礦井粉塵的分散度及其微觀特征分析

李 巖

（霍州煤電集團有限公司通風部，山西 霍州 0314000）

·試驗研究·

礦井粉塵的分散度及其微觀特征分析

李 巖

（霍州煤電集團有限公司通風部，山西 霍州 0314000）

采用濾膜采樣、顆粒顯微圖像分析與統(tǒng)計的方法，測定了礦井不同作業(yè)工序條件所產生粉塵的分散度及微觀特征。結果顯示，在礦井不同的作業(yè)工序條件下，所產生粉塵的分散度及顯微圖片存在顯著差異，意味著不同工序所產生粉塵的危害程度有所不同。對于不同的操作工序而言，大多粉塵試樣的粒徑頻率直方圖呈現單峰分布的形態(tài)，且所產生的小于10μm的顆粒占有較大的比例。綜合對比四種作業(yè)工序可知，部分工作面打眼和錨桿支護作業(yè)所產生的粒徑小于2μm的顆粒的比例占到27%。割落煤及掘進過程所產生的粉塵大多分布在2～5μm的粒徑范圍內，其比例分別為33．7%和42．44%。而通風排放瓦斯過程所導致的逸散粉塵的粒徑主要在小于10μm的范圍，且粉塵粒徑小于5μm的顆粒所占比例差別不太顯著。研究結果對于礦井各作業(yè)工序粉塵危害的評價及降塵方式的合理選取提供了一定的依據。

煤礦；粉塵；微觀特征；分散度

礦井生產作業(yè)過程所產生的粉塵的危害性是眾所周知的，且隨著采掘機械化程度的不斷提高而日趨嚴重。

通常，生產性粉塵多由不同粒徑的顆粒所組成，而不同粒徑的顆粒對人體危害也截然不同。已有的研究結果顯示，空氣動力學直徑＜10μm的塵粒可進入呼吸道深部，如氣管、支氣管、無纖毛的細支氣管及肺泡等區(qū)域，而在肺泡內沉積的粉塵大部分是＜5μm的塵粒，特別是＜2μm的塵粒。了解粉塵粒度的分布情況，根據粉塵粒度的分布及性質，正確選擇除塵方法，對于降低粉塵的危害具有至關重要的意義［1-2］。

礦井粉塵的分散度用于表征生產過程中煤巖體被粉碎的程度，是礦井粉塵整體構成中不同粒徑范圍內的塵粒所占的百分比，是衡量粉塵顆粒大小及評價其危害程度的一個重要指標。對粉塵的分散性的測定不但可深入了解作業(yè)過程粉塵的危害程度，并可基于各作業(yè)過程粉塵的分散性，采取合理有效的防塵措施［3-4］。

本文對霍州煤電集團曹村煤礦不同操作工序條件的粉塵進行了現場取樣，采用光學顯微鏡法對粉塵的分散度進行了測定與分析。

1 測試原理及方法

1．1 樣品采集

本測試中粉塵的采樣采用濾膜采樣法，使用粉塵專用采樣器在工作面現場進行粉塵的采集，采集后將富集煤塵的濾膜置于密封袋中，送回實驗室進行測試與分析。

1．2 顯微觀察及統(tǒng)計

粉塵樣品分散度的測試采用顯微鏡法，參照GBZ/T192．1-2007所規(guī)定粉塵分散度測定方法進行。

將富集粉塵的濾膜溶解于有機溶液中，形成粉塵顆粒的懸濁液，滴1滴在顆粒顯微圖像分析儀的載物片上，制成測試標本，樣品的制作參考《樣品制備-粉末在液體中的分散方法》（GB/T 20099-2006）。

