多组分表面活性剂复配对烟煤润湿效果研究

表面活性剂是1种溶于水且能显著降低溶液表面张力的物质,能有效解决煤矿井下采掘工作面粉尘危害问题。为研究多组分表面活性剂复配对烟煤润湿效果的影响,采用淮南潘三煤矿烟煤作为研究对象,以表面张力、沉降时间为考察指标,从8种表面活性剂中优选出阴离子表面活性剂快渗T、两性离子表面活性剂BS-12、非离子表面活性剂APG共3种试剂单体;通过比较表面张力和沉降时间,得出阴离子表面活性剂快渗T效果均为最好;同时采用分子模拟技术考察3种单体试剂的静电势分布,比较得出阴离子型表面活性剂快渗T的效果也是最好;采用正交试验法等比例复配,得到3种试剂单体最佳配方浓度分别为0.20%、0.15%、0.25%;此时表面张力为16.95 mN/m,比快渗T提高了30.59%;沉降时间为20.95 s,比快渗T提高了20.34%。

不同剪切端面和围压下损伤煤体孔渗特性实验研究

煤体损伤是影响渗透率变化和瓦斯流动的重要因素;采用多剪切端面损伤渗流测试系统和核磁共振仪,分析了不同剪切端面和围压下损伤煤体孔渗特性变化规律。结果表明:损伤煤体内中大孔增多,吸附空间向渗流空间转化,孔隙间连通性变好;50%剪切端面情况下,渗流空间(驰豫时间T_(2)>10 ms)平均面积百分比由9.89%增大为14.94%;剪切应力作用下,煤体轴向变形量不断增大,50%剪切端面比30%剪切端面导致的轴向变形量大,而围压值越大,轴向变形量越小;随着剪切应力的增大,煤体渗透率先降低后缓慢增加,当应力达到煤体强度阈值时,损伤煤体渗透率以指数形式增大,50%剪切端面对应的渗透率值普遍比30%剪切端面的大,前者是后者的7倍左右。

封闭管道内瓦斯爆炸引燃瓦斯二次爆炸特性实验研究

为了研究不同前段瓦斯体积分数、不同后段瓦斯体积分数和不同二次引爆距离3种因素对瓦斯爆炸引燃瓦斯二次爆炸产生影响的规律问题。采用自主搭建的瓦斯爆炸引燃瓦斯二次爆炸实验系统进行实验分析。研究结果表明:当后段瓦斯体积分数固定时,前段瓦斯体积分数接近10%时,二次爆炸压力相较于其他工况最大高出78.90%;当固定前段瓦斯体积分数时,随着后段瓦斯体积分数的增大,二次爆炸压力表现出先增大后减小的趋势。对0,0.1,0.2 m^(3)种二次引爆距离下瓦斯二次爆炸压力分析发现,二次引爆距离在[0,0.2]m内的增大对瓦斯二次爆炸起到促进作用。研究结果为煤矿安全生产过程中研究人员和工程师制定相应的抑爆措施提供参考。

湿式除尘器中气水喷雾降尘效果试验研究

为提高煤矿井下湿式除尘器降尘效率,改善作业人员工作环境,提出了在湿式除尘器中安装内混式空气雾化喷嘴的降尘方法。首先,基于激光多普勒喷雾雾化特性测试平台,对比3种空气帽结构空气雾化喷嘴的雾化角和雾滴索特尔平均直径D_([3,2]),优选出了雾化效果最佳的喷嘴。其次,基于湿式除尘器与气水喷雾降尘试验平台,选定喷嘴与风机距离、喷嘴供气压力、喷嘴供水压力和风机供气压力进行单因素试验,得到单一最佳水平。最后,基于正交试验理论,设计4因素3水平正交试验,开展了不同工况下的降尘试验。结果表明:在同一工况下,孔径为2.0 mm的压力扇形喷嘴雾化角最大且雾滴粒径最小,D_([3,2])为33.20~50.51μm,更有利于微细粉尘的捕集与沉降;4因素降尘效率显著性水平排序对于全尘和呼尘均为:喷嘴与风机距离>喷嘴供水压力>风机供气压力>喷嘴供气压力;降尘系统最优参数组合为:喷嘴与风机距离2.25 m、喷嘴供气压力0.4 MPa、喷嘴供水压力0.4 MPa和风机供气压力0.2MPa,全尘与呼尘的降尘效率可分别达到90.06%和75.91%。研究成果可为矿井湿式除尘系统的优化及应用提供理论参考。

