干旱半干旱地區(qū)露天煤礦無組織揚(yáng)塵排放特征*

郭二果 張樹禮 蔡 煜 李靜 閆文慧 楊力鵬 張 波 李永勝

（1.呼和浩特市環(huán)境科學(xué)研究所，內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市，010030；2.內(nèi)蒙古環(huán)境科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市，010019；3.呼和浩特市環(huán)保局，內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市，010010）

干旱半干旱地區(qū)露天煤礦無組織揚(yáng)塵排放特征*

郭二果1張樹禮2蔡 煜1李靜2閆文慧1楊力鵬1張 波1李永勝3

（1.呼和浩特市環(huán)境科學(xué)研究所，內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市，010030；2.內(nèi)蒙古環(huán)境科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市，010019；3.呼和浩特市環(huán)保局，內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市，010010）

無組織揚(yáng)塵污染是干旱半干旱地區(qū)露天煤礦開采的重要制約因素，本文以勝利一號露天礦為例，研究露天煤礦無組織排放源大氣揚(yáng)塵的時(shí)空分布特征，結(jié)果表明：多數(shù)無組織排放源周界外TSP濃度均能達(dá)標(biāo)，而從采掘場到南排土場的主要運(yùn)輸?shù)缆吩趥€(gè)別時(shí)段（14∶00－15∶00）出現(xiàn)超標(biāo)；露天煤礦無組織揚(yáng)塵主要來自采掘場到排土場的主要運(yùn)輸?shù)缆?，其次以采掘場下風(fēng)向場界和排土場對大氣揚(yáng)塵的貢獻(xiàn)最高；儲煤場（筒倉封閉式）產(chǎn)生的揚(yáng)塵濃度最低；露天煤礦大氣揚(yáng)塵濃度的日變化總體為：早上較高，上午10∶00以后至午后15∶00左右濃度較低，傍晚TSP濃度又有所回升；但在采掘場下風(fēng)向周界外TSP濃度在15∶00左右也會相對較高。

干旱半干旱地區(qū) 露天煤礦 無組織揚(yáng)塵 排放特征

露天煤礦在我國煤炭生產(chǎn)中占有重要地位，而許多大型露天煤礦又地處干旱半干旱地區(qū)，無組織揚(yáng)塵污染是這些地區(qū)露天開采的重要制約因素。目前關(guān)于煤礦無組織揚(yáng)塵污染的研究主要集中在煤場等個(gè)別排放源的揚(yáng)塵研究上，包括煤場起塵機(jī)理、煤場靜態(tài)起塵量、煤場環(huán)境影響預(yù)測以及選煤場粉塵抑制。本文以地處典型干旱半干旱地區(qū)的勝利一號露天礦為例，選擇揚(yáng)塵污染最嚴(yán)重的冬季，研究露天煤礦無組織揚(yáng)塵排放特征，為干旱半干旱地區(qū)露天煤礦無組織揚(yáng)塵污染防治管理提供依據(jù)。

1 研究地概況

1.1 礦區(qū)周邊環(huán)境

勝利一號露天礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟錫林浩特市西北部勝利蘇木境內(nèi)，地理位置為東經(jīng)115°30′－116°26′，北緯43°57′－44°14′，東南邊界距離錫林浩特市約6km。露天礦境內(nèi)及周圍地勢平坦，地帶性植被有克氏針茅、大針茅等，屬半干旱草原氣候，平均降水量為294.74mm／a，平均蒸發(fā)量為1794.64mm／a，春、冬季多為西南風(fēng)。

1.2 工程概況

勝利一號露天礦總建設(shè)規(guī)模為20Mt／a，其中一期建設(shè)規(guī)模為10Mt／a，于2005年開工建設(shè)，2009年通過驗(yàn)收，二期擴(kuò)建工程于2010年動工。該礦采用單斗—卡車開采工藝，主體工程包括采掘場、排土場、儲煤場、輸煤系統(tǒng)等。采掘場分3個(gè)采區(qū)，總設(shè)計(jì)面積為36.89km2；設(shè)置3個(gè)外排土場；儲煤場包括2個(gè)儲量為0.5萬t的緩沖倉和1個(gè)儲理為5萬t的球型儲煤倉。

2 研究方法

2.1 監(jiān)測方法

監(jiān)測因子：TSP

監(jiān)測時(shí)間：2010年11月3日和4日連續(xù)監(jiān)測2d，監(jiān)測4次／d，上、下午各2次，每次監(jiān)測1h。

監(jiān)測布點(diǎn)：共選擇8個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，分別布置在南排土場、采掘場、儲煤場以及采掘場到南排土場的主要運(yùn)輸?shù)缆返葻o組織排放源邊界外2～50m范圍內(nèi)的最大落地濃度點(diǎn)。另外，在沿幫排土場以北1km未干擾草場處設(shè)置對照點(diǎn)，見表1。

