煤尘表面特性及润湿机理的研究

通过煤尘的红外光谱实验、电泳实验和正向渗透实验系统,研究了煤尘的表面化学结构、表面电性和表面润湿性,对煤尘表面润湿机理进行了研究,阐明了非离子表面活性剂溶液对煤尘的润湿效果好于阴离子表面活性剂溶液的机理.研究表明,溶液对煤尘的润湿性能不仅取决于溶液的气-液表面张力,而且取决于溶液与煤尘的固-液界面张力,溶液与煤尘的固-液界面张力的大小,又与煤尘的疏水性、电性、溶液添加剂（如表面活性剂）的结构、性质等密切相关.     

表面活性剂复配对低阶煤煤尘润湿性的影响

为解决煤尘不易被水润湿的问题,选取表面活性剂加入水中制成复配溶液。通过测定自来水、5种不同类型表面活性剂单体溶液及5种复配溶液的表面张力、煤尘接触角及煤尘沉降时间,研究表面活性剂复配对煤尘润湿性的影响规律。结果表明:阴离子与非离子、阴离子与阴离子、非离子与非离子表面活性剂复配都可以起到协同增效作用,显著提高煤尘的润湿性。其中质量分数为0.06%的快速渗透剂T和质量分数为0.20%的烷基糖苷APG复配溶液润湿煤尘效果最佳,100 mg煤尘沉降时间为0.22 min。研究结果可为表面活性剂的选取提供参考。     

无机盐对表面活性剂润湿煤尘的影响

为提高表面活性剂润湿煤尘的效果,选择NaCl、Na2SO4、CaCl2、MgCl2共4种无机盐分别加入快渗T、SAS-60、OA-12、Lutensol XP-90表面活性剂中,以改善表面活性剂对煤尘的润湿性能。分别将4种无机盐按照0.1%的质量分数与质量分数为0.05%、0.10%、0.20%、0.30%、0.40%、0.50%、0.60%、0.80%、1.00%的4种表面活性剂单体溶液进行复配,通过煤尘润湿沉降实验与最佳添加量确定实验,分别确定最佳无机盐以及最佳无机盐的最佳添加量。研究结果表明,NaCl对提高表面活性剂润湿煤尘的效果最好;对快渗T和SAS-60复配体系,NaCl的最佳添加范围为0.02%～0.2%,对OA-12和Lutensol XP-90复配体系,NaCl的最佳添加范围为0.02%～0.15%。     

基于多元逐步回归的煤尘润湿性研究

煤尘的润湿性是影响煤矿湿式除尘的关键因素,受到多种物理化学因素的影响,且各影响因素间存在多重共线性。鉴于多元逐步回归在克服多变量多重共线性的优良有效性,利用SPSS软件,采用多元逐步回归的方法研究了煤尘的工业分析、元素分析、表面含氧官能团含量等因素对煤尘润湿性的影响。研究结果表明,影响煤尘润湿性的主要因素是煤尘表面的酚羟基含量和煤尘中固定碳含量,最优回归方程为θ=35.042-10.780[酚羟基]+0.859Wad(FC),最优回归方程的复相关系数为0.943,拟合优度较高,回归效果较好。     

无机盐溶液对煤尘润湿性的协同增效性能研究

煤矿井下生产过程中产生的大量煤尘造成了恶劣的工作环境,不仅增加了安全事故发生率,还对煤矿工人的身体健康造成了伤害。本文基于多种实验方法,选取了四种不同种类的无机盐溶液,对其进行了不同浓度的制备,并分别加入优选出的复合表面活性剂溶液中,分析其对溶液的协同增效作用及润湿规律。实验结果显示,0.9 mol/L的Na2SO4与SDBS和Triton X-100的复合溶液组成的无机盐复配溶液在比例为4:1时的协同效果最佳,并基于上述结果定量评价了不同浓度下Na2SO4复合溶液对煤体润湿性能的影响。分析可知,无机盐阴离子的加入恢复了高岭土的吸收能力,增加了煤表面的亲水位点,增加了阴-非离子复合表面活性剂在煤表面吸附的密集程度。     

基于表面活性剂的煤尘润湿性研究

通过对4种不同浓度的表面活性剂单体溶液进行张力值的测定,并结合表面活性剂单体溶液对煤尘润湿接触角实验,对煤尘润湿性进行定量表征研究。研究表明,表面活性剂单体溶液对煤尘的润湿性不仅表现在溶液的表面张力的大小,而且体现在溶液与煤尘的接触角大小;通过煤尘接触角实验结果拟合分析,阐明了非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂在润湿效果上明显好于阳离子和两性离子表面活性剂的机理。     

