?? 摘 要：從政策形勢、環(huán)境保護(hù)與資源損耗方向揭示露天條形煤場即將走向終結(jié)的生命周期，總結(jié)研究條形煤場封閉的技術(shù)方案，闡述作者對條形煤場封閉技術(shù)應(yīng)用的判斷。
??????? 關(guān)鍵詞：條形煤場；損耗；封閉；膜結(jié)構(gòu)
??????? 1 概述
??????? 各類散狀物料的露天存儲，不但會形成粉塵污染加重霧霾，而且損耗加大造成資源浪費(fèi)。以煤炭為例，其儲存空間在化工、煤炭、電力、冶金、建材、港口等行業(yè)勢必存在，條形煤場因儲量大、堆取技術(shù)先進(jìn)成熟、噸煤基建投資低、性價(jià)比高備受青睞。伴隨著機(jī)械水平和建筑技術(shù)的發(fā)展，我國條形煤場經(jīng)歷了全敞開式露天存儲、四周防風(fēng)抑塵網(wǎng)式露天存儲、頂部封閉兩端敞口式存儲和全封閉式存儲四個(gè)階段，多數(shù)條形煤場處于第二階段并向第四或三階段演變進(jìn)程中；常見條形煤場封閉技術(shù)有網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、桁架結(jié)構(gòu)和膜結(jié)構(gòu)。本篇圍繞環(huán)境保護(hù)、政策趨勢和煤場損耗分析研究露天條形煤場的生命循環(huán)，闡述條形煤場封閉技術(shù)方案。
??????? 2 煤場損耗確定
??????? 煤炭露天儲存風(fēng)、雨、裝卸和堆取作業(yè)產(chǎn)生揚(yáng)塵，污染煤場內(nèi)及周邊環(huán)境，造成煤炭資源損失浪費(fèi)。
??????? 2.1 風(fēng)能引起損失計(jì)算
??????? 風(fēng)能是衡量風(fēng)將物料（或煤堆）中粉塵吹走（或揚(yáng)起）的能力。
??????? 2.1.1 日本三菱重工業(yè)公司長崎研究所常經(jīng)驗(yàn)公式
??????? 揚(yáng)塵的產(chǎn)生和當(dāng)?shù)仫L(fēng)速的大小緊密相關(guān)，風(fēng)速越大，起塵量越多。采用經(jīng)驗(yàn)公式：
??????? 式中：Qp—起塵量，mg/s；W—煤的含水率，%；U—煤場平均風(fēng)速；Ap—煤堆的面積，m2；β—經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，β取1.55×10-4。
??????? 2.1.2 清華大學(xué)在霍州礦務(wù)局現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)得出公式
??????? 清華大學(xué)實(shí)驗(yàn)公式增加了環(huán)境空氣濕度對揚(yáng)塵量的影響，公式如下：
??????? 式中：Q1—煤堆起塵量，mg/s；U—風(fēng)速，m/s；S—煤堆表面積，m2；ω—空氣相對濕度；W—煤物料濕度。
??????? 由以上公式及經(jīng)驗(yàn)可知，露天煤場每堆存1t煤每年產(chǎn)生煤粉塵1.48～2.02公斤。
??????? 2.2 裝卸引起損失計(jì)算
??????? 清華大學(xué)在霍州礦務(wù)局現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)得出公式
??????? 式中：Q2—煤裝卸揚(yáng)塵，mg/s；U—風(fēng)速，m/s；S—煤堆表面積，m2；ω—空氣相對濕度；M—車輛噸位，t；H—煤裝卸高度，m。
??????? 以上公式及經(jīng)驗(yàn)得出每裝卸1t煤炭產(chǎn)生煤粉塵3.53～6.41公斤。
??????? 2.3防風(fēng)抑塵網(wǎng)作用
??????? 風(fēng)速越高風(fēng)能越大，風(fēng)速越低風(fēng)能越小。以防風(fēng)抑塵網(wǎng)將網(wǎng)下游風(fēng)速降至40%為例，風(fēng)速風(fēng)能僅為上游來風(fēng)16%。換言之，風(fēng)能降低了84%。以12m高防風(fēng)抑塵網(wǎng)，風(fēng)速7～8級為例，網(wǎng)下游約180m范圍內(nèi)，只形成微弱、均勻、平直、穩(wěn)定的氣流，不易形成渦流和垂直運(yùn)動的氣流，故粉塵不易被揚(yáng)起，從而達(dá)到擋風(fēng)抑塵的目的。
