郄錄朝 徐旸 余文穎 陳岳峰 曹平 申校 李錄壯

1.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司鐵道建筑研究所，北京100081；2.中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司，上海200071；3.中國(guó)鐵路成都局集團(tuán)有限公司，成都610082

我國(guó)鐵路運(yùn)營(yíng)里程已達(dá)15萬km，其中70%以上為有砟軌道結(jié)構(gòu)。有砟軌道結(jié)構(gòu)造價(jià)較低，易維修，運(yùn)營(yíng)速度250 km/h以下的客運(yùn)、客貨混運(yùn)和貨運(yùn)線路多采用有砟軌道。有砟軌道結(jié)構(gòu)中修和大修都要對(duì)道床進(jìn)行清篩，需要補(bǔ)充道砟，因此我國(guó)鐵路每年道砟的需求量非常大。以前各路局都有自營(yíng)的鐵路采石場(chǎng)，基本能夠滿足道砟用量。由于鐵路采石場(chǎng)生產(chǎn)中伴有粉塵、噪聲和其他廢物，對(duì)環(huán)境造成污染，在國(guó)家加大環(huán)保整治力度后，各級(jí)政府對(duì)露天采石場(chǎng)的管理愈加嚴(yán)格。2018年全國(guó)關(guān)閉道砟生產(chǎn)企業(yè)104家，影響了碎石道砟供應(yīng)，導(dǎo)致道砟價(jià)格上漲，增加了新線建設(shè)和既有線運(yùn)營(yíng)成本。因此，在道砟開采和生產(chǎn)中應(yīng)采取有效的技術(shù)措施，使環(huán)保指標(biāo)符合國(guó)家和地方的要求，并積極推廣應(yīng)用。

鐵路碎石道砟必須由開山塊石破碎而成［1］，按標(biāo)準(zhǔn)級(jí)配篩選，且碎石顆粒表面全部為破碎面，以保證形成穩(wěn)定的彈性道床結(jié)構(gòu)。碎石道床在有砟軌道結(jié)構(gòu)中承擔(dān)列車荷載和傳遞荷載，并起到持久保持軌道幾何狀態(tài)的作用［2］。生產(chǎn)碎石道砟一般有剝離、開采、破碎、篩分、運(yùn)輸?shù)裙ば?。本文?duì)碎石生產(chǎn)過程中粉塵、噪聲的來源、危害及排放特點(diǎn)進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的治理措施。

1 鐵路采石場(chǎng)粉塵和噪聲來源及危害

1.1 粉塵來源及危害

鐵路采石場(chǎng)是露天開采，作業(yè)中鉆孔、爆破、挖掘、剝離、運(yùn)輸、破碎等工序都會(huì)產(chǎn)生粉塵，并無序排放。采石場(chǎng)生產(chǎn)能力按年產(chǎn)20萬t計(jì)，爆破工序粉塵產(chǎn)生量為4.5 t/年，破碎工序粉塵產(chǎn)生量為64.8 t/年，粉塵濃度為1 800 mg/m3［3］。粉塵中粒徑大于10μm的顆粒物能在自身重力作用下自然降落，但在沖擊波和風(fēng)力作用下也能在空氣中漂浮較長(zhǎng)時(shí)間；PM10和PM2.5能較長(zhǎng)時(shí)間地在大氣中漂浮，不會(huì)在自身重力作用下自然降落，須通過降塵技術(shù)使其成團(tuán)后，才能降至地面。

粉塵會(huì)增加生產(chǎn)設(shè)備的非正常磨損，縮短設(shè)備壽命，增加維護(hù)成本，而PM10和PM2.5直接進(jìn)入人體，對(duì)健康危害極大，特別是鐵路采石場(chǎng)在露天作業(yè)環(huán)境下，PM10和PM2.5飄散距離較遠(yuǎn)，影響周圍居民的生活和健康。因此，應(yīng)根據(jù)粉塵的產(chǎn)生、粒徑大小和飄散特征研究相應(yīng)的治理技術(shù)，在道砟生產(chǎn)各階段就地降塵，避免飄散。

1.2 采石場(chǎng)噪聲源及危害

采石場(chǎng)噪聲源為潛孔鉆機(jī)、空壓機(jī)、挖掘機(jī)、破碎機(jī)等設(shè)備產(chǎn)生的噪聲，噪聲值為84～95 dB［4］，見表1。

表1 采石場(chǎng)主要機(jī)械設(shè)備噪聲值

一般情況下，70 dB以上的噪聲會(huì)使人精神不集中，影響工作效率；若在80 dB以上噪聲環(huán)境中生活，造成耳聾者可達(dá)50%；噪聲超過85 dB會(huì)使人感到心煩意亂，易導(dǎo)致事故。

