黄陵一号煤矿煤尘防治技术研究与应用.pdf

万方数据 万方数据 万方数据 尘效率稳定在 77.11。综掘工作面全尘降尘效率提高了 66.7，呼吸性煤尘的降尘效率 提高了 41.5，运行三个月全尘降尘效率稳定达 76.5，呼吸性煤尘的降尘效率稳定达 36.6。改善了井下作业环境，技术经济效果突出，安全与社会效益良好。 关 键 词煤矿抑尘技术；煤尘分析；煤尘润湿性；抑尘装置； 研究类型应用研究 万方数据 万方数据 agent, concentration of components in 1 0.5 2 organic compounds, inorganic salt, polymer, can effective to coal dust wetting and reunion, and the toxicity test results for non-toxic non-corrosive. 3 The dust suppressant adding system LDJY-200 /SL, composed of the reagent box, pressure balance tube, shrink tube, connection tube, throat tube and diffusion tube, is simple in structure. It can be combined with the existing spray dusting system and the dust suppressant adding system to a combined dust suppressant device, which can automatically operate synchronously with the working face, with simple operation. In the process of underground industrial test, the total dust removal efficiency of fully mechanized mining face is 77.848, and that of respiratory coal dust is 78.71. After three months of operation, the removal efficiency of total dust was 65.49, and that of respiratory coal dust was 77.11. Total dust removal efficiency of excavation face was 66.7, respiratory coal dust removal efficiency was 41.5, total dust removal efficiency was 76.5 and respiratory coal dust removal efficiency was 36.6. In particular, dust suppressant has a significant inhibitory effect on Si and Al particles, and a good removal effect on mineral particles such as aluminosilicate and carbonate mineral particles. It can effectively inhibit mineral particles containing higher SiO2, Al2O3and CaO, improve the underground working environment, achieve outstanding technical and economic effects, and achieve good safety and social benefits. Keywords Coal mine dust control technology;Coal dust analysis;Coal dust wettability;Dust suppression device; ThesisApplication research 万方数据 目录 I 目录 1 绪论.................................................................................................................................................3 1.1 研究背景及意义.....................................................................................................................3 