黃陵一號煤礦煤塵基礎(chǔ)性質(zhì)的研究

丁志超 郭彬彬

摘 ? 要：基于《礦井綜合防塵達(dá)標(biāo)關(guān)鍵技術(shù)及裝備研究》科技項(xiàng)目的研究與實(shí)施，聯(lián)合中國礦業(yè)大學(xué)（北京）對黃陵一號煤礦煤塵基礎(chǔ)性質(zhì)進(jìn)行研究，通過煤塵的工業(yè)性質(zhì)、元素性質(zhì)、紅外光譜分析和煤塵粒度分析等，從而根據(jù)性質(zhì)特點(diǎn)制定行之有效的礦井防塵措施和技術(shù)，解決綜采工作面粉塵濃度超標(biāo)的問題，為煤礦井下職工提供良好的工作環(huán)境。

關(guān)鍵詞：基礎(chǔ)性質(zhì) ?工業(yè)分析 ?元素分析 ?粒度分析

中圖分類號：TD714.4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）11（b）-0068-02

黃陵礦業(yè)公司一號煤礦隸屬于陜西陜煤黃陵礦業(yè)有限公司，位于陜西省延安市黃陵縣境內(nèi)。一號煤礦煤炭資源豐厚，井田面積240km2，地質(zhì)儲量6.44億t，可采儲量4.51億t，采用平硐分區(qū)式開拓方式，走向長壁采煤法，全部垮落法管理頂板。井下綜合機(jī)械化裝備率達(dá)到100%，所產(chǎn)“黃靈一號煤”?！包S靈煤”煤質(zhì)優(yōu)良，具有低硫、低磷、低灰、高發(fā)熱量等特點(diǎn)，是優(yōu)質(zhì)的配焦用煤和化工用煤，適用于化工、電力等行業(yè)。煤炭產(chǎn)品暢銷華東、華南、華中等地區(qū)。

2011年1月—2015年12月，黃陵一號煤礦和中國礦業(yè)大學(xué)（北京）、重慶煤科院共同研究《礦井綜合防塵達(dá)標(biāo)關(guān)鍵技術(shù)及裝備研究》項(xiàng)目，其中針對綜采工作面粉塵濃度超標(biāo)問題，首先研究分析礦井煤塵的基礎(chǔ)性質(zhì)，再根據(jù)性質(zhì)特點(diǎn)，研究采煤工作面防塵達(dá)標(biāo)關(guān)鍵技術(shù)及裝備，成果研究后在一號煤礦進(jìn)行應(yīng)用，效果顯著。

1 ?煤塵工業(yè)性質(zhì)

參照中國人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 212-2008煤的工業(yè)分析方法進(jìn)行煤塵樣品的工業(yè)分析。主要使用馬弗爐、鼓風(fēng)干燥箱進(jìn)行，使用的器具有稱量瓶、瓷坩堝、灰皿、電子天平等?？梢?，綜采面煤塵的水分在2%左右，灰分31%左右;掘進(jìn)面的煤塵水分在1.3%左右、灰分55%左右;回風(fēng)巷的煤塵水分較高，灰分也較高，灰分超過60%。

2 ?煤塵元素性質(zhì)

參照中國人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 476-2008煤的元素分析方法進(jìn)行煤塵樣品的元素分析?？梢?，綜采面的煤塵碳含量57%、硫含量0.9%;掘進(jìn)面的煤塵碳含量35%、硫含量0.6%;回風(fēng)巷的煤塵碳含量約為27%，硫含量約為0.5%。

3 ?煤塵紅外光譜分析

紅外光譜是利用光波干涉的原理，進(jìn)行全波段掃描得到干涉譜，由儀器內(nèi)置的傅利葉變換程序把紅外干涉譜圖轉(zhuǎn)換成吸收譜或透射譜圖，以便于對樣品進(jìn)行觀察和研究。紅外光譜分析可以研究煤的分子結(jié)構(gòu)、化學(xué)鍵和分子對稱性等特征，對于固體、液體、氣體樣品、單一組份或多種組份的混合物，均可以利用紅外光譜進(jìn)行分析。測定分子的鍵長和鍵角，并由此推測分子的立體構(gòu)型，還可以用于混合物的結(jié)構(gòu)定性和半定量分析。

煤塵的FTIR分析在北京大學(xué)化學(xué)院進(jìn)行。具體方法是將煤塵樣品與KBr 混合壓片制成薄片，然后在顯微紅外光譜儀下進(jìn)行分析。分析條件為：（1）儀器型號（主機(jī)）：Nicolet Magna-IR750傅里葉變換紅外光譜儀;（2）顯微鏡號（附件）：Nicolet NicPlan IRMicroscope;（3）檢測器：MCT/A;（4）分束器：KBr/Ge;（5）測試范圍：4000-650cm-1;（6）掃描次數(shù)：128次;（7）掃描速度：30KHz;（7）分辨率：4cm-1。