顆粒圖像的分析試驗標準參照《粒度分析圖像分析法第1部分：靜態(tài)圖像分析法》（GB/T 21649．1 -2008）。

樣本統(tǒng)計以不低于200個顆粒為準，采用頻率直方圖的方式進行標識各不同粒徑范圍內顆粒所占的比例。

2 結果與分析

2．1 打眼及錨桿支護所產生粉塵的分散度分析

打眼和錨桿支護工序是礦井作業(yè)中的普通且常見的的操作工序，雖然部分操作采取了濕式打眼操作，但操作過程中粉塵的產生仍在所難免。本測試中打眼及錨桿支護工序過程中所產生粉塵分散度的測定結果見圖1。

圖1 不同地點錨桿支護過程中粉塵的分散度圖

由圖1可知，對于錨桿打眼作業(yè)，小于10μm的顆粒所占較大的比例，分別為73．23%（11-11121工作面）、68．29%（11-2142工作面）和69．68%（2-12011工作面）。對于11-2142和2-12011工作面來講，其分散度的分布呈單峰分布，意味著粒徑在2～5μm的顆粒占較大比例，而對11-11121工作面來講，對人體呼吸系統(tǒng)危害最大的粒徑小于2μm的顆粒的比例最大，占到27%，而另外兩個測點小于2 μm的顆粒所占的比例為15．33%（11-2142工作面）和19．25%（2-12011工作面）。

不同地點錨桿支護過程中粉塵的顯微圖片見圖2。

圖2 不同地點錨桿支護過程中粉塵的顯微圖片

從圖2可以看出，在相同的樣本制作程序下，11 -11121工作面所取煤塵試樣的小顆粒較多，也意味著粉塵試樣的分散度較高。

2．2 移架及落煤所產生粉塵的分散度分析

移架和落煤是煤礦回采工作面作業(yè)中常見的操作工序，在采煤機滾筒截齒對煤體的截割及落煤過程中伴隨著大量煤塵的產生。而在支架推溜和移架過程存在支架與頂板的摩擦及破碎煤巖體的散落，亦會產生大量的粉塵。

在11-211工作面采集的移架及落煤過程中所產生的粉塵的分散度見圖3。

由圖3可知，移架及落煤過程中所產生的粉塵的分散度的頻率直方圖基本均呈現為呈單峰分布的狀態(tài)，但在采煤機割煤中小于10μm的顆粒的比例占到72．22%，而在移架過程中小于10μm的顆粒則為64．58%。相比之下，割落煤過程所產生的2～5μm的粉塵的比例較大（為33．7%），而兩個作業(yè)工序中所產生的小于2μm的粉塵的比例則基本相當，見圖4，圖4為兩個工序下粉塵的顯微圖片。

圖3 移架及落煤過程中所產生粉塵的分散度圖

圖4 移架及落煤過程所產生中粉塵的顯微圖片

2．3 掘進作業(yè)所產生粉塵的分散度分析

掘進作業(yè)是煤礦作業(yè)生產過程的主要工序，由于特殊的通風方式使得掘進工作面的粉塵治理顯得非常重要。兩個不同掘進工作面粉塵試樣分散度的測試結果見圖5。

圖5 不同掘進面所產生粉塵的分散度

從測定的兩個不同的掘進工作面粉塵試樣的分散度來看，雖然兩者均呈現為單峰分布的狀態(tài)，但由于煤質的差異使得兩者的表現也略顯差異。由圖5可知，對于11-2142工作面來講，其小于10μm的顆粒的比例占到62．98%，但5～10μm的顆粒的比例最大，約為42．44%，而小于2μm的顆粒僅為0．9%。而對于2-12011工作面來講，小于10μm的顆粒的比例占到67．2%，但小于2μm的危害性極大的顆粒的比例則占到21．86%。圖6為拍攝的顆粒的顯微圖片。由圖6可以看出，11-12011工作面的顆粒具有較大的顆粒分散度。