1.1.1 研究背景.........................................................................................................................3 1.1.2 研究意义..........................................................................................................................4 1.2 国内外研究现状.....................................................................................................................4 1.2.1 国内研究现状.................................................................................................................5 1.2.2 国外研究现状.................................................................................................................4 1.2.3 存在的问题......................................................................................................................6 1.3 研究内容与技术路线...........................................................................................................8 1.3.1 研究内容.........................................................................................................................8 1.3.2 技术路线..........................................................................................................................8 2 黄陵一号煤矿煤岩与煤尘特征分析........................................................................................10 2.1 煤岩特征..............................................................................................................................10 2.2 煤尘产生及扬尘机理.........................................................................................................11 2.3 煤尘成分与性质...................................................................................................................11 2.3.1 煤尘成分........................................................................................................................11 2.3.2 煤尘的润湿性质...........................................................................................................24 2.4 本章小结...............................................................................................................................38 3 黄陵一号煤矿煤尘防治关键技术研究....................................................................................40 3.1 抑尘剂的开发与实验.........................................................................................................40 3.1.1 抑尘剂选取....................................................................................................................40 3.1.2 抑尘剂性能实验...........................................................................................................41 3.2 抑制剂添加系统开发..........................................................................................................51 3.2.1 抑制剂添加系统基本构成..........................................................................................51 3.2.2 井下抑尘装置研制.......................................................................................................54 3.3 本章小结...............................................................................................................................57 4 井下除尘工业性试验.................................................................................................................58 4.1 试验工作面概况.................................................................................................................. 58 4.2 试验过程与主要技术措施.................................................................................................59 4.3 试验效果分析......................................................................................................................63 4.4 本章小结...............................................................................................................................65 万方数据 目录 II 5 结论...............................................................................................................................................67 致谢..................................................................................................................................................68 参考文献..........................................................................................................................................69 附录..................................................................................................................................................72 万方数据 2 黄陵一号煤矿煤岩与煤尘特征分析 3 1 绪论 1.1 研究背景及意义 1.1.1 研究背景 黄陵一号煤矿建矿投产在 1989 年，一号煤矿作为黄陵矿业公司的第一个投产煤矿 至今已经近 30 年时间，矿井设计生产能力 420 万吨/年，经技改后产能增加到 600 万吨/ 年。