聚磷酸铵对聚乙烯粉尘爆炸特性及热解动力学影响研究

为了减小聚乙烯(PE)粉尘爆炸事故所带来的危害,使用20-L爆炸球以及自主搭建的粉尘爆燃火焰传播测试系统进行爆炸抑制实验,从爆炸压力行为和火焰传播行为探究了聚磷酸铵(APP)对PE粉尘的抑制特性。通过同步热分析仪分析了APP对PE粉尘热解特性的影响,采用Coats-Redfern方法计算了PE和APP-PE混合粉尘(I=1.0)在快速热解阶段的反应动力学参数,并结合爆炸产物探究了其抑制机理。结果表明:APP可有效降低PE粉尘的最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率以及火焰传播速度,当抑制比为1.0时,PE粉尘爆炸压力峰消失,标志着在该抑制比下被完全抑制。此外,通过分析热解动力学模型发现PE粉尘在快速热解阶段遵循A3模型,添加APP后遵循R2模型,其平均活化能分别为137.34 kJ/mol和228.52 kJ/mol,活化能的增加,说明APP的加入减缓了PE粉尘的氧化和热分解,表现出显著的抑制效果。研究结果可为防治PE粉尘爆炸提供理论依据和技术支撑。

煤矿井下空气质量革命技术现状与展望

我国煤矿安全高效开采技术处于世界领先水平,但以粉尘为主的毒害物质、高温、高湿、噪声等多种职业危害因素诱发的职业疾病长期困扰煤矿从业人员,目前职业病危害已超过安全事故对职工的伤害,严重制约行业未来发展。提出了井下空气质量革命理念,全面总结了井下控降尘技术(包括煤层注水减尘技术、喷雾降尘技术、通风排尘技术、化学试剂抑尘技术、井下空气质量革命控降尘体系)、燃油车辆尾气治理、井下空气质量监测预警系统的现状。为进一步推进井下空气质量革命理论与技术突破,立足于“分源-分区-分级-分策”的粉尘高效治理理念,寻求建立多源多相多场粉尘协同降尘与综合治理的理论体系;指明了采掘区域粉尘高效智能防控技术及装备、矿井粉尘环境多参量同步智能监测技术及装备等关键技术装备的发展方向;指出必须充分融合理工医管学科建立煤矿粉尘防控多主体协同体系,为井下空气质量革命由目前的起步阶段向中高级阶段发展奠定理论与技术基础,分步实现煤矿从业人员生命全周期职业健康的目标,最终做到煤矿职业病少发病或零发病,助力健康中国战略。

综掘工作面气水联动除尘装置影响因素及应用效果分析

为掌握气水联动除尘装置影响因素及现场除尘效果,以便更好应用于现场实际。基于煤矿综掘工作面长压短抽通风控除尘系统,利用数值仿真和正交实验设计分析方法,系统研究除尘装置叶片参数、进风量和进风口位置等因素对除尘效果的影响规律。研究结果表明:叶片安装角为40°,扭转角为4°时,除尘器入口处负压值和进风量最大,而吸风口距工作面5 m、吸风量≥300 m^(3)/min时的除尘效果较好。控除尘系统采用气水联动除尘装置后,各测点全尘除尘效率提高了40.8%~55.4%,呼吸性粉尘除尘效率提高了31.4%~41.3%,应用效果良好。

