包神铁路集团煤炭运输抑尘质量提升对策研究.pdf

铁道货运41卷/第08期/2023年RAILWAY FREIGHT TRANSPORT包神铁路集团煤炭运输抑尘质量提升对策研究赵亚龙1，曹瑞2(1.国能包神铁路有限责任公司 巴图塔站区，内蒙古 鄂尔多斯 017000；2.国能包神铁路集团有限责任公司 运输管理部，内蒙古 包头 014000)摘 要：受生产与消费格局的影响，煤炭从主产地到消费终端流量大、运输距离长。铁路是煤炭长距离陆运的主要方式，随着国家对环保工作的要求越来越高，对铁路煤炭运输抑尘工作提出了新的要求。在阐述铁路煤炭运输抑尘工作的现状基础上，分析抑尘不达标的危害，以及包神铁路集团煤炭运输抑尘工作存在的问题。通过建立铁路车辆煤炭表面积测算模型，对煤炭装载高度超出和低于车辆端侧墙等不同情况下抑尘剂的喷洒面积和喷洒量进行研究，得出各类车型煤炭装载高度与抑尘剂喷洒量的关系。从抑尘剂的配置使用、不同车型喷洒量、设备改造升级、监控体系构建、货装质量管控、抑尘环保诚信机制建立等方面提出提升煤炭运输抑尘质量的对策。关键词：包神铁路集团；煤炭运输；货运管理；抑尘质量；设备改造；监控体系0引言目前我国煤炭铁路运输普遍采用敞车，运输过程中容易产生扬尘。抑尘是防止煤炭在运输过程中产生扬尘、货物损耗和环境污染所采取的重要技术措施，包括在货物表面喷洒抑尘剂，车门封堵，装车后车帮、车钩、闸台等处残留煤的清理等。装车完毕后使用固定或移动喷洒设备在煤炭表面喷洒抑尘剂，抑尘剂溶液渗透并与煤炭颗粒粘连形成坚硬的固化层，可以有效防止运输过程中煤尘被吹起。自2009年以来，煤炭运输抑尘技术在铁路领域逐步推广使用1，相关学者在抑尘工作的管理，抑尘控制系统、管理系统的设计，抑尘质量提升等方面进行了研究，取得了一些成果2-5；铁路企业在标准化抑尘站点建设的实践中积极探索，也积累了不少经验6-7。国能包神铁路集团有限责任公司(以下简称“包神铁路集团”)下辖甘泉铁路(甘其毛都万水泉南)、包神铁路(万水泉南神东)、塔韩铁路(塔然高勒韩家村)、神朔铁路(大柳塔朔州西)4条铁路线，北起内蒙古甘其毛都口岸、南至山西朔州，营业里程872 km，集疏运范围覆盖蒙西、神府等世界级煤炭矿井群，是国家西煤东运的黄金运输通道，年煤炭装运量超3亿t。作为煤炭装运的上游区段，包神铁路集团专用线分布密集、装车作业集中，加强抑尘工作源头管控对于保障整个运输过程中的抑尘质量具有十分重要的意义。近年来，包神铁路集团积极推进抑尘工作，覆盖率达到100%，取得了良好的效果，但也存在一些问题，如智能化建设滞后、监测管控体系不文章编号：1004-2024(2023)08-0037-06 中图分类号：U294.8+8 文献标识码：ADOI：10.16669/ki.issn.1004-2024.2023.08.0737包神铁路集团煤炭运输抑尘质量提升对策研究 赵亚龙 等完善等，亟待解决以进一步提高抑尘工作的质量。1铁路煤炭运输抑尘不达标的危害（1）污染沿途环境。铁路煤炭运输过程中洒落的煤尘会污染沿途土壤、大气和水。研究表明，装运煤炭的列车经过时铁路周边空气中的颗粒物浓度、水中悬浮物指标明显增加，土壤表层呈弱酸性且重金属超标8，一些铁路线穿越村镇、城市，煤尘污染影响沿途居民的生活质量和身体健康。大风天气、双线铁路上高速运行的列车交会产生的风压使污染的范围扩大。（2）造成货物损耗。运输过程中扬尘造成煤炭损耗，导致煤炭资源的浪费，同时给货主造成经济损失。在不采取有效抑尘措施的情况下，煤炭在铁路运输过程中的损耗约为1.2%9，以1列54节的C80列车为例，载重为 4 320 t，产生的货物损耗单节 0.96 t、整列达到51.84 t，按照1 000元/t的价格计算，造成的经济损失为5.18万元，包神铁路集团每年超3亿t的运量将产生约360万t的损耗，造成的经济损失超30亿元。