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        采掘工作面新型高效抑塵劑研究

        2021-05-13 08:30:40左文強
        山東煤炭科技 2021年4期
        關(guān)鍵詞:煤塵磺酸成膜

        左文強

        (陜西小保當?shù)V業(yè)有限公司,陜西 榆林 719000)

        1 引言

        隨著我國煤礦開采技術(shù)的不斷提升,煤礦生產(chǎn)不斷向規(guī)?;?、現(xiàn)代化方向發(fā)展,隨之出現(xiàn)的問題是井下工作面的產(chǎn)塵量不斷增加。粉塵作為礦井五大災(zāi)害之一,以前沒有得到足夠的重視以及沒有有效的治理方式,1930 年以后化學(xué)抑塵得到世界范圍內(nèi)的普遍認可。粉塵較小的顆粒會隨著井下工作人員的呼吸進入到呼吸系統(tǒng),嚴重侵蝕著礦工們的身體健康,不但對人體內(nèi)的器官造成永久性傷害,還會磨損井下儀器以及造成煤塵爆炸,引發(fā)一系列的反應(yīng),造成不可挽回的損失[1-2]。

        針對煤礦井下煤塵治理,國內(nèi)外研究人員進行了多項實驗研究,把煤礦煤塵治理分為煤炭開采前和開采后兩個階段。開采前主要采用煤層注水、灌漿、潤濕煤壁以及濕式鑿巖等措施,雖然方法眾多但收效甚微;開采期間產(chǎn)生的煤塵將成為開放性塵源,屬于開采后治理階段,主要采用灑水、噴化學(xué)抑塵劑、噴泡沫凝膠以及覆蓋等措施,其中化學(xué)抑塵在現(xiàn)代煤礦煤塵治理過程中應(yīng)用效果良好[3-5]。于是,研制一種適合煤礦井下采掘工作面的新型樹脂型抑塵劑,將有利于解決井下采掘工作面產(chǎn)塵量大以及二次揚塵的問題,降低煤塵對井下工作人員的身體危害以及工作面爆炸的危險指數(shù),具有重要的現(xiàn)實意義。

        2 抑塵劑制備

        2.1 原料

        2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS),二甲基二烯丙基氯化銨(DMDAAC),過硫酸銨,N,N'-亞甲基雙丙烯酰,十二烷基苯磺酸鈉,氯化鈉(以上均采購于青島精科化學(xué)試劑有限公司,以上物質(zhì)均為分析純),蒸餾水(自己制備)。

        2.2 實驗過程

        本文產(chǎn)物制備過程:稱取一定質(zhì)量的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸放在恒溫磁力攪拌鍋內(nèi)進行加熱攪拌,然后依次添加引發(fā)劑過硫酸銨、二甲基二烯丙基氯化銨,交聯(lián)劑N,N'-亞甲基雙丙烯酰,鹵化物氯化鈉以及表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉,將反應(yīng)裝置通入氮氣進行保護,設(shè)置反應(yīng)溫度。反應(yīng)一段時間后將制成的溶液倒入燒杯中并對杯口進行加膜覆蓋,放入微波爐中進行加熱,得到最終粘性溶液。

        2.3 最佳配比

        2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸與二甲基二烯丙基氯化銨比為3:1,過硫酸銨與2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的質(zhì)量比為4.0%,N,N'-亞甲基雙丙烯酰與二甲基二烯丙基氯化銨的質(zhì)量比為5.0%,氯化鈉與過硫酸銨比為10:1,十二烷基苯磺酸鈉與氯化鈉比為2:1,最佳反應(yīng)溫度為50 ℃,微波照射時間為4 min。

        3 實驗測定

        3.1 成膜耐高溫實驗

        將制得的產(chǎn)物噴灑在煤樣表面,待產(chǎn)物固結(jié)成膜后切取一定質(zhì)量的膜片放置在真空干燥箱中烘干,烘干完成后稱取適量粉末用STA510G 熱重分析儀進行分析,觀察熱分解情況。所設(shè)測量參數(shù):加熱速率20 ℃/min,溫度區(qū)間0~650 ℃。熱重DSC 曲線如圖1。