湿式除尘器双Y型滤尘板除尘效果实验研究

为研究非平行平板结构滤尘板在矿用湿式除尘器中的除尘效果,设计了一种双Y型新式滤尘板。搭建湿式除尘实验平台,通过选定滤网目数、滤尘板与细水雾喷嘴间距作为影响因素,开展滤尘板除尘效果实验,分析研究两因素对新型滤尘板除尘效果的影响。结果表明:一定工况下,滤网目数的增加能显著提升双Y型滤尘板除尘效率,在60目时除尘效率达到最高值,净化阻力与滤网目数呈正相关;一定工况下,双Y型滤尘板除尘效率随滤尘板与喷嘴间距的增加先增后减,当滤尘板与喷嘴距离为45 cm时除尘效率达到最高值,净化阻力随距离的增加先增后减,但距离的改变对新型滤尘板净化阻力的影响较小,实验结果为湿式除尘器结构参数的优化提供了理论依据和指导。

阴/非离子化学剂与糖脂类生物剂复配对煤尘润湿效果影响

为解决糖脂类生物表面活性剂润湿性能差的问题,选取4种化学表面活性剂和3种生物表面活性剂,通过对化学表面活性剂与生物表面活性剂的溶液的表面张力、沉降速度和红外光谱分析,研究化学表面活性剂与生物表面活性剂复配对煤尘润湿效果的影响。研究结果表明:化学表面活性剂与生物表面活性剂复配对煤尘的润湿性存在增强作用,且化学表面活性剂润湿性能越强,复配后对煤尘润湿性的增强作用越好,当二者为阴/非组合时这种增效作用更强,当质量分数达到一定值时,影响减弱。单体与复配的表面张力的线性回归模型表明,在对复配表面张力的影响中化学表面活性剂占主要影响因素。其中化学表面活性剂SDS与生物表面活性剂槐糖脂复配时增效作用最好,表面张力最低为23.04 mN/m,煤尘沉降速度最快为7.70 mg/s。

煤层复配润湿剂研制及降尘效果

为提高煤层注水的抑尘效果,通过表面活性剂复配的方法研制复配润湿剂作为注水添加剂,对煤层湿润能力和降尘效果进行研究。首先开展单因素试验,通过表面张力、接触角试验,从9种表面活性剂中筛选出3种具有良好润湿性的表面活性剂,然后选择临界胶束浓度(CMC)作为复配溶液的浓度,将优选的3种表面活性剂与2种无机盐进行复配,利用荧光分子探针试验选出新型复配润湿剂最佳配比为0.1 wt%快渗T+0.1 wt%LAO-30+0.13 wt%MgCl_(2)。最后,通过煤尘沉降和低场核磁共振试验研究复配润湿剂的作用机理,分析复配润湿剂作用前后煤体孔隙结构差异性,明确微孔和中孔的水润湿率是影响润湿效果的关键因素。现场试验验证新型复配润湿剂能够有效改善注水除尘效果,添加新型复配润湿剂的注水煤层平均水分增量达到3.32%左右,全尘和呼吸性粉尘降尘率分别由71.6%和80.1%提升至95.2%和97.3%,对余吾煤业1105综采工作面降尘效果显著。

矿井粉尘职业健康防护技术2013—2023年研究进展

为推进矿井粉尘职业健康防护科技进步,介绍2013—2023年矿井粉尘职业健康防护技术研究进展,全面总结矿井粉尘产生及运移规律、矿井粉尘监测预警技术、采掘转运等环节粉尘防治技术和个体呼吸防护技术等矿井粉尘职业健康防护先进技术研究进展,提出我国矿井粉尘职业健康防护技术研究展望,形成以“动态追踪-精准监测-源头治理-呼吸防护”为核心理念的矿井粉尘职业健康防护工程科学体系。研究结果可为我国矿井粉尘职业健康防护技术迈向领域先进水平奠定理论和技术基础。

煤矿掘进工作面粉尘延时采样测量方法

为研究煤矿掘进工作面采样时刻对滤膜称重法测量长距离巷道粉尘运移情况的影响,结合有限元分析方法提出延时采样法。首先分析粉尘颗粒沿巷道径向的运动模型,然后估算粉尘在巷道中运移所需的时间,制定粉尘质量浓度测量方案,并在煤矿巷道实地测量。结果表明:延时采样法得到不同时间、不同位置和不同作业工况下相同批次粉尘的运移分布情况,而多点同步采样法的不同起始时间的测试结果稳定性差;分析延时采样法的数据发现“尘汇现象”,其导致弱风巷道粉尘质量浓度的每小时增长速率约为扩散至该区域粉尘质量浓度的10%~15%。分析延时采样法在不同工况下的粉尘质量浓度及其对应的尘汇浓度和测量误差,发现新的非截割尘源位置,并计算产尘浓度,为针对性布置和安装巷道降尘设备提供参考依据。