表1 無組織揚(yáng)塵監(jiān)測布點(diǎn)

2.2 TSP分析和數(shù)據(jù)處理方法

無組織揚(yáng)塵TSP分析方法采用《空氣與廢氣監(jiān)測分析方法》第四版重量法，最低檢出限為0.001mg／m3。

數(shù)據(jù)處理用excel 2003，統(tǒng)計(jì)分析用sas v 9.0。

3 結(jié)果與分析

3.1 達(dá)標(biāo)情況分析

各無組織排放源周界外TSP濃度見表2。除采礦區(qū)到南排土場的主要運(yùn)輸?shù)缆废嘛L(fēng)向的幾個(gè)時(shí)段TSP監(jiān)控點(diǎn)濃度超過1.0mg／m3外，其他無組織監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)控值均為1.0mg／m3以下。

以沿幫排土場以北1km處未干擾草場為參照點(diǎn)（本文依托課題中對周邊其他環(huán)境質(zhì)量點(diǎn)的TSP濃度也進(jìn)行了監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)處于側(cè)風(fēng)向的沿幫排土場以北1km處未干擾草場TSP濃度最低），進(jìn)一步分析從采掘場到南排土場的主要運(yùn)輸?shù)缆繁O(jiān)控點(diǎn)TSP濃度超過1.0mg／m3的幾個(gè)監(jiān)測時(shí)段的超達(dá)標(biāo)情況，在監(jiān)控點(diǎn)TSP濃度超過1.0mg／m3的幾個(gè)監(jiān)測時(shí)段中，監(jiān)控點(diǎn)TSP濃度與參照點(diǎn)濃度之差超過1.0mg／m3的只有11月4日14∶00－15∶00，見表3。

根據(jù)《煤炭工業(yè)無組織排放標(biāo)準(zhǔn)》中顆粒物無組織排放周界外質(zhì)量濃度最高不超過1mg／m3的規(guī)定，上述結(jié)果說明勝利一號露天礦大氣無組織揚(yáng)塵污染不太嚴(yán)重，多數(shù)無組織揚(yáng)塵污染源周界外TSP濃度均達(dá)到《煤炭工業(yè)無組織排放標(biāo)準(zhǔn)》限值要求，而從采礦區(qū)到南排土場的主要運(yùn)輸?shù)缆穫€(gè)別時(shí)段（14∶00－15∶00）出現(xiàn)超標(biāo)，超標(biāo)倍數(shù)為1.8%，超標(biāo)率為1.79%。

表2 無組織排放TSP監(jiān)測結(jié)果mg／m3

表3 無組織排放TSP濃度進(jìn)一步達(dá)標(biāo)情況分析mg／m3

3.2 不同無組織排放源揚(yáng)塵貢獻(xiàn)比較

不同無組織排放源周界外大氣揚(yáng)塵濃度相比較，從采掘場到排土場的運(yùn)輸?shù)缆窊P(yáng)塵濃度顯著高于其他污染源，見表1和圖1，兩日監(jiān)測平均值較揚(yáng)塵排放濃度最低的監(jiān)控點(diǎn)高5.3倍，且在監(jiān)測期間各時(shí)段濃度值線圖均在其他污染源的上方，見圖1。儲煤場產(chǎn)生的揚(yáng)塵濃度最低，兩日均值只有0.189mg／m3；排土場TSP濃度稍高于采掘場（采掘場東場界除外）；采掘場四場界中以東場界處揚(yáng)塵濃度最高，達(dá)到了0.319mg／m3，西場界最低（0.145mg／m3），南北場界TSP濃度相差不大。

圖1 不同大氣污染源無組織揚(yáng)塵排放TSP濃度比較圖

經(jīng)過方差分析發(fā)現(xiàn)，從采掘場到南排土場主要運(yùn)輸?shù)缆放c其他無組織排放源產(chǎn)生的TSP濃度差異均極為顯著（p＜0.01），采掘場東場界與儲煤場TSP濃度差異顯著（p＜0.05），其他污染源產(chǎn)生的TSP濃度之間差異均不顯著。

