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防夙抑尘墙在黑岱沟露天矿中的应用研究

发布时间:2015/11/13 技术施工 标签防风抑尘网浏览次数:2154

摘要:对于大型储煤场与原煤运输系统,目前使用的方式主要有喷水降尘和防风抑尘网2种方式防尘,而挡风抑尘最适宜于北方露天矿场使用。介绍了防风抑尘网的发展状况,研究扬尘机理并通过风洞试验结论和对现场测试数据分析,阐述了防风抑尘墙的抑尘防风原理,并对其做了分类介绍。最后论述了防风抑尘墙在黑岱沟露天矿的成功运用。

大规模原料堆积场发生的飞散,不但污染周边环境,影响居住环境,引起民怨,而且造成大量的原料损失,因此原料堆积场均需设立解决原料飞散的设施。在原料表面喷水和喷洒固化剂,是抑制原料飞散的各种防治对策之一,但是,抑制粉尘固化剂费用是连续长期的投入,并且效果不甚理想,如果没有降雨,只刮强风,就无法抑制原料的飞散。

日本、德国、英国等发达国家的钢铁厂到目前为止,大部分仍在采用喷水和表面固化剂喷洒的方式来抑制粉尘飞散。日本大分、鹿岛钢铁所等原料场外部设置绿化带来控制原料飞散。在韩国下洞火力煤厂周围种植了高度约7~8 In的防风林。韩国从1986年特别立项,对原料堆积场的飞散
问题进行专项研究,为此设计了一个与实际环境同样环境的风洞实验室,通过风洞的变化调查,积累了许多数据,对同一工厂不同的原料,不同的环境,进行周密的调查和研究,积累了大量的各种数据,提出利用防风抑尘墙防止堆积原料飞散的可行性方案。浦项制铁和仁川港第8区,大约30 000 in 的原料场,建设了15 n高的防风抑尘墙。安装防尘设施后,国内很多单位对其进行了考察,给予了高度评价,并且其它火力发电厂、钢铁厂、煤炭矿场、石灰石矿场、水泥厂等都开始选择防风抑尘墙,在国内开始广泛应用起来。随着中国环保和节约意识的加深,近年开始在中国引起关注。

1 扬尘原理
堆储或者散失在地面上的固体颗粒物,风导致其运动的首要决定因素是风速。在风的作用下较小的固体颗粒主要有3种运动状态:一定风速下最大的运动微粒(直径>1 000/ .zn)沿地面滚动成为螺动;微小粒子(直径<100 m)则被湍流携带随风运动称为悬浮;直径介于中间的粒子(100~1 000李晋旭(1985一),男,中国矿业大学矿业工程学院,硕士,221008江苏省徐州市中国矿业大学文昌校区矿业学院硕07资源与规划。 防风抑尘墙能大量降低露天煤堆场的起尘量,其机理是通过降低来流风的风速,最大限度地损失来流风的动能,避免来流风的明显涡流,减少风的湍流度而达到减少起尘的目的。设置合理的防风抑尘墙,其综合防尘效果能达到85%以上。 1.1 煤堆起尘量与风速的关系
煤堆场起尘的原因:当外界风速达到一定强度,风力使煤堆表面颗粒产生向上迁移的动力,该力大于颗粒自身重力和颗粒之间的摩擦力,以及其它阻碍颗粒迁移的外力时,颗粒就离开堆跺表面而扬尘。研究露天堆煤场煤尘扩散规律发现,煤堆起尘与风速关系如下:
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1.2 起尘量与损失风动能的关系
当风通过防风抑尘墙时,不能采取堵的办法将风引向上方,而应让一部分气流经过防风抑尘墙进人墙内的庇护区;另一部分气流向上绕过防风抑尘墙进入墙内的庇护区,这样做的目的是使风的动能损失最大,煤堆起尘量最小。即以损失风动能达到最大限度地减少煤堆起尘的目的。

1.3 煤堆场起尘量与风湍流度的关系
由于气象、地形及堆场内物料情况等因素影响,堆场具有阵发性风,易形成涡流风,使堆场内的煤尘起尘量增加。而防风抑尘墙对所形成的涡流风有破碎作用,可以减少风的脉动速度,从而减少煤堆的起尘量。

2 防风抑尘网原理
通过空气动力学实验室研究和现场实测的手段,分别分析气流通过实体墙和网墙时的压力、流向等的变化,从数据的对比中来揭示防风抑尘网的抑尘原理。

当砌筑实体墙来防风时,即墙体的开口率为零,分析如图1所示。

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从上面分析可以得出,防风抑尘网的原理为:采用适当开孑L率的柔性材料,架设成网墙将料堆加以遮拦,隔离形成2个环境氛围,当自然风通过网墙时,柔性网体材料吸收部分风流的能量,有效降低风流的速度和压力,使强风变成弱风、大风变成小风、李晋旭等:l~h-g,Arf 墙在黑岱沟露天矿中的应用研究小风变成无风,风流的速度低于粉尘颗粒飞扬的临界速度,从而煤料中的粉尘颗粒不能实现扩散、飞扬。通过墙体上适当的开孔将减弱的风流导出,避免产生强湍流和垂直上升气流,避免粉尘颗粒受到扰动而产生飞扬。通过防风抑尘网的设置有效解决了空气流2个方面的问题,抑制了煤尘的产生,减少了环境污染和原料煤的浪费。

