高炉喷吹焦炭除尘灰的研究与实践

为解决焦炭除尘灰带来的环境污染和难以高效低碳处理问题,结合其理化特性,设计了高炉喷煤配加不同比例焦炭除尘灰的性能对比实验,稳定烟煤比例45%,用焦炭除尘灰替换不同比例无烟煤的方式,研究了焦炭除尘灰对混合煤粉性能的影响。结果表明,焦炭除尘灰配加比例3%时,混合煤粉燃烧性能指数相对最佳;配加比例5%时,混合煤粉燃烧速率相对最佳;配加比例8%时,混合煤粉可磨性指数和灰熔点相对最佳。通过进一步开展工业试验,研究高炉喷煤配加不同比例焦炭除尘灰的冶炼参数与成本变化,明确高炉喷煤中配加焦炭除尘灰的效益最优配加比例为5%。通过高炉喷吹焦炭除尘灰的方式,不仅可以充分发挥焦炭除尘灰的价格优势,降低高炉燃料成本7.80元/t,而且可以有效解决焦炭除尘灰在储存、运输过程中衍生出的一系列环保问题,实现了焦化环节固废零排放,铁前工序单位产能,降低二氧化碳排放40.82 kg/年,取得了焦炭除尘灰高效低碳处理的效果。

新疆戈壁煤矿露天开采对生态环境扰动定量分析

新疆戈壁矿区生态环境脆弱,极容易受到自然和人为因素的影响,其生态环境也逐渐被广泛关注。选取新疆五彩湾露天矿区为研究对象,利用1990—2020年Landsat影像,在遥感生态指数IRSE基础上,引入煤尘指数、盐度指标、土地退化指数构建干旱煤矿生态指数(IACME),并运用M-K检验与Sen趋势分析法揭示研究区IACME时空演变特征与规律,评价干旱矿区的生态环境质量状况,同时利用多元回归、神经网络、随机森林和支持向量机方法分别建立五彩湾矿区气候因素与IACME的关系模型,预测得到基于气候条件下的I′_(ACME),结合残差分析与双重差模型定量评估采矿活动的影响。结果表明:(1)近30 a来研究区IACME均值为0.28,总体上IACME呈下降趋势,由1990年的0.30下降到2020年的0.22。变化幅度方面,退化区面积占比为62.63%,远高于改善区28.3%,由于采矿活动的影响,显著退化面积占比增加12.96%,主要集中在以矿井为中心向外辐射区域,显著改善面积占比下降17.28%。(2)利用多元回归、神经网络、随机森林、支持向量机4类方法分别建立气候因素与IACME的关系模型,得到基于麻雀搜索算法的随机森林(SSA-RF)精度最高,验证集R^(2)=0.82、均方根误差E_(RMS)=0.109,该模型在所使用的建模方法中可靠性更高,适用性较强;(3)通过SSA-RF预测基于气候条件的I′_(ACME),气候影响下,研究区生态环境以较差(0.2~0.4)和中等(0.4~0.6)为主。假设不存在采矿活动,研究区2006—2020年I′_(ACME)在0.26~0.59,I′_(ACME)平均值为0.40,与同年份实际的IACME空间分布相比,环境显著改善的区域明显增多,主要集中在研究区中部矿井所在区域。(4)利用残差定量分析得知研究区采矿活动对生态环境具有负向效应,平均残差δ为-0.116,通过双重差分模型得出采矿对生态环境的定量影响为-0.112,进一步表明煤炭开采对生态环境存在负面扰动,导致生态环境质量下降;2种方法计算结果相近,表明SSA-RF与双重差分模型均可用于定量分析煤炭开采的影响。(5)采矿活动导致研究区生态环境退化占比为57.52%,改善占比为34.67%;气候条件下导致生态环境退化占比为42.28%,改善占比为65.33%,采矿导致生态环境退化占比超过50%,说明采矿活动是影响生态退化的重要原因之一。综上所述,五彩湾矿区生态系统亟待恢复,必要时应辅以人工干预,来推动五彩湾戈壁矿区整体的环境保护、生态系统修复与综合治理。

