強粘結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，山東青島266590；2.肥城礦業集團單縣能源有限責任公司，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、中等揮發分、強粘結性、易泥化等特點，在生產過程中易造成粉塵危害。本論文通過對陳蠻莊煤礦焦煤粉塵的物化性質實驗分析的基礎上，研究該類型焦煤粉塵產塵規律及特點，為焦煤粉塵的防治技術提出。

1 煤樣的采集

為科學合理的測定陳蠻莊煤礦焦煤粉塵的基本性質，便于今后的粉塵防治工作的針對性，結合陳蠻莊煤礦具體情況，嚴格按國家標準(B475-83)進行采樣,以保證煤樣具代表性。

1.1 回采、掘進工作面落塵的收集：

在回采、掘進工作面主要產塵地點分別收集生產過程中的產塵，以測定采掘工藝產塵的特點及性質。粉塵收集數量：1～2kg/每份，共兩份（回采工作面、掘進工作面各一份）。

1.2 正常采掘過程中塊煤的收集

同一煤層，分別選擇煤層穩定區域采集上部、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）。根據研究的需要,共采集樣品8份，對比煤樣2份。

2 煤樣工業性分析

煤不同于一般的高分子有機化合物，它具有特別的復雜性、多樣性、和不均一性。即使在同一小塊煤中，也不存在一個統一的化學結構。其中無機物和有機物非常復雜的結合在一起，共同影響著煤的潤濕性。工業分析是確定煤組成成分的最基本方法，也是了解煤質特征的重要指標。它是在規定條件下，將煤的組成成分近似區分為水分、灰分、揮發分和固定碳四種組分的測定方法。將各煤礦煤塵按照國家標準(GB13212-77，GB476-79)進行工業分析化驗。

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

該規律表明，在采用噴霧降塵或煤層注水工藝時，根據工藝分析結果，可采用不同潤濕效果的潤濕劑對各降塵地點的粉塵進行潤濕。

3 焦煤煤塵的潤濕性研究

選用德國Krüss公司設計生產DSA100型光學法液滴形態分析系統,利用成型煤粉法測定水和煤塵的接觸角，具體操作步驟是：取實驗煤塵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。將樣品放到測試平臺固定,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] 測定基線后,按[Contact angle}測定接觸角，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工作面中部焦煤潤濕性差。落煤粉塵接觸角小于正常煤體粉塵潤濕角。與其它對比煤樣分析可以看出，焦煤粉塵潤濕性較差。

4 煤塵的孔隙結構特征

煤是一種包含微孔和大孔系統的雙重孔隙介質。微孔存在于煤基質部分,煤中芳香層和官能團之間參差不齊的排列形成了內部孔隙。大孔系統由包圍煤基質被稱為割理系統的天然裂隙網絡組成。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。煤的孔隙結構一般用孔隙體積、比表面積、孔徑分布、微孔表面的分形維數等來表征。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

本實驗所研究的包括煤塊粉碎后的煤粉和工作面落粉，經研究發現，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，可根據煤塵比表面積規律特點來確定煤層注水工藝參數，評估煤層注水效果。

5 結論

對焦煤粉塵的試驗結果研究表明：

1）同一煤層上部的灰分少，中下部的灰分相對較多，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比鑫安煤礦對比煤樣。

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

3）研究表明3206工作面落粉的BET比表面積最大，單點孔容積以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，可根據上述實驗結果及規律并采取相應對策，以提高降塵效果和效率。

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