強(qiáng)粘結(jié)性焦煤粉塵特性研究

趙文彬 李士棟 王金鳳 辛嵩

（1.山東科技大學(xué)，山東青島266590；2.肥城礦業(yè)集團(tuán)單縣能源有限責(zé)任公司，山東單縣274300）

陳蠻莊煤礦是山東省目前惟一的主煤類為主焦煤的煤田，主采煤層（3層）主焦煤具有低中灰、中等揮發(fā)分、強(qiáng)粘結(jié)性、易泥化等特點(diǎn)，在生產(chǎn)過程中易造成粉塵危害。本論文通過對(duì)陳蠻莊煤礦焦煤粉塵的物化性質(zhì)實(shí)驗(yàn)分析的基礎(chǔ)上，研究該類型焦煤粉塵產(chǎn)塵規(guī)律及特點(diǎn)，為焦煤粉塵的防治技術(shù)提出。

1 煤樣的采集

為科學(xué)合理的測(cè)定陳蠻莊煤礦焦煤粉塵的基本性質(zhì)，便于今后的粉塵防治工作的針對(duì)性，結(jié)合陳蠻莊煤礦具體情況，嚴(yán)格按國家標(biāo)準(zhǔn)(B475-83)進(jìn)行采樣,以保證煤樣具代表性。

1.1 回采、掘進(jìn)工作面落塵的收集：

在回采、掘進(jìn)工作面主要產(chǎn)塵地點(diǎn)分別收集生產(chǎn)過程中的產(chǎn)塵，以測(cè)定采掘工藝產(chǎn)塵的特點(diǎn)及性質(zhì)。粉塵收集數(shù)量：1～2kg/每份，共兩份（回采工作面、掘進(jìn)工作面各一份）。

1.2 正常采掘過程中塊煤的收集

同一煤層，分別選擇煤層穩(wěn)定區(qū)域采集上部、中部及下部煤樣，注意防潮防水，采集后立即用塑料薄膜密封。收集數(shù)量：共3份，約3～5kg/每份（上部、中部、下部各一份，以塊煤為佳）。根據(jù)研究的需要,共采集樣品8份，對(duì)比煤樣2份。

2 煤樣工業(yè)性分析

煤不同于一般的高分子有機(jī)化合物，它具有特別的復(fù)雜性、多樣性、和不均一性。即使在同一小塊煤中，也不存在一個(gè)統(tǒng)一的化學(xué)結(jié)構(gòu)。其中無機(jī)物和有機(jī)物非常復(fù)雜的結(jié)合在一起，共同影響著煤的潤(rùn)濕性。工業(yè)分析是確定煤組成成分的最基本方法，也是了解煤質(zhì)特征的重要指標(biāo)。它是在規(guī)定條件下，將煤的組成成分近似區(qū)分為水分、灰分、揮發(fā)分和固定碳四種組分的測(cè)定方法。將各煤礦煤塵按照國家標(biāo)準(zhǔn)(GB13212-77，GB476-79)進(jìn)行工業(yè)分析化驗(yàn)。

結(jié)果表明，3404掘進(jìn)工作面粉塵的固定碳，灰分較高，3206工作面粉塵的揮發(fā)分含量高于掘進(jìn)工作面，這表明同一煤層不同地點(diǎn)煤樣的工業(yè)分析有差異；同一煤層上部的灰分少，中下部的灰分相對(duì)較多，水分所占比例多（分別為0.43%和0.68%）。固定碳為上部最多。

該規(guī)律表明，在采用噴霧降塵或煤層注水工藝時(shí)，根據(jù)工藝分析結(jié)果，可采用不同潤(rùn)濕效果的潤(rùn)濕劑對(duì)各降塵地點(diǎn)的粉塵進(jìn)行潤(rùn)濕。

