长平煤矿煤的产尘性能研究

2006年4月矿业安全与环保第33卷第2期长平煤矿煤的产尘性能研究赵恩彪,王自亮,隋金君汪春梅(煤炭科学研究总院重庆分院重庆400037)摘要通过试验对长平煤矿的未浸泡煤样和用水浸泡煤样的产尘能力、煤破碎性指标、煤破碎程度指标及呼吸性粉尘在粉尘中含量进行测试和计算分析得出浸泡煤样在产尘能力和呼吸性粉尘在粉尘中含量等方面均比未浸泡煤样有所下降,可为煤体注水防尘提供参考。关键词:产尘能力;煤破碎性指标;煤破碎程度指标;呼吸性粉尘中图分类号:TD714文献标识码:B文章编号. :1008-4495( 2006 )02 - 0015 - 02在煤矿井下的采煤、掘进、运输、提升等生产过群体,它的粒度分布范围都符合罗森-拉姆勒程中产生的粉尘,70% 以上的是煤或岩石被外部能( Rosion - Rammlai)分布 ,因此可用两个分布参数来.量破碎时产生的。煤(岩)本身产尘能力、煤层厚度、表示粉尘的粒度分布状况。第一是煤(岩)破碎性指含水量等因素不同使它们在相同破碎条件下各项产标N,它表征物质是否易破碎和破碎后粉尘的分散尘性能指标也不同。测量不同煤(岩)不同煤(岩)性即粒度分布范围,N越大粉尘的粒度分布范围越层的试样在同等能量破碎时的产尘能力、煤破碎性.窄,反之越宽第二是煤(岩)破碎程度指标λ ,它表指标、煤破碎程度指标和呼吸性粉尘在粉尘中的含征物质被破碎后产生的粉尘中细粉尘多少λ值越量能全面评价各种煤(岩)层的产尘特性及煤矿井大细粉尘越多。计算公式如下:下粉尘状况,为煤矿粉尘分级管理和选用合理、经济R = 100exp(- λd")(2)的防(除)尘措施提供依据'1。式中R一-筛上(大于某粒径d)累积质量百分数%;1煤和岩石的产尘性能指标.d--粒径μm;煤和岩石的产尘性能是指煤和岩石在破碎过程λ一煤(岩)破碎程度指标;中产生的粉尘量及粉尘粒度分布状况,通常用煤和N一煤(岩)破碎性指标。岩石产尘能力来表示。煤和岩石的产尘能力是表征令t = lg2-lg R)x=lgd,a=N,b= lgλ'则煤在外力作用下产生细微粉尘的能力。在相同破碎式(2)变为标准式3]:条件下煤(岩)在单位能量作用下产生细微粉尘其t=ax+b(3)含量与破碎能量成正比其比例常数即为产尘能力。式中λ'= 0.434λ通常的产尘能力计算公式如下[21:综上所述煤和岩石的产尘性能指标应该用P ,P= GI( 10E )(1)Nλ三个指标来确定。P--煤岩)的产尘能力g/J;破碎过75 pμm筛孔的粉尘量gi2试验步骤与结果计算E-每次落锤能量 J。煤和岩石破碎后产生粉尘的粒度分布状况是指.2.1制样从晋城矿务局长平煤矿现场采集4块煤,每块粉尘的大小及分布范围。这一因素直接决定了产生煤大约为200g ,用塑料袋密封。取2块煤放在水中呼吸性粉尘量。粉尘是由不同粒径的颗粒物组成的浸泡-周把未浸泡的2块煤块和在水中浸泡过的2块煤中国煤化工为12mm和15mm的收稿日期2005 -06- 15筛子MHCNMHGnm的颗粒试样,从每个作者简介:赵恩彪( 1982- )男辽宁锦州人,2004 年毕业煤颗粒试样中称取2组40g颗粒试样作平行实验。于辽宁工程技术大学电气工程系现从事粉尘监测、治理及其2.2测试方法仪器仪表开发工作。用MC-1型产尘装置对煤进行破碎每个试样15.2006年4月矿业安全与环保第33卷第2期落锤10次筛分5次用电子天平称量过75 μm筛孔表1过75 pum筛孔的粉尘量的粉尘量结果见表1。粉尘量/g试样种类将破碎过75 pum筛孔的粉尘进行粒度分析,测平均值得粉尘的粒度分布结果见表2。未浸泡煤样5. 615.475.54浸泡煤样4.214.394.30 .表2煤样粒度 分布测试结果%粒度分布d150μm 100pm 80μm 60μm 50μm 40μm 30 pum 20 pum 10μm 8 pum 7 pμm 6 pμm 5 pum6.88.419.930.349.263.793.494.595.596.597.2未浸泡5.29.830.937.450.176.586.4 95.6 96.8 97.1 97.7 98 .3煤样9.125.433.849.670.195.796.397.197.88.812.935.247.166.580.793.096.497.1 97.4 97.8 98.1浸泡7.948.552.270.485.394.895.996.9 97.68.311.033.147.859.475.589.295.697.097.4 97.92.3结果计算表3煤样产尘性能测试结果每次落锤能量E为20J把E和G值代入公式产尘能力破碎程度破碎性呼吸性粉尘(1)计算出煤的产尘能力P。把R,,R2值和d值代入(d<7.1 pum)K mg/J)指标19标准式3)经过计算机拟合得到曲线见图1、图2。27.71.4x 10-31.6753.721.51.2x 10-31.6573.0" -1.675-3-22333结果分析未浸泡煤样产尘能力为27.7 mg/J 浸泡煤样产尘能力为21.5 mg/J依据表4对比得出2种煤样的产尘能力都比较大,浸泡后的煤样产尘能力降低了22.4%,说明浸泡煤体能降低煤的产尘能力。