柔性墙体材料的开孔率与抑尘效果的关系分析,如图3所示。

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图3 柔性墙体材料的开孔率与抑尘效果的关系柔性挡风墙抑尘网的开孔率,无遮挡时的开孑L率s=100%由上图可以看出,当开孔率 =0时,即采用实体墙防尘,实体墙对抑制堆场煤尘有一定作用,但没有达到最佳效果;当开孔率 =100%时,即堆场周围未采取任何措施,抑尘效果为零,粉尘可以无遮无拦的自由扩散、飞扬;当开孔率s=8 时,即选择最佳开孔的材料来围场抑尘,会收到最理想的防风抑尘效果,最佳开孔率数据是通过试验分析和现场实测来确定。

利用空气动力学原理进行风洞试验和现场实测分析比较得出,当采用开孔率为40%的双层柔性网体时,防风抑尘网能最有效地降低风压和风速,抑尘效果最佳,风速降低80%一90%,扬尘浓度分布降低85%以上。所以,通常储煤场的防风抑尘网均选用开孔率为40%的网体材料来建造。试验还测得,开孔率为40%的双层柔性防风抑尘网的有效遮护水平距离为高度的30倍,网高一般应控制在煤堆高度的1~1.3倍的范围内。在粉尘治理的实际工作中,可根据储煤场的大小、储量、堆煤高度、现场自然情况等因素合理设计防风抑尘墙的形式、走向和高度,以达到最佳的粉尘治理效果。

3 防风网特点
3.1 柔性防风抑尘墙
柔性防风抑尘墙是在钢结构架上挂装防风抑尘网。防风网是高密度聚乙烯(HDPE)编织的,开孑L率50%左右。2层叠加使用,开孔率在27%左右。

其柔性的特质决定了其优良的防风抑尘效果。柔性防风抑尘网参数:防风网的一个重要技术参数是开孔率,即防风网上透风的孔隙在整个防风
网面积上所占的比例,以 (%)表示。孔隙度愈大,透过网的气流愈多。当 接近100%,相当于没有防风网,也就没有了屏蔽作用。当 接近0%,相当于无孔的实心墙,其防风效果并不好。经过实验室的风洞试验和现场实测得到下列结论。

(1)采用2层叠加的防风网,使其开孔率最接近27%,可取得明显防风效果,其特殊编织方式,使网后方不后形成涡旋。其柔性结构,在阻风时能更好地吸收风能。

(2)采用四面围护的矩形防风网,其效果好于单列的防风网,围护内减风比大于60%。同时,矩形防风网对各个风向都具备防护作用。

(3)无孔或开孔率很低或很高的防风网,会在背风面生成涡旋和强湍流,容易产生扬尘和风蚀。

(4)防风抑尘网设置高度达到堆放物1.3~1.5倍时,防风抑尘效果最佳。

3.2 钢性挡风抑尘墙
钢性防风抑尘墙是利用空气动力学原理,按照实施现场环境(按1:(100~500))风洞试验结果加工成一定几何形状的防风板,并根据现场条件将防风板组成“防风抑尘墙”使通过它的空气(强风)从外通过墙体时,在墙体内侧形成上下干扰的气流以达N~’I-N强风、内侧弱风;外侧小风,内侧无风的效果,从而防止粉尘飞扬。

通过试验和检测,碟形防风板在一定的开孔率下具有明显降低风速和风力的的作用。防风抑尘板可以有效降低来流风的风速,改变一部分来流风通过防风抑尘网后的风向,最大限度地降低来流风的动能,避免来流风的明显涡流,减少风的湍流度,从而达到减少起尘的目的。

刚性防风抑尘板的材质及规格防风板网采用高分子无机非金属复合材料,或者钢板、不锈钢板。板网形状为碟形,常规规格为0.38 m X3 m。

3.3 防风板特性
防风板采用新型的高分子无机非金属复合材料或者镀锌喷塑钢板、不锈钢板等材料。它应具有科学的板结构,高强度和韧性,承受弯曲挠变形的优良机械性能,防风抑尘效果好,合理工程设计将获得80%以上的抑尘效果。