在采取有效抑尘措施的情况下，煤炭的损耗大幅下降，但具体降幅取决于抑尘工作的质量。（3）危及行车安全。隧道是煤尘污染的重灾区，列车高速进入隧道后，形成强大的活塞风，而列车在隧道中交会时相对速度能接近160 km/h，风力更为强劲，若车辆顶端煤炭表面未形成有效的固化层，在活塞风的作用下，将产生严重扬尘和煤炭颗粒洒落。扬尘使隧道内能见度急剧降低，机车乘务员瞭望距离不足，前方有异常情况无法及时发现并采取措施，影响行车安全；高浓度煤尘影响机车乘务员和其他作业人员的身体健康，遇明火存在粉尘爆炸的风险。（4）损伤铁路设备。隧道内从车辆顶端吹落的煤炭颗粒打击机车车身、挡风玻璃，造成车体损伤；煤粉洒落后掩埋道床、钢轨、弹条、扣件等，造成道床板结、弹性降低，缩短设备使用寿命，同时增加设备检修的难度7。洒落到隧道中的煤粉清理和外运难度大，需要耗费大量的人力物力，若清理不及时，当列车通过时附着在隧道壁、洒落在道床上的煤尘再次被吹起，陷入二次污染的恶性循环。包神铁路集团管内有70座隧道，最长的蛇口峁隧道长度超过5.8 km，而包神神朔朔黄煤炭运输通道共有140多座隧道，抑尘不达标产生的问题在这些地方体现最为集中。2包神铁路集团煤炭运输抑尘存在问题分析（1）信息化、智能化建设滞后。抑尘剂制液、喷洒等联网监控覆盖率低，专用线抑尘作业相关的监控终端未接入车站货运室，车站对作业过程不能实现全程有效监控。铁路沿线缺少扬尘监测设备，仅在个别隧道安装监控视频，通过人工抽检的方式进行监督，效率较低，不能科学有效地对每列车的扬尘情况进行监测和反馈。（2）抑尘设备老旧、故障多、功能不健全。部分早期建设的抑尘站点使用的设备老旧、故障率高。一些站台作业的移动式喷洒车由水罐车改装而成，缺少钩档起停喷装置，钩档处抑尘剂洒入股道污染道床，导致红光带和分路不良问题的产生；部分固定式喷洒设备钩档起停喷装置反应迟钝，无法实现精准启停喷，起喷延时导致每节车前端2060 cm存在漏喷现象，停喷时阀门关闭不及时抑尘剂液体洒入道床；部分喷洒设备只有整列车喷洒总量计量而无单节计量功能，无法实现车号扫描和单节车喷洒的精准计量；缺少单节车喷洒量不足自动报警装置，不利于喷洒量不达标时进行卡控；缺少喷洒流量与车速动态关联和匹配功能，无法根据车速快慢自动调整抑尘剂溶液的喷洒量；废液疏导、回收装置不完善，洒漏的液体渗入道床、污染环境；部分专用线无碾压设备，装车后煤炭超出车帮较高时不能压实。（3）设备的检修、应急处理效率较低。部分抑尘作业点设备检测维修普遍以状态修为主，即设备出现故障时进行处理，定期检修维护工作开展不扎实；抑尘设备常用的配件、材料储备不足，一旦发生故障无法及时修复。由于大部分专用线的产权不同，各专用线抑尘作业点安装的设备多为不同厂家生产，配件、材料型号不匹配，相互之间的资源共享范围有限。（4）存在漏喷、喷洒不均匀的情况。装车后煤炭超出车辆侧墙部分两侧面坡度较大，抑尘剂喷洒后流失，渗透厚度不足；部分横梁、摆臂上喷嘴数量少、直径粗、管路压力大，抑尘剂液体流速快、流量大，喷洒过程飞溅严重，导致无法有效地吸收渗透；筒仓38包神铁路集团煤炭运输抑尘质量提升对策研究 赵亚龙 等装车过程中临时停车再次起动时，喷洒设备未同时起喷，造成煤炭表面2050 cm的带状区域漏喷；包神铁路集团装车地区大风天气频繁，部分抑尘站喷洒设备缺少防吹溅保护措施，抑尘剂喷洒过程中液体被大风吹偏，车辆顶部一侧边坡抑尘剂无法全覆盖。（5）现场监督、管理有待加强。部分抑尘站对抑尘剂采购、入库把关不严，抑尘产品质量不高；配置抑尘剂液体时作业人员操作欠规范；制液后、使用前对抑尘剂液体粘度检测不严，导致抑尘剂粘度不足，形成固化层的厚度和强度不符合要求。部分抑尘作业点操作规程、设备检修保养制度、应急预案等存在缺项或作业情况发生变化后未及时修订；原料入库、粘度检测、喷洒量等作业过程记录台账不完善；对操作人员的教育培训力度不足；车站的监管、考核机制有待健全。