礦井粉塵的分散度及其微觀特征分析

李 巖

（霍州煤電集團(tuán)有限公司通風(fēng)部，山西 霍州 0314000）

·試驗(yàn)研究·

礦井粉塵的分散度及其微觀特征分析

李 巖

（霍州煤電集團(tuán)有限公司通風(fēng)部，山西 霍州 0314000）

采用濾膜采樣、顆粒顯微圖像分析與統(tǒng)計(jì)的方法，測(cè)定了礦井不同作業(yè)工序條件所產(chǎn)生粉塵的分散度及微觀特征。結(jié)果顯示，在礦井不同的作業(yè)工序條件下，所產(chǎn)生粉塵的分散度及顯微圖片存在顯著差異，意味著不同工序所產(chǎn)生粉塵的危害程度有所不同。對(duì)于不同的操作工序而言，大多粉塵試樣的粒徑頻率直方圖呈現(xiàn)單峰分布的形態(tài)，且所產(chǎn)生的小于10μm的顆粒占有較大的比例。綜合對(duì)比四種作業(yè)工序可知，部分工作面打眼和錨桿支護(hù)作業(yè)所產(chǎn)生的粒徑小于2μm的顆粒的比例占到27%。割落煤及掘進(jìn)過程所產(chǎn)生的粉塵大多分布在2～5μm的粒徑范圍內(nèi)，其比例分別為33．7%和42．44%。而通風(fēng)排放瓦斯過程所導(dǎo)致的逸散粉塵的粒徑主要在小于10μm的范圍，且粉塵粒徑小于5μm的顆粒所占比例差別不太顯著。研究結(jié)果對(duì)于礦井各作業(yè)工序粉塵危害的評(píng)價(jià)及降塵方式的合理選取提供了一定的依據(jù)。

煤礦；粉塵；微觀特征；分散度

礦井生產(chǎn)作業(yè)過程所產(chǎn)生的粉塵的危害性是眾所周知的，且隨著采掘機(jī)械化程度的不斷提高而日趨嚴(yán)重。

通常，生產(chǎn)性粉塵多由不同粒徑的顆粒所組成，而不同粒徑的顆粒對(duì)人體危害也截然不同。已有的研究結(jié)果顯示，空氣動(dòng)力學(xué)直徑＜10μm的塵粒可進(jìn)入呼吸道深部，如氣管、支氣管、無纖毛的細(xì)支氣管及肺泡等區(qū)域，而在肺泡內(nèi)沉積的粉塵大部分是＜5μm的塵粒，特別是＜2μm的塵粒。了解粉塵粒度的分布情況，根據(jù)粉塵粒度的分布及性質(zhì)，正確選擇除塵方法，對(duì)于降低粉塵的危害具有至關(guān)重要的意義［1-2］。

礦井粉塵的分散度用于表征生產(chǎn)過程中煤巖體被粉碎的程度，是礦井粉塵整體構(gòu)成中不同粒徑范圍內(nèi)的塵粒所占的百分比，是衡量粉塵顆粒大小及評(píng)價(jià)其危害程度的一個(gè)重要指標(biāo)。對(duì)粉塵的分散性的測(cè)定不但可深入了解作業(yè)過程粉塵的危害程度，并可基于各作業(yè)過程粉塵的分散性，采取合理有效的防塵措施［3-4］。

本文對(duì)霍州煤電集團(tuán)曹村煤礦不同操作工序條件的粉塵進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)取樣，采用光學(xué)顯微鏡法對(duì)粉塵的分散度進(jìn)行了測(cè)定與分析。

1 測(cè)試原理及方法

1．1 樣品采集

本測(cè)試中粉塵的采樣采用濾膜采樣法，使用粉塵專用采樣器在工作面現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行粉塵的采集，采集后將富集煤塵的濾膜置于密封袋中，送回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試與分析。

1．2 顯微觀察及統(tǒng)計(jì)

粉塵樣品分散度的測(cè)試采用顯微鏡法，參照GBZ/T192．1-2007所規(guī)定粉塵分散度測(cè)定方法進(jìn)行。

將富集粉塵的濾膜溶解于有機(jī)溶液中，形成粉塵顆粒的懸濁液，滴1滴在顆粒顯微圖像分析儀的載物片上，制成測(cè)試標(biāo)本，樣品的制作參考《樣品制備-粉末在液體中的分散方法》（GB/T 20099-2006）。

顆粒圖像的分析試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)參照《粒度分析圖像分析法第1部分：靜態(tài)圖像分析法》（GB/T 21649．1 -2008）。