GB 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》［4］中規(guī)定3類聲環(huán)境功能區(qū)（指以工業(yè)生產(chǎn)、倉(cāng)儲(chǔ)物流為主要功能，需要防止工業(yè)噪聲對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重影響的區(qū)域）噪聲晝間不得超過65 dB，夜間不得超過55 dB。表2中機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生的噪聲值超過限值，必須采取降噪措施。

2 粉塵治理措施

鐵路采石場(chǎng)道砟開采和生產(chǎn)中粉塵源多，露天作業(yè)面積大。剝離作業(yè)一般在山上高處，粉塵易飄散，有一定的治理難度。采石場(chǎng)區(qū)域粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)采用GB 16297—1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》［5］中二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，見表2。

表2 廠區(qū)粉塵顆粒物二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)

道砟生產(chǎn)主要階段粉塵治理措施分述如下。

1）開采階段

開采階段包括鉆孔、巖石爆破、二次破碎、塊石裝載、運(yùn)輸?shù)V石至破碎站等工序。該階段粉塵顆粒的粒徑較大、塵量較小、塵源點(diǎn)不固定，開采面在山頂，粉塵易飄散，治理以自然沉降為主。采用噴霧除塵機(jī)［6-7］（圖1）對(duì)空氣進(jìn)行噴霧加濕，增加空氣濕度。水霧和粉塵結(jié)合后增大了粉塵的粒徑，加速粉塵沉降，抑制粉塵飄散。噴霧除塵機(jī)噴霧精準(zhǔn)，位置可移動(dòng)，高低可調(diào)節(jié)，射程遠(yuǎn)，覆蓋面積大，降塵效果達(dá)95%～99%。

圖1 噴霧除塵機(jī)

2）生產(chǎn)加工階段

道砟生產(chǎn)加工是對(duì)運(yùn)到受料倉(cāng)的塊石進(jìn)行破碎，按照顆粒級(jí)配要求篩分再混合。該階段受料倉(cāng)破碎塊石塵源相對(duì)集中，可采取封閉除塵的方式治理。一級(jí)破碎（大塊石的破碎）受料倉(cāng)可建成三面圍擋加頂?shù)牧吓?，破碎及篩分生產(chǎn)車間也可全部建成封閉式廠房（圖2）。

圖2 封閉式廠房

顎式破碎機(jī)和液壓圓錐破碎機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中具有持續(xù)揚(yáng)塵，粉塵顆粒粒徑小、隨機(jī)械振動(dòng)無序排放的特點(diǎn)，可采用干式或濕式除塵方式。干式除塵可選用脈沖布袋除塵器［8］（圖3），含塵氣體由進(jìn)風(fēng)道進(jìn)入灰斗，大顆粒粉塵直接落入灰斗底部，細(xì)顆粒被氣流吹入中、下箱體，粉塵黏附在濾袋外表面，過濾后的氣體通過上箱體排出。脈沖布袋除塵器為單元組合式除塵器，去除較細(xì)粉塵效果好，占地面積小，可把粉塵濃度控制在10 mg/m3以下，但投資費(fèi)用高，耗電量大。濕式降塵可采用水噴霧系統(tǒng)（圖4），該系統(tǒng)具有定向排放、穩(wěn)定性強(qiáng)、成本低、除塵效果好的優(yōu)點(diǎn)，但耗水量大，北方冬季結(jié)冰會(huì)影響除塵效果。

圖3 脈沖布袋除塵器

圖4 水噴霧系統(tǒng)

3）成品裝卸階段

道砟成品一般采用皮帶和運(yùn)輸車輸送。該階段給料、輸送和落料地點(diǎn)均不同，但作業(yè)地點(diǎn)都有粉塵產(chǎn)生。

道砟成品裝卸點(diǎn)粉塵治理可加裝低壓噴霧裝置［9］，加濕成品石料，減少落料產(chǎn)生的揚(yáng)塵，見圖5。其參數(shù)見表3。工作原理是利用低壓霧化機(jī)組將水加壓到1.2～1.5 MPa，通過管路傳輸?shù)剿栉恢茫ńo料口、落料口或石料輸送皮帶沿途），再利用霧化噴嘴將水霧化成30～300μm微小霧粒，然后在空氣中擴(kuò)散開，吸附空氣中彌漫開肉眼看不見的灰塵顆粒，然后降落。低壓噴霧裝置具有安裝方便、降塵效果好、作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

