侯 偉，陳 闖，韓博益，綦婷婷

（1.國(guó)家電投集團(tuán)內(nèi)蒙古白音華煤電有限公司，內(nèi)蒙古 錫林郭勒 026000；2.國(guó)家電投集團(tuán)內(nèi)蒙古公司 南露天礦，內(nèi)蒙古 通遼 028000）

露天礦開(kāi)采過(guò)程中包括鉆孔、爆破、開(kāi)挖、裝卸、運(yùn)輸?shù)榷鄠€(gè)產(chǎn)塵環(huán)節(jié)，且露天礦道路多為土質(zhì)路面，致使露天礦粉塵污染情況日益加重[1-4]。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)露天礦區(qū)道路抑塵已開(kāi)展大量研究工作，但由于設(shè)備制造工藝復(fù)雜、腐蝕污染嚴(yán)重、適用條件苛刻等問(wèn)題限制，未得到廣泛應(yīng)用[5-7]。由于國(guó)家電投白音華露天礦所在地區(qū)冬季時(shí)間長(zhǎng)，氣候寒冷多風(fēng)，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)極易產(chǎn)生粉塵，對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生較大的影響。作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)溫度較低，傳統(tǒng)灑水車(chē)冬季無(wú)法進(jìn)行灑水降塵作業(yè)，為降低粉塵對(duì)職工造成的影響，避免道路粉塵濃度過(guò)高造成操作人員視線受阻情況發(fā)生，基于霧化抑塵技術(shù)對(duì)灑水車(chē)進(jìn)行改造，通過(guò)霧化水汽，提高粉塵與霧滴結(jié)合的概率，使粉塵顆粒與水霧結(jié)合后，在重力的作用下降沉到地表，降低空氣中的粉塵濃度，以減少粉塵對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境及周邊生態(tài)環(huán)境的影響。

1 產(chǎn)塵原理及傳統(tǒng)灑水車(chē)冬季使用情況

露天礦的主要運(yùn)輸?shù)缆范酁樗槭下访婧屯临|(zhì)路面。在各種機(jī)械的車(chē)輪荷載作用下，極易產(chǎn)生某種程度的變形，尤其是大型機(jī)械車(chē)輪滾動(dòng)時(shí)，與地面摩擦和輾壓產(chǎn)生的剪切力重復(fù)加荷，致使運(yùn)輸路面變形破壞形成破碎粉體。傳統(tǒng)灑水造成的地表層侵蝕，導(dǎo)致路面坑洼不平，致使卡車(chē)運(yùn)輸過(guò)程振動(dòng)加大，隨著車(chē)輛頻繁運(yùn)行，導(dǎo)致礦巖撒落擊碎，礦巖在車(chē)輪的反復(fù)碾壓下形成粉塵[8]。因路面輾壓及沉降等形成的粉塵顆粒，一般為吸入性粉塵，粒徑小、質(zhì)量輕、粒間黏結(jié)力小，極易克服粒間引力的束縛而產(chǎn)生揚(yáng)塵。露天礦潛孔鉆機(jī)作業(yè)時(shí)，也極易產(chǎn)生粉塵，鉆頭與巖石強(qiáng)烈摩擦，受離心力作用，沿鉆頭切線方向旋轉(zhuǎn)形成旋轉(zhuǎn)氣流，使粉塵隨氣流飄到路面[9-10]。

受環(huán)境因素影響，傳統(tǒng)灑水車(chē)在冬季嚴(yán)寒條件下，使用過(guò)程中會(huì)存在以下問(wèn)題：①室外溫度較低，灑水車(chē)作業(yè)時(shí)出現(xiàn)管道、泵內(nèi)水結(jié)冰的情況，無(wú)法正常實(shí)施灑水作業(yè)；②冬季灑水路面大面積結(jié)冰，車(chē)輛行駛中容易產(chǎn)生打滑、側(cè)翻等情況，影響現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸安全；③現(xiàn)有水炮的霧化效果不佳，小顆粒霧化水顆粒較小，霧化抑塵作用不明顯。

綜上所述，傳統(tǒng)的灑水車(chē)可以起到一定的抑塵作用，但抑塵效果不佳。為了提升抑塵效率，達(dá)到環(huán)保要求，并考慮節(jié)約資源、降低成本，故研究對(duì)灑水車(chē)進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)改造。

2 微霧抑塵技術(shù)

