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黃陵一號煤礦煤塵基礎(chǔ)性質(zhì)的研究

2019-04-07 03:43丁志超郭彬彬
科技創(chuàng)新導(dǎo)報 2019年32期

丁志超 郭彬彬

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

關(guān)鍵詞:基礎(chǔ)性質(zhì) ?工業(yè)分析 ?元素分析 ?粒度分析

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

黃陵礦業(yè)公司一號煤礦隸屬于陜西陜煤黃陵礦業(yè)有限公司,位于陜西省延安市黃陵縣境內(nèi)。一號煤礦煤炭資源豐厚,井田面積240km2,地質(zhì)儲量6.44億t,可采儲量4.51億t,采用平硐分區(qū)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(chǎn)“黃靈一號煤”。“黃靈煤”煤質(zhì)優(yōu)良,具有低硫、低磷、低灰、高發(fā)熱量等特點,是優(yōu)質(zhì)的配焦用煤和化工用煤,適用于化工、電力等行業(yè)。煤炭產(chǎn)品暢銷華東、華南、華中等地區(qū)。

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

1 ?煤塵工業(yè)性質(zhì)

參照中國人民共和國國家標(biāo)準GB/T 212-2008煤的工業(yè)分析方法進行煤塵樣品的工業(yè)分析。主要使用馬弗爐、鼓風(fēng)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(fēng)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(zhì)

參照中國人民共和國國家標(biāo)準GB/T 476-2008煤的元素分析方法進行煤塵樣品的元素分析??梢?,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(fēng)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(nèi)置的傅利葉變換程序把紅外干涉譜圖轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)、化學(xué)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(gòu)型,還可以用于混合物的結(jié)構(gòu)定性和半定量分析。

煤塵的FTIR分析在北京大學(xué)化學(xué)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(shù):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(dǎo)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(zhì)組分,則賦予煤塵表現(xiàn)出一定的親水性質(zhì)。

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(zhì)含量有所不同,進而可以依據(jù)紅外光譜圖對樣品中所含的物質(zhì)進行定性分析,確定樣品中各個基團的含量,依進而依據(jù)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(xiàn)象,根據(jù)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(jù)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(yīng)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(shù)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(fēng)巷的煤塵粒度,可見回風(fēng)巷的煤塵粒度較細,而綜采面和掘進面的煤塵粒度相當(dāng),綜采面的煤塵粒度略小。進一步研究可以發(fā)現(xiàn),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(fēng)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(fēng)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(fēng)巷三種煤塵的特征粒度參數(shù)如表1所示。

5 ?結(jié)論

根據(jù)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(xiàn)為對潤濕性能的協(xié)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(shù),煤質(zhì)參數(shù)以及由紅外光譜分析得到的表面官能團數(shù)據(jù),通過對其進行關(guān)聯(lián)、數(shù)值分析和模擬,得出了煤塵潤濕性與相關(guān)煤質(zhì)參數(shù)(灰分、灰成分、表面官能團等組分)的關(guān)系,為掌握煤塵濕潤性的本質(zhì)原因提供了依據(jù),為有針對性研究濕潤劑配方及指導(dǎo)防塵實踐起到指導(dǎo)作用。

參考文獻

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