圖5 低壓噴霧裝置

表3 除塵設(shè)備的參數(shù)

在成品堆料場(chǎng)除加蓋廠房實(shí)行封閉式管理，還需加裝遠(yuǎn)距離固定式噴霧除塵機(jī)和低壓噴霧裝置。固定式噴霧除塵機(jī)參數(shù)參見表3。該除塵機(jī)可對(duì)堆料場(chǎng)大范圍噴水霧，有效增加石料、空氣和地面的濕度，使揚(yáng)塵在濕潤(rùn)環(huán)境下更快成團(tuán)、變重并沉降到地面。

道砟成品出廠有車輛運(yùn)送和鐵路專用線運(yùn)送兩種方式。對(duì)車輛運(yùn)輸過程中產(chǎn)生的揚(yáng)塵，在車輛出廠時(shí)加裝噴霧除塵機(jī)對(duì)車輛車身、輪胎和表層石料加濕，或噴灑速效抑塵劑以抑制車身所黏附揚(yáng)塵和石料表層揚(yáng)塵隨車身振動(dòng)和風(fēng)力作用擴(kuò)散。鐵路專用線裝料倉(cāng)也可加裝噴霧除塵機(jī)和低壓噴霧裝置除塵。

3 噪聲治理措施

鐵路采石場(chǎng)噪聲除了來自爆破，還來自鑿巖機(jī)、空壓機(jī)、破碎機(jī)等設(shè)備，噪聲來源相對(duì)集中，可以集中建設(shè)封閉廠房，在重點(diǎn)區(qū)域加裝消聲和吸聲設(shè)備。如在受料倉(cāng)和裝料倉(cāng)加蓋封閉消聲廠房，同時(shí)配套除塵措施。封閉結(jié)構(gòu)采用輕鋼門式剛架結(jié)構(gòu)，3 m高以下外墻采用混凝土，3 m高以上墻體為鋼板，內(nèi)外墻及樓蓋格柵間填充玻璃棉，屋面采用保溫棉，如圖6所示。

圖6 封閉結(jié)構(gòu)示意

設(shè)備選型時(shí)應(yīng)采用低噪聲設(shè)備，對(duì)引風(fēng)機(jī)設(shè)消聲器，排風(fēng)機(jī)配置減震臺(tái)座。對(duì)于無法采取降噪措施的高噪聲工作環(huán)境，可給作業(yè)人員配備降噪或隔聲頭盔。

4 采石場(chǎng)粉塵和噪聲監(jiān)測(cè)

鐵路采石場(chǎng)應(yīng)建立粉塵和噪聲的監(jiān)測(cè)制度，檢查環(huán)保設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，明確污染治理效果，監(jiān)測(cè)結(jié)果不達(dá)標(biāo)應(yīng)及時(shí)采取措施。

4.1 粉塵監(jiān)測(cè)

按照GB 12348—2008規(guī)定布置粉塵監(jiān)測(cè)點(diǎn)，見表4。每個(gè)月采樣1次，檢測(cè)結(jié)果未超過最高容許排放濃度為合格。如有超標(biāo)，及時(shí)分析原因，提出整改措施。

表4 粉塵監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置

4.2 噪聲監(jiān)測(cè)

鐵路采石場(chǎng)噪聲監(jiān)測(cè)主要是廠界環(huán)境噪聲排放監(jiān)測(cè)。在開采區(qū)和加工區(qū)分別設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)設(shè)在廠區(qū)外1.0 m，高度1.2 m以上，距反射面距離不小于1.0 m處。分晝間和夜間時(shí)段測(cè)試，每年監(jiān)測(cè)2次。爆破瞬時(shí)噪聲可選擇典型時(shí)間段進(jìn)行，噪聲監(jiān)測(cè)應(yīng)由具有專業(yè)資格的環(huán)境監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)實(shí)施。

5 結(jié)語(yǔ)

近年來，鐵路采石場(chǎng)對(duì)環(huán)保非常重視，但是污染治理是系統(tǒng)工程，投入較高。對(duì)于年產(chǎn)量20萬t的小型礦山企業(yè)來說，一次性環(huán)保投入較大，回報(bào)率低，部分采石場(chǎng)的關(guān)停也迫使企業(yè)在環(huán)保措施上加大了投入力度。實(shí)踐證明，通過綠色礦山建設(shè)可以達(dá)到環(huán)境友好和生態(tài)保護(hù)的要求，礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的改善能夠保護(hù)作業(yè)人員和周圍居民的健康，實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益雙贏，特別是對(duì)于保證鐵路道砟的供應(yīng)和鐵路安全運(yùn)營(yíng)意義重大。