地理坐标为东经 10855′33″～1097′58″、北纬 3539′25″～3550′ 36″。井田走向长 12～24km，倾斜宽 11～16km，面积约 208.5069km2。开拓方式为平 洞与斜井相结合，主运输系统为皮带运输机。巷道均沿煤层布置，分盘区进行回采。采 用长壁开采的采煤方法。一盘区、二盘区、四盘区已回采结束，目前主要生产盘区为六 盘区和三盘区[1]。 随着生产能力从 420 万吨/年增加到 600 万吨/年后， 矿井回采和开拓速度同步加快， 导致井下煤尘危害加重。一号煤矿的防尘系统主要以相对比较传统的喷雾、防尘网、捕 尘网等为主；以作业过程采取降尘措施为辅，如洒水降尘、净化水幕、爆破后洒水、湿 式作业等，虽取得了一定的降尘效果，但工作面的起尘和扬尘浓度仍然较高，工作面大 气能见度低。 结合现场实际，由于主要产尘点在相对狭窄人员密集的工作现场，在巷道内大量设 置传统喷雾不但会导致路面湿滑形成安全隐患，还会使工作现场潮湿让工作环境进一步 恶化， 增加风湿病和皮肤病等职业病的发病率。 若只在采煤机滚筒上和各个转载点使用， 降尘效果不尽人意；由于捕尘网和防尘网需要全断面铺设，使用过程中会增加系统巷道 通风阻力，造成风量不可控变化，同时由于全断面阻断巷道，给人员通行和物料运输带 来巨大的麻烦。后期采用了长压短抽通风除尘系统，除尘效果显著，但只能用于掘进工 作面，难以真正解决全矿井煤尘的问题。同时该系统机体体积大，占用掘进工作面大部 分空间，存在容易剐蹭风筒和磕碰人员的安全隐患，而且除尘风机工作时噪音较大，产 生了新的噪音危害，严重影响矿井的安全发展。 目前，在现有的装备和技术水平下黄陵一号煤矿的煤尘问题得不到有效解决，综采 工作面、综掘工作面、盘区回风大巷煤尘浓度及呼吸性煤尘浓度测定结果均不满足煤 矿安全规程规定的全尘浓度不得超过 4mg/m3、呼吸性煤尘浓度不得超过 2.5mg/m3的 要求，并且超过规程要求近 10 倍，因此一号煤矿对粉尘的治理迫在眉睫，研究防治煤 尘的新方法与新技术装备非常有必要，在保证职工的身体健康确保煤矿安全生产方面作 用十分重要。 万方数据 西安科技大学工程硕士学位论文 4 1.1.2 研究意义 一号煤矿粉尘防治系统还较为传统，虽经过近 30 年的引进与实践，形成了一套自 己的降尘除尘方法，但是仍然缺乏有效的解决手段。使用较为传统的喷雾降尘，虽使用 方便结构简单，通过水雾的碰撞、拦截和部分粘附等作用，使得颗粒偏大的粉尘能够与 水雾碰撞后因重力和惯性力而沉降降尘，但粉尘细小颗粒有较强的疏水性，且细粒粉尘 受重力影响较小，因此无法通过喷雾达到合格的降尘效果，同时细粒粉尘又是对人体肺 部损伤最大的粉尘。所以，非常需要开发和使用能改善粉尘的润湿效果的抑尘剂来提高 喷雾降尘效率，通过促进细粒粉尘结团凝聚达到沉降目的，进而提高喷雾的降尘效率。 彻底消除黄陵一号煤矿能见度降低的安全隐患、呼吸性煤尘浓度高的职业病隐患和高浓 度煤尘增加新型设备磨损影响寿命和精度的危害[2]。 1.2 国内外研究现状 煤矿产尘地点主要是综采工作面、综掘工作面和风速较高的回风大巷。其中综采工 作面和综掘工作面是井下主要的人员和设备聚集场所，产尘量占全矿井总产尘量的85 以上，针对这两个工作现场防尘技术的探究成为了各个产煤国的主要研究方向。 1.2.1 国内研究现状 喷雾除尘方面，目前国内在采掘生产作业时采用了各种喷雾除尘技术，包括采煤机 和综掘机的内外喷雾、支架喷雾和转载点喷雾等，并且在原有的传统喷雾基础上发展了 智能控制系统，解决了传统喷雾大部分采用手动，使用不便工作量大问题[1]。如今很多 综采工作面采用了跟机自动除尘智能控制系统，该类系统成功地融合了采煤机和掘进机 的喷雾供水水电闭锁、液压支架自动喷雾降尘和转载点自动喷雾降尘等技术，通过传感 器感应支架位置，通过电磁阀控制支架喷雾自动开启，不必要区域不开启喷雾，改善工 作环境提高水利用率，喷雾相关设备发展快速[3]。 除尘器除尘技术发展在我国发展也非常迅速，已研制出了湿式纤维除尘器、干式气 动阻滤旋转除尘器和干式布袋除尘器等多种类型。除尘器现已在部分掘进工作面和采煤 工作面使用，对改善除尘效果作用明显。空气幕隔尘技术在 20 世纪 60 年代末由英国科 学家首先提出，后被其他产煤国纷纷采用并引入到我国，此技术在我国煤矿井下应用并 不广泛。此技术在井下最早应用在采煤机上，通过高压喷嘴喷出水雾的引射流带动空气 流动形成气流实现空气幕隔尘， 而在掘进工作面多使用压风系统的风通过喷嘴形成空气 幕[4][5]。 