圖2 錫林浩特市冬季及全年風(fēng)向頻率玫瑰圖

出現(xiàn)上述結(jié)果的原因可能是：從采掘場到排土場的運(yùn)輸?shù)缆酚捎谲囕v多，人員和車輛活動頻繁，車輛碾壓起塵量大，再加上運(yùn)輸車輛裝載的剝離物灑落和飛揚(yáng)，使運(yùn)輸?shù)缆窊P(yáng)塵在所有監(jiān)測點(diǎn)中居于最高；采掘場東場界揚(yáng)塵濃度較高可能主要與風(fēng)向有關(guān)，錫林浩特市冬季和全年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲髂掀巷L(fēng)，見圖2，采掘場東場界處于主導(dǎo)風(fēng)向的下風(fēng)向，這就使得原本作為主要揚(yáng)塵來源的采掘場處于下風(fēng)向的東場界TSP濃度相對較高。此外，由于勝利一號露天礦目前在首采區(qū)開采，首采區(qū)位于露天礦的東南部，且整個(gè)露天礦開采的推進(jìn)方向是在首采區(qū)東部拉溝，向西平行推進(jìn)，這也是采掘場東場界揚(yáng)塵濃度較高的另外一個(gè)原因；儲煤場揚(yáng)塵濃度最低，一方面與儲煤場活動程度和活動量較低有關(guān)，更重要的原因是勝利一號露天礦采用封閉式儲煤場，減少了露天堆放的揚(yáng)塵污染。

3.3 TSP排放濃度的日動態(tài)變化分析

從兩日的監(jiān)測時(shí)段來看，勝利一號露天礦各無組織排放源產(chǎn)生的大氣揚(yáng)塵濃度變化規(guī)律不太一致，總體來看，早上揚(yáng)塵濃度較高，上午10∶00－15∶00濃度較低，傍晚TSP濃度又有所回升，特別是運(yùn)輸?shù)缆贰⒉删驁瞿蠄鼋?、儲煤場邊界外揚(yáng)塵濃度呈現(xiàn)出明顯的這種日變化規(guī)律。采掘場西場界、采掘場北場界、南排土場南場界TSP濃度日變化雖不完全和上述規(guī)律一致，但也呈現(xiàn)出下午15∶00前TSP濃度最低的規(guī)律。而采掘場東場界TSP濃度日變化規(guī)律與其他監(jiān)測點(diǎn)有所不一致，在下午15∶00左右TSP濃度沒有出現(xiàn)最低值，見圖3。

TSP濃度出現(xiàn)上述日變化規(guī)律的原因除與污染源起塵機(jī)理和影響因素有關(guān)外，還與污染物的擴(kuò)散條件有關(guān)：上午光照強(qiáng)，氣溫高，空氣濕度低，風(fēng)速一般也較大，特別是11∶00－15∶00氣溫達(dá)到最高，這時(shí)大氣垂直方向不穩(wěn)定，空氣對流加強(qiáng)，空氣湍流運(yùn)動易于空氣顆粒物TSP的擴(kuò)散，因而這段時(shí)間濃度較低；相反，早上和傍晚氣溫較低，空氣濕度高，風(fēng)速一般相對較低，這種高溫、低濕又相對靜風(fēng)的狀態(tài)不利于空氣顆粒物的擴(kuò)散和輸送，TSP濃度往往較高。

采掘場東場界TSP濃度日變化規(guī)律與其他監(jiān)測點(diǎn)有所不一致，原因可能與其處于主導(dǎo)風(fēng)向的下風(fēng)向，受風(fēng)的影響較大，在風(fēng)速相對較高、空氣不穩(wěn)定的時(shí)段，處于下風(fēng)向的TSP濃度也相對較高，因而表現(xiàn)出與常規(guī)日變化規(guī)律不太一致的現(xiàn)象。

此外，無組織排放源TSP濃度的日變化除與氣象條件有關(guān)外，還與礦區(qū)內(nèi)的揚(yáng)塵管理有關(guān)，勝利一號露天礦一般通過灑水抑制無組織揚(yáng)塵，而上午10：00－11：00是灑水量最多的時(shí)段，故此時(shí)揚(yáng)塵濃度一般較低。

圖3 大氣污染源無組織排放TSP日動態(tài)變化

4 結(jié)論

（1）勝利一號露天礦大氣無組織揚(yáng)塵污染不太嚴(yán)重，多數(shù)無組織揚(yáng)塵污染源周界外TSP濃度均達(dá)到《煤炭工業(yè)無組織排放標(biāo)準(zhǔn)》限值要求，而從采礦區(qū)到南排土場的主要運(yùn)輸?shù)缆穫€(gè)別時(shí)段（14：00－15：00）出現(xiàn)超標(biāo)，超標(biāo)倍數(shù)為1.8%，超標(biāo)率為1.79%。

