高湿环境下煤尘与材料表面的粘附机理研究及抑粘表面设计

Coal plays a leading role in China's energy structure and is very important in guarantying China's energy security. Due to high humidity and high coal dust concentration of the environment of coal mine, coal dusts are easily adhered to the surface of mining equipment, which may reduce performances, cause malfunction and affect the long-term service of the equipment, and threat coal mining safety. However, scientific and systematic research is lacked for the issue of coal dust adhesion on the surface of materials. Therefore, this project considers the need of guaranty China's energy security and coal mining safety, utilizes atomic force microscope (AFM) and self-made environment controllable coal dust adhesion experimental platform, studies on the issue of coal dust adhesion from both microscopic view and statistical view. The following contents will be studied: (1) Microscopic mechanism analysis and modeling of coal dust adhesion；（2）Macroscopic analysis and statistical modeling of coal dust adhesion；（3）The construction method of anti-adhesion surfaces and test of performance. The results will provide important theoretical basis for the reduction of coal dust adhesion and important technical support for enhancing the stability and reliability of mining equipment.

煤炭在我国能源结构中占据着主要地位，对保障我国能源安全极其重要。由于煤矿的高尘高湿环境，煤尘极易在采煤设备表面粘附，降低设备使用性能，造成设备的故障，影响设备的长期服役，威胁煤矿的安全生产。然而，对于煤矿井下煤尘在材料表面的粘附问题，目前尚缺乏科学系统的研究。为此，本项目结合国内保障能源安全和煤矿安全生产的需要，运用原子力显微镜和自制环境可控煤尘粘附实验平台，分别从微观和统计角度对煤尘粘附问题进行研究。本项目拟完成以下研究内容：（1）煤尘粘附的微观机理分析及微观模型建立；（2）煤尘粘附的宏观规律分析及统计模型建立；（3）抑粘表面的构建及性能测试。研究成果将为减少煤尘在采煤设备表面的粘附提供重要的理论基础，为提高采煤设备的稳定性和可靠性提供重要的技术支持。

煤炭在我国能源结构中占据着主要地位，对保障我国的能源安全极其重要。在煤矿的高湿高尘环境下，煤尘极易在采煤设备表面粘附，可能会造成设备的故障，降低设备的使用性能或影响设备的长期服役，严重时甚至威胁煤矿的安全生产。为此，本项目结合国内保障能源安全和煤矿安全生产的需要，对煤尘在材料表面的粘附问题进行了研究。.首先，项目建立了研究所需的宏微观实验装置和方法。所搭建的环境可控煤尘粘附宏观实验平台，可在模拟实际矿井环境下对不同材料与煤尘之间的粘附进行研究，结合图像处理软件对所粘附煤尘的数量和粒径分布进行统计分析。搭建的适用于原子力显微镜的湿度控制装置，可在单个煤尘与材料粘附力测试时，实现对湿度的在线控制。第二，项目基于所搭建的环境可控煤尘粘附宏观实验平台研究了煤尘粘附的粒径分布和数量随着时间、煤尘浓度、相对湿度和表面粗糙度的变化情况，并研究了煤尘在27SiMn、40Cr、Q345、油漆、镀Cr和铝阳极氧化等材料表面粘附的粒径分布和数量情况。第三，基于原子力显微镜和所搭建的在线湿度控制装置对单个煤尘在石英玻璃和镀Cr表面粘附力进行了测试。依据测试所得力曲线，结合表面分析和煤尘成份分析，探讨了煤尘与表面间粘附的机理。第四，对材料表面性能的调控进行了研究。在煤尘在材料表面粘附规律研究和微观机理分析的基础上，制备了TiO2-PDMS复合防污涂层，并对其抑制煤尘粘附的效果进行了分析。采用有限元仿真的方法，对表面涂层中的残余应力对于膜/基体系接触的影响规律和涂层的激光表面处理温度等问题进行了研究。.本项目的研究成果可为煤矿井下重要设备关键表面的选材及表面处理提供指导作用，为减轻煤尘在表面的粘附、抑粘表面的制备和表面层的优化设计提供依据。