强粘结性焦煤粉尘特性研究

2013-07-19赵文彬李士栋王金凤辛嵩

山东工业技术 2013年10期

赵文彬李士栋王金凤辛嵩

（1.山东科技大学，山东青岛266590；2.肥城矿业集团单县能源有限责任公司，山东单县274300）

陈蛮庄煤矿是山东省目前惟一的主煤类为主焦煤的煤田，主采煤层（3层）主焦煤具有低中灰、中等挥发分、强粘结性、易泥化等特点，在生产过程中易造成粉尘危害。本论文通过对陈蛮庄煤矿焦煤粉尘的物化性质实验分析的基础上，研究该类型焦煤粉尘产尘规律及特点，为焦煤粉尘的防治技术提出。

1 煤样的采集

为科学合理的测定陈蛮庄煤矿焦煤粉尘的基本性质，便于今后的粉尘防治工作的针对性，结合陈蛮庄煤矿具体情况，严格按国家标准(B475-83)进行采样,以保证煤样具代表性。

1.1 回采、掘进工作面落尘的收集：

在回采、掘进工作面主要产尘地点分别收集生产过程中的产尘，以测定采掘工艺产尘的特点及性质。粉尘收集数量：1～2kg/每份，共两份（回采工作面、掘进工作面各一份）。

1.2 正常采掘过程中块煤的收集

同一煤层，分别选择煤层稳定区域采集上部、中部及下部煤样，注意防潮防水，采集后立即用塑料薄膜密封。收集数量：共3份，约3～5kg/每份（上部、中部、下部各一份，以块煤为佳）。根据研究的需要,共采集样品8份，对比煤样2份。

2 煤样工业性分析

煤不同于一般的高分子有机化合物，它具有特别的复杂性、多样性、和不均一性。即使在同一小块煤中，也不存在一个统一的化学结构。其中无机物和有机物非常复杂的结合在一起，共同影响着煤的润湿性。工业分析是确定煤组成成分的最基本方法，也是了解煤质特征的重要指标。它是在规定条件下，将煤的组成成分近似区分为水分、灰分、挥发分和固定碳四种组分的测定方法。将各煤矿煤尘按照国家标准(GB13212-77，GB476-79)进行工业分析化验。

结果表明，3404掘进工作面粉尘的固定碳，灰分较高，3206工作面粉尘的挥发分含量高于掘进工作面，这表明同一煤层不同地点煤样的工业分析有差异；同一煤层上部的灰分少，中下部的灰分相对较多，水分所占比例多（分别为0.43%和0.68%）。固定碳为上部最多。

该规律表明，在采用喷雾降尘或煤层注水工艺时，根据工艺分析结果，可采用不同润湿效果的润湿剂对各降尘地点的粉尘进行润湿。

3 焦煤煤尘的润湿性研究

选用德国Krüss公司设计生产DSA100型光学法液滴形态分析系统,利用成型煤粉法测定水和煤尘的接触角，具体操作步骤是：取实验煤尘200mg,用加压成型模具在20MPa压力下形成直径13mm、厚1mm具有压光平面的圆柱体试片。将样品放到测试平台固定,安装好注射器；用[DSA Device control] 控制面板控制针头的位置、液滴的形状；按[Baseline detective] 测定基线后,按[Contact angle}测定接触角，见表1。

表1 不同煤样与水的接触角

由表1可以看出，3404轨顺掘进工作面焦煤粉尘的接触角较平均，下部煤层接触角稍小；3206工作面中部焦煤润湿性差。落煤粉尘接触角小于正常煤体粉尘润湿角。与其它对比煤样分析可以看出，焦煤粉尘润湿性较差。

4 煤尘的孔隙结构特征

煤是一种包含微孔和大孔系统的双重孔隙介质。微孔存在于煤基质部分,煤中芳香层和官能团之间参差不齐的排列形成了内部孔隙。大孔系统由包围煤基质被称为割理系统的天然裂隙网络组成。煤中有两种割理,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层面。煤的孔隙结构一般用孔隙体积、比表面积、孔径分布、微孔表面的分形维数等来表征。煤的孔隙体积常用孔隙率(度)必来表示。不同煤尘比表面积特征分布见表2：

表2 不同煤尘比表面积特征分布表

本实验所研究的包括煤块粉碎后的煤粉和工作面落粉，经研究发现，3206工作面落粉的BET比表面积最大，为12.214m2/g；以3404工作面所采落粉的BET比表面积最小，为4.243m2/g。单点孔容积以3404工作面所采煤块最小，为0.020487 cc/g，以3101工作面所采煤块最大，为0.059329 cc/g。单点平均孔半径以3206工作面上部所采煤块最大，为234.8A，以3206工作面落粉最小59.7A。

采用煤层注水时，可根据煤尘比表面积规律特点来确定煤层注水工艺参数，评估煤层注水效果。