煤滞尘对叶片反射光谱与植被指数的影响与定量分析

我国煤炭资源多集中在干旱少雨的北方地区,露天开采和运输等过程极易引起煤粉尘扩散和污染。粉尘扩散后其中一部分在重力作用下沉降覆盖到周边的植被上,导致植被降尘现象普遍。在利用遥感手段进行植被监测时,降尘效应会影响植被光谱的纯净性,使遥感器所获取的信号为植被与降尘的混合光谱信号,从而严重影响植被定量遥感精度。为定量研究植被遥感中煤尘的滞尘效应,开展了叶面滞尘光谱测量实验,探究了光谱和植被指数的变化规律;在此基础上,利用含有红边波段的Sentinel-2A遥感影像,在内蒙古霍林河露天矿区分别选择煤尘影响区与对照区两个区域进行植被指数对比,用来验证地面光谱测量实验结果。结果表明,随着滞尘量(0~36 g·m^(-2))的增加,叶面煤尘会使叶片的反射率整体逐渐降低,叶片光谱波峰处(560,720,860,1 680和2 220 nm)的反射率变化幅度明显高于波谷处(445,681和1 940 nm);随着滞尘量的增加,归一化差异植被指数(NDVI)、简单比值指数(SR_(705))和归一化差异指数(ND_(705))明显下降,而中分辨率成像光谱仪陆地叶绿素指数(MTCI)、改进型简单比值指数mSR_(705)(modified simple ratio)和改进型归一化差异指数(mND_(705))基本保持不变,表现出抗煤尘特性,445 nm处反射率和681 nm处反射率对指数起到了重要作用。利用霍林河露天煤矿区的Sentinel-2A遥感影像计算上述指数,将煤尘影响区与对照区比较,MTCI、 mSR_(705)和mND_(705)等指数表现了抗煤尘特性,验证了地面实验的结果。该研究为煤尘污染区域的植被遥感奠定了一定基础,对保证植被遥感反演精度具有积极意义。

确定采煤工作面粉尘浓度的新方法

通过对现有工作面粉尘浓度确定方法的分析, 发现该方法只考虑机器参数, 未考虑被截割对象的性质, 而在反映煤岩性质的性能指标中, 煤岩破碎性能指标m值对粉尘的形成具有重要的作用。经过对m与产尘量的定量分析, 利用修正项将m加入到数学模型中, 并求出其线性回归系数, 从而构造出更符合实际的计算工作面粉尘浓度的数学模型。修正前后两个数学模型的结果分析表明, 修正后的数学模型更准确, 为进一步分析研究工作面粉尘的影响与危害奠定了基础。

煤质指标对煤尘爆炸火焰长度影响作用的主成分分析

为研究不同煤质指标对煤尘爆炸火焰长度的影响作用,利用相关仪器对不同基准下煤的水分、灰分、挥发分等煤质指标以及爆炸火焰长度进行测定。在计算出这些煤质指标观测数据间的相关系数后发现,影响煤尘爆炸火焰长度的煤质指标数据间具有高度相关性。因此,选取十种煤样的煤质指标数据,通过多元统计分析中的主成分分析法,对影响煤尘爆炸火焰长度的煤质指标进行主成分提取,并对主成分的含义进行解释分析,命名第一主成分为"挥发分因子",第二主成分为"灰分和固定碳因子",第三主成分为"水分和着火点因子",从数据分析的角度证明了挥发分含量对煤尘爆炸火焰长度的影响作用最大,生产实践中可据此估计煤尘爆炸的危险程度,对于煤尘爆炸性鉴定及煤尘防爆工作具有指导意义。

煤尘爆炸影响因素试验与爆炸危险等级预测研究

为研究不同工业分析指标对爆炸性火焰长度的影响,选用不同特质的煤样,利用全自动工业分析成分测试仪和煤尘爆炸性火焰长度测试仪器对这些煤样的水分、灰分、挥发分和爆炸性火焰长度进行测定,分析各个工业分析指标对爆炸性火焰长度的影响作用,并基于试验数据通过支持向量机建立分类预测模型预测爆炸危险等级,结果表明:煤尘粒径在一定范围内,挥发分的含量的增加、水分和灰分含量的降低均可以促进煤尘爆炸性火焰长度的增长;当粒径大到一定程度时,煤尘爆炸性火焰长度不再受工业指标的影响。分类预测模型预测结果的正确率为95.83%,可利用此方法对爆炸危险等级进行预测,有助于煤尘爆炸危险性的评估。