（6）车门封堵、残留煤清理不到位。装载煤炭的车型中，C64和C70E占比较高，由于在卸车站打开小门、中门卸煤，返回装车站时车门变形、扣铁未入槽现象较多。对这些变形、扣铁未入槽的车辆，装车前捆绑加固不牢固，运行过程中易抖动开裂出现漏煤，在污染环境的同时，影响行车安全。包神铁路集团管内站台装车较多，部分专用线装车完毕后车顶平煤质量不高，对车帮、车钩、闸台等处残留煤清理不到位，影响抑尘效果。3提升铁路煤炭运输抑尘质量的对策3.1规范抑尘剂产品的选型和使用3.1.1抑尘剂的选型根据2020年国家铁路局发布的铁路煤炭运输抑尘技术条件第1部分：抑尘剂(TB/T 3210.12020)，煤炭表面抑尘剂喷洒技术要求如表1所示10。装载的煤炭超出车辆端侧墙时扬尘控制难度大，使用型抑尘剂。使用检测合格质量达标的型抑尘剂，按照表1中的标准进行喷洒，煤炭的风蚀率1%。为取得更好的抑尘效果，一是提升抑尘剂溶液的粘度，二是增加抑尘剂溶液的喷洒量。随着抑尘剂溶液粘度的提升，其浓度增大、粘结性增强，更容易在煤炭表层形成固化层，但其渗透能力降低，粘度过大时渗透厚度不足，无法达到10 mm的要求，形成防护层的厚度和强度质量下降，影响抑尘效果。在长期实践过程中，按照不少于规定的量喷洒，抑尘剂溶液的粘度在70 mPas左右时，所产生的抑尘效果较好。型抑尘剂粘结性能优良，渗入煤炭后形成的固化层的强度优于型抑尘剂，为使煤炭的损耗进一步降低，装载的煤炭高度未超过车辆端侧墙时，建议按照单位面积喷洒量2.2 L/m2标准喷洒型抑尘剂，并进一步试验论证。此外，近年各类新型抑尘剂产品的研发步伐加快，新产品具有良好的粘结、凝聚、润湿功能，且更加清洁、环保，部分性能优良的产品喷洒后能将风蚀率降低至0.05%11，因此，应加大新产品的引进力度，从提升产品质量方面改善抑尘工作质量。3.1.2抑尘剂的喷洒量计算抑尘剂的喷洒量，首先需要计算出煤炭的表面积。（1）装载的煤炭超出车辆端侧墙时，在车辆顶部形成梯形体，梯形体的顶面和4个侧面的面积之和即为煤炭的表面积。假设梯形体的前后面、左右面分别对称，且均为等边梯形，铁路车辆煤炭表面积测算模型如图1所示。表1煤炭表面抑尘剂喷洒技术要求Tab.1Technical requirements for spraying dust suppressant on coal surface货物名称煤炭装载高度低于货车端侧墙超出货车端侧墙抑尘剂型号型型单位面积喷洒量/（L/m2）2.23.5抑尘剂溶液粘度/（mPas）550渗透厚度/mm1010煤炭风蚀率/%11图1铁路车辆煤炭表面积测算模型Fig.1Calculation model of coal surface area of railway vehicles39包神铁路集团煤炭运输抑尘质量提升对策研究 赵亚龙 等煤炭表面积的计算方式如下。Sh=i=15SiS1=S2=(m-hsin r tan)hsin rS3=S4=(n-hsin tan)hsin S5=(m-2hsin r tan)(n-2hsin tan)0,90h0式中：Sh为煤炭表面积；h为煤炭超出车辆端侧墙的垂直高度，即梯形体的高度；i为计算梯形体的面积个数；S1，S2，S3，S4，S5分别表示梯形体的前、后、左、右以及顶面；为S1底边与斜边的夹角；为S3底边与斜边的夹角；为S1与底面的夹角；为S3与底面的夹角；m，n分别为底面的长与宽。随着各个角度数的变化，表面积的值也随着变化，当，均趋近于90时，形成的煤炭表面积最大，如下式。max(Sh)2h(m+n)+mn在实际操作过程中，为保证抑尘效果，按照最大的表面积进行喷洒。（2）装载的煤炭未超出车辆端侧墙时，煤炭的表面积即为车厢内长与内宽的乘积，如下式。S=mn对不同车型、装载后煤炭超出车辆端侧墙不同高度条件下抑尘剂的喷洒量进行测算，不同车型抑尘剂喷洒量与装载高度关系如图2所示。