黄陵一号煤矿煤尘基础性质的研究

丁志超 郭彬彬

摘   要：基于《矿井综合防尘达标关键技术及装备研究》科技项目的研究与实施，联合中国矿业大学（北京）对黄陵一号煤矿煤尘基础性质进行研究，通过煤尘的工业性质、元素性质、红外光谱分析和煤尘粒度分析等，从而根据性质特点制定行之有效的矿井防尘措施和技术，解决综采工作面粉尘浓度超标的问题，为煤矿井下职工提供良好的工作环境。

关键词：基础性质  工业分析  元素分析  粒度分析

中图分类号：TD714.4                              文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）11（b）-0068-02

黄陵矿业公司一号煤矿隶属于陕西陕煤黄陵矿业有限公司，位于陕西省延安市黄陵县境内。一号煤矿煤炭资源丰厚，井田面积240km2，地质储量6.44亿t，可采储量4.51亿t，采用平硐分区式开拓方式，走向长壁采煤法，全部垮落法管理顶板。井下综合机械化装备率达到100%，所产“黄灵一号煤”。“黄灵煤”煤质优良，具有低硫、低磷、低灰、高发热量等特点，是优质的配焦用煤和化工用煤，适用于化工、电力等行业。煤炭产品畅销华东、华南、华中等地区。

2011年1月—2015年12月，黄陵一号煤矿和中国矿业大学（北京）、重庆煤科院共同研究《矿井综合防尘达标关键技术及装备研究》项目，其中针对综采工作面粉尘浓度超标问题，首先研究分析矿井煤尘的基础性质，再根据性质特点，研究采煤工作面防尘达标关键技术及装备，成果研究后在一号煤矿进行应用，效果显著。

1  煤尘工业性质

参照中国人民共和国国家标准GB/T 212-2008煤的工业分析方法进行煤尘样品的工业分析。主要使用马弗炉、鼓风干燥箱进行，使用的器具有称量瓶、瓷坩埚、灰皿、电子天平等。可见，综采面煤尘的水分在2%左右，灰分31%左右;掘进面的煤尘水分在1.3%左右、灰分55%左右;回风巷的煤尘水分较高，灰分也较高，灰分超过60%。

2  煤尘元素性质

参照中国人民共和国国家标准GB/T 476-2008煤的元素分析方法进行煤尘样品的元素分析。可见，综采面的煤尘碳含量57%、硫含量0.9%;掘进面的煤尘碳含量35%、硫含量0.6%;回风巷的煤尘碳含量约为27%，硫含量约为0.5%。

3  煤尘红外光谱分析

红外光谱是利用光波干涉的原理，进行全波段扫描得到干涉谱，由仪器内置的傅利叶变换程序把红外干涉谱图转换成吸收谱或透射谱图，以便于对样品进行观察和研究。红外光谱分析可以研究煤的分子结构、化学键和分子对称性等特征，对于固体、液体、气体样品、单一组份或多种组份的混合物，均可以利用红外光谱进行分析。测定分子的键长和键角，并由此推测分子的立体构型，还可以用于混合物的结构定性和半定量分析。

煤尘的FTIR分析在北京大学化学院进行。具体方法是将煤尘样品与KBr 混合压片制成薄片，然后在显微红外光谱仪下进行分析。分析条件为：（1）仪器型号（主机）：Nicolet Magna-IR750傅里叶变换红外光谱仪;（2）显微镜号（附件）：Nicolet NicPlan IRMicroscope;（3）检测器：MCT/A;（4）分束器：KBr/Ge;（5）测试范围：4000-650cm-1;（6）扫描次数：128次;（7）扫描速度：30KHz;（7）分辨率：4cm-1。

由红外光谱分析可知，煤尘表面主要存在3类基团，即脂肪烃、芳香烃和含氧官能团。煤尘表面大量的脂肪烃、芳香烃等疏水性基团，是导致煤尘表面具有较强疏水性的根本原因;而煤尘表面含有的羧基、羟基、羰基等含氧官能团以及矿物质组分，则赋予煤尘表现出一定的亲水性质。

如样品的红外光谱图谱所示，各煤尘样的光谱图吸收峰位置大致相近，但峰高和峰宽有所差别，即特征吸收峰所代表的物质含量有所不同，进而可以依据红外光谱图对样品中所含的物质进行定性分析，确定样品中各个基团的含量，依进而依据亲水基团和疏水基团的含量比例，分析样品的润湿性能。

4  煤尘粒度分析

粒度分析可以测出煤样的平均粒度以及粒度分布范围。本次实验通过对各个煤样的粒度进行对比，试图探讨粒度对煤尘润湿性能的影响。实验所用的粒度分析仪器为Malvern MasterSizer激光粒度分析仪。该仪器利用颗粒对光的散射现象，根据散射光能的分布测算颗粒的粒度，并给出粒度分布。测定范围为0.05μm～0.2mm，采样时间0.05s，粒径分布模式依据自由分布模式或者R-R分布模式进行分析。

分析方法是将被测煤尘样配置成一定浓度的悬浮液，使煤尘颗粒均匀分散在溶液中。测量背景选择为无颗粒纯液体时的散射光分布，测量信号为样品池中有颗粒时的散射光分布值。测量时应注意观察屏幕显示的OB值，来控制样品池中煤尘的浓度，一般OB值处于0.02～0.5之间为宜。通过测定，给出煤尘样品的R-R分布，并且按R-R分布函数计算出颗粒的粒径大小和分布，自由分布的情况下，则按自由分布计算颗粒的粒径大小和分布。

基于以上分析，得出了三个煤尘样的粒度分布以及粒度分布频率曲线。对比井下综采面、掘进面和回风巷的煤尘粒度，可见回风巷的煤尘粒度较细，而综采面和掘进面的煤尘粒度相当，综采面的煤尘粒度略小。进一步研究可以发现，综采面和掘进面的呼吸性煤尘（粒度≤5μm）含量大约占煤尘总量的25%和20%，回风巷的呼吸性煤尘（粒度≤5μm）含量大约占煤尘总量的40%，综采面和掘进面的可吸入煤尘或胸腔性煤尘（粒度≤15μm）含量大约占煤尘总量的40%和35%左右，回风巷的可吸入煤尘或胸腔性煤尘（粒度≤15μm）含量大约占煤尘总量的55%，尤其要注意对呼吸性煤尘的研究和防治。

由此得出，综采面、掘进面和回风巷三种煤尘的特征粒度参数如表1所示。

5  结论

根据研究成果得出：综采面煤尘的水分在2%左右，灰分31%左右;综采面的煤尘碳含量57%、硫含量0.9%;煤尘总体表现为对润湿性能的协同促进作用;，综采面和掘进面的呼吸性煤尘（粒度≤5μm）含量大约占煤尘总量的25%和20%，要注意对呼吸性煤尘的研究和防治。通过测试分析，得到了煤尘润湿性参数，煤质参数以及由红外光谱分析得到的表面官能团数据，通过对其进行关联、数值分析和模拟，得出了煤尘润湿性与相关煤质参数（灰分、灰成分、表面官能团等组分）的关系，为掌握煤尘湿润性的本质原因提供了依据，为有针对性研究湿润剂配方及指导防尘实践起到指导作用。

參考文献

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