基于微胶囊技术的瓦斯抽采钻孔密封材料研究

煤矿瓦斯抽采钻孔密封材料的性能在改善钻孔密封质量、提高瓦斯抽采效率等方面起着至关重要的作用。为了改变传统水泥基钻孔密封材料在水化初期发生无效膨胀的问题,采用理论研究、物理试验与测试相结合的方式,提出了利用微胶囊技术延缓密封材料膨胀时间的方法。实验确定了以乙基纤维素(EC)作为囊壁材料、蒙脱石(MMT)为囊芯材料,以相分离法制备延迟膨胀微胶囊,并通过单因素实验与响应曲面分析法(RSM)得出各关键参数之间的交互作用,结果表明各关键参数对包封率的影响程度大小排序为:搅拌速率>芯壁比>聚乙烯(PE)用量。此外,根据Design-Expert软件得出微胶囊制备的最优参数为:芯壁比为0.8,PE用量为1.5%、搅拌速率为400 r/min。最后,通过自主设计的模拟钻孔密封性能实验表明:延迟膨胀密封材料相较于普通膨胀材料具有更好的密封性能,其有效密封时间可提高60%左右。

煤尘粒径对表面活性剂复配溶液润湿性的影响研究

为明确煤尘粒径对表面活性剂复配溶液润湿能力的影响,以径长范围为小于74、74~104、104~147μm的3种红柳煤样为研究对象,开展沉降试验。选取十二烷基硫酸钠(SDS)、脂肪酸甲酯乙氧基化物磺酸盐(FMES)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)、异辛醇聚氧乙烯醚(JFC)和辛癸基葡糖苷(APG)5种表面活性剂,将其以质量比1∶1两两复配成10种复配组合,分别对单体和复配溶液作沉降试验,探究不同粒径煤尘在复配溶液和组成它们的表面活性剂单体溶液中的沉降速度变化特征。结果表明:煤尘粒径不会影响表面活性剂之间的协同润湿作用,但会影响表面活性剂之间的协同润湿程度;不同复配组合之间的润湿能力强弱不因煤尘粒径改变而变化;相较小粒径煤尘,复配溶液质量分数提高对大粒径煤尘润湿能力的提升更为明显;SDS与JFC复配组合对不同粒径煤尘均有很好的润湿效果,通过表面活性剂处理前后煤样的红外光谱分析推测,SDS与JFC能够协同提高煤尘的润湿性。

氮气浓度对扰动条件下甲烷爆炸特性的影响

为探究不同氮气浓度对扰动条件下甲烷爆炸特性的影响,采用20 L球形爆炸试验装置开展了不同浓度(体积分数)甲烷爆炸的抑制试验,试验的扰动条件由空气射流产生,扰动强度通过粉尘仓的初始压力控制,并采用CHEMKIN软件对甲烷爆炸的反应机理进行了敏感性分析。结果表明:无论是均匀静置状态还是扰动条件下,甲烷的爆炸强度均随氮气浓度的增加逐渐减弱,且氮气对高浓度甲烷爆炸的抑制作用更显著,在11.2%甲烷浓度和1.5 MPa扰动强度下甲烷的最大爆炸压力下降值最大,其值为0.6635 MPa;相比均匀静置状态,扰动条件在一定程度上削弱了氮气对甲烷爆炸的抑制作用,增加了甲烷的爆炸强度,导致甲烷的爆炸压力峰值时刻延长,且不同扰动强度之间甲烷的最大爆炸压力值均相近;氮气不会直接参与甲烷爆炸过程中的基元反应,而是通过稀释反应系统中的氧气浓度来影响基元反应的进行。该研究结果可为有效防治瓦斯爆炸提供理论参考。