煤质指标对煤尘爆炸最大压力上升速率的影响

为研究煤质指标对煤尘爆炸的影响,通过20 L球形爆炸容器对具有不同工业成分的煤尘爆炸最大压力上升速率进行测定。运用SPSS软件对测得的煤质指标数据进行科学合理的分析,计算不同煤质指标间的相关系数。结果表明,影响煤尘爆炸最大压力上升速率的指标数据之间具有较大的相关性,空气干燥基下的灰分与固定碳之间的相关系数高达-0.963,属于高度相关。通过主成分分析法提取出"抑制因子"和"激励因子"2大主成分,运用多元线性回归方法建立煤质指标与爆炸最大压力上升速率的计算模型,模型拟合度R值为90.6%。

确定采煤工作面粉尘浓度的新方法

现有工作面粉尘浓度确定方法只考虑机器参数 ,未考虑被截割对象的性质 ,而在反映煤岩性质的性能指标中 ,煤岩破碎性能指标—— m值对粉尘的形成具有重要作用。经过对 m与产尘量的定量分析 ,利用修正项将 m加入到数学模型中 ,并求出其线性回归系数 ,从而构造出更符合实际的计算工作面粉尘浓度的数学模型。修正前后两个数学模型的结果分析表明 ,修正后的数学模型更准确 ,为进一步分析研究工作面粉尘的影响与危害奠定了基础。

基于煤质工业分析指标的煤尘云最低着火温度预测模型构建

为探究利用煤质工业分析指标预测煤尘云最低着火温度的可行性,开展了煤的工业分析指标测定与煤尘云最低着火温度试验。应用主成分回归方法分析了22种煤样的工业分析指标与煤尘云最低着火温度之间的关系,结果显示:不同煤质工业分析指标与煤尘云最低着火温度之间均存在高度的相关性,提取出三大主成分因子分别为固定碳因子、水分因子、挥发分因子,并构建出回归预测模型。该预测模型的预测结果与试验所测数据相比,误差小于5%,同时由挥发分因子前的系数为负数可知,挥发分越高对应的煤尘云最低着火温度就越低,这与实际情况一致,证实了所建模型的可靠性。

粘土砂铸造中除尘灰的浮选分离煤粉的研究

采用浮选分离法对粘土砂铸造除尘灰进行浮选分离煤粉实验研究。通过单因素实验和正交实验,研究了浮选药剂用量、浮选机转速、充气速率和矿浆浓度对煤粉浮选完善指数的影响,并进行了二次浮选实验;采用扫描电镜和能谱分析对比了除尘灰、一次浮选煤粉和二次浮选煤粉的微观形貌和表面成分。研究结果表明:煤粉浮选完善指数随药剂用量、浮选机转速、充气速率和矿浆浓度的增大先增加后减少;较优的浮选工艺参数为:捕收剂用量1050 g/t、起泡剂用量350 g/t、浮选机转速1800 r/min、充气速率0.25 m^(3)/h、矿浆浓度130 g/L。此时,煤粉浮选完善指数达到43.42%,浮选煤粉的灼烧减量为58.46%。经过二次浮选后,浮选煤粉灼烧减量高达73.35%,煤粉表面干净,只有少量的粘土矿物存在。

基于ANP及系统动力学的煤矿粉尘综合防治水平评价研究

针对煤矿粉尘综合水平评估问题,构建了煤矿粉尘综合防治水平指标体系,并结合网络层次分析法(ANP)和系统动力学方法对掘进作业、采煤作业、井下巷道及喷浆作业进行权重解算和动力学仿真。发现重要度顺序为:采煤作业(0.418)>掘进作业(0.271)>喷浆作业(0.191)>井下巷道(0.121)。建议煤矿应考虑引入掘进面空气幕除尘技术、采煤面空气幕除尘技术、智能喷浆机械手、采煤面机载除尘风机和支架导杆板技术,并持续加强防尘设备维护更新管理(16次/a)、设备操作培训教育(12次/a)、防尘管理检查频次(10次/月),其综合防尘水平分数可超过87.18分,达到优等水平。