由紅外光譜分析可知，煤塵表面主要存在3類基團(tuán)，即脂肪烴、芳香烴和含氧官能團(tuán)。煤塵表面大量的脂肪烴、芳香烴等疏水性基團(tuán)，是導(dǎo)致煤塵表面具有較強(qiáng)疏水性的根本原因;而煤塵表面含有的羧基、羥基、羰基等含氧官能團(tuán)以及礦物質(zhì)組分，則賦予煤塵表現(xiàn)出一定的親水性質(zhì)。

如樣品的紅外光譜圖譜所示，各煤塵樣的光譜圖吸收峰位置大致相近，但峰高和峰寬有所差別，即特征吸收峰所代表的物質(zhì)含量有所不同，進(jìn)而可以依據(jù)紅外光譜圖對樣品中所含的物質(zhì)進(jìn)行定性分析，確定樣品中各個(gè)基團(tuán)的含量，依進(jìn)而依據(jù)親水基團(tuán)和疏水基團(tuán)的含量比例，分析樣品的潤濕性能。

4 ?煤塵粒度分析

粒度分析可以測出煤樣的平均粒度以及粒度分布范圍。本次實(shí)驗(yàn)通過對各個(gè)煤樣的粒度進(jìn)行對比，試圖探討粒度對煤塵潤濕性能的影響。實(shí)驗(yàn)所用的粒度分析儀器為Malvern MasterSizer激光粒度分析儀。該儀器利用顆粒對光的散射現(xiàn)象，根據(jù)散射光能的分布測算顆粒的粒度，并給出粒度分布。測定范圍為0.05μm～0.2mm，采樣時(shí)間0.05s，粒徑分布模式依據(jù)自由分布模式或者R-R分布模式進(jìn)行分析。

分析方法是將被測煤塵樣配置成一定濃度的懸浮液，使煤塵顆粒均勻分散在溶液中。測量背景選擇為無顆粒純液體時(shí)的散射光分布，測量信號為樣品池中有顆粒時(shí)的散射光分布值。測量時(shí)應(yīng)注意觀察屏幕顯示的OB值，來控制樣品池中煤塵的濃度，一般OB值處于0.02～0.5之間為宜。通過測定，給出煤塵樣品的R-R分布，并且按R-R分布函數(shù)計(jì)算出顆粒的粒徑大小和分布，自由分布的情況下，則按自由分布計(jì)算顆粒的粒徑大小和分布。

基于以上分析，得出了三個(gè)煤塵樣的粒度分布以及粒度分布頻率曲線。對比井下綜采面、掘進(jìn)面和回風(fēng)巷的煤塵粒度，可見回風(fēng)巷的煤塵粒度較細(xì)，而綜采面和掘進(jìn)面的煤塵粒度相當(dāng)，綜采面的煤塵粒度略小。進(jìn)一步研究可以發(fā)現(xiàn)，綜采面和掘進(jìn)面的呼吸性煤塵（粒度≤5μm）含量大約占煤塵總量的25%和20%，回風(fēng)巷的呼吸性煤塵（粒度≤5μm）含量大約占煤塵總量的40%，綜采面和掘進(jìn)面的可吸入煤塵或胸腔性煤塵（粒度≤15μm）含量大約占煤塵總量的40%和35%左右，回風(fēng)巷的可吸入煤塵或胸腔性煤塵（粒度≤15μm）含量大約占煤塵總量的55%，尤其要注意對呼吸性煤塵的研究和防治。

由此得出，綜采面、掘進(jìn)面和回風(fēng)巷三種煤塵的特征粒度參數(shù)如表1所示。

5 ?結(jié)論

根據(jù)研究成果得出：綜采面煤塵的水分在2%左右，灰分31%左右;綜采面的煤塵碳含量57%、硫含量0.9%;煤塵總體表現(xiàn)為對潤濕性能的協(xié)同促進(jìn)作用;，綜采面和掘進(jìn)面的呼吸性煤塵（粒度≤5μm）含量大約占煤塵總量的25%和20%，要注意對呼吸性煤塵的研究和防治。通過測試分析，得到了煤塵潤濕性參數(shù)，煤質(zhì)參數(shù)以及由紅外光譜分析得到的表面官能團(tuán)數(shù)據(jù)，通過對其進(jìn)行關(guān)聯(lián)、數(shù)值分析和模擬，得出了煤塵潤濕性與相關(guān)煤質(zhì)參數(shù)（灰分、灰成分、表面官能團(tuán)等組分）的關(guān)系，為掌握煤塵濕潤性的本質(zhì)原因提供了依據(jù)，為有針對性研究濕潤劑配方及指導(dǎo)防塵實(shí)踐起到指導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)

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