黃陵一號煤礦煤塵基礎性質的研究

丁志超 郭彬彬

摘 ? 要：基于《礦井綜合防塵達標關鍵技術及裝備研究》科技項目的研究與實施，聯合中國礦業大學（北京）對黃陵一號煤礦煤塵基礎性質進行研究，通過煤塵的工業性質、元素性質、紅外光譜分析和煤塵粒度分析等，從而根據性質特點制定行之有效的礦井防塵措施和技術，解決綜采工作面粉塵濃度超標的問題，為煤礦井下職工提供良好的工作環境。

關鍵詞：基礎性質 ?工業分析 ?元素分析 ?粒度分析

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

黃陵礦業公司一號煤礦隸屬于陜西陜煤黃陵礦業有限公司，位于陜西省延安市黃陵縣境內。一號煤礦煤炭資源豐厚，井田面積240km2，地質儲量6.44億t，可采儲量4.51億t，采用平硐分區式開拓方式，走向長壁采煤法，全部垮落法管理頂板。井下綜合機械化裝備率達到100%，所產“黃靈一號煤”。“黃靈煤”煤質優良，具有低硫、低磷、低灰、高發熱量等特點，是優質的配焦用煤和化工用煤，適用于化工、電力等行業。煤炭產品暢銷華東、華南、華中等地區。

2011年1月—2015年12月，黃陵一號煤礦和中國礦業大學（北京）、重慶煤科院共同研究《礦井綜合防塵達標關鍵技術及裝備研究》項目，其中針對綜采工作面粉塵濃度超標問題，首先研究分析礦井煤塵的基礎性質，再根據性質特點，研究采煤工作面防塵達標關鍵技術及裝備，成果研究后在一號煤礦進行應用，效果顯著。

1 ?煤塵工業性質

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

2 ?煤塵元素性質

參照中國人民共和國國家標準GB/T 476-2008煤的元素分析方法進行煤塵樣品的元素分析。可見，綜采面的煤塵碳含量57%、硫含量0.9%;掘進面的煤塵碳含量35%、硫含量0.6%;回風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，進行全波段掃描得到干涉譜，由儀器內置的傅利葉變換程序把紅外干涉譜圖轉換成吸收譜或透射譜圖，以便于對樣品進行觀察和研究。紅外光譜分析可以研究煤的分子結構、化學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行分析。測定分子的鍵長和鍵角，并由此推測分子的立體構型，還可以用于混合物的結構定性和半定量分析。

煤塵的FTIR分析在北京大學化學院進行。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行分析。分析條件為：（1）儀器型號（主機）：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：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，即脂肪烴、芳香烴和含氧官能團。煤塵表面大量的脂肪烴、芳香烴等疏水性基團，是導致煤塵表面具有較強疏水性的根本原因;而煤塵表面含有的羧基、羥基、羰基等含氧官能團以及礦物質組分，則賦予煤塵表現出一定的親水性質。

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含量有所不同，進而可以依據紅外光譜圖對樣品中所含的物質進行定性分析，確定樣品中各個基團的含量，依進而依據親水基團和疏水基團的含量比例，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。本次實驗通過對各個煤樣的粒度進行對比，試圖探討粒度對煤塵潤濕性能的影響。實驗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象，根據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，采樣時間0.05s，粒徑分布模式依據自由分布模式或者R-R分布模式進行分析。

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的散射光分布，測量信號為樣品池中有顆粒時的散射光分布值。測量時應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分布函數計算出顆粒的粒徑大小和分布，自由分布的情況下，則按自由分布計算顆粒的粒徑大小和分布。

基于以上分析，得出了三個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、掘進面和回風巷的煤塵粒度，可見回風巷的煤塵粒度較細，而綜采面和掘進面的煤塵粒度相當，綜采面的煤塵粒度略小。進一步研究可以發現，綜采面和掘進面的呼吸性煤塵（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、掘進面和回風巷三種煤塵的特征粒度參數如表1所示。

5 ?結論

根據研究成果得出：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%;煤塵總體表現為對潤濕性能的協同促進作用;，綜采面和掘進面的呼吸性煤塵（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，煤質參數以及由紅外光譜分析得到的表面官能團數據，通過對其進行關聯、數值分析和模擬，得出了煤塵潤濕性與相關煤質參數（灰分、灰成分、表面官能團等組分）的關系，為掌握煤塵濕潤性的本質原因提供了依據，為有針對性研究濕潤劑配方及指導防塵實踐起到指導作用。

參考文獻

[1] 門泉福，舒新前，丁松濤，宮偉力，陳學鋒.超高效氣溶膠凈化系統有效性現場檢驗研究[J].環境工程學報，2010，4（10）：2301-2305.

[2] 李成，朱逢豪，付興民，付光明，舒新前.關于抑塵劑開發及其存在主要問題的探討[J].環境工程，2013，31（S1）：360-362+392.

[3] 趙振保，楊晨，孫春燕，舒新前.煤塵潤濕性的實驗研究[J].煤炭學報，2011，36（3）：442-446.