不同质量分数SDBS对煤体润湿性影响的分子模拟

为研究表面活性剂对煤体润湿性能的影响,选择十二烷基苯磺酸钠(SDBS)表面活性剂作为研究对象,采用Wiser煤化学结构模型,利用Materials Studio分子模拟软件,构建6种不同质量分数SDBS与水、煤共存的系统,分析系统吸附构型及能量变化,以及相对浓度分布、水分子均方位移(MSD)等。研究结果表明:SDBS分子的疏水烷基链吸附在煤表面,带苯环的亲水基团翘向水相,降低了水及煤的液-固界面张力;随着SDBS质量分数增加,系统总能量更低,SDBS与煤之间的相互作用能增大,分子间吸附作用更稳定,更有利于润湿煤; SDBS分子疏水烷基链的空间分布差异是影响煤润湿性能的主要原因之一;水分子扩散系数随着SDBS质量分数增加而增大,对煤体润湿性产生显著影响。     

CO在烟煤中吸附与扩散的分子模拟研究*

为揭示CO在烟煤中的微观吸附和扩散机理,利用Wiser烟煤分子模型,通过巨正则蒙特卡洛（GCMC）和分子动力学方法,研究5种不同温度（293.15,303.15,313.15,323.15,333.15 K）下,压力为0.1～3.0 MPa时CO吸附量、吸附热的变化,采用能量分布分析CO在烟煤中的吸附行为,利用扩散系数和扩散活化能研究CO在烟煤中的扩散特性。研究结果表明:CO在烟煤分子中的模拟结果符合朗格缪尔（Langmuir）吸附规律,随着温度的升高,Langmuir参数a和b减小,CO在烟煤分子中饱和吸附量和吸附能力降低。温度越高,烟煤分子的等量吸附热越低,烟煤分子吸附CO分子的平均等量吸附热为21.20～23.11 kJ/mol,小于42 kJ/mol,属于物理吸附;随着压力的升高,CO分子由能量较高的优势吸附位点逐渐向相对较弱的吸附位点移动;在模拟的温度和压力条件下,CO在烟煤分子模型中的扩散系数随温度和压力的升高而增加,扩散活化能随压力的升高而减小。研究结果为揭示CO在烟煤分子中微观吸附与扩散规律,准确预测采空区封闭火区煤自燃情况具有重要意义。     

磁化与活性剂协同改善水湿润性能的作用机制

为进一步提高磁化与表面活性剂协同改善水湿润性能的能力，基于红外光谱、表面张力、接触角、粉尘沉降时间及降尘效率等试验，研究磁化与活性剂协同改善水湿润性能的作用机制，并经西铭矿48712综采面现场应用验证两者间协同降尘性能。结果表明：磁化对水湿润性能的改变主要通过破坏水分子间氢键结构，使得大分子团簇结构变为小分子集团来增加溶液降尘性能；活性剂通过所具有的亲水基及亲油基在溶液表面形成隔离层降低水溶液表面张力，同时，磁化还能通过改变活性剂在溶液表面的吸附方式，进一步增强活性剂溶液湿润性能及降低活性剂使用量，在磁化作用下，阴-非离子复配活性剂C临界胶束浓度比原有未磁化溶液降低25%。经现场应用，磁化与表面活性剂协同增效明显优于单一活性剂溶液。     

阴/非离子化学剂与糖脂类生物剂复配对煤尘润湿效果影响

为解决糖脂类生物表面活性剂润湿性能差的问题,选取4种化学表面活性剂和3种生物表面活性剂,通过对化学表面活性剂与生物表面活性剂的溶液的表面张力、沉降速度和红外光谱分析,研究化学表面活性剂与生物表面活性剂复配对煤尘润湿效果的影响。研究结果表明：化学表面活性剂与生物表面活性剂复配对煤尘的润湿性存在增强作用,且化学表面活性剂润湿性能越强,复配后对煤尘润湿性的增强作用越好,当二者为阴/非组合时这种增效作用更强,当质量分数达到一定值时,影响减弱。单体与复配的表面张力的线性回归模型表明,在对复配表面张力的影响中化学表面活性剂占主要影响因素。其中化学表面活性剂SDS与生物表面活性剂槐糖脂复配时增效作用最好,表面张力最低为23.04 mN/m,煤尘沉降速度最快为7.70 mg/s。     