樣本統(tǒng)計(jì)以不低于200個(gè)顆粒為準(zhǔn)，采用頻率直方圖的方式進(jìn)行標(biāo)識(shí)各不同粒徑范圍內(nèi)顆粒所占的比例。

2 結(jié)果與分析

2．1 打眼及錨桿支護(hù)所產(chǎn)生粉塵的分散度分析

打眼和錨桿支護(hù)工序是礦井作業(yè)中的普通且常見的的操作工序，雖然部分操作采取了濕式打眼操作，但操作過程中粉塵的產(chǎn)生仍在所難免。本測(cè)試中打眼及錨桿支護(hù)工序過程中所產(chǎn)生粉塵分散度的測(cè)定結(jié)果見圖1。

圖1 不同地點(diǎn)錨桿支護(hù)過程中粉塵的分散度圖

由圖1可知，對(duì)于錨桿打眼作業(yè)，小于10μm的顆粒所占較大的比例，分別為73．23%（11-11121工作面）、68．29%（11-2142工作面）和69．68%（2-12011工作面）。對(duì)于11-2142和2-12011工作面來講，其分散度的分布呈單峰分布，意味著粒徑在2～5μm的顆粒占較大比例，而對(duì)11-11121工作面來講，對(duì)人體呼吸系統(tǒng)危害最大的粒徑小于2μm的顆粒的比例最大，占到27%，而另外兩個(gè)測(cè)點(diǎn)小于2 μm的顆粒所占的比例為15．33%（11-2142工作面）和19．25%（2-12011工作面）。

不同地點(diǎn)錨桿支護(hù)過程中粉塵的顯微圖片見圖2。

圖2 不同地點(diǎn)錨桿支護(hù)過程中粉塵的顯微圖片

從圖2可以看出，在相同的樣本制作程序下，11 -11121工作面所取煤塵試樣的小顆粒較多，也意味著粉塵試樣的分散度較高。

2．2 移架及落煤所產(chǎn)生粉塵的分散度分析

移架和落煤是煤礦回采工作面作業(yè)中常見的操作工序，在采煤機(jī)滾筒截齒對(duì)煤體的截割及落煤過程中伴隨著大量煤塵的產(chǎn)生。而在支架推溜和移架過程存在支架與頂板的摩擦及破碎煤巖體的散落，亦會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵。

在11-211工作面采集的移架及落煤過程中所產(chǎn)生的粉塵的分散度見圖3。

由圖3可知，移架及落煤過程中所產(chǎn)生的粉塵的分散度的頻率直方圖基本均呈現(xiàn)為呈單峰分布的狀態(tài)，但在采煤機(jī)割煤中小于10μm的顆粒的比例占到72．22%，而在移架過程中小于10μm的顆粒則為64．58%。相比之下，割落煤過程所產(chǎn)生的2～5μm的粉塵的比例較大（為33．7%），而兩個(gè)作業(yè)工序中所產(chǎn)生的小于2μm的粉塵的比例則基本相當(dāng)，見圖4，圖4為兩個(gè)工序下粉塵的顯微圖片。

圖3 移架及落煤過程中所產(chǎn)生粉塵的分散度圖

圖4 移架及落煤過程所產(chǎn)生中粉塵的顯微圖片

2．3 掘進(jìn)作業(yè)所產(chǎn)生粉塵的分散度分析

掘進(jìn)作業(yè)是煤礦作業(yè)生產(chǎn)過程的主要工序，由于特殊的通風(fēng)方式使得掘進(jìn)工作面的粉塵治理顯得非常重要。兩個(gè)不同掘進(jìn)工作面粉塵試樣分散度的測(cè)試結(jié)果見圖5。

圖5 不同掘進(jìn)面所產(chǎn)生粉塵的分散度

從測(cè)定的兩個(gè)不同的掘進(jìn)工作面粉塵試樣的分散度來看，雖然兩者均呈現(xiàn)為單峰分布的狀態(tài)，但由于煤質(zhì)的差異使得兩者的表現(xiàn)也略顯差異。由圖5可知，對(duì)于11-2142工作面來講，其小于10μm的顆粒的比例占到62．98%，但5～10μm的顆粒的比例最大，約為42．44%，而小于2μm的顆粒僅為0．9%。而對(duì)于2-12011工作面來講，小于10μm的顆粒的比例占到67．2%，但小于2μm的危害性極大的顆粒的比例則占到21．86%。圖6為拍攝的顆粒的顯微圖片。由圖6可以看出，11-12011工作面的顆粒具有較大的顆粒分散度。