在实际装车过程中，煤炭超出车辆端侧墙的装载高度一般不超过30 cm，部分密度较小的煤种不超过40 cm，每节车辆根据装载高度需喷洒图2所示剂量的抑尘剂溶液。对抑尘要求更高的，可在上述数据的基础上根据实际情况进行增量。3.2升级改造抑尘设备设施（1）制液设备。储液罐安装排污管，通过专用路径排除过期、变质的抑尘剂废液；对储液罐、管路定期进行清理，防止残留变质液体污染新液体；长时间未使用的设备使用前先将管路中的积液排除。储液罐、管路应有必要的防冻、防裂、防腐蚀措施，防止液体漏出，导致喷洒到煤炭表面的抑尘剂量不足。配置抑尘剂预溶机，制液前对抑尘剂干粉进行预溶，提升抑尘剂液体的质量，防止搅拌时抑尘剂溶解不充分，块状物堵塞管路、喷嘴。（2）喷洒设备。固定喷洒设备的横梁或摆臂改为滚筒式，在钩档处能迅速翻转，或提升管路停喷控制的精准度，防止抑尘剂液体洒落至车钩、股道上产生污染。横梁或摆臂上喷嘴间距与洒出液体的覆盖面相匹配，选用的扇形或柱状喷嘴口径适中，既要保证喷洒量又要确保雾化效果，使抑尘剂液体更容易渗透。横梁或摆臂两端增装侧向喷嘴，装载煤炭超出车辆端侧墙时在两侧斜面增加喷洒量，弥补正常喷洒时斜面抑尘剂溶液的流失量。特殊情况装车完毕列车通过固定喷洒装置进行喷洒而速度无法降低时，将喷洒横梁或摆臂由1个改造为2个，确保足量喷洒。在横梁或摆臂上增设挡风帘，防止大风天气喷出的液体吹溅洒偏。（3）控制系统。抑尘剂喷洒系统有车号扫描和单节计量功能，能够识别每节车的车型、车号，精准计量抑尘剂液体的喷洒量，并有喷洒量不达标报警功能。抑尘剂喷洒量与车速相匹配，能够自动根据速度调整喷洒量，实现精准喷洒。配置高灵敏度感应设备并合理设置参数，使喷洒设备在每节车钩档处准确起停喷，防止起停不及时污染道床或每节车前端漏喷。（4）废液回收。完善废液回收系统，将洒落的抑尘剂废液及时疏导至废液回收池，防止废液污染环境，腐蚀钢轨、枕木等造成设备损伤；通过对筒仓装图2不同车型抑尘剂喷洒量与装载高度关系Fig.2The relationship between the spraying amount of dust inhibitor and the loading height for different vehicle models40包神铁路集团煤炭运输抑尘质量提升对策研究 赵亚龙 等车塔下区段道床进行硬化处理、铺设橡胶垫等措施，及时排走废液。3.3建立完备的监测、反馈机制建立完善监管机制，将抑尘剂作业各环节纳入安全生产监督体系内。从抑尘剂的进料、制液、检测、喷洒，到装车后的残留煤清理、车门封堵等环节进行有效监管。在铁路沿线易产生扬尘的地点或重点地段设置抑尘监测点，安装监测与信息采集设备，实现煤尘浓度的监测、记录、报警以及车号的拍照等功能，一旦出现抑尘不达标的情况，采集数据并及时反馈。对出现的问题，进行源头追溯，查找问题产生的原因，制定具体措施进行防范，形成有效的闭环管控。提升对作业过程监控的覆盖面，对抑尘剂的进料、制液、粘度检测、喷洒全过程进行有效监管，提升抑尘作业质量。督促专用线建立抑尘剂效果试验评估机制，制作抑尘剂试验箱，对每批次抑尘剂产品的渗透、固化效果进行检测，防止使用质量不达标产品。此外，加强智能化、信息化管理，开发抑尘工作管理系统，实现对抑尘信息的采集、共享、分析、处理。3.4加强货装质量管控对C70E，C64等车况不良的车型，提升小门搭扣入槽率，降低加固后抖动开裂漏煤的风险；细化、完善车门捆绑加固标准，规范捆绑加固材料的使用，加强对作业人员业务技能的培训，提升加固质量；做好车门缝隙的堵漏，对于比较细的缝隙，使用泡沫胶进行有效封堵，防止煤粉洒漏。包神铁路集团管内站台装车较多，使用装载机装车后车顶平整工作量大、耗时长、难度高，容易出现平整不到位、残留煤清理不干净的情况，必须严格管控平煤作业质量，做到车顶平整，车帮、端墙、车钩、闸台等处无残留煤。