高能微霧抑塵技術(shù)原理如圖1。高能微霧抑塵過(guò)程示意圖如圖2。

圖1 高能微霧抑塵技術(shù)原理

圖2 高能微霧抑塵過(guò)程示意圖

當(dāng)霧滴與粉塵兩者粒徑大小相近時(shí)，兩者結(jié)合的概率將會(huì)很大。如果粉塵粒徑較小時(shí)，那么粉塵將圍繞霧滴周?chē)臍饬鬟\(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致粉塵顆粒與霧滴兩者無(wú)法接觸，從而無(wú)法達(dá)不到理想的抑塵效果。

當(dāng)粉塵與霧滴顆粒粒徑接近時(shí)，兩者隨著氣流的流動(dòng)更容易接觸、碰撞最終聚集甚至黏在一起。兩者的粒徑越小，就越容易黏在一起，隨著黏結(jié)體體積不斷增，質(zhì)量也越來(lái)越大，在重力的作用下，其沉降速度會(huì)加快，從而提升抑塵效果。

通過(guò)采用高流速水流產(chǎn)生的超聲波振蕩，將水滴分裂霧化成粒徑10 μm 左右的水霧，當(dāng)粉塵隨氣流上升通過(guò)水霧時(shí)，將無(wú)法繼續(xù)上升，緊接著微小的粉塵顆粒會(huì)不斷地聚集然后沉降，最終達(dá)到抑塵的目的?？諝庵蟹蹓m顆粒被水滴浸潤(rùn)后灑落到地面，也會(huì)使地表濕潤(rùn)，從而抑制地表細(xì)顆粒粉塵揚(yáng)起。

高能微霧抑塵系統(tǒng)主要組成部分有微霧抑塵主機(jī)、高壓水泵、水箱、噴霧組件、過(guò)濾器、供水管路及閥件。微霧抑塵作為抑塵系統(tǒng)的控制單元，其主機(jī)由壓力調(diào)節(jié)閥、壓力傳感器、PLC、電磁閥等。噴霧組件包含高能微霧噴嘴和噴嘴安裝塊，為了便于現(xiàn)場(chǎng)快速安裝，同時(shí)保護(hù)噴嘴免遭受碰撞損壞，故提前將多個(gè)噴嘴安裝在1 個(gè)模塊上形成1 個(gè)噴嘴安裝塊。高壓水泵用于提供微霧抑塵系統(tǒng)所需的壓力。水箱用于安全儲(chǔ)存過(guò)濾后的水，避免了由于供水不足而造成高壓泵損壞。

噴嘴是高能微霧抑塵系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。高能微霧噴嘴，采用了比較特殊的結(jié)構(gòu)，能夠相對(duì)穩(wěn)定地產(chǎn)生細(xì)顆粒霧滴，霧滴的粒徑不大于10 μm，使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)費(fèi)用低。

3 灑水車(chē)技術(shù)改造

3.1 車(chē)體保溫設(shè)計(jì)

為使灑水車(chē)滿(mǎn)足保溫的要求，設(shè)計(jì)選擇無(wú)機(jī)硅質(zhì)和無(wú)機(jī)纖維材料，通過(guò)高強(qiáng)度復(fù)合阻氣膜抽真空封裝制成絕熱體，實(shí)現(xiàn)車(chē)體保溫，設(shè)計(jì)具有以下特點(diǎn)：

1）罐體設(shè)計(jì)密閉性強(qiáng)。采用卷材、管材在罐體內(nèi)部及水管表面進(jìn)行柔性包覆，采用專(zhuān)用膠黏劑進(jìn)行粘接固定。

2）適用溫度范圍廣。其材料的使用溫度范圍為-50～105 ℃，能夠滿(mǎn)足礦區(qū)冬季采礦現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度較低的情況。

3）閉孔率高，產(chǎn)品性能穩(wěn)定。閉孔率大于95%，能夠有效阻隔水汽，防止水汽滲入，從而影響材料的導(dǎo)熱系數(shù)。高閉孔結(jié)構(gòu)使其在灑水車(chē)所處的富水汽、塵埃顆粒的作業(yè)環(huán)境下，可以穩(wěn)定發(fā)揮保溫性能。