        圖1 熱重DSC 曲線

        從最終產(chǎn)物熱重曲線可知,該曲線主要分為3個階段:脫水階段(<180 ℃),主要是由于膜片中水分蒸發(fā)導(dǎo)致質(zhì)量下降;破壞階段(200~400 ℃),這個階段主要由于產(chǎn)物中磺酸基以及C=C 雙鍵被破壞導(dǎo)致質(zhì)量損失;氧化階段(420~500 ℃),這是由于產(chǎn)物持續(xù)被加熱炭化導(dǎo)致質(zhì)量明顯下降。該熱重曲線表明在200 ℃以下產(chǎn)物結(jié)構(gòu)良好,能夠滿足煤礦井下高溫的特殊環(huán)境,可以起到良好的抑塵效果。

        3.2 抑塵率實驗

        稱取一定質(zhì)量的煤樣放于測量裝置當中,稱量煤樣和裝置的總質(zhì)量為W1,用一定的風(fēng)流速度對表面進行吹蝕,經(jīng)過t時間后稱取剩余煤樣以及裝置的總質(zhì)量為W2。再稱取同樣質(zhì)量的煤樣置于裝置當中,煤樣和裝置的總質(zhì)量為W1,在煤樣表面均勻噴灑配置好的抑塵劑,待表面固結(jié)成膜后再用同樣的風(fēng)流速度進行吹蝕,持續(xù)時間仍為t,然后稱取煤樣和裝置的總質(zhì)量為W3。可通過下列公式計算抑塵率:

        式中:α為抑塵劑的抑塵率;W1為風(fēng)吹前煤樣和裝置總質(zhì)量;W2為風(fēng)吹后煤樣和裝置總質(zhì)量;W3為成膜后風(fēng)吹煤樣和裝置總質(zhì)量。

        經(jīng)過實驗測量,測得W1為642.23 g,W2為606.59 g,W3為640.49 g,通過上述公式計算得α為95.118%。通過肉眼以及稱重可以看出,噴灑抑塵劑之后煤樣會進行板結(jié)成塊,對風(fēng)具有一定的抵抗能力,抑塵效果較好達到95.118%,能夠滿足煤礦井下工作面除塵需要。

        3.3 滲透性測試

        通過采用向下滲透的方法來測定抑塵劑的滲透性能,具體實驗做法如下。

        采用三支相同的玻璃管,每根玻璃管上都有相應(yīng)的刻度,在每根管中裝入相同質(zhì)量的煤塵,進行振動夯實記錄玻璃管上的刻度。然后在每根管中加入相同質(zhì)量的該抑塵劑,在同一時間記錄抑塵劑的滲透刻度,即可計算抑塵劑在玻璃管中的滲透速度。

        通過實驗發(fā)現(xiàn),計算該抑塵劑在三根管中的平均滲透速率為5 cm/min,滲透速率較快??梢娫诠ぷ髅嬉约跋锏赖孛鎳姙⒃撘种苿r能夠及時滲透到內(nèi)部,并且在較短的時間內(nèi)將煤塵板結(jié)成塊,起到抑塵以及控制揚塵的作用。

        3.4 成膜時間測試

        抑塵劑的成膜時間是評價抑塵劑性能的主要指標,在現(xiàn)場實際應(yīng)用中能夠在短時間內(nèi)成膜并且在一定的時間內(nèi)能夠保持表面濕潤,對抑塵以及揚塵的吸收有著至關(guān)重要的作用。因此設(shè)計如下實驗:在培養(yǎng)皿中加入一定質(zhì)量的煤粉,噴灑該抑塵劑,使煤粉充分濕潤,放置在自然環(huán)境中,記錄成膜時間并且用邵氏硬度計測量成膜硬度。成膜時間見表1。

        表1 成膜時間

        通過表中實驗數(shù)據(jù)可知,該抑塵劑成膜時間在1 h 左右,說明該抑塵劑能夠滿足在一定時間內(nèi)的濕潤性,同時又滿足在較短時間內(nèi)能夠成膜,可以滿足煤礦井下工作環(huán)境和工作進度的需求。

        4 結(jié)論

        隨著社會的進步以及采煤工藝的發(fā)展,煤礦工人的身體健康受到社會各界的廣泛關(guān)注,該抑塵劑能夠基本滿足煤礦井下工作面抑塵的需求,有效保障井下工人的身體健康,保護設(shè)備的正常運行,同時減少煤塵引發(fā)其他災(zāi)害的可能性,改善我國煤礦井下的作業(yè)環(huán)境,并帶來巨大的經(jīng)濟效益以及社會效益。

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