圖6 不同掘進(jìn)面所產(chǎn)生粉塵的顯微圖片

2．4 通風(fēng)排瓦斯所產(chǎn)生粉塵的分散度分析

對(duì)于采用通風(fēng)的方法進(jìn)行瓦斯治理的工作面來講，通風(fēng)的方式、風(fēng)流的紊亂特性對(duì)于工作面粉塵的產(chǎn)生、逸散以及降塵方式的選取均具有至關(guān)重要的意義。從兩個(gè)不同的工作面粉塵的測(cè)試結(jié)果來看，兩個(gè)試樣的分散度基本相當(dāng)，其頻率直方圖均為單峰分布的形態(tài)，其峰值比例均為5～10μm的顆粒。同時(shí)，對(duì)于粒徑小于10μm的累計(jì)顆粒數(shù)來講，其分布狀況也基本相當(dāng)，分別為72．7%（11-11121工作面）和71．67%（2-12011工作面）。

由于11＃煤與2＃煤的煤質(zhì)差異，相比之下11-11121工作面在風(fēng)排瓦斯過程中所產(chǎn)生的粒徑小于粉塵的2μm的危害性極大的顆粒的比例較大，占到25%，而2-12011工作面則略小，約為19．11%，見圖7。圖8是通風(fēng)排瓦斯所產(chǎn)生粉塵的顯微圖片，由

圖8可以看出，11-11121工作面的粉塵具有較大的分散度。

圖7 不同地點(diǎn)通風(fēng)排瓦斯所產(chǎn)生粉塵的分散度圖

圖8 通風(fēng)排瓦斯所產(chǎn)生粉塵的顯微圖片

3 結(jié) 論

1）在礦井不同的作業(yè)工序條件下，所產(chǎn)生粉塵的分散度及顯微圖片存在顯著差異，意味著不同工序所產(chǎn)生粉塵的危害程度有所不同。

2）對(duì)于不同的操作工序而言，大多粉塵試樣的粒徑頻率直方圖呈現(xiàn)單峰分布的形態(tài)，且所產(chǎn)生的小于10μm的顆粒占有較大的比例。

3）對(duì)比四種作業(yè)工序可知，部分工作面打眼和錨桿支護(hù)作業(yè)所產(chǎn)生的粒徑小于2μm的顆粒的比例最大，占到27%。割落煤及掘進(jìn)過程所產(chǎn)生的粉塵大多分布在2～5μm的粒徑范圍內(nèi)，其比例分別為33．7%和42．44%。而通風(fēng)排放瓦斯過程所導(dǎo)致的逸散粉塵的粒徑主要在小于10μm的范圍，且粉塵粒徑小于5μm的顆粒所占比例差別不太顯著。

［1］曹 芹，徐紀(jì)良，陸忠亮，等．粉塵檢測(cè)中粉塵分散度檢測(cè)重要性的探討［J］．職業(yè)衛(wèi)生與應(yīng)急救援，2009，27（3）：148-149．

［2］張福成．神東礦區(qū)礦井粉塵綜合防治技術(shù)［J］．煤礦安全，2011，42（3）：30-33．

［3］楊 敏，王洪勝，鄭 雷．礦井粉塵分散度實(shí)測(cè)研究［J］．煤炭技術(shù)，2009，28（4）：168-169．

［4］姚金海，金龍哲，劉 建，等．礦井粉塵分散度的測(cè)定與分析［J］．煤礦安全，2010，427（5）：100-103．

Dispersity of Underground Coal Mine Dust and Analysis on Its Microscopic Characteristics

Li Yan

The filter membrane sampling，particle microscopic image analysis and statistical methods were used to determine the dispersion and microscopic characteristics of the dust generated during the different mining processes．The results show that there are significant differences of the dispersion and the microscopic images among the dusts generated from different mining operating processes，which indicate there are different harm．For different mining operating processes，most dust sample frequency histogram of particle size distributions presents single peak distribution and the particles which are smaller than 10μm occupies a larger proportion．Compared with the results of four operating process，dust generated from the drilling and bolting are always less than 2μm in diameter，which account for 27%．The diameters of dusts generated from coal cutting and tunneling processes are mostly in the 2～5μm particle size ranges，and the ratio are of 33．7%and 42．44%respectively．Dusts caused by the ventilation are mainly in the range of less than 10μm，and the occupations of particle size less than 5μm seems no significant difference．The research results provide a certain theory basis for dust hazard assessment and the rational selection of dust suppression methods．

Coal mine；Dust；Microscopic characteristics；Dispersity

TD714

B

1672-0652（2013）08-0004-04

2013-05-24

李 巖（1973—），男，山西臨汾人，2011年畢業(yè)于太原理工大學(xué)，工程師，主要從事煤礦開采及通風(fēng)安全方面的技術(shù)研究及管理工作（E-mail）shanxiliyan2006＠163．com