露天矿非扰动区粉尘起尘机理及防治策略研究

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露天开采粉尘污染呈现“点多、面广、污染浓度高”等特点,露天矿山粉尘污染已经成为突出的社会问题,国务院《打赢蓝天保卫战三年行动计划》中明确强调:加强露天矿山扬尘综合整治。露天开采作业环节起尘多为机械式起尘,粉尘多为集中在作业环节的机械设备附近大粒径一次尘源。露天矿山为开放空间,裸露面积大,根据作业分布面积的分析,露天矿山采场内绝大部分区域并不是主要作业空间,不受机械扰动或受机械扰动的频率、程度很小,可以认为是非人为扰动区域。非扰动区不存在扰动产尘,粉尘粒径偏小,在大气中悬浮时间更长,在风载作用下扩散距离更远,影响范围更大,是矿坑内粉尘的主要扩散源。因此,对非扰动区粉尘进行综合治理十分必要。本文以露天矿山粉尘综合防治为研究背景,根据露天矿作业特点进行粉尘污染区域性划分,主要研究露天矿非扰动区粉尘起尘机理及扩散规律,并结合非扰动区粉尘起尘特点及微观形态,针对性研发粘结型抑尘剂,提出适用于露天矿非扰动区粉尘综合防治策略,提出非扰动区抑尘剂抑尘现场施工工艺,并进行现场工程应用。本文主要研究工作如下:(1)依据露天矿不同环节及区域起尘因素的扰动强度,提出露天矿粉尘扰动区及非扰动区的概念及起尘特征,界定非扰动区的分布区域,提出露天矿粉尘分区域治理思路及非扰动区粉尘治理方法。露天矿非扰动区粉尘起尘方式为气动起尘,主要影响因素为风速和风力。(2)露天矿扰动区粉尘为一次尘源,是粉尘的主要来源,粉尘粒径分布较为均匀,D10,D50,D90占比相近。非扰动区粉尘主要为二次尘源,粉尘粒径中D10占比最大,粒径更小。非扰动区粉尘微观表面粗糙,呈现出不规则、无序分布的孔隙,呈现出较为明显的团聚现象。(3)露天矿非扰动区起尘方式为风载起尘,排土场非扰动区粉尘扩散随着风速的增加其最大逃逸与捕捉时间减少,粉尘扩散路径跟风流路径相似,有风状态很少横向扩散,PM100在风速为5m/s时可以被风吹起并在矿区内运移,最大扩散范围为100m。排土场非扰动区PM2.5逃逸率高于PM10,PM10高于PM100,随着风速的增加粉尘的扩散时间逐渐减少,中部粉尘扩散时间最长。(4)结合非扰动区粉尘起尘特点、粉尘特性和环境条件研发了粘结型抑尘剂,抑尘剂为预糊化淀粉为主料与增稠剂非离子型聚丙烯酰胺混合,选择1.0%浓度抑尘剂,即0.9%的预糊化淀粉和0.09%浓度的增稠剂作为配比。非扰动区粘结型抑尘剂抑尘原理为:粘结型抑尘剂会在粉尘颗粒表面形成一层粘结物薄膜,增加粉尘颗粒间粘结力及团簇性,增大抗风力扰动能力。(5)在哈尔乌素露天煤矿进行了非扰动区粘结型抑尘剂抑尘试验,提出了非扰动区抑尘剂现场制备流程及施工工艺,分别开展排土场非扰动区、裸露煤堆、弱扰动道路等区域现场抑尘试验,测试区域抑尘效果良好,PM10、PM2.5颗粒与TSP浓度显著降低。论文有图127幅,表28个,参考文献114篇。
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