无碾压设备的专用线修建碾压设备，装车后对煤炭进行碾压、整形，压实煤炭表层、降低装载高度，提升抑尘效果。3.5建立抑尘环保诚信制度建立各专用线抑尘环保诚信机制，根据管理达标、设备实施达标、抑尘剂配置达标、抑尘剂喷洒达标、作业环境达标、人员技能达标等情况，每年对各专用线的抑尘工作进行评估，结合所装车辆产生的扬尘比例评定抑尘环保诚信等级，对于等级高、信誉好的单位，在装车安排等方面给予倾斜，进行正向激励，形成良性循环；对抑尘诚信等级低，工作开展滞后、抑尘效果差的单位进行相应的处罚，鞭策其不断提升抑尘质量。4结束语铁路煤炭运输抑尘工作对减少运输过程中煤炭损耗、防范沿途环境污染、保障运输安全发挥着重要的作用，包神铁路集团煤炭装运辐射内蒙古、陕西煤炭主产区，货物装运量巨大，提升抑尘工作质量势在必行。一方面应加强源头管控、实行精细化管理，对各类设备设施所要达到的技术标准、抑尘剂喷洒质量、货装质量等进行进一步规范，对落后、功能不健全的设备及时改造升级，建设标准化抑尘站；另一方面应对各项作业环节进行有效监管，并构建对抑尘效果的监控、反馈机制，提高管理的信息化水平。同时，建立抑尘环保诚信制度，构建抑尘管控长效机制，推进抑尘工作高质量发展。参考文献：1马树峰.铁路标准化抑尘站建设与管理的思考J.铁道运输与经济，2016，38(8)：76-80.MA 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Equipment Layout Improvement Plan at the Yuxikou Dust Suppression StationJ.Railway Freight Transport，2020，38(1)：8-12.7阎建峰.大秦线煤炭运输隧道扬尘污染原因分析及对策J.铁道货运，2015，33(4)：34-37.8方 莉，何丽娟，郝 润，等.铁路运输过程中煤粉尘遗洒对环境影响的初步评估与控制对策研究J.环境工程，2022，40(1)：123-127，147.FANG Li，HE Lijuan，HAO Run，et al.Primary Study on Environmental Impact and Control Measures of Fugitive Coal Dust during Railway TransportationJ.Environmental Engineering，2022，40(1)：123-127，147.9马树峰，王 颖.关于提高煤炭铁路运输抑尘质量的对策分析J.铁道货运，2011，29(12)：10-14.10国家铁路局.铁路煤炭运输抑尘技术条件第1部分：抑尘剂(TB/T 3210.12020)M.北京：中国铁道出版社，2020.11孔令坡，夏卓飞.复合型铁路煤炭运输抑尘剂的研制及应用J.煤矿机械，2019，40(8)：150-151.KONG Lingpo，XIA Zhuofei.Development and Application of Complex Dust Suppressant in Coal Railway TransportationJ.Coal Mine Machinery，2019，40(8)：150-151.收稿日期：2021-11-16修订日期：2023-07-10基金项目：国能包神铁路集团有限责任公司科技创新课题(TZK20210006)责任编辑：金颖Research on Countermeasures to Improve Dust Suppression Quality of Coal Transportation on Baoshen Railway GroupZHAO Yalong1,CAO Rui2(1.Batuta Station Area,Guoneng Baoshen Railway Co.,Ltd.,Ordos 