表面活性剂复配煤尘亲水性实验研究

添加表面活性剂是提高煤尘亲水特性的重要方法,在矿井煤层注水及工作面洒水等降尘工序中有着重要应用。通过采用煤尘亲水性实验、表面张力实验就十二烷基硫酸钠(SDS)、C9脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-9)及二者的复配试剂对淮南张集矿和汾西双柳矿煤尘进行了研究。实验结果表明:张集矿气煤煤尘的亲水性好于双柳矿焦煤的煤尘;SDS的最佳润湿质量浓度0.5%,且0.5%SDS复配0.1%AEO-9试液湿润能力在单体0.5%SDS溶液的基础上得到了提高。     

矿井煤尘的分形特征及对其表面润湿性能的影响

基于光学接触角测量仪研究了不同煤质、不同粒度煤尘对去离子水以及添加羧甲基纤维素钠（CMC）、十二烷基硫酸钠（SDS）等表面活性剂时的润湿接触角,同时基于非线性的分形理论对煤尘粒度、表面孔隙结构等分形特征进行了研究,分析了粒度及表面结构分形维数对颗粒表润湿特性的影响。结果显示,细化煤尘表现为较强的疏水性,0.2%的表面活性剂可显著改善颗粒表面的润湿性能,其中以阴离子表面活性剂（SDS）为佳;煤尘的粒度分布、颗粒表面的孔隙结构均表现出典型的分形特征;随着粒度分形维数的增加,颗粒中位粒径降低,其表面的润湿接触角增加,特别是对于粒径小于10 μm的煤尘较为显著;随着表面孔隙分形维数的增加特别是对于分形维数大于2.5时,表面润湿接触角逐步减小并趋于稳定。     

表面活性剂复配对煤尘润湿性能的影响研究

为解决井下煤尘不易被水润湿的问题,选取表面活性剂进行复配,加入水中制成复配溶液,用以改善水对煤尘的润湿性能。对22种不同类型的表面活性剂进行煤尘沉降实验,优选出5种表面活性剂,并将优选出的表面活性剂进行等比例复配,得到9种表面活性剂复配溶液。对表面活性剂复配溶液再次进行煤尘沉降实验,结果表明：在复配剂质量分数为0.20%～0.60%时,快渗T和SAS-60的复配溶液比SAS-60单体溶液对煤尘具有更好的润湿效果;在复配剂质量分数为0.30%～0.50%时,OA-12 和Lutensol XP-90的复配溶液比2种表面活性剂单种溶液对煤尘具有更好的润湿效果。     

煤尘润湿性影响因素的研究

试验以望峰岗原煤和祁东原煤为研究对象,选择表面活性剂十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、减水剂NF和吐温-80,通过接触角实验、红外光谱实验以及表面张力实验,研究了煤尘润湿性的影响因素。研究表明,表面活性剂水溶液对煤尘润湿性的影响与溶液的种类、浓度和表面张力以及煤样表面结构等因素密切相关。     

表面活性剂提高水润湿煤尘作用机理

通过应用分子热力学和表面物理化学知识,理论分析了水和煤尘的微观作用机理,揭示水润湿煤尘的本质是分子之间的短程和长程相互作用力共同作用的结果。从分子层面阐述了表面活性剂对水和煤尘的表面改性原理,它增加了水和煤尘之间的相互作用,减小了水的表面张力及煤尘与水的界面表面张力,体系自由能降低,从而提高水润湿煤尘的能力。     

煤尘爆炸产生的机理及特征研究

煤矿资源开采量大幅度上升,企业在承受着巨大生产压力的同时也面临许多潜在的安全隐患。"煤尘爆炸"是煤矿开采期间普遍存在的意外事故,由于其发生的原因及机理较为复杂,往往给企业的安全防范工作带来不便。     

型煤粒度对孔隙结构特征及瓦斯吸附特性的影响

为了研究不同粒度条件下型煤孔隙结构特征、瓦斯吸附特性规律及其相关关系,选取新疆矿井中煤阶煤样,制取4种粒度的型煤煤样,通过核磁共振(NMR)分析实验和高压容量法瓦斯等温吸附实验,测定不同粒度型煤的弛豫时间T₂谱和瓦斯吸附等温线。研究结果表明：不同粒度型煤的弛豫时间T₂谱均表现出微孔、中大孔2个峰,且弛豫时间主要集中在1.0～100.0 ms;中大孔和总孔谱峰面积与型煤粒度呈负相关关系,微孔谱峰面积与粒度呈正相关关系;在相同吸附条件下,型煤平均粒度越小,吸附瓦斯总量越大,瓦斯吸附常数a、b值及瓦斯吸附饱和度X均与粒度大小呈负相关关系;随着微孔谱峰面积的增加,瓦斯的吸附速率增加,而瓦斯吸附能力在一定范围内增大,达到一定值后趋于平缓。     