煤矿防尘综合评价指标体系研究

阐述了煤尘的概念和基本性质,分析了煤尘的危害及其所造成的事故,指出了井下煤尘事故的易发点,介绍了构建指标体系的层次分析法,依据层次分析法建立了煤矿防尘综合评价指标体系。该体系包含1个目标层、4个准则层和20个方案层(评价指标)。

煤尘爆炸性的实验研究

煤尘爆炸的测试报告是煤矿企业取得安全生产许可证的必要条件,通过实验分析研究了煤尘爆炸性形成的条件、基本特征、影响因素,及与各种煤质指标的关系。提出影响煤尘爆炸性的主要因素有煤样的粒度、煤的半工业分析、热源的温度和位置。测试中,应严格按照行业标准进行操作,以保证测试结果的准确性和稳定性。

煤尘职业健康风险评估方法的研究及应用

随着国家经济、社会和科技的发展,我国的矿业也得到了十足的发展。但在发展的同时,职业病的危害也在加深。为了对煤尘职业的健康风险进行评估,现如今对不同的四座煤矿的环境和卫生进行现场的考察和分析,对主要受煤尘影响的工作岗位利用职业危害风险指数法进行相关的风险评估。

除尘焦粉配煤炼焦生产高炉用焦的新工艺应用

基于利用新型配煤技术开发除尘焦粉处理方法以替代部分瘦煤配煤炼焦,结合配煤方案选择,介绍40kg小焦炉试验、4.3m捣固焦炉生产的焦炭质量及焦炭粒度分布。通过对一定粒级的除尘焦粉小焦炉试验验证结果表明:除尘焦粉配煤炼焦可行,可提高焦炭块度及抗碎强度M40;在4.3m捣固型焦炉完成了替代3%~4%瘦煤比例的生产实践,生产运行稳定,准一级焦的吨焦配煤成本较未添加除尘焦粉下降约10元~15元。

褐煤煤尘爆炸固态残留物粒度变化及气态残留物可燃性分析

煤尘爆炸固态、气态残留物是分析起爆地点、传播路径的物证及部署救援工作的依据。采用20 L球形爆炸系统对不同浓度、不同粒径的褐煤煤尘进行爆炸实验,分析了褐煤煤尘爆炸固态残留物的粒度变化和气态残留物的可燃性。结果表明:褐煤煤尘爆炸固态残留物的粒度范围较原始褐煤煤尘有所扩大;煤尘浓度一定时,随着煤尘粒径减小,褐煤煤尘爆炸固态残留物的D_(10)变化率趋于负向增大,D_(50)变化率在10%~20%范围内波动,D_(90)变化率趋于正向增大;煤尘粒径一定时,随着煤尘浓度增大,褐煤煤尘爆炸固态残留物的D_(10)先减小后增大,而D_(50)和D_(90)不断增大;褐煤煤尘爆炸气态残留物中主要含有O_(2),CO,H_(2),CO_(2),CH_(4),C_(2)H_(6),C_(2)H_(4),C_(2)H_(2),C_(3)H_(6);随着煤尘粒径减小或浓度增大,气态残留物中O_(2)和CO_(2)含量不断减小,CO,H_(2)及CH4等烃类气体含量不断增大;煤尘粒径一定时,100~200 g/m^(3)浓度范围内的褐煤煤尘爆炸气态残留物的可燃性指数小于1,表明气态残留物不可燃,300~600 g/m^(3)浓度范围内的褐煤煤尘爆炸气态残留物的可燃性指数大于1,表明气态残留物可燃;煤尘浓度一定时,180~250μm粒径范围内的褐煤煤尘爆炸气态残留物的可燃性指数小于1,表明气态残留物不可燃,38~180μm粒径范围内的褐煤煤尘爆炸气态残留物的可燃性指数大于1,表明气态残留物可燃;气态残留物中H_(2)和CO含量是影响褐煤煤尘爆炸气态残留物是否可燃的关键因素,且H_(2)的影响程度最大,CO次之。