圖6 不同掘進面所產生粉塵的顯微圖片

2．4 通風排瓦斯所產生粉塵的分散度分析

對于采用通風的方法進行瓦斯治理的工作面來講，通風的方式、風流的紊亂特性對于工作面粉塵的產生、逸散以及降塵方式的選取均具有至關重要的意義。從兩個不同的工作面粉塵的測試結果來看，兩個試樣的分散度基本相當，其頻率直方圖均為單峰分布的形態(tài)，其峰值比例均為5～10μm的顆粒。同時，對于粒徑小于10μm的累計顆粒數來講，其分布狀況也基本相當，分別為72．7%（11-11121工作面）和71．67%（2-12011工作面）。

由于11＃煤與2＃煤的煤質差異，相比之下11-11121工作面在風排瓦斯過程中所產生的粒徑小于粉塵的2μm的危害性極大的顆粒的比例較大，占到25%，而2-12011工作面則略小，約為19．11%，見圖7。圖8是通風排瓦斯所產生粉塵的顯微圖片，由

圖8可以看出，11-11121工作面的粉塵具有較大的分散度。

圖7 不同地點通風排瓦斯所產生粉塵的分散度圖

圖8 通風排瓦斯所產生粉塵的顯微圖片

3 結 論

1）在礦井不同的作業(yè)工序條件下，所產生粉塵的分散度及顯微圖片存在顯著差異，意味著不同工序所產生粉塵的危害程度有所不同。

2）對于不同的操作工序而言，大多粉塵試樣的粒徑頻率直方圖呈現單峰分布的形態(tài)，且所產生的小于10μm的顆粒占有較大的比例。

3）對比四種作業(yè)工序可知，部分工作面打眼和錨桿支護作業(yè)所產生的粒徑小于2μm的顆粒的比例最大，占到27%。割落煤及掘進過程所產生的粉塵大多分布在2～5μm的粒徑范圍內，其比例分別為33．7%和42．44%。而通風排放瓦斯過程所導致的逸散粉塵的粒徑主要在小于10μm的范圍，且粉塵粒徑小于5μm的顆粒所占比例差別不太顯著。

［1］曹 芹，徐紀良，陸忠亮，等．粉塵檢測中粉塵分散度檢測重要性的探討［J］．職業(yè)衛(wèi)生與應急救援，2009，27（3）：148-149．

［2］張福成．神東礦區(qū)礦井粉塵綜合防治技術［J］．煤礦安全，2011，42（3）：30-33．

［3］楊 敏，王洪勝，鄭 雷．礦井粉塵分散度實測研究［J］．煤炭技術，2009，28（4）：168-169．

［4］姚金海，金龍哲，劉 建，等．礦井粉塵分散度的測定與分析［J］．煤礦安全，2010，427（5）：100-103．

Dispersity of Underground Coal Mine Dust and Analysis on Its Microscopic Characteristics

Li Yan

The filter membrane sampling，particle microscopic image analysis and statistical methods were used to determine the dispersion and microscopic characteristics of the dust generated during the different mining processes．The results show that there are significant differences of the dispersion and the microscopic images among the dusts generated from different mining operating processes，which indicate there are different harm．For different mining operating processes，most dust sample frequency histogram of particle size distributions presents single peak distribution and the particles which are smaller than 10μm occupies a larger proportion．Compared with the results of four operating process，dust generated from the drilling and bolting are always less than 2μm in diameter，which account for 27%．The diameters of dusts generated from coal cutting and tunneling processes are mostly in the 2～5μm particle size ranges，and the ratio are of 33．7%and 42．44%respectively．Dusts caused by the ventilation are mainly in the range of less than 10μm，and the occupations of particle size less than 5μm seems no significant difference．The research results provide a certain theory basis for dust hazard assessment and the rational selection of dust suppression methods．

Coal mine；Dust；Microscopic characteristics；Dispersity

TD714

B

1672-0652（2013）08-0004-04

2013-05-24

李 巖（1973—），男，山西臨汾人，2011年畢業(yè)于太原理工大學，工程師，主要從事煤礦開采及通風安全方面的技術研究及管理工作（E-mail）shanxiliyan2006＠163．com