煤的粒径对肥煤和气煤孔隙结构的影响

煤的粒径大小对煤的孔隙结构会产生一定的影响,从而导致煤的瓦斯吸附性能有所变化。基于气煤和肥煤的低温氮吸附实验的基础上,通过分析粒径大小对孔体积、孔比表面积与孔径分布的影响,根据孔体积与孔径分布关系图,找出一定的规律,然后再进一步考察煤的粒径大小对孔隙结构的影响规律,考察结果表明:煤的粒径影响的下限是在0.074～0.2 mm之间的粒径,而影响上限可能是大于3 mm的粒径,并认为粒径较大时会影响孔隙结构真实值的反映。     

煤矿粉尘粒径光学测量系统改进

建立了以光全散射法为基础的粉尘颗粒粒径在线测量模型,提出了在可见光波段选取消光光谱二阶微分不连续点处对应波长、在近紫外和近红外波段选取与所有波长相关系数较高且相关度较小的波长的多光谱混合波长选取法进行颗粒测量,以标准粉尘颗粒为待测颗粒系,设计了光全散射法粉尘颗粒粒径测量平台,通过大量实验分析,证明了方法的准确性和可靠性。混合波长选取法能够有效减小测量误差,克服以往方法效率低的问题,为粉尘粒径的在线测量提供了有效的方法。     

煤结构差异对润湿型抑尘剂降尘效果的影响

为探究煤结构对润湿型抑尘剂降尘效果的影响,选用7个典型变质程度煤种的煤尘为研究对象,并选用4种煤矿常用润湿型抑尘剂,利用表面张力实验确定抑尘剂溶液浓度;此外,采用核磁共振(NMR)实验获得煤结构表征参数—芳香度fa′,根据现场降尘效果试验,将芳香度与降尘效率做相关性分析,得到如下结论:降尘率随着煤阶升高而不断降低;在使用抑尘剂对中低变质程度煤尘进行喷雾降尘时,受煤质影响较小,降尘效果好坏主要取决于降尘剂的选取,而当对高变质程度的煤尘进行喷雾降尘时,此时煤的疏水性很强,降尘效果差的原因主要在于煤自身的结构。     

复配润湿剂对改善煤尘润湿效果的研究

针对煤矿喷雾降尘技术降尘效率低、粉尘不易被润湿的问题,选取表面活性剂复配成润湿剂加入水中,以改善煤尘润湿效果,从而提高降尘效率。通过煤尘沉降实验,对7种不同类型的表面活性剂进行优选,从中选择润湿煤尘效果较好的2种非离子表面活性剂和2种阴离子表面活性剂进行两两复配,得到6种复配润湿剂。将复配润湿剂加入水中再次进行煤尘沉降实验,发现复配润湿剂比润湿剂单体更能有效改善煤尘润湿效果。     

原料煤级配对型煤强度的影响

采用理论分析方法对合理原料煤级配进行了分析,并对原料煤级配与型煤强度的关系进行了实验研究。实验所得合理原料煤级配的规律性与理论分析是一致的,但由于原料煤颗粒的不规则性和各级粒度的不均一性,各级粒度组成比例与理论分析结论有一定的差距。在生产实践中,应根据煤种、粘结剂等因素,通过实验来确定合理的原料煤级配。     

矿井煤尘粒度和浓度实时在线检测系统实验研究

为了实现矿井煤尘爆炸的预报和预警,以光电二极管为光源,采用窄光束透射技术设计了一基于消光统计法煤尘粒度和浓度的实时在线检测系统。建立了消光统计法的煤尘测试模型,推导了消光统计法的测试方程,并设计了测试系统的实验装置和信号采集电路。最后分别采用0.05、0.24、0.72、1 mm 4种直径厚度光束分别进行了煤尘测量实验。实验结果表明,选择240μm厚度光束测量粒径的标准差为7.6%,可以满足对煤尘颗粒浓度和粒度的实时在线检测,验证了该系统的实用性和可行性。     

限定封闭环境煤粒径对煤氧化反应速度的影响

为了进一步研究煤粒径大小对煤低温氧化进程的影响,利用鼓风恒温箱装置和GC-950型气相色谱仪进行了封闭环境内煤恒温氧化实验,测得了煤样反应罐内氧气浓度随时间的变化量,同时计算、比较了几种粒径的煤样在不同时间、不同温度下的耗氧速率。研究表明,环境中氧气浓度直接影响着不同粒径煤样的耗氧量。而且,当氧气充足时,煤样的耗氧速率随着粒径的减小而增大,当氧气浓度不足以维持煤氧充分反应时,不同粒径煤样耗氧速率均呈下降趋势,低氧浓度下不同粒径的煤样耗氧速率和恒温氧化时间之间满足负指数关系,此时煤样耗氧速率变化率数值|V/t|随着粒径的减小,呈现出先降低后升高的趋势,当煤样粒径为1.00~2.00 mm,|V/t|达到最小,耗氧速率下降最慢。