瓦斯爆炸冲击波在并联巷道中传播特性的数值模拟

运用AutoReaGas软件模拟了煤矿井下掘进工作面发生瓦斯爆炸时冲击波向临近采煤工作面的传播规律.研究结果表明:冲击波在巷道中传播时,超压峰值和最高温度不断减小,到回风巷交叉口时,两条相向传播的冲击波产生叠加效应,使超压和温度明显增大;最高温度沿着巷道的变化规律与超压峰值基本相同,两个并联采煤工作面对应测点的超压峰值和最高温度基本相同.在冲击波叠加的分岔口附近是破坏较严重的区域,应采取相应的预防措施,减少瓦斯爆炸带来的损失.

瓦斯爆炸冲击波在采煤工作面巷网中传播特性的数值模拟

为了探索冲击波在首尾相连巷网中的传播特性,运用AutoReaGas软件模拟了瓦斯爆炸冲击波沿着进风巷和回风巷传播的超压和温度的变化规律。研究结果表明:冲击波在采煤工作面首尾相连巷网中传播时,超压峰值和最高温度不断减小;相向传播的两个冲击波发生叠加效应,使超压峰值增大,相向传播的火焰锋面产生抑制作用,使最高温度降低;在联络巷的中点之前,最高温度沿着巷网的变化规律与冲击波超压峰值的变化规律基本一致;进回风巷对应测点的超压峰值和最高温度基本相同,冲击波经过两条巷道的传播特性基本一致。在煤矿井下瓦斯爆炸发生叠加的位置附近是爆炸破坏较严重的区域,应采取相应的预防措施,减少瓦斯爆炸带来的损失。

瓦斯爆炸过程中火焰瞬时传播规律研究

在改善后的瓦斯爆炸试验条件下,为了得到任意位置的火焰传播速度,对火焰通过各传感器所处的位置与其对应时间进行统计分析,发现可以用二次抛物线方程来表达火焰传播距离与其对应时间之间的关系,由此推导火焰瞬时传播速度随管道位置变化的关系式,得到管道任意位置及任意时刻的火焰速度计算公式。研究发现:瓦斯爆炸火焰传播运动过程近似于匀加速直线运动过程;当加螺旋环时火焰传播过程接近于匀速直线运动。随着管道长度的不断增大,火焰瞬时速度不断增加,但增加的幅度越来越小,当管道长度达到某值后,火焰速度将趋于某一定值。煤矿井下可根据各点计算得出的火焰速度大小,采用相应的预防措施,减少瓦斯爆炸造成的损失。

开口钢管内甲烷爆炸火焰厚度和压力发展特征

通过搭建长为20m、截面为0.08m×0.08m的非绝热开口钢管,研究了甲烷与空气预混气体发生爆炸后的火焰和压力发展特征。实验结果表明:火焰信号最强的时刻对应于火焰前锋反应区内某时刻,而火焰信号起始上升时刻与火焰前锋预热区起始时刻接近,应选择某点火焰信号起始上升时刻作为该点的火焰到达时间。随着远离点火源距离的增加,火焰厚度呈现先变薄后变厚的变化趋势,最大超压呈现先减小、后增大、再减小的趋势,火焰传播速度则呈先增大后减小的变化过程。非绝热开口钢管的实验条件对爆炸超压和火焰传播速度的影响较大。研究成果可为甲烷爆炸致灾机制及防控的研究提供参考。

不同硬度煤体孔裂隙分布的分形特征研究

为了研究松软煤样孔裂隙分布的分形特征,对硬度为0.16-0.88范围内的6个煤样进行了电镜扫描,并运用计盒维数法得到了煤样孔裂隙结构的分形维数。研究结果表明：松软煤样的孔裂隙结构具有明显的分形特征。建立了松软煤样孔裂隙的分形维数与煤样硬度之间的耦合关系式,发现随着煤样硬度的减小,煤样孔裂隙结构的分形维数不断增加,说明煤样的孔裂隙越发育。研究成果对于瓦斯抽采与灾害防治均有一定指导意义。