国内关于化学抑尘技术的研究始于 20 世纪 80 年代，经过多年的努力，目前我国在 万方数据 2 黄陵一号煤矿煤岩与煤尘特征分析 5 化学抑尘技术的研究方面取得了较快的发展，先后开发和使用了不同类型的抑尘剂进行 粉尘抑制[6]。 我国有专利权的矿用降尘剂有 20 余种，抑尘剂研究与国外相比尚有一定差距，主 要体现在表面活性剂单体少，质量差，降尘效率低较清水一般高 60 ～90 ，降尘剂 成本相对较高等方面。 近年来，国内已有学者进行了粉尘湿润性的研究。吴超博士的研究卓有成效，证明 阴离子表面活性剂添加 Na2SO4等电解质可以改善煤尘的湿润能力。 中国矿业大学的舒 新前等人通过对煤尘进行保水、润湿和凝聚性能测试，得出了较为满意的抑尘剂配方。 [9]在对我国许多矿区煤尘性质进行分析和测试的基础上，开发了新型煤尘抑尘剂，近年 来已经广泛用于神华宁煤集团、山西潞安环保能源公司、山东新汶矿业公司、枣庄矿业 公司、西山煤电集团、汾西矿业公司、阳泉矿业公司、山西煤运集团、国投能源公司、 铜川照金矿业公司、大同矿业公司，进行井下工作面粉尘高效抑制，取得了良好的降尘 效果[7]。 有关抑尘剂的试验研究， 一般是在卤化物和无机盐如 Na2SO4、 NH42SO4、 Na2S 、 NaHCO3等中添加某种表面活性剂 如 2-乙基己丙基双磺基丁二酸钠、聚乙烯醇、羟基 烯基纤维素、脂肪酸、月桂酸酯、十二烷基磺酸钠等的技术方法[8]。 进入 20 世纪 90 年代，我国学者开始了对黏结剂的研究。中国科技大学金龙哲等人 采用 NCZ-1 隔尘帘方法在综采工作面的回风巷道中进行降尘实验，论述了载体的载液 性能、巷道风速以及抑尘剂本身的抑尘能力等因素对控制煤尘效果的影响。中国市政工 程华北设计院研发了由丙烯酸酯共聚物、乳腊 XT-SE-1 等组成的水状悬浮液，将其洒 于煤及粉料堆场表面，形成固态薄膜层起到抑尘作用。杜翠凤、蒋仲安等人将黏结剂溶 液喷洒在煤堆表面后，能使煤堆表面黏结形成具有一定强度的硬壳，具有防尘作用。孙 三祥等人使用以高聚物 POL 为基料的黏结剂，控制运煤列车煤尘，研究了抑尘效果与 温度、湿度、雨淋情况、药剂浓度等因素的关系。这些黏结剂大多数为吸湿性的盐类， 有卤化物、氧化钙、聚合物等 [9] [10][11]。 我国已有学者进行凝聚剂的研究。兰州大学的柳明珠等人用聚丙烯酰胺与洋芋淀粉 枝节共聚，制得高倍吸水性聚合物，在室温 24h 内可吸蒸馏水 5085 倍。韩放等人采用 CM1、CM2 抑尘剂在抚顺西露天矿进行了冬季路面防尘的可行性试验，证明抑尘剂具 有较强的吸湿性和抗冻性。典型的粉尘凝聚剂是由高分子聚合物和 CaCl2、MgCl2组成 的，多数应用于路面抑尘 [12]。 1.2.2 国外研究现状 国外各国采用的除尘技术不同，效果比较好的技术主要有高压外喷雾技术、除尘器 除尘技术、化学除尘技术和空气幕隔尘技术。 万方数据 西安科技大学工程硕士学位论文 6 高压外喷雾技术在法国、前苏联和美国都有较早的应用，降尘效果较传统喷雾提高 30，该技术主要是利用高压喷雾降尘和负压喷雾降尘原理，喷吸装置向尘源区域喷射 雾流降尘，喷射同时，在喷吸装置内部的射流后方形成负压区，含尘空气被喷吸装置尾 部负压场吸入并通过喷吸装置再喷射出去，在这一过程中将煤尘捕获下来。该项技术结 构简单，运行效果较好，避免了含尘气流污染采煤机、掘进机司机作业区间和向人行道 空间扩散[13]。 在除尘器除尘技术方面美国采用了除尘风机、湿式纤维除尘器、小旋风除尘器等设 备；英国在掘进巷道及掘进机上采用了湿式洗涤除尘器和湿式过滤除尘器；德国在破碎 机处、转载点、掘进机上采用了干式布袋除尘器，还有空气幕隔尘技术是 20 世纪 60 年 代末由英国首先提出的控尘技术，而后扩展至世界其它主要产煤国，该技术是利用在条 形风口中吹出条缝形空气射流，实现污染源散发出来的污染物与周围空气隔离的效果， 从而保证工作区的卫生条件[14]。 各国在煤尘抑制剂研究方面取得了许多成果，代表性的有美国开发的 DCL -1803 型黏结剂和 Conherex 型黏结剂、英国的Wesling -120 抑尘剂、前苏联的 OΠ系列和环 亚胺型降尘剂、德国的Mon- 46 tan型黏结剂、日本的SS剂和TH -C剂、南非的ANT -1 型 疏水防尘剂、波兰的卡波剂等。药剂多为天然石油树脂与湿润剂配制的乳液，或为高芳 香族的物料与重油渣乳液， 以及由CaCl2、 M gCl2、 石灰、 硅酸钠等混合而成的吸湿剂等。 国外有关化学抑尘剂的研究与应用多见于路面抑尘。近年来，研究趋向于降低降尘剂配 方的使用浓度。如俄罗斯研制的分别含有环亚胺、聚乙二醇、脂肪酸、二羟乙基胺等成 分的降尘剂，其使用浓度在0.001 ～0.0001 时，仍具有很高的湿润效果。关于矿山防 尘路面用的抑尘剂研制与更新的速度较快，己从采用沥青、重油和无机盐类物质开始向 有机高分子黏性聚合物过渡， 从单纯依赖其物理作用过渡到利用其物理化学作用综合抑 尘[15-19]。 