防治煤储运中粉尘的泡沫溶胶及单动力发泡装备的特性研究

The foam-sol has excellent performance in adsorbing floating dust, locking coal dust, and enclosing dust producing regional. It has important application value in controlling coal dust produced in storage and transportation. The project carries out research on characteristics that foam-sol control coal dust and design principle of foam-sol foaming device which utilizes gas as the only power source. Main research contents of the project include the following aspects: the formation mechanism and the microstructure characteristics of foam-sol, intermolecular hydrogen bonds and van der waals force while foam-sol adsorbs coal dust, structural properties of colloidal materials films formed by foam-sol covering coal heap, the corresponding relationship between lawal nozzle series and absorbed liquid volume. The research is aimed to reveal molecular reaction mechanism between adhesive and foaming agent solution, reveal the reducing mechanism of surface molecular bond energy of the mixed solution, clear the nature that foam-sol is easy to capture respirable dust, elucidate the energy loss mechanism of the gas in the foam-sol foaming device, propose the preparation principle of foaming device spraying foam-sol continuously with cone shaped under the conditions that gas is the only power source. The research will enrich the basic theory of foam-sol for control coal dust and promote the development and application of the technology, providing new theoretical foundation and technical means for the prevention of coal dust disasters. Consequently, the project has important scientific significance and application value.

泡沫溶胶具有吸附浮尘、锁定煤堆煤尘、封闭产尘区域的优异性能，对抑制煤储运中粉尘的产生具有重要应用价值。本项目针对泡沫溶胶控制煤尘的特性，以及在气体作为唯一动力源条件下，泡沫溶胶成泡装备的设计原理展开研究。主要研究内容有泡沫溶胶的形成机理与微观结构特性，泡沫溶胶吸附煤尘时分子间的氢键和范德华力，泡沫溶胶覆盖煤堆后所形成的胶状薄膜的结构特性，拉瓦尔喷管级数与吸入的液体量之间的对应关系。通过研究，揭示胶粘剂与发泡剂溶液之间的分子交联反应机制与混合溶液表面分子键能降低机理，明确泡沫溶胶易于捕捉呼吸性粉尘的本质原因，阐明在泡沫溶胶发生装备中气体的能量耗散机理，提出在气体作为唯一动力源条件下，连续以锥形罩状喷洒泡沫溶胶的成泡装备的制备原理。该研究成果将丰富泡沫溶胶防治煤尘的基础理论并推动该技术的发展与推广应用，为防治煤尘灾害提供新的理论基础和技术手段。因此，本项目的研究具有重要的科学意义和应用价值。

为防治煤储运过程中的粉尘，本项目提出了泡沫溶胶控制粉尘新技术，并针对该技术及单动力发泡装备的特性展开了研究。主要研究成果如下：（1）揭示了泡沫溶胶的形成机理。通过对溶液的表面张力、表观粘度、表面能、Zisman图、动态湿润性、粘附功，大量参数的综合研究，配制出了在交联剂和表面活性剂添加质量率分别为1.5%和5%构成的泡沫溶胶液，具有最佳的捕捉动态煤尘和压抑静态煤尘的综合性能，并从分子结构阐述了泡沫溶胶具有优异性能的根本原因。（2）揭示了泡沫溶胶吸附和抑制煤尘的机理。通过对泡沫溶胶抑制煤尘的表面形态、Zeta电势电位、表面粘弹性分析以及抑制静态煤尘和吸附动态煤尘的试验研究，得出泡沫溶胶在不影响泡沫体稳定性的条件下，对煤尘颗粒的吸附量可达到自身重量的0.9%；泡沫溶胶不仅可封闭并吸附动态煤尘，而且能将静态煤尘沾粘在一起形成整体覆盖，并在风速为10. 4 m/s 以下时不起尘；（3）阐述了泡沫溶胶的热特性。通过对风干后的泡沫溶胶进行DSC-TGA测试、热台试验、红外分析，得出泡沫溶胶风干后具有热塑特性，且在180º时可燃，不影响煤的正常使用；泡沫溶胶可抑制煤自热生成的–OH和–CH2/CH3官能团，延缓煤的氧化过程。（4）研制出了以气体作为唯一动力制备泡沫溶胶的装置并阐述了其生成泡沫的机理。通过对该装置存在的三种不同工作方式的研究，得出当气体储罐Ⅰ压力（P1）等于溶液储罐II压力(P2)时，储罐Ⅰ和II内的气压值不应小于0.4Mpa；当 P1为常数,P2为变量时，储罐II内的气压值不应小于0.26Mpa；当 P1，P2为变量时，储罐Ⅰ内的气压值不应小于0.192 Mpa, 储罐II内的气压值不应小于0.3Mpa。本项目的研究为控制煤储运过程中的粉尘提供了一种新的技术方法，该研究成果的应用将对杜绝粉尘事故、净化空气环境、降低尘肺病例起到明显效果。