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我国是以煤炭为主要能源的国家之一,2009年我国原煤产量已突破30亿吨。煤炭开采过程中会产生大量煤尘,煤尘不仅危害矿工的身体健康,还对煤矿的生命财产安全造成严重威胁。煤尘粒径较小,且大部份煤尘具有一定疏水性,传统的通风除尘、煤层注水等方法难以有效的控制井下粉尘危害。泡沫除尘可很好的解决以上问题,国外学者在上世纪50年代提出此项技术,但至今国内对于该项技术的研究还不够深入,相应研究成果较少。为此,本论文对泡沫除尘剂进行研制,在主起泡剂的优选,新型泡沫除尘剂的研制方面取得一定成果。
论文首先介绍了表面活性剂泡沫的基础理论,对泡沫的产生和衰变机理、表面活性剂的起泡性能、稳泡性能及其各自的影响因素进行了阐述。分析了泡沫除尘的各项除尘机理,泡沫除尘机理主要包括:截留、惯性碰撞、扩散、粘附等作用,并讨论了泡沫除尘总除尘效率的计算。
为研制出性能优良的泡沫除尘剂,通过查阅文献和参考前人研究成果,决定使用十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基二甲基氧化胺(OB-2)、辛基酚聚氧乙烯醚(Triton X-100)、十二醇和羧甲基纤维素钠(CMCNa)进行复配实验。
根据配方实验多因素、多水平的要求,在对多种试验设计方法进行比较后,选择均匀设计法安排实验配方。采用表面张力法确定部分药剂的临界胶束浓度,以选定药剂的实验浓度范围。根据试验因素与均匀设计表偏差选定合适的均匀设计表,在药剂浓度范围内选取相应实验水平,利用均匀设计表及其使用表建立实验配方。
采用倾泻法、搅拌法、上向毛细管渗透法对实验配方泡沫的起泡高度、泡沫半衰期、润湿高度进行测量。采用线性模型和二次多项式模型对测量结果进行逐步回归分析,得出每种性能与药剂浓度关系的回归方程。结合药剂浓度范围,求出回归方程最优解,以此确定最优配方。
设计模拟钻孔孔口泡沫除尘实验,利用最优配方除尘泡沫进行泡沫除尘,实验结果表明最优配方泡沫对于全尘的除尘效率可达到90％以上,对于呼吸性粉尘的除尘效率可达到95％以上。