1.2.3 存在的问题 （1）现有喷雾除尘技术，高压外喷雾技术除尘效果比较好，但是由高压泵提供水 压的外喷雾使用地点有限，高速射出的水雾对人有伤害，受限于国内装备制造能力，很 多煤机的内外喷雾效果达不到国外水平，低质量喷雾设备大量安装在采掘工作面，尽管 采用了自动化、高压法等多项改进，依然无法有效解决呼吸性煤尘的问题，工作面的煤 尘浓度依然超标，在现场使用过程中存在过量的喷雾洒水量大导致工作面潮湿滑，存在 次生职业病危险和现场作业次生风险，在不能完全解决煤尘问题的同时又引入了新的问 题。 （2）除尘器方面，国内外现有的除尘器大部分依赖风机收集含尘空气，设备一般 体积大、较笨重，除尘效率一般并严重依赖于耗材的使用和人工的维护，同时消音效果 万方数据 2 黄陵一号煤矿煤岩与煤尘特征分析 7 不好，能耗大，难于安装和移动。尤其在设计尺寸不大的巷道内，空间狭小难以给除尘 器提供有效的安装空间，在有限的作业空间内巨大的噪音给工作面增加了次生危害。还 有空气幕隔尘型除尘器，此技术在井下最早应用在采煤机上，通过高压喷嘴喷出水雾的 引射流带动空气流动形成气流实现空气幕隔尘，在现场使用过程中发现采煤机滚筒尺寸 较大，旋转过程中将碎煤和煤尘扬起高度较高，外喷雾形成的空气幕不能有效隔绝煤尘 的产生； 而在掘进工作面多使用压风系统的风作为动力源， 在合适的位置安装气流喷嘴， 采用风喷嘴形成空气幕，在使用过程中出现工作面的压风系统无法负担，会直接影响巷 道支护用风，造成风动锚杆机等设备风压不足等问题。 （3）化学除尘方面，各国开发的化学药剂大部分在原理上都是发挥药剂粘结作用， 更应称为粘尘剂，主要作用是提供降落煤尘的黏附和固结，多用于道路路面、地面、巷 道煤尘的粘结，使之不在短时间内二次扬起，很少有增加煤尘润湿性起到尘源抑制作用 的抑尘剂。 也就是说目前大多数抑尘剂都不是用于对尘源处扬起但没有完全进入大气中 的煤尘进行直接抑制，在煤尘进入大气中形成大气颗粒物前进行抑制，煤尘已经影响井 下大气环境。根据我们对于防尘领域现状的研究和防尘各项技术发展趋势的研究，防尘 方面发展了多项新成果，防尘工作得到了一致的重视取得了可喜的进展，新的工艺、新 的技术、新的材料和新的产品等不断推出，但由于现场条件复杂，经常多种影响因素交 织影响故这些技术和现场需求还有一定距离[20]。 针对黄陵一号煤矿井下情况进行综合分析，首先一号煤矿井下采高平均为 2.5 米， 部分工作面只有 1.5-1.8 米的采高，这直接导致了除尘器的大量引进使用受到了极大的 限制，本来就不够宽广的工作现场再摆放大尺寸除尘器很难实现，为了节省空间将除尘 器的消音部分进行了缩减，带来了工作的不便和极大的噪声污染，这也是黄陵矿业公司 一号煤矿引进除尘风机后使用效果不佳的主要原因；一号煤矿在喷雾除尘方面前期进行 了大量投入，在支架间、采煤机外喷雾、转载点喷雾、顺槽喷雾集中消尘区等设备的投 入和建设上有一定的基础。 综合考虑上述情况最大化利用现有资源的基础上我们制定了喷雾除尘化学除尘 除尘器除尘的方向进行研究，现在喷雾除尘成熟且在用，亟待研究解决的是化学除尘的 抑尘剂开发问题除尘剂喷洒优化使用问题，形成针对黄陵矿业一号煤矿的抑尘装置配套 组合，通过抑尘剂添加到喷雾实现降低煤尘尤其是呼吸性煤尘的目的。所以，一种能够 与目前井下已经大量形成的喷雾除尘设备相匹配使用，用于对尘源处扬起但没有完全进 入大气中的煤尘进行直接抑制的抑尘剂，才是我们目前解决矿井煤尘问题急需的试剂， 这就是本研究急需解决的问题。 万方数据 西安科技大学工程硕士学位论文 8 1.3 研究内容与技术路线 1.3.1 研究内容 1 研究黄陵一号煤矿煤岩与煤尘特征，利用 Leco MAC 分析仪、相关国家标准方法进 行煤尘的工业分析和元素分析， 再参照国家相关标准方法利用化学分析进行煤尘的灰成 分分析，再对煤尘样分别进行粉尘的润湿性质研究，最后利用扫描电镜（SEM）和激光 粒度分析仪测定煤尘的粒度组成并研究其颗粒形态，为是否研制抑尘剂和研制什么样的 抑尘剂提供数据基础保障； 2 基于黄陵一号煤矿煤尘抑制机理与技术，研究煤尘的润湿性质，利用筛选出的能够 显著改善煤尘润湿性的表面活性剂和相关添加剂，通过合理配伍制成以表面活性剂为基 础，添加不同金属盐类、不同有机化合物或者混合物的系列抑尘剂，进行煤尘润湿性的 促进试验。进一步结合实验室模拟试验，对抑尘剂的原料配比进行合理调配，开发出适 合黄陵煤有效润湿抑制用的系列抑尘剂。 3 利用文丘里管的原理，结合工作面现场情况开发设计不同抑尘剂添加系统设备。 4 通过对示范试验结果进行系统的检测和后续追踪，进行黄陵一号煤矿井下工作面高 效降尘示范试验技术经济分析和评价， 包括试验设备与系统研发、 试验过程与主要措施、 试验效果分析等。 1.3.2 技术路线 本文的技术路线如图 1.1 所示。 