017000,Inner Mongolia,China;2.Transportation Management Department,Guoneng Baoshen Railway Group Company,Baotou 014000,Inner Mongolia,China)Abstract:The original producing area flows of coal to the consumption destination are huge with long transportation distance,as the affection of the pattern between production and consumption.Railway is the main way for long-distance land transportation of coal.With the increasing requirements of the state for environmental protection,new demands are put forward for the dust suppression of coal railway transportation.This paper expounds the current situation of dust suppression work in coal railway transportation,analyzes the harm of dust suppression failing to meet the standard and the existing problems of dust suppression work in Baoshen Railway Group.A calculation model for the coal surface area of railway vehicles was established,which researches the spraying area and spraying amount of dust inhibitor when loading coal is higher or lower than the sidewalls of the vehicle,and obtains the relationship between loading height and spraying amount of dust inhibitor of various vehicles.Besides,the countermeasures to improve the quality of dust suppression were put forward from the aspects of the configuration and use of dust inhibitor,the spraying amount of various vehicles,the equipment transformation and upgrading,the construction of monitoring system,the cargo loading quality control,and the establishment of dust suppression credibility system.Keywords:Baoshen Railway Group;Coal Transportation;Freight Management;Dust Suppression Quality;Equipment Transformation;Monitoring System42