防灭火高性能泡沫的试验研究

针对目前煤炭防灭火泡沫存在起泡性能低、稳泡时间短的问题,通过对现有表面活性剂进行复配,获得了泡沫性能良好的新型复合表面活性剂溶液体系。研究了复配体系的表面张力、泡沫性能,以及温度、无机盐离子对二元复配体系SDS/OP-10、SDS/OB-2、SDS/BS-12的起泡性能和稳泡性能的影响,并探讨了其性能变化的原因。结果表明:表面活性剂复配后均具有良好的协同增效作用,在其具有最低表面张力的复配比例下,起泡高度均超过100 mm,稳泡性能由高到低为阴/阳(SDS/OB-2)、阴/两性(SDS/BS-12)、阴/非(SDS/OP-10);泡沫性能最佳的复配体系为阴/阳(SDS/OB-2),在10-2mol/L NaCl存在时,起泡高度达133 mm,泡沫消失速度为0.01 mm/s。     

生物型表面活性剂在煤表面润湿吸附规律研究

为了探讨生物型表面活性剂溶液在煤表面的润湿吸附规律,选定茶皂素、蔗糖酯、无患子和脂肽这4种结构性能不同的生物型表面活性剂作为研究对象,通过对4种溶液在煤表面接触角和表面张力进行测定,研究这4种生物型表面活性剂在煤表面的铺展系数、黏附功、黏附张力等润湿吸附参数。研究结果表明:脂肽的表面张力、接触角和黏附功均低于其他3种溶液,而其铺展系数高于其他3种溶液,说明脂肽在煤表面的润湿吸附性要强于茶皂素、蔗糖酯和无患子,但是黏附性则低于茶皂素、蔗糖酯和无患子。脂肽对煤体的润湿吸附性能优于另外3种生物型表面活性剂。     

树脂对溶解性微生物产物-多糖的吸附行为研究

以多糖代表物-葡聚糖(DEX)为处理对象,通过高分子吸附剂和活性炭的静态吸附实验,筛选出吸附性能优良的氧修饰超高交联吸附树脂NDA-150进行吸附行为研究。静态吸附试验结果表明,NDA-150树脂对DEX的吸附动力学曲线符合准二级动力学方程,吸附量达到9.33 mg/g;吸附等温线符合Freundlich吸附方程,吸附为优惠吸附过程,吸附为吸热反应,升高温度有利于吸附;DEX分子上的羟基和NDA-150所带的含氧基团之间主要存在氢键作用,较低的pH有利于NDA-150树脂对DEX的吸附,无机盐浓度对吸附的影响不大。动态吸附-脱附试验结果表明,DEX初始质量浓度为30 mg/L时,动态吸附量可达9.39 mg/g;采用10%NaOH进行脱附,流速为1 BV/h,温度323 K,脱附率可达93%。NDA-150树脂对葡聚糖类多糖吸附-再生性能优异,可以有效去除尾水中的多糖类物质,提高出水水质。     

煤尘粒径对表面活性剂复配溶液润湿性的影响研究

为明确煤尘粒径对表面活性剂复配溶液润湿能力的影响,以径长范围为小于74、74～104、104～147μm的3种红柳煤样为研究对象,开展沉降试验。选取十二烷基硫酸钠(SDS)、脂肪酸甲酯乙氧基化物磺酸盐(FMES)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)、异辛醇聚氧乙烯醚(JFC)和辛癸基葡糖苷(APG)5种表面活性剂,将其以质量比1∶1两两复配成10种复配组合,分别对单体和复配溶液作沉降试验,探究不同粒径煤尘在复配溶液和组成它们的表面活性剂单体溶液中的沉降速度变化特征。结果表明：煤尘粒径不会影响表面活性剂之间的协同润湿作用,但会影响表面活性剂之间的协同润湿程度;不同复配组合之间的润湿能力强弱不因煤尘粒径改变而变化;相较小粒径煤尘,复配溶液质量分数提高对大粒径煤尘润湿能力的提升更为明显;SDS与JFC复配组合对不同粒径煤尘均有很好的润湿效果,通过表面活性剂处理前后煤样的红外光谱分析推测,SDS与JFC能够协同提高煤尘的润湿性。     

原地爆破浸出采铀过程中的渗漏示踪研究

为了准确、及时判断原地爆破浸出采铀堆场底部是否发生渗漏,需寻找合适的示踪剂在喷淋浸出过程中开展示踪。先采用静态试验在候选示踪剂荧光素钠、溴化钾、碘化钾中筛选出不影响铀的浸出且吸附量最小的荧光素钠作为示踪剂;从表面活性剂MES、MAEPK、DMSS、SDS中,筛选出既有利于铀的浸出又可在铀浸出过程中降低矿石对示踪剂荧光素钠吸附的SDS。,再通过动态柱试验进一步研究荧光素钠与表面活性剂SDS的示踪性能。结果表明,荧光素钠不影响铀浸出,添加表面活性剂不仅使铀浸出率提高约9.01%,而且降低了铀矿石对荧光素钠的吸附,尤其大大降低了矿石对荧光素钠的初始吸附,使得初始穿透水中荧光素钠的质量浓度提高了20.8倍,铀矿石对荧光素钠的分配系数在不加表面活性剂与添加表面活性剂的情况下分别为6.66 mL/g与4.22 mL/g,阻滞系数分别为29.46与20.59,分别降低了36.63%、30.11%。因此,以荧光素钠为示踪剂添加表面活性剂SDS的原地爆破浸出采铀堆场渗漏示踪试验可以及时、准确地判断是否渗漏。     