3 焦煤煤塵的潤(rùn)濕性研究

選用德國Krüss公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)DSA100型光學(xué)法液滴形態(tài)分析系統(tǒng),利用成型煤粉法測(cè)定水和煤塵的接觸角，具體操作步驟是：取實(shí)驗(yàn)煤塵200mg,用加壓成型模具在20MPa壓力下形成直徑13mm、厚1mm具有壓光平面的圓柱體試片。將樣品放到測(cè)試平臺(tái)固定,安裝好注射器；用[DSA Device control] 控制面板控制針頭的位置、液滴的形狀；按[Baseline detective] 測(cè)定基線后,按[Contact angle}測(cè)定接觸角，見表1。

表1 不同煤樣與水的接觸角

由表1可以看出，3404軌順掘進(jìn)工作面焦煤粉塵的接觸角較平均，下部煤層接觸角稍小；3206工作面中部焦煤潤(rùn)濕性差。落煤粉塵接觸角小于正常煤體粉塵潤(rùn)濕角。與其它對(duì)比煤樣分析可以看出，焦煤粉塵潤(rùn)濕性較差。

4 煤塵的孔隙結(jié)構(gòu)特征

煤是一種包含微孔和大孔系統(tǒng)的雙重孔隙介質(zhì)。微孔存在于煤基質(zhì)部分,煤中芳香層和官能團(tuán)之間參差不齊的排列形成了內(nèi)部孔隙。大孔系統(tǒng)由包圍煤基質(zhì)被稱為割理系統(tǒng)的天然裂隙網(wǎng)絡(luò)組成。煤中有兩種割理,面割理和端割理,通常正交或近似正交,垂直或近似垂直于煤層面。煤的孔隙結(jié)構(gòu)一般用孔隙體積、比表面積、孔徑分布、微孔表面的分形維數(shù)等來表征。煤的孔隙體積常用孔隙率(度)必來表示。不同煤塵比表面積特征分布見表2：

表2 不同煤塵比表面積特征分布表

本實(shí)驗(yàn)所研究的包括煤塊粉碎后的煤粉和工作面落粉，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，3206工作面落粉的BET比表面積最大，為12.214m2/g；以3404工作面所采落粉的BET比表面積最小，為4.243m2/g。單點(diǎn)孔容積以3404工作面所采煤塊最小，為0.020487 cc/g，以3101工作面所采煤塊最大，為0.059329 cc/g。單點(diǎn)平均孔半徑以3206工作面上部所采煤塊最大，為234.8A，以3206工作面落粉最小59.7A。

采用煤層注水時(shí)，可根據(jù)煤塵比表面積規(guī)律特點(diǎn)來確定煤層注水工藝參數(shù)，評(píng)估煤層注水效果。

5 結(jié)論

對(duì)焦煤粉塵的試驗(yàn)結(jié)果研究表明：

1）同一煤層上部的灰分少，中下部的灰分相對(duì)較多，水分所占比例多（分別為0.43%和0.68%）。固定碳為上部最多；此外，陳蠻莊煤礦焦煤粉塵固定碳含量高于對(duì)比鑫安煤礦對(duì)比煤樣。

2）焦煤粉塵潤(rùn)濕性較差，3404軌順掘進(jìn)工作面焦煤粉塵的接觸角較平均，下部煤層接觸角稍小；3206工作面中部焦煤潤(rùn)濕性差。落煤粉塵接觸角小于正常煤體粉塵潤(rùn)濕角。

3）研究表明3206工作面落粉的BET比表面積最大，單點(diǎn)孔容積以3404工作面所采煤塊最小，同一煤層比表面積分布規(guī)律為由上至下，孔隙率逐漸降低。

在焦煤粉塵的降除塵工藝中，可根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果及規(guī)律并采取相應(yīng)對(duì)策，以提高降塵效果和效率。

［1] 吳超.化學(xué)抑塵[M] .長(zhǎng)沙:中南大學(xué)出版社,2003:5-13.

［2] 時(shí)訓(xùn)先,蔣仲安,褚燕燕.煤礦綜采工作面防塵技術(shù)研究現(xiàn)狀及趨勢(shì)[J] .中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù),2005,1(1):41-43.

［3] 彭小蘭,吳超.化學(xué)抑塵劑新進(jìn)展研究[J] .中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù),2005,1(5):44-47.