煤矿生产过程中会产生大量煤尘,它不仅会导致矿工患尘肺病不能治愈而死亡,而且会导致矿井发生爆炸事故,造成重大人身伤亡和巨大经济损失。化学剂抑尘是一种积极、有效的煤矿降尘方法,它是通过在降尘用水中添加表面活性剂,从而提高煤尘颗粒被水湿润的程度。本文为了研究表面活性剂复配对改善煤尘润湿性的协同效应及降尘效果,从我国典型矿区选取了褐煤、长焰煤、不粘煤、气煤、焦煤、无烟煤6种煤样和15种表面活性剂来进行研究。首先测定6种煤样的工业成分、元素含量、化学结构、微观形貌、孔隙结构特征参数及水在煤尘表面的接触角来探究煤尘润湿性的主要影响因素。然后优选出复配表面活性剂的单组分,以临界胶束浓度(CMC)等体积两两混合配制出表面活性剂复配溶液,测定溶液的表面张力、溶液在煤样粉尘试片表面的接触角和煤尘在复配溶液中的润湿速度,将测定结果作为指标研究表面活性剂复配对煤尘润湿性的影响,并从微观角度研究单体和复配表面活性剂在煤尘表面的吸附润湿特性。在此基础上用表面活性剂复配溶液作为添加剂,以不同变质程度煤尘为对象,进行喷雾降尘模拟实验和现场实践,对表面活性剂复配润湿煤尘的效果进行研究。研究表明,在煤样粉尘的物化特性中,平均孔径是影响煤尘表面润湿性最重要的因素,接触角随平均孔径的增大呈线性减小(R2=0.96)。另外,六种煤样粉尘的润湿性随变质程度的增加呈高—低—高的趋势,褐煤的润湿性最强,所选烟煤中变质程度最高的焦煤润湿性最弱,无烟煤比焦煤的润湿性又有所增强。阴离子-非离子表面活性剂复配体系对改善煤尘润湿性效果最显著。阴离子-非离子复配溶液的表面张力比各单组分表面张力低,特别是FMES-CDEA复配溶液的表面张力为29.23mN/m,比单组分FMES和CDEA分别降低20.18%和13.42%。阴离子-非离子复配溶液在任一种煤样粉尘试片上的接触角均明显小于单组分,比单组分的接触角降低了 14.04%～63.31%。6种煤尘在阴离子-非离子复配溶液中的润湿速度比在单组分中提高了 0.27～28.16倍。表面活性剂在煤尘表面的吸附量和吸附形式决定煤尘表面的润湿性。表面活性剂在煤尘表面的吸附量越大,煤尘越容易润湿;阴离子和非离子表面活性剂在煤尘表面的单层吸附形式更有利于增强煤尘的润湿性。阴离子-非离子表面活性剂复配溶液比阴离子-阴离子复配在煤尘表面达到吸附饱和时的浓度低,阴离子-非离子表面活性剂复配可以使煤尘表面的吸附量显著增大;阴离子和非离子表面活性剂分子的疏水基以间隔环绕的形式吸附于煤尘表面,更易于润湿煤尘。在喷雾降尘模拟实验中,阴离子-非离子表面活性剂复配溶液作为喷雾降尘添加剂的降尘效率优于阴离子-阴离子复配。气煤在0.025wt%FMES和0.025wt%CDEA复配溶液中降尘效率最高,为78.4%。褐煤、长焰煤、不粘煤、焦煤和无烟煤均在0.025wt%AES和0.025wt%CDEA复配溶液中降尘效率最高,分别为 91.53%、88.24%、85.7%、73.25%和 80.57%。现场实验表明,对于不粘煤,喷雾降尘液体介质为0.025wt%AES和0.025wt%CDEA复配溶液时降尘效率最高,总粉尘和呼吸性粉尘降尘率分别为88.32%和86.12%,分别比未处理水提高40.76%和46.06%,能有效地降低粉尘浓度,尤其是呼吸性粉尘。同时,阴离子-非离子复配溶液作为喷雾降尘添加剂的降尘效率优于阴离子-阴离子复配,这和喷雾降尘模拟实验中所得到的结论一致。总之,阴离子-非离子表面活性剂复配体系对提高煤尘润湿性表现出显著的协同效应。研究结果为煤矿提供了使用表面活性剂溶液降尘的理论依据,并提出不同变质程度煤尘与表面活性剂溶液的适应特征,为选择及配制表面活性剂溶液作为喷雾降尘添加剂提高降尘效率提供参考。图[106]表[22]参[111]