PFC-APG-SA水成膜泡沫防治油液储运火灾实验研究

为有效防治油液在储运过程中易发生火灾问题,针对油液储运火灾特点,研发1种PFC-APG-SA水成膜泡沫材料。基于发泡性能、表面张力、pH值和抗烧性能,对复配的8种水成膜泡沫液开展性能测试实验,优选出最佳配方。结合分子动力学模拟,探究复配表面活性剂在模拟体系界面中分子排布作用的微观机理。研究结果表明：新型水成膜泡沫液发泡倍数为9.5,泡沫形态稳固,表面张力为17.521 mN/m,抗烧时间约为784 s,用量小且可以有效抑制油液燃烧;在分子动力学模拟中,复配的表面活性剂分子在油表面排列更为紧密,与油之间的相互作用能绝对值为8 210.238 kJ/mol,相互作用强且结构稳定。研究结果可为水成膜泡沫在油液储运火灾防治中的应用提供一定参考。     

不同磁化抑尘剂对煤粉润湿性影响规律的实验研究

针对微小粒径粉尘具有危害大且难润湿的问题,基于润湿剂与磁场对水滴颗粒的耦合改性机理,研究不同磁场强度下各抑尘剂对煤粉润湿性影响,采用座滴法测定磁化试剂的煤粉表面接触角,通过粉尘润湿机理进行分析,煤尘沉降Walker实验进行佐证,得到抑尘剂种类、浓度与磁化强度对煤粉的润湿性规律。结果表明:未经磁化的高于临界胶束浓度值溶液对煤尘的润湿能力变化不大,阴离子表面活性剂溶液对煤样的润湿能力强于非离子表面活性剂溶液和阳离子表面活性剂溶液;磁化强度为500 mT的磁化溶液对煤尘润湿能力达到最佳效果。     

基于量子化学分析表面活性剂对不同煤种润湿机理的影响*

为研究不同类型表面活性剂对煤润湿性的调控机理,首先将所选煤样的润湿性与煤样成分进行关联分析,然后采用透过高度法实验及量子化学计算相结合的方法研究表面活性剂对煤样润湿性的影响效果及机理。结果表明:煤的润湿性与煤中固有水分、灰分呈正相关关系,与煤中固定碳呈负相关关系;所选取的4种表面活性剂的加入会降低褐煤的亲水性,而对长焰煤、焦煤和无烟煤亲水性有提升作用,并且十二烷基硫酸钠对于这3种煤样亲水性的提升作用最为明显;表面活性剂分子、水分子及煤分子的表面静电势分布共同决定了表面活性剂对煤浸润性的影响。     

4种典型易燃烟煤的着火特性分析*

为了研究典型易燃烟煤的着火特性,预防和控制煤尘爆炸,采用粉尘云最低着火温度实验装置和同步热分析仪,分别研究崔木长焰煤、东荣二矿气煤、察哈素不粘煤和丁集焦煤4种烟煤在不同条件下的煤尘云最低着火温度和煤尘热解过程。研究结果表明:当煤尘云浓度从0.90 kg/m3上升到5.99 kg/m3时,4种煤尘的最低着火温度先降后升,在1.50 kg/m3煤尘云浓度时,4种煤尘的最低着火温度均达到最小,分别为450,580,610,620 ℃。随着升温速率的升高,煤的着火温度、峰值温度、燃尽温度和煤样最大放热量整体呈上升趋势,失重率整体呈下降趋势,在5~20 ℃/min的升温速率范围内,崔木长焰煤、东荣二矿气煤、察哈素不粘煤和丁集焦煤热解过程中的最小着火温度分别为354.17,404.37,443.18,484.13 ℃。4种烟煤的最低着火温度和热解过程中的最小着火温度有相对应关系,研究结论可为以上4个煤矿的具体煤样研究和数据分析提供参考依据。     

