煤的润湿特性及其与润湿降尘剂的性能匹配研究

煤炭开采过程中，粉尘不但是重大的安全隐患，还严重影响着人的身体健康。通过对不同煤种的基础特性及润湿性进行分析研究，根据不同类型表面活性剂润湿煤粒的效果，优选出性能较好的表面活性剂，研制润湿型降尘剂。 本论文对12种不同煤化度的煤样分别进行工业分析、元素分析、粒度分析及接触角测定等，研究分析了不同煤化度煤样的润湿特性。在充分了解各煤种基础特性的基础上，用化学降尘的方法，在水中添加表面活性剂进行降尘剂的研制。 通过对表面活性剂单体及其复配溶液进行表面张力、接触角及煤尘沉降试验的测定发现，在水中添加适量的表面活性剂可以大幅度提高水溶液对煤尘的润湿能力。大部分表面活性剂溶液的临界胶束浓度（CMC）在0.06%左右，随着溶液浓度的增加，煤尘沉降时间减少，润湿效果提高。另外，复配溶液的沉降时间基本少于2min，远小于表面活性剂单体溶液的煤尘沉降时间。非离子表面活性剂对提高复配溶液润湿能力的效果最好，含有非离子表面活性剂的复配溶液的沉降时间不超过1min；而阳离子表面活性剂相对较差。 选用NaCl、CaCl2、Na2SiO3、Na2SO4四种无机盐作为增效剂和保水剂，研究发现，对于非离子型表面活性剂，无机盐的加入不利于煤尘沉降。对于阴离子型表面活性剂，加入无机盐增效剂后，表面活性剂溶液对煤尘的沉降时间从20min左右缩短到1min左右。四种无机盐提高阴离子型表面活性剂润湿性的能力由大到小依次是：CaCl2>Na2SiO3>NaCl>Na2SO4。就保水性而言，四种无机盐均可以延缓煤样中水分的蒸发，其中CaCl2的保水效果最好，其含水率不低于5.71%，其次是NaCl和Na2SiO3，Na2SO4效果欠佳。 将优选所得的表面活性剂和无机盐分别进行四因素三水平正交实验，优化得到了四种润湿型降尘剂配方，并对配方进行了实用性分析。分析结果显示，四种配方对不同煤种煤尘均表现出了较好的降尘性能，且对10μm以上的煤尘颗粒降尘效果较好。另外，这四种降尘剂配方对人体安全，其对工作面进行喷雾降尘的成本仅占原煤总产值的0.2%，每吨煤成本提高1元左右，经济效益显著。