（2）從露天礦各污染源對大氣揚(yáng)塵的貢獻(xiàn)來看，無組織揚(yáng)塵主要來自采掘場到排土場的主要運(yùn)輸?shù)缆罚\(yùn)輸?shù)缆废嘛L(fēng)向揚(yáng)塵濃度極顯著地高于其他污染源（TSP濃度高達(dá)0.914mg／m3）；其次以處于采掘場下風(fēng)向的場界（本文為東場界）和排土場對大氣揚(yáng)塵的貢獻(xiàn)最高；儲煤場（筒倉封閉式）產(chǎn)生的揚(yáng)塵濃度最低，TSP濃度只有0.189mg／m3。

在露天煤礦無組織揚(yáng)塵污染控制中，應(yīng)重點(diǎn)通過密閉運(yùn)輸、灑水、道路硬化、綠化以及煤揚(yáng)塵新型覆蓋劑等措施降低礦區(qū)運(yùn)輸?shù)缆窊P(yáng)塵；此外，采掘場等污染源下風(fēng)向邊界外也是揚(yáng)塵污染防治的重點(diǎn)。

（3）露天礦大氣揚(yáng)塵濃度的日變化總體為：早上較高，上午10∶00－15∶00濃度較低，傍晚TSP濃度有所回升；采掘場下風(fēng)向周界外TSP濃度在15：00左右相對較高。勝利一號露天礦無組織排放源周界外揚(yáng)塵濃度的日變化規(guī)律與許多城市大氣顆粒物的日變化規(guī)律有相似之處，只是峰谷值出現(xiàn)的具體時(shí)間因地區(qū)和城市功能區(qū)的不同而稍有差異。

露天礦揚(yáng)塵的動態(tài)變化特征與氣象因素有很大關(guān)系，特別受風(fēng)廓線引起的薩夫曼（Saffman）力以及湍流脈動的影響較大。而且氣象因素特別是風(fēng)和濕度對顆粒物的影響是復(fù)雜綜合的過程，當(dāng)風(fēng)速大、濕度小時(shí)一般容易起塵，但低風(fēng)速、高濕度的穩(wěn)定狀態(tài)也會使顆粒物因擴(kuò)散不良而聚集增多，今后應(yīng)加強(qiáng)對露天礦無組織揚(yáng)塵起塵、擴(kuò)散的影響因素做深入研究，在實(shí)際管理過程中，要依據(jù)具體情況，并考慮風(fēng)向、風(fēng)速以及其他影響因素，加大揚(yáng)塵起塵量大且不易擴(kuò)散時(shí)期的防控力度。

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Fugitive dust emission characteristic of the open－pit coal mine in arid and semiarid area

Guo Erguo1，Zhang Shuli2，Cai Yu1，Li Jing2，Yan Wenhui1，Yang Lipeng1，Zhang Bo1，Li Yongsheng3
（1.Huhhot Research Institute of Environmental Science，Huhhot，Inner Mongolia 010030，China；2.Inner mongolia Academy of Environment Science，Huhhot，Inner Mongolia 010019，China；3.Huhhot Environmental Protection Bureau，Huhhot，Inner Mongolia 010010，China）

Fugitive dust polluting is one of the most important restraining factors for open－pit coal mine in arid and semiarid area.Fugitive dust emission characteristic such as time and spatial distribution of typical fugitive emission sources for open－Pit coal mine was researched，taking Shengli No1open－pit coal mine for example，and the results showed that：TSP concentration on the border of most fugitive emission sources can be up to the standard，but TSP concentration can＇t be up to the standard at 14∶00－15∶00for main road from mining site to south dumping site；Fugitive dust of open－pit coal mine come mainly from main road from mining site to south dumping site，and distribution of mining site leeward and dumping site to TSP was bigger，while TSP concentration of enclosed storing coal site was the lowest；Diurnal variation curves of TSP concentration generally showed：TSP was higher in the morning，and lower at 10∶00－15∶00，while rised again late in the afternoon；but TSP concentration of mining site border leeward can be high at about 15∶00.

arid and semiarid area，the open－pit coal mine，fugitive dust，emission characteristic

TD995.1

B

國家環(huán)保部2009年公益性專項(xiàng)研究課題“干旱半干旱地區(qū)草原煤田開發(fā)環(huán)境影響后評估與生態(tài)修復(fù)示范技術(shù)研究”（200909063）

郭二果（1978－），女，內(nèi)蒙涼城人，博士生，畢業(yè)于中國林業(yè)科學(xué)研究院，主要從事城市生態(tài)及環(huán)境保護(hù)方面的研究工作。

（責(zé)任編輯 孫英浩）