复合型水雾抑尘剂作用机理与优选方法研究*

为有效提高水雾综合除尘性能,基于水雾捕尘过程及抑尘作用机理,从复合抑尘剂润湿、吸湿、黏结作用组分出发,讨论不同性质粉尘与抑尘剂各组分间匹配协同关系,进而研究复合型水雾抑尘剂优选方法。结果表明:湿润组分优选疏水端含有碳碳双键、醚基或链间存在氢键的表面活性剂;通过改变疏水基链长、不饱和度和支链数等方法,使湿润组分亲水、亲油性与粉尘相匹配。吸湿组分优选体心立方晶胞结构、溶解度相对较小的无机盐或混合配方无机盐,或者含极性强、能形成氢键的基团且空间结构复杂的有机吸湿剂。黏结组分优选溶液黏度高、交联网状、结构复杂的高分子聚合物。在上述组分优选的基础上,通过抑尘剂复配性能实验合理确定各组分的最优配比。     

矿用润湿型压裂液的制备与性能分析*

为有效减少煤矿开采时粉尘的生成量,降低综采区粉尘含量。基于自由基聚合和季铵化反应制备1种润湿型压裂液。通过单因素实验,确定最优配比是200 mL水,5 g油酸,0.3 g过硫酸钾,3 g N,N′-亚甲基双丙烯酰胺,2 mL环氧氯丙烷,2 g氯化钾和2 g水杨酸钠。对压裂液的反应过程、微观结构、剪切黏度、剪切稳定性、滤失性、润湿型性和清洁性进行研究。研究结果表明:该压裂液具有较高的剪切黏度和较佳的剪切稳定性,有利于注入煤层;具有较低的滤失性,便于压裂造缝;具有良好的润湿能力,能够有效地渗透到煤层中去;具有残渣含量少等特点,清洁性良好。     

常压法测定煤层瓦斯含量的误差分析

为了校正脱气法和常压法测量瓦斯含量的误差。通过理论分析、模型计算和实验对比的方法,研究煤样气体自然成分含二元和三元混合气体时的误差来源。查明气体成分为N2和CH4时,该误差可通过系数法进行修正;气体成分含CO2,CH4和N2 3种气体时,误差可通过扩展的langmuir模型修正。水分对测定误差的影响为:烟煤中含氧官能团与水优先结合后,影响煤孔网吸附点的可达性,导致水分与测定误差线性相关;无烟煤表面积大且表面官能团减少,水分的优先吸附使煤表面性质更均匀,水分与气体分子竞争煤表面的相同吸附点,水分与测定误差负相关。该结论对煤层瓦斯含量测定方法的选择和修正有重要意义。     

磁化荷电水雾最佳降尘参数确定实验研究*

为实现对煤尘的有效防控,进一步提高磁化水降尘性能,提出磁化荷电喷雾降尘技术,通过研究液滴在磁化、荷电情况下的受力,揭示磁化荷电喷雾降尘机理;通过自主搭建的动、静态综合除尘实验平台,研究不同磁化强度、荷电电压下溶液表面张力和雾滴粒径的变化规律,进而确定最佳雾化参数。研究结果表明:磁化荷电后的溶液表面张力和雾滴粒径随磁化强度、荷电电压的增大呈现先下降而后上升,最后趋于平稳。荷电电压为9 kV、磁化强度为350 mT时达到最佳效果,此时,与清水相比全尘降尘效率达到92.79%、提高69.63%,呼尘降尘效率达到78.59%、提高94.01%。磁化荷电的溶液表面张力降低,破碎时所做表面功更小,雾化后液滴粒径更小更均匀,与尘粒接触面积增大,可提高捕尘效率,改善矿井环境。     

不同含水率煤尘在瓦斯爆炸诱导下爆炸传播规律研究

为了探究不同含水率煤尘在瓦斯爆炸诱导下的爆炸传播规律,利用自行搭建的直管瓦斯爆炸诱导煤尘二次爆炸实验系统,从冲击波压力和火焰传播速度2个方面,研究了不同含水率沉积煤尘在瓦斯爆炸诱导下的爆炸传播规律和原因。研究结果表明:当煤尘含水率小于40%时,管道内沉积煤尘会在瓦斯爆炸诱导下产生二次爆炸,同时沉积煤尘总量一定时,沉积煤尘二次爆炸产生的冲击波超压峰值和火焰传播速度随着煤尘含水率的增加先增大后减小;当沉积煤尘含水率为20% 时,煤尘二次爆炸产生的冲击波超压峰值、火焰传播速度峰值达到最大值,分别为1.657 MPa和468.060 m/s;当沉积煤尘含水率大于40%时,沉积煤尘无法产生二次爆炸,此时爆炸产生的威力小于单一瓦斯爆炸,火焰传播速度衰减较无煤尘的瓦斯爆炸更快,沉积煤尘起到抑制瓦斯爆炸传播的作用。研究结果可以为防治煤尘二次爆炸提供理论依据。