煤尘湿润特性及喷雾降尘效率实验研究

煤矿粉尘不仅具有爆炸性,同时也是尘肺病的最主要原因。我国煤矿井下主要采用喷雾降尘技术对粉尘进行控制,已取得一定成果,但多数工作面粉尘浓度依旧相当恶劣。为降低煤矿工作面的粉尘浓度,降低事故的发生概率,保障煤矿工作人员的生命健康,使用红外光谱、电镜扫描和孔径分析的方法,从微观的角度分析了影响煤尘润湿性的主要因素,即煤尘粒径和煤的变质程度,再使用接触角测量方法和反渗透吸湿的方法验证其结论。同时对表面活性剂于煤尘润湿性能的关系开展了研究,并确定其最佳的浓度。最后将研究结果应用到喷雾降尘中,探讨其与于降尘效率的联系,得出以下主要结论:（1）不同煤质的煤具有相似的化学结构,但其组成比例不同,表面所含有官能团不同。随着煤的变质程度的提高,煤尘表面的含氧官能团逐渐减少。当不考虑无烟煤时,可根据煤尘表面含氧官能团的含量判定煤尘润湿性的强弱,含氧官能团越少,则煤尘的润湿性越强。煤尘接触角与煤的吸湿量呈反比,因此反渗透吸湿的方法是可信的,在条件有限的情况下,可采取这种简单的方式测量煤尘的润湿性。（2）煤尘粒径对煤的物化特性具有较大影响,随着煤尘粒径减小,煤尘的比表面积逐渐增大,其内部平均孔径则不断减小,煤尘表面亲水性含氧官能团含量下降而无烟煤因在长期的地质作用,其表面含氧官能团的含量极少,因此随煤尘粒径改变,其含氧官能团数量变动不明显。煤尘的润湿性与煤尘粒径相关,粒径越小煤尘的润湿性越差。（3）表面活性剂可有效改善溶液的表面张力,当浓度超过其临界胶装约束浓度后,表面张力不再下降。阴离子的电解质可有效提高阴离子表面活性剂的润湿能力,但对非离子表面活性剂无有益作用。表面活性剂对不同煤质的煤润湿的能力不同,对润湿性越差的煤,其润湿的效果越好,反之则越差。表面活性剂对不同粒径煤尘的润湿能力改善情况基本一致,并不随着煤尘的粒径变化而出现突变。（4）喷雾降尘效率与煤的变质程度有关,当煤的变质程度较低时,降尘效率较高,随着变质程度的提高,降尘效率逐步降低,当煤质提升到无烟煤时,降尘效率提高。接触角与降尘效率是呈负相关的,接触角越大,降尘效率越低,我们可跟据接触角的大小,分析出降尘效率的高低。润湿性较好的煤,提高供水压力对其降尘效率的影响不大,而润湿性较差的煤在提高供水压力后,可有效改善降尘效率,但随着供水压力的进一步提高,雾滴改变不明显后,降尘效率的变化也就不明显。（5）喷雾降尘效率与煤尘的润湿性能密切相关,当粉尘颗粒粒径相当且喷雾条件一定的情况下,润湿性能越好的煤尘,其喷雾降尘效率越高;当煤质和喷雾条件一定情况下,喷雾降尘效率由煤尘湿润性能及△D50共同决定,随着煤尘粒径的增大,喷雾降尘效率呈现先增大后减小的变化规律,为提高喷雾降尘效率,因根据粉尘的粒径分布,调节供水水压的大小。（6）表面活性剂通过降低溶液的表面张力,从而使溶液更容易被细化成粒径较小的雾滴,增大雾滴捕捉粉尘的概率,但因影响降尘效率的因素较多,表面活性剂对降尘效率的提升有限。当表面活性剂溶液浓度到达cmc值后,继续提高浓度不利于提高喷雾降尘能力,因此建议在使用表面活性剂进行喷雾降尘时,应选择低于cmc值的浓度,以此达到最佳的降尘效率。