9表4不同煤矿产尘性能试验数据表.3456781020 30 405060 80100d/μm煤矿试样产尘能力破碎 程度( d<7.1 pm)( mg/J)图1未浸泡煤样罗森分布拟合图.1%中梁山煤矿24.015.4x 10-1.18914.4南桐鱼田堡煤矿18.911.9x 10- 3 1.21311.8y=1.657 x-3.294 7双鸭山宝山矿1.7906.9舒兰古舒矿5.5x 10-31 .4108.2开滦赵各庄矿20.310.3x 10-31.396焦作朱村矿21. I14.4x 10-13.3平顶山一矿21.84.2x10-3 1.4036.2大同永定庄矿15.04.7x 101.400o5煤样破碎性指标N分别为1.675和1.657依据表4对比得出,N 值偏大,煤破碎后粒度分布范围小浸泡后的煤样的破碎性指标降低了1.1% ,说明0 30 405060 80100浸泡煤体对煤被破碎后粒度分布范围影响不大;煤样破中国煤化工1 4和0.001 2依据表图2浸泡煤样罗森分布拟合图4对比YHCNMHG的煤样的破碎程度指根据直线方程求出煤的破碎程度指标入煤破标降低了14.2% ,说明煤破碎后粗粉尘占的比例大碎性指标N通过粒度分布结果求出d < 7.01 pμm的而细粉尘占的比例小浸泡煤体可以很大程度上减呼吸性粉尘在粉尘中的比例结果见表3。(下转第19页)16.2006年4月矿业安全与环保第33卷第2期手40对比a1可以看出:①当夹层在底板破坏深度范围内时( 8.4 ,16.8 m)无论其位置如何,底板破坏在软弱夹层附al123b1b2，b3b4b5b6c近表现为顺层破坏,同时由于软弱夹层可吸收较多模型类别图5相同开采条件下不同底板模型破坏深度的变形能对应力传递起到一定折减作用,与al相岩层的力学性质决定强度越高,破坏深度越小。从比其破坏深度变小。②随着软弱夹层位置的下移当夹层位于底板图5中可以看出:从al到a3,随着底板岩石内聚力破坏深度以下时( 31.6 m),其破坏深度主要由夹层和弹模的依次降低其强度变弱，从而导致底板破坏上部岩石性质决定其破坏深度与al相当。深度依次增大。2)对于b类海陆交互相沉积底板,其破坏深度4结论决定于以下3个方面:①底板的平均强度，这主要反通过对完整水平层状煤层底板的数值模拟研映在底板岩层硬质岩层与软弱岩层之间的厚度比。究，得出以下结论:软弱岩层越厚,其破坏深度越大。图5中以砂岩为1)均质底板的应力由采前的线性变化调整为曲主的模型b4的破坏深度小于以泥岩为主的b3。②线变化,调整点位置趋于一致其破坏深度主要由底底板各岩层的排布、组合方式。底板各岩层的种类板岩石的力学性质决定强度越高破坏深度越小;和厚度相同,仅排列方式不同当砂岩为煤层的直接2)海陆交互相底板的应力也由线性变化调整为底板时其破坏深度相对较小,bl ,b6 的破坏深度分曲线变化,但其调整点位置因底板结构的不同而各别小于b2 ,b5。③底板岩层交互层数越多强度越异其底板破坏深度由底板岩体的平均强度、排列组低破坏深度也越大,b3 ,b4的破坏深度要小于有着合方式和交互层数3种因素综合影响;同样岩性组成的b5 ,b6。3)为了讨论软弱夹层的存在对底板破坏深度及3)肖软弱夹层位于底板破坏深度内时,表现出地应力调整的影响，该次模拟将软弱夹层单独列出来顺软弱层破坏,且 破坏深度变小。加以分析。分别模拟了软弱夹层位于煤层以下8.4 ,参考文献:16.8 31.6 m时的情况来讨论夹层所在位置的不同对底[1]李连崇.承压水煤层底板突水的数值试验研究[ D]沈板破坏深度的影响其底板破坏深度见图6。阳东北大学20035[2]樊成.煤层底板岩体结构及其阻水能力评价[ D].淮南:淮南工业学院2002[3]许学汉,王杰.煤矿突水预报研究[M].北京:地质出版8.431.6社,1991软弱夹层距底板顶面距离/m(责任编辑:吕晋英)图6不同夹层位置底板破坏深度(上接第16页)少细粉尘含量。泡煤体后产尘能力降低了22.4%破碎性指标降低未浸泡煤样的呼吸性粉尘在粉尘中含量为.了1.1%破碎程度指标降低了14.2% ,呼吸性粉尘3.7%浸泡煤样呼吸性粉尘在粉尘中含量为3.0%，在粉尘中含量比原来降低了19% ,因此建议长平煤依据表4对比得出煤破碎后产生的呼吸性粉尘浓矿采用煤体注水防尘。度不大,但浸泡后的煤样的呼吸性粉尘在粉尘中含量比原来降低了19%，很大程度上降低了呼吸性粉尘在粉尘中含量对预防尘肺病起到了很大的作用。[1]宋世钊译.煤矿防尘手册[ M].北京:煤炭工业出版社,1986[2]史中国煤化工研究报告[ D]重庆煤炭通过测试和计算揭示了长平煤矿煤的产尘能[3] 3TH_ CNM H! G算与分析[ J].煤炭工程力偏大煤破碎后粒度分布范围宽，粗粉尘占的比例师(现《矿业安全与环保》) 1994 2X6)大而细粉尘和呼吸性粉尘占的比例小,可选用造价及运行费用较低的主要处理粗粉尘的防尘措施。浸19 .