4 黑岱沟露天矿防风抑尘网的应用实例
4.1 储煤场基本情况
(1)储煤场场地情况。储煤场是浅槽重介洗选工艺的配套项目,浅槽重介洗选工艺设计洗选能力为800万t/a,煤场储煤堆容量30万t。储煤厂位于洗选二车间正南方,与主厂房相距480 m,储煤场场地平整后标高l 220.09 m。场地周围东南面较高,挖掘后南面形成高24 m的土崖,东西两侧土崖逐渐降低,形成自然屏障,煤场正北面、西北面周围较低、没有山岗或建筑物。储煤场主体形状接近于矩形,场地北边宽236 m,东边长617.5 m,西边长604.6m,南边两侧收缩后宽162.9 m。

(2)自然气候情况。储煤场海拔I 220.09 ITI,自然风向以西北风为主,年最大风速24 m/s,平均风速2.3 m/s,一年大风日6~57 d。

(3)储煤场设备布置情况。储煤场内布置2条胶带输送机横贯煤场南北,将煤场自西向东分成西条区、中条区、东条区3个储煤区,在胶带机上布置2台大连重工集团生产的DQL2500/2500.45型斗轮堆取料机。

(4)储煤场煤尘产生机理。胶带输送机、斗轮堆取料机、推土机、工程自卸车等设备运行时,搅动煤料,使煤料松散,煤料中的微小颗粒受到外力作用,获得能量后由作业点向周围空间移动、扩散。自然刮风时,将煤料中较小颗粒的煤带人大气中,在空气中悬浮、跃动形成煤尘。设备运行的搅动和自然刮风共同作用使煤尘产生扩散、飞扬,形成污染。

4.2 用于储煤场煤尘治理工程
储煤场煤尘治理采取主体设置防风抑尘网与局部利用自然地形屏障相结合、钢结构支架上固定防风抑尘网与底部砌筑砖墙(1 m)相结合的方式进
行。

根据储煤场场地实际情况,充分利用场地土建时南边和东南边形成的24 m高边坡土崖作为自然屏障,南边不设计抑尘网,仅在北边和东西两边的局部设计抑尘网,抑尘网对煤场区形成一个半包围结构,与煤场南段的自然屏障结合构成一个完整的防风抑尘体系。具体为北面100%进行网围,计236m,西边80.9%进行网围,计489 in,东边33%进行网围,计204 1TI,网围总长度929 m。根据平时煤场储煤高度,设计防风抑尘网高度为17 In。沿防风抑尘网的下端砌筑1 m高的砖墙,防止储煤场内的工程机械在作业时损坏抑尘网。

钢结构支架主受力柱选用I25a工字钢,钢架高17 nl,每榀钢架间距为8.4 m,钢架与钢架顶端采用西121 mm普通钢管连接,中部和下部采用HZ1水平行架连接,钢架与混凝土基础上的预埋钢板焊接,从而使钢架与钢架之间形成一个稳定的空间结构。网体材料选用开孔率为40%的高密度聚乙烯螺旋编织网,单层网面厚度4—6 mm,规格4.3 m×50 m,使用寿命15 a以上。

网体从钢支架的最顶端跨过,每片网材之间互相缝合,由上至下沿水平方向每间隔1 m设置2道钢绞线,钢绞线与钢架通过专用卡具固定,用2道钢绞线将网片夹于中间,水平方向每30 cm用铅丝将网片与钢绞线固定。形成了支架与钢绞线、支架与网体、网体与钢绞线的多重固定,提高了防风墙的强度和稳定性。

4.3 用于破碎站煤尘治理
选煤厂来煤系统共有1 ,2 ,3 3套大型半移动式破碎站,每套破碎站均选用英国MMD公司的2 500 t/h双齿辊破碎机,l ,3 破碎站各设置1台破碎机,2 破碎站设置2台破碎机,每台破碎机下设计有配套的皮带系统。破碎站为坑式建筑,破碎机和配套胶带设置在重型自卸卡车作业面旁边的坑下。破碎站的煤尘主要由重型自卸卡车卸煤、破碎机工作转动、配套胶带运转引起。破碎站的粉尘治理采取防风抑尘网和洒水相结合的方法,防风抑尘网设计成全包围结构,网高17 In,双层敷设,施工技术措施与储煤场相同,气温在零度以上时洒水配合降尘。

5 结 论
储煤场与破碎站采用挡风抑尘墙,解决了原料场与破碎站的粉尘污染问题,目前挡风抑尘墙被广泛的应用在煤炭、矿石、灰沙等开采、堆放、装卸等作业场所,可以有效地抑制粉尘散发,抑尘效率达到75%~90%。挡风抑尘网使用寿命长,建成后,不需要任何维护,节省了大量的人力、物力,非常适合露天矿场。对周边环境改善起到决定作用,有明显的环境效益;同时达到了节能减排的目的,随着挡风抑尘墙技术的进一步改进,工程造价的进一步降低,该技术将大有前途。

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王经理