??????? 0 30 60 90 120 150 180 單位：m
??????? 12米抑塵網(wǎng)下游風(fēng)速分布圖（以網(wǎng)前沿風(fēng)速百分比計(jì)）
??????? 上圖顯示：防風(fēng)抑塵網(wǎng)高12m，其下游產(chǎn)生約90m低風(fēng)區(qū)，從90m到180m范圍，風(fēng)速逐漸回升到上游風(fēng)速50%的中風(fēng)區(qū)，180m以外，風(fēng)速迅速回升，流過網(wǎng)頂部的風(fēng)與下游低風(fēng)區(qū)被隔離數(shù)百米后再合流。故12m防風(fēng)抑塵網(wǎng)間距一般不超過180m或者防塵網(wǎng)高度增高。一般較好的防風(fēng)抑塵網(wǎng)抑塵效果可達(dá)60-80%，按70%計(jì)取，即揚(yáng)塵70%被抑制，剩余30%為實(shí)際損失量。
??????? 2.4 雨水影響
??????? 據(jù)天津天鋼聯(lián)合特鋼公司2016年統(tǒng)計(jì)，原料露天存放，大風(fēng)每年刮走4%，下雨每年沖走10%。經(jīng)驗(yàn)下雨沖走值在1%～10%不等。
??????? 綜上所述，露天煤場煤量損失分揚(yáng)塵和雨水沖損兩類，揚(yáng)塵損失防風(fēng)抑塵網(wǎng)可折減60%-80%，但雨水沖損更大，且不封閉無法避免。
??????? 3 政策環(huán)境趨勢分析
??????? 3.1 國際環(huán)境形式
??????? 我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，取得世界矚目成就；能源消耗需求消耗量大，單位產(chǎn)值能耗較高、污染排放量大，環(huán)境問題備受國際關(guān)注。我國煤炭在能源結(jié)構(gòu)中70%比例下降趨勢緩慢，性價(jià)比較高的條形煤場儲存形式將長期存在，如何處理好條形煤場環(huán)境保護(hù)問題是發(fā)展難題。
??????? 2015年11月國家主席習(xí)近平出席巴黎氣候大會開幕式，簽署《聯(lián)合國氣候變化框架公約》預(yù)示著我國將不斷履行各項(xiàng)承諾和義務(wù)，將逐步提高環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)和要求，加大環(huán)保投資，改善國內(nèi)乃至國際生態(tài)氣候。
??????? 3.2 國內(nèi)趨勢分析
??????? 我國先后修訂《中華人民共和國大氣污染防治法》、《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》等法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范；發(fā)布《關(guān)于印發(fā)的通知》、《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)大氣污染防治行動計(jì)劃的通知》明確“貯存煤炭、煤矸石、煤灰、水泥、石灰、石膏、砂土等易產(chǎn)生揚(yáng)塵的物料應(yīng)當(dāng)密閉，不能密閉的，應(yīng)當(dāng)設(shè)置不低于堆放物高度的嚴(yán)密圍擋，并采取有效覆蓋措施防治揚(yáng)塵污染”。
??????? 環(huán)保部等多部委聯(lián)合北京市、天津市、河北省、山西省、山東省和河南省于2017年2月、2017年8月先后出臺《京津冀及周邊地區(qū)2017年大氣污染防治工作方案》和《京津冀及周邊地區(qū)2017-2018年秋冬季大氣污染綜合治理攻堅(jiān)行動方案》明確煤炭消費(fèi)總量負(fù)增長……天津港不再接收公路運(yùn)輸煤炭……“對煤炭、煤矸石、煤渣、煤灰、水泥、石灰、石膏、砂土等易產(chǎn)生揚(yáng)塵的粉狀、粒狀物料及燃料應(yīng)當(dāng)密閉儲存，運(yùn)輸采用密閉皮帶、封閉通廊、管狀帶式輸送機(jī)或密閉車廂、真空罐車、氣力輸送等密閉輸送方式；塊狀物料采用入棚入倉或建設(shè)防風(fēng)抑塵網(wǎng)等方式進(jìn)行存儲，并設(shè)有灑水、噴淋、苫蓋等綜合措施進(jìn)行抑塵。”
