煤尘的润湿性是煤的一种物理化学特性,在煤矿现场,煤的润湿性好坏直接影响到煤尘注水技术成功与否。通过改变煤的物理、化学及力学性质润湿煤体,注入水或水溶液润湿原生煤,包裹煤的破碎面,进而有效减少开采扬尘。为此,本文研究了煤尘表面结构对润湿性质的影响,及添加不同表面活性剂提高其润湿性及煤尘抑尘剂的研制工作,具体工作内容包括以下几个方面:(1)本文选取8种煤尘作为研究对象,对煤尘性质进行分析并探讨其随变质程度的变化规律;通过红外光谱、扫描电镜及EDS能谱分析仪、AFM原子力显微镜、激光粒度仪、高性能比表面及孔径分析仪、接触角测定仪、表面张力仪以及zeta电位仪等设备对煤尘表面性质进行了系统的测定与研究。煤尘表面不同变质程度导致煤尘化学组成、孔隙结构及微观形貌等表面性质非常复杂,一定程度上限制了煤尘的润湿及团聚。(2)通过对煤尘润湿性的四种表征方式进行研究,发现所选用的四种表面活性剂浓度在0.1%-0.6%之间,即能够显示出较好的润湿效果。从表面张力数据发现,当APG的浓度为0.2%时,具有的表面张力最小,仅为28.261mN.m--1,而当SDBS的浓度为0.2%时,表面张力最大为34.796mN·m-1,验证了非离子表面活性剂的润湿效果好于阴离子表面活性剂。通过接触角的比较分析,YA煤润湿性最好,TX煤润湿性最差。不同浓度、不同表面活性剂对不同煤尘的润湿性是不同的。(3)利用APAM和CPAM作为粘结剂,测定了表面活性剂对煤尘的团聚效果。APAM团聚效果比CPAM团聚效果好,一方面由于APAM分子量较大,在煤尘表面形成的氢键较多;另一方面与氢键的作用时间较长,利于团聚体的生成及生长,形成较大的团聚体,而CPAM与煤尘表面的静电吸附作用时间较短,形成团聚体粒度较小。(4)采用多元逐步回归法分析煤尘性质对煤尘润湿、团聚性的影响,结果表明:表面自由能、表面粗糙度及平均孔径是影响煤尘润湿性的主要因素,表面电位、平均孔径是影响煤尘团聚性的主要因素;从表面自由能出发,通过表面自由能分别推导光滑表面上的液滴以及结构表面上的Wenzel和Cassie态液滴的平衡接触角方程,进而研究煤尘的润湿机理。同时,对影响煤尘润湿性和团聚性的影响因素又进行了微观分析,粗糙度对两个模型的影响机理不同。Wenzel模型中,通过增加固液接触面积以增加对液体的粘附力来增大表观接触角,Cassie-Bax模型中通过减少复合接触中固体的面积分数以截留空气层来增大表观接触角,进而出现前者比后者具有更好的亲水性。(5)通过接触角法测定并分析表面活性剂对煤尘的润湿作用,结合煤尘粗糙表面的结构特征,建立了煤尘表面润湿模型及渗透模型,并通过实验验证了模型的适用性;通过透过率法分析黏结剂对煤尘的团聚效果。探讨表面活性剂对煤尘表面的吸附行为和机理,分析不同浓度表面活性剂对不同变质程度煤尘润湿性的影响规律。(6)将前期实验优选出的表面活性剂与黏结剂进行复配,对不同变质程度的煤尘进行响应面分析,通过计算分析得到褐煤的最优抑尘剂配方:润湿团聚效果均优的试剂复配浓度为:0.25%APG,0.50%SDBS及0.04%APAM,沉降时间预测值为20.4848s,透过率预测值为91.4827%;无烟煤的最优抑尘剂配方为:0.15%APG,0.43%SDBS及0.03%CPAM,沉降时间预测值为10.7619s,透过率预测值为89.8505%;烟煤的最优抑尘剂配方为:达到润湿团聚效果均优的试剂浓度为 0.17%APG,0.49%SDBS 及 0.05%APAM,沉降时间预测值为 34.9025s,透过率预测值为93.7259%。