4）防火等級(jí)高。通過(guò)添加阻燃劑，材料能夠達(dá)到B1 級(jí)的防火等級(jí)（難燃），氧指數(shù)約為40%，能夠滿(mǎn)足礦區(qū)對(duì)防火的要求，消除灑水車(chē)在作業(yè)過(guò)程中的安全隱患。

5）導(dǎo)熱系數(shù)低，保溫效果佳。導(dǎo)熱系數(shù)0.002～0.012 W/（m·K），在工業(yè)環(huán)境溫度-20 ℃、車(chē)內(nèi)介質(zhì)溫度5 ℃的作業(yè)條件下，設(shè)計(jì)按GB 8175—2008《設(shè)備及管道保溫設(shè)計(jì)導(dǎo)則》計(jì)算保溫層厚度，保溫層厚度約為30 mm。為保證灑水車(chē)罐體保溫效果，適當(dāng)提升灑水車(chē)罐體內(nèi)初始水溫。

6）材料環(huán)保，無(wú)污染。采用無(wú)機(jī)硅質(zhì)、無(wú)機(jī)纖維材料與高強(qiáng)復(fù)合阻氣膜制成，無(wú)纖維粉塵、不含甲醛等易燃易爆等有害物質(zhì)。

3.2 灑水霧化改造方案

1）車(chē)體灑水噴嘴改造?，F(xiàn)有灑水車(chē)的灑水噴嘴為常規(guī)的大流量噴水嘴，不能實(shí)現(xiàn)水的霧化效果，抑塵效果不佳。結(jié)合車(chē)體現(xiàn)有結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在現(xiàn)有車(chē)體上全面替換高能微霧系統(tǒng)難度較大，成本高?？刹捎锰鎿Q、增加現(xiàn)有噴嘴的方法，通過(guò)對(duì)噴嘴的霧滴粒徑大小分布、霧滴速度、噴射角、噴霧量等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使其在灑水車(chē)正常行進(jìn)過(guò)程中能夠起到一定效果的噴霧效果。

2）現(xiàn)有車(chē)體尾部水炮升級(jí)?，F(xiàn)有灑水車(chē)尾部配置了1 臺(tái)水炮，能夠?qū)崿F(xiàn)一定的水汽霧化效果，但根據(jù)實(shí)際使用及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有水炮的霧化效果不佳，小顆粒霧化水顆粒比重較小，霧化抑塵作用不明顯。將現(xiàn)有水炮升級(jí)為霧炮機(jī)，由于霧炮機(jī)及相關(guān)配套裝置體積及質(zhì)量較大，需對(duì)現(xiàn)有灑水車(chē)尾部增加霧炮機(jī)支撐結(jié)構(gòu)，保證霧炮機(jī)的使用空間及支撐強(qiáng)度。車(chē)載霧炮機(jī)特點(diǎn)：①適用范圍廣、工作效率高：車(chē)載式可邊行駛邊噴霧、噴霧速度快、對(duì)塵埃有較強(qiáng)的穿透力和霧珠附著力、能有效地節(jié)約用水和減少環(huán)境污染；②射程遠(yuǎn)、覆蓋面積大：所噴射水霧顆粒細(xì)小，與空氣中的塵埃接觸迅速，并形成一種潮濕霧狀體，加重塵埃自重力，加速塵埃降沉，抑制塵埃擴(kuò)散；③可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)水平旋轉(zhuǎn)：液壓系統(tǒng)控制俯仰角度-10°～55°，可方便調(diào)整噴霧高度；④產(chǎn)品保溫性能很好；⑤霧化組件可靈活更換，結(jié)合霧化效果：可分別采用30、50、150、200 μm 的噴霧組件以達(dá)到滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)霧化效果要求。

4 結(jié)語(yǔ)

應(yīng)用微霧抑塵技術(shù)對(duì)灑水車(chē)進(jìn)行技術(shù)改造后，不僅能有效地防止揚(yáng)塵的擴(kuò)散，還提高了優(yōu)質(zhì)路面的抗碾壓性，采用特殊的設(shè)計(jì)、材料達(dá)到灑水霧化效果，從而減少了粉塵飛揚(yáng)。改造后的灑水車(chē)，在冬季正常作業(yè)條件情況下，4 h 室外工作不會(huì)產(chǎn)生結(jié)冰現(xiàn)象，路面不會(huì)產(chǎn)生大面積結(jié)冰，避免了車(chē)輛打滑。操作簡(jiǎn)單，投入成本低，達(dá)到了良好的抑塵效果。