??????? 可見條形煤場全封閉式階段已經(jīng)開始，兩端敞口式封閉條形煤場也即將退出歷史舞臺。
??????? 4 條形煤場封閉結(jié)構(gòu)
??????? 常見的條形煤場封閉方案有膜結(jié)構(gòu)、鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、管桁架結(jié)構(gòu)封閉。
??????? 4.1 膜結(jié)構(gòu)封閉
??????? 膜結(jié)構(gòu)是20世紀(jì)中期發(fā)展起來的一種新型建筑結(jié)構(gòu)形式。依據(jù)《膜結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS 2004膜結(jié)構(gòu)分張拉式膜結(jié)構(gòu)、索系支承式膜結(jié)構(gòu)、空氣支承式膜結(jié)構(gòu)和骨架支承式膜結(jié)構(gòu)。其中空氣支承式膜結(jié)構(gòu)又可分為氣承式、氣肋式和氣枕式。條形煤場現(xiàn)多采用氣承式充氣膜結(jié)構(gòu)或骨架支承式膜結(jié)構(gòu)。
??????? 4.2 鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)封閉
??????? 鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)由桿件通過節(jié)點(diǎn)，按照一定規(guī)律組成的空間桿系結(jié)構(gòu)。鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)按外形分平板網(wǎng)架和曲面網(wǎng)架。在節(jié)點(diǎn)荷載作用下，各桿件主要承受軸向的拉力和壓力，能充分發(fā)揮材料的強(qiáng)度，節(jié)省鋼材。通常平板網(wǎng)架稱為網(wǎng)架，曲面網(wǎng)架稱為網(wǎng)殼。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)是曲面型的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，兼有桿系結(jié)構(gòu)和薄殼結(jié)構(gòu)的特性，受力合理，覆蓋跨度大，是發(fā)展最快、有廣闊發(fā)展前景的空間結(jié)構(gòu)。
??????? 4.3 管桁架結(jié)構(gòu)封閉
??????? 桁架由桿件在端部相互連接而組成的格子式結(jié)構(gòu)，管桁架指結(jié)構(gòu)中的桿件均為圓管桿件。桁架中的桿件多數(shù)情況只受軸線拉力或壓力，應(yīng)力在截面上均勻分布，更容易發(fā)揮材料的力學(xué)性能，這些特點(diǎn)使得桁架結(jié)構(gòu)跨度能大，用料經(jīng)濟(jì)。預(yù)應(yīng)力管桁架結(jié)構(gòu)將上弦剛性受壓構(gòu)件通過撐桿與下弦拉索組合形成自平衡的受力體系，又稱張弦桁架結(jié)構(gòu)，是一種大跨度預(yù)應(yīng)力空間結(jié)構(gòu)體系，也是混合結(jié)構(gòu)體系發(fā)展中最成功的創(chuàng)造之一。
??????? 5 結(jié)語
??????? 條形煤場露天模式即將終結(jié)，全封閉階段全面到來。煤場周邊環(huán)境將會改善，煤塵污染、資源損失將得到有效控制。充氣膜結(jié)構(gòu)封閉環(huán)保效果好，消防難度大、壽命短；網(wǎng)架結(jié)構(gòu)長期存在，而超大跨度封閉預(yù)應(yīng)力管桁架是首選；管桁架與網(wǎng)架結(jié)合技術(shù)已興起，骨架膜技術(shù)性價(jià)比優(yōu)勢顯著。
??????? 參考文獻(xiàn)：
??????? [1]付波，陳立勇等.儲煤場全封閉方案設(shè)計(jì)[J.內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2015（7）：93-94.
??????? 作者簡介：
??????? 何麗（1986- ），女，安徽潁上人，主要從事選煤、礦物加工工程專業(yè)設(shè)計(jì)與研究工作。
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