万方数据 2 黄陵一号煤矿煤岩与煤尘特征分析 9 图 1.1技术路线 黄陵一号煤矿煤尘防治技术研究 研究背景及意义 煤尘抑制机理与技术究 煤矿煤岩与煤尘特征分析 煤尘的产生 及其特征 煤尘成分与 性质 扬尘机理 井下抑尘装 置研制 抑制剂及其 添加系统 煤尘的湿润 性质分析 防治技术井下工业性试验 试验设备与 系统研发 试验效果分 析 试验过程与 主要措施 总结分析完成论文研究 万方数据 西安科技大学工程硕士学位论文 10 2 黄陵一号煤矿煤岩与煤尘特征分析 2.1 煤岩特征 黄陵一号煤矿赋存 1、2、3 号煤层，其中只有 2 号煤层一层煤可采。2 号煤层平均 厚度 2.02m， 最大厚度 5.56m。 有 0～3 层夹矸， 夹矸厚度平均 0.15m， 部分区域达到 1m， 夹矸主要为灰色炭质泥岩，2 号煤呈黑色，有褐色及褐黑色条痕，沥青及玻璃光泽，断 口为阶梯参差状，呈条带线理状结构，具块状层状构造；质硬而且脆，内、外生裂隙较 为发育并为方解石及黄铁矿薄膜等充填。另外，煤层中还含有少量黄铁矿结核及菱铁质 鲕粒等。煤易燃、烟浓，具有熔融膨胀现象。 煤层顶、底板岩性特征如下 伪顶是层状黑色或砂质泥岩，少部分是炭质泥岩，厚度不大于 0.5m。松软易碎，极 不稳定，随采随落。 直接顶是砂质泥岩， 局部是粉砂岩和砂泥岩互层， 层理发育， 易风化破碎。 厚度 0～ 19.79m，一般 9m。直接底与直接顶一样为泥岩，厚度 2～6m。岩性松软，遇水膨胀。 老底为灰白色灰绿色细砂岩及粉砂岩[18]。图 2.1 为煤层综合柱状图 图 2.1煤层综合柱状图 矿井为高瓦斯矿井，瓦斯绝对涌出量 125.9m3/min，相对涌出量 10.88m3/t。此外， 万方数据 2 黄陵一号煤矿煤岩与煤尘特征分析 11 通过煤尘爆炸性和煤层自燃性能鉴定， 鉴定结果表明黄陵1号煤矿煤尘具有爆炸危险性， 煤的自燃倾向性为Ⅱ类自燃。 根据黄陵一号煤矿的煤岩特征我们可以发现，由泥岩和砂质泥岩形成的伪顶在采动 和掘进过程中垮落，由于煤厚不均匀，回采和掘进过程中也会割少部分顶底板，煤尘主 要是煤体和上下临近岩层在遭到生产破碎过程中形成的细小颗粒物。 2.2 煤尘产生及扬尘机理 煤矿井下煤尘作为开采过程中产生的微细颗粒物，普遍存在于煤矿井下的各个工作 地点和巷道中，煤尘的产生直接决定了我们除尘降尘的方法，黄陵一号煤矿煤尘的产生 主要有以下几种 1综采工作面的产尘。产尘的工序主要有采煤机切削煤壁、刮板运输机装煤、转 载机转载、胶带运输机运煤的抖动、液压支架移架、运输转载点落煤、采空区垮落等。 2综合掘进工作面的产尘。产尘工序有综掘机截割煤壁（岩壁）、二运转载点装 落煤、锚杆钻机支护施工、喷浆支护、煤矸运输转载等。 3其他各个地点的产尘。巷道维修的锚喷作业、煤仓煤炭的装卸点、主运输巷道主 运皮带运输过程、等辅助运输车辆尾气、爆破作业、煤仓放煤等。 扬尘机理主要是生产过程中产生的煤尘和岩尘颗粒物，在各种生产运输设备的机械 动力扰动下形成扬尘、煤在转运的下落过程中受风力影响形成扬尘、爆破作业冲击波引 起扬尘等[21][22]。 2.3 煤尘成分与性质 2.3.1 煤尘成分 煤尘性质随着煤的形成条件和变质程度不同而不同。显然了解和研究原煤的组成， 是认识和理解煤尘基本性质的基础，也只有充分了解煤尘的成分，才能根据不同成分对 不同试剂的反应来初步选取配置抑尘剂的试剂，缩小选择范围，让后期的试验范围可控 成为可能。 煤由有机成分和无机成分两部分组成。有机组成主要是氮、碳、氧、氢、硫等元素 的复杂高分子化合物。煤成分大部分是有机物，煤炭性质的主要决定元素。结构是由几 个或十几个苯环、脂环、氢化芳香环以及杂环含 N、S、O组成的大分子。也就是说， 煤的有机组成是这些结构单元集合而成的以芳香大分子为主体的复杂化合物。通常，可 以用碳和氢的芳香度farC、 farH以及缩合环数作为表征煤芳香大分子结构的主要结构参数， farC与 farH的含量由变质程度的高低决定，越高就越大，缩合环数也越大。煤中有机物大 分子的周围还含有氧以及少量 S、N 以及其官能团和侧链组成的一些较小的分子结构， 万方数据 西安科技大学工程硕士学位论文 12 它们一般随着煤变质程度的升高而降低。煤中的氧主要以两类形式存在首先是如羧基 COOH是褐煤的特征官能团、羰基CO在煤中也广泛分布、酚羟基OH是烟煤 的特征含氧官能团、醌基和甲氧基OCH3是泥炭和软褐煤的特征官能团；然后是醚氧 键O、氧桥键和呋喃环等，多存在年老煤中。煤尘含氧官能团的形态和含量，直 接影响煤的亲水性、疏水性，含氧官能团会随煤变质程度升高而降低。所以随着含氧官 能团的数量增加，亲水性增强。煤的分子结构基本单元如图 2.2 所示。 无机成分主要是水分和矿物质，其中水分包括吸附水、结合水、化合水等，含量一 般为 3～10。矿物质是煤中的主要无机组成，其含量一般为 10～25，含量变化及其 组成对煤和煤尘的性质，特别是润湿性质有重要的影响[23]。 图 2.2 不同煤的分子结构单元 黄陵一号煤矿的综采工作面和准备巷道综掘工作面沿煤层布置，所以主要运输系统 和生产现场产生的煤尘主要以煤尘为主， 相对简单； 开拓综掘巷道采用半煤岩巷道布置， 顶底均切割部分岩石，岩石主要为泥岩和砂质泥岩，同时会进行喷浆作业，产生富含硅 酸盐的矿尘，增加了