而且含湿量越少板结越明显，可见抑尘剂具有良好的吸湿保水性，能长时间保持有效含水率，最终达到抑尘效果。

图1 抑尘剂含水率与时间关系图

3.2.2 高温抗蒸发性试验

取50g烘干的运输路面尘样置于蒸发皿中，将15mL溶液洒到尘样上，待其润湿后，置于提前恒温为50℃的电烘箱里。按同样的比例制作纯水尘样按同样的条件作为对照试验。并跟踪监测烘箱内温度变化，用蒸发率和时间关系来表示抑尘剂尘样的抗蒸发性。

由图2可见，水样抗蒸发性差，在3h后已经趋于恒重。而抑尘剂样抗蒸发性明显，5h才恒重，蒸发时间比纯水提高67%，可见抑尘剂有明显的抗蒸发性。

图2 抑尘剂蒸发量与时间关系图

总之，由抑尘剂吸湿保水性好和强高温抗蒸发性说明抑尘剂具有有效的防尘能力。

3.3 放大试验

3.3.1 试验前准备工作

该试验在河曲旧县露天矿主干道路35×3km路面上进行，选取了一段有一定倾斜度、日照充足、通风和重型车辆比较密集的具有代表性路面进行现场试验，等连续三天晴天后开始试验，用称重法研究了现场试样的含水率，测尘仪测量了粉尘含量。将抑尘剂和水按1:1加入搅拌罐中，搅拌30min后，用泵抽至洒水车内，按照日常洒水强度在试验路段来回均匀喷洒。

3.3.2 试验测试方法

（1）粉尘含量对比

为了能真实地反映河曲旧县露天矿现场抑尘情况，在试验路面等距离选取三个采样点（离左边同距离），通过设置一天内的采样时间和采样间隔，读取每次粉尘含量取平均值作为当时实际粉尘含量。本次试验要求分别测试不处理路面、洒水路面、洒抑尘剂路面。设置测定仪为当天的10：30开机，连续4h监测，设置采样流量为100L/min。所测数据见表1。

表1 三种路面粉尘含量统计表

从表1可以看出，在不除尘情况下，路面粉尘含量很高，是工业企业卫生标准（10mg/m3）的16.6倍；在4h洒水3次的路面，粉尘含量达到13.4mg/m3，是工业企业卫生标准的1.34倍；喷洒抑尘剂后粉尘含量远远低于工业企业卫生标准。

（2）抑尘剂有效抑尘时间试验

按照日常洒水在试验路面洒抑尘剂，每天取样测含水率，A表示9：30，P表示16：30，1代表洒抑尘剂路面含水率，2表示第五天16：30在洒抑尘剂路面补水后路面含水率，得出洒抑尘剂路面含水率随时间的变化关系如图3所示。由图3可知，洒抑尘剂路面至少可以抑尘3.5d，补水后又可以维持2d。但只洒水防尘不到30min就失去抑尘效果。

图3 洒抑尘剂路面含水率与时间关系

总之，从粉尘含量和抑尘剂有效抑尘时间可以看出，工业性试验和模拟试验一致，说明抑尘剂除尘是露天矿除尘可选方法。

3.4 现场试验及效果分析

按照设计的喷洒量，在试验路段进行了为期一个月的现场喷洒试验。喷洒抑尘剂的第一天，路面形成一层薄膜；第二天，形成了一层较厚的硬化层，车辆路过不起尘；以后观察现场情况适时补水或喷洒抑尘剂。

3.4.1 粉尘污染含量数据对比

试验路段喷洒抑尘剂和单纯洒水粉尘含量对比见图4。

图4 试验路段喷洒抑尘剂和单纯洒水粉尘含量对比

从图4可以看到，喷洒抑尘剂的路段粉尘污染含量在2.5mg/m3以内，而洒水路段大多在7.2～13.6mg/m3之间，两者的抑尘能力相差很大。不进行抑尘路段粉尘污染含量为30mg/m3。

3.4.2 路面水分含量数据分析

通过对试验路段喷洒抑尘剂和单纯洒水路面失水率数据对比分析可以得到，喷洒抑尘剂的路段水分含量保持的时间长，含水量变化幅度小，洒水路段刚洒水时含水量高，但不到半个小时水分就几乎蒸发掉。总之，本次试验从路面粉尘污染含量和路面水分含量等方面与正常洒水路段对比，喷洒抑尘剂试验路段体现出比较明显的综合抑尘效果。

4 改进措施分析

河曲旧县露天矿道路抑尘剂的实践应用表现出非常明显的综合抑尘效果。结合实践应用过程，还可以进行以下的改进措施：（1）开发新型表面活性剂，增加对粉尘的润湿效果。（2）根据不同土质和路面状况，研究不同系列的渗透剂，提高使用效益。（3）设计合理的喷洒方案，以最小的喷洒量，获得最长的抑尘周期。（4）与喷洒抑尘剂道路周边环境一起治理粉尘，方能有最佳的空气质量。（5）抑尘技术的推广必须兼顾经济效益和社会效益。