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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

新型矿用EMI降尘剂对煤尘的润湿特性研究

2024-05-23



新型矿用EMI降尘剂对煤尘的润湿特性研究




金永飞1,2, 刘仁飞1, 郭军1,2, 柴洋洋3, 晏立1, 张科峰1

作者单位
1.西安科技大学 安全科学与工程学院;2.西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室;3.山西平阳重工机械有限责任公司


基金项目
国家自然科学基金项目 52174198;国家自然科学基金青年项目 52004209;陕西省秦创原“科学家+工程师”队伍建设项目 2022KXJ-166
作者简介


       金永飞,男,1975年生,博士,西安科技大学教授,博士生导师。兼任中国煤炭工业安全科学技术学会火灾防治专业委员会委员、中国职业安全健康协会通风安全与健康专业委员会青年常务委员。

    主要从事煤火灾害防控与应急救援方面的教学与科研工作。先后主持或完成了国家自然科学基金重点项目、“973”前期研究专项、“十一五”国家科技支撑、国家自然科学基金面上项目、中国博士后科学基金、陕西省科技攻关等纵向科研项目15项;主持校企合作科研项目90余项,参与完成横向科研项目200余项。荣获孙越崎青年科技奖、煤炭工业杰出青年科技工作者、陕西省“科技创新创业人才”称号、“挑战杯”大学生创业计划竞赛优秀指导教师、全国大学生电子商务“创新、创意及创业”挑战赛最佳指导老师等称号。研究成果获省部级科技进步一等奖6项、二等奖10项、三等奖6项,国家专利65项,出版专著3部,发表学术论文70余篇。




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摘要




    随着矿井机械化开采程度的提高,煤尘产生量也随之增大。针对煤矿井下作业环境中的粉尘污染日益严重的问题,通过测定含不同质量分数绿色高效生物降尘剂(EMI)溶液的表面张力,并以不同粒径煤尘与EMI溶液的接触角、煤尘润湿速度、煤尘吸湿量及保水性为指标,研究了不同质量分数的EMI溶液对不同粒径煤尘的润湿效果。实验结果表明:随着溶液中EMI降尘剂的质量分数增大,煤尘的接触角逐渐减小,煤尘完全沉降所需时间逐渐下降,吸湿量逐渐增大,保水性逐渐增强,且失水后煤样的板结性较大。通过分析得出EMI润湿煤尘的作用机理:降低水的表面张力;增加溶液润湿性;减少水分流失;提高溶液的抗蒸发性。





主要内容

1  实验部分

1.1   实验样品制备


将EMI原液稀释至质量分数分别为0.1%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、2.0%、4.0%、6.0%、8.0%的混合溶液。实验煤样选取黄陵一号煤矿弱黏煤样,煤样工业分析结果见表 1

表  1  煤样的工业分析

表  2  煤尘粒径与煤样编号对照


1.2   实验方法及装置

   1.2.1   表面张力测试

   1.2.2   EMI溶液与煤尘接触角测试

   1.2.3   煤尘在EMI溶液中的沉降测试

   1.2.4   EMI影响煤尘吸湿性测试

   1.2.5   EMI保水效果及煤样板结硬度测试

图  1  实验装置


     





  实验结果与分析

2.1   EMI质量分数对表面张力的影响


图  2  不同质量分数EMI溶液的表面张力


图  3  EMI分子在水溶液中随质量分数变化的吸附状态


2.2  EMI质量分数对接触角的影响


图  4  不同质量分数EMI的溶液润湿煤尘接触角成像图

    

图  5  接触角与溶液中EMI质量分数的关系

  

2.3   EMI质量分数对煤尘吸湿性的影响


图  6  煤尘吸湿量与溶液中的EMI质量分数的关系

2.4   EMI质量分数对煤尘沉降效果的影响


图  7  煤尘沉降时间与EMI质量分数的关系

图  8  煤尘沉降速度与EMI质量分数的关系

2.5   EMI质量分数对煤尘保水效果的影响


图  9  不同质量分数EMI溶液中煤样保水率变化曲线

图  10  煤样板结硬度与溶液中EMI质量分数的关系





 结论

通过测定不同质量分数的EMI溶液的表面张力,并以不同粒径煤尘与EMI溶液的接触角、煤尘润湿速度、煤尘吸湿量及保水性为指标,实验得出以下结论:

1) EMI溶液可有效降低水的表面张力;

2) EMI分子在煤基质表面微孔内因摩擦阻力增大而稳定吸附,减少了水分流失;

3) EMI分子在煤尘表面吸附形成EMI吸附层,改变了煤尘表面特性,增强了煤尘润湿性;

4) EMI溶液提高了溶液的抗蒸发性。







金永飞, 刘仁飞, 郭军, 柴洋洋, 晏立, 张科峰. 新型矿用EMI降尘剂对煤尘的润湿特性研究[J]. 矿业安全与环保, 2024, 51(2): 10-17.

JIN Yongfei, LIU Renfei, GUO Jun, CHAI Yangyang, YAN Li, ZHANG Kefeng. Research on wetting characteristics of new-type EMI on coal dust[J]. Mining Safety & Environmental Protection, 2024, 51(2): 10-17.

参引格式






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供稿:陈玉涛

审核:熊云威

  责任编辑:宫在芹
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毕业于黑龙江科技学院,采矿工程、工商管理双学士学位,采矿工程高级...

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