一种煤矿掘进巷道喷雾用复合型抑尘剂，其制备方法和检测方法

本发明涉及一种煤矿掘进巷道喷雾用复合型抑尘剂，其制备方法和检测方法，属于喷雾除尘。

背景技术：

1、我国煤炭生产量与消费量均为全球之最，随着煤炭开采机械化水平不断提高，井下开采、掘进、运输、提升等生产环节的产尘量也逐渐增多。钻掘、爆破、切割等过程会对巷道周围的煤层和岩石造成影响，导致尘粒分离出来并悬浮在空气中。因此掘进巷道煤尘浓度最高，对井下工人和设备造成损害，需要对粉尘进行有效控制，改善作业环境，保障安全生产工作的顺利进行。喷雾除尘的逐渐兴起为问题的解决提供了新的手段和研究思路，它可以向尘源喷洒，利用雾滴来抑制和捕获粉尘，同时表面活性剂等抑尘成分的加入可使抑尘效果大大提升，将化学抑尘和喷雾除尘技术结合，可进一步提高抑尘效率。有效改善作业环境，保证安全生产工作的顺利进行。

2、抑尘剂配方的研制是重点，对1985-2021年代表性抑尘剂的研究成果进行分析，从整体上看，复合抑尘剂和环保型抑尘剂用量最多，且生态环保型抑尘剂的研制是主要发展趋势，能够在保证对环境无污染的条件下达到最佳抑尘效果。

3、国内外对于传统抑尘剂的研究从未间断过，而传统抑尘剂中，粘结型抑尘剂的研究与应用最多，约占抑尘剂总数的14.96％。新型抑尘剂近10年发展迅速，主要为复合型抑尘剂和生态环保抑尘剂。具备多重抑尘效果，抑尘效率大大增加，抑尘原料向生态环保、节约型方向发展。

4、抑尘剂中表面活性剂起到润湿与渗透作用，当其溶于水时，疏水基团彼此靠近、聚集以避开水，朝向空气中，产生疏水效应；而亲水基与水亲和，朝向水分子一侧，使得润湿型抑尘剂的分子在水溶液表面形成致密的表面吸附层，使溶剂水的表面张力下降，增强水润湿粉尘的能力，从而达到抑制扬尘的效果。表面活性剂主要有两性、阴离子型、阳离子型以及非离子型这四种类型。

5、抑尘剂中加入羧甲基纤维素钠等粘结成分可减少粉尘飞扬。其抑尘机理是：当乳液喷洒在物料表面后迅速发生破乳现象，乳状液中的水相与粉尘接触使得粉尘短时间内被湿润，在抑尘剂体系中表面活性剂作用下加快了粉尘润湿的速率。当乳化液喷洒在物料表面，渗入粉尘之间细小的空隙，乳化液中的水分被蒸发或渗透后，乳化液中的油相形成薄膜将粉尘颗粒包裹、粘结成一层具有一定水稳性的覆盖层，具有一定的抗破坏能力，同时粉尘之间相互粘结使得粒径增大，能较有效的减少二次扬尘。

6、抑尘剂中无机盐的加入能有效地吸附空气中的水分。在干燥条件下，也可使粉尘从空气中吸收一定水分，保持一定的含水量，减少粉尘飞扬。另外,吸湿性无机盐的吸湿量随空气相对湿度变化而变化，且这种吸湿性无机盐能溶于粉尘的孔隙内，附着于粉尘颗粒的表面而形成静电吸引力，这种吸引力能将尘粒离子联系起来，将粉尘集聚和凝结起来，吸引邻近的粉尘，促进尘粒的结合和粉尘粒径的增大而难于飞散。保湿成分的加入可在粉尘颗粒上形成保护膜，以减少水分流失和改善粉尘表面吸附作用、防止水分迅速蒸发、增加粉尘密度，从而加快沉降速度。

7、复合型抑尘剂综合了润湿、粘结、保湿等多方面功能，抑尘效果更佳；可在煤料场、矿山、施工地等多种复杂多变和恶劣的环境中应用，应用范围也较广；原材料来源广泛、价格低廉，不会对环境造成二次污染，具有较好的经济和环境效益。

8、现有抑尘剂存在很多不足，如其中的某些成分可能对人体造成一定影响，在使用时需要注意使用方法和配合防护措施；使用过程中产生的挥发性有机物和一些重金属离子等有毒有害物质，可能会对环境造成一定影响，成本相对较高，如需大量使用，会给企业带来较大负担；现有的抑尘剂只能在短时间内有效减少尘埃，因此需要频繁喷洒，增加了成本和工作量，且沉降效率较低，尘埃在空气中停留时间长，难以完全清除，使得空气质量降低，增加呼吸道疾病的风险。

技术实现思路

1、本发明的目的之一就是克服现有技术的不足，提供了一种煤矿掘进巷道喷雾用复合型抑尘剂及其制备方法，此抑尘剂对巷道内呼吸性煤尘有较佳抑尘效果，成本低廉、工艺简单、危害性小，具有良好的实用性、经济性及环保性。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、本发明提供了一种煤矿掘进巷道喷雾用复合型抑尘剂，其各组分及含量如下：粘结剂为羧甲基纤维素钠0.1％-2.0％、保湿剂为聚丙烯酸钠0.1％-2.0％、吸湿剂为硅酸钠0.5％-4.0％，润湿剂为椰子油二乙醇酰胺0.2％-1.5％，余量为水。上述各物质含量均为质量百分含量。

4、实际研究过程中，首先进行抑尘剂配方初选，以粘度、常温及高温条件下失水率、常温条件下吸湿率、表面张力以及正向渗透速率作为考察抑尘效果的各项指标。经过单因素实验选择出的配方为：羧甲基纤维素钠1.0％-2.0％，聚丙烯酸钠1.0％-2.0％，硅酸钠1.0％-4.0％，椰子油二乙醇酰胺0.6％-1.5％，余量为水。

5、通过正交实验，进一步确定抑尘剂其各组分及含量为：

6、配方一：羧甲基纤维素钠2.0％、聚丙烯酸钠1.0％、硅酸钠4.0％，椰子油二乙醇酰胺0.6％，余量为水。

7、配方二：羧甲基纤维素钠2.0％、聚丙烯酸钠1.0％、硅酸钠4.0％，椰子油二乙醇酰胺1.0％，余量为水。

8、进一步地，通过模拟巷道喷雾实验，考察两种抑尘剂配方的降尘效率，确定配方二为最佳抑尘剂。将其喷洒后可有效控制煤尘扩散，对呼吸性粉尘的除尘效率可达77.8％。

9、本发明还提供了一种煤矿掘进巷道喷雾用复合型抑尘剂的制备方法，包括以下步骤：

10、(1)将硅酸钠加入容器中，加入总水量的5％-20％，常温下搅拌至完全溶解；

11、(2)将剩余水加入容器中，加热至55-65℃，加入羧甲基纤维素钠和聚丙烯酸钠，搅拌至完全溶解；

12、(3)将椰子油二乙醇酰胺加入容器中，继续搅拌至各组分混合均匀，得到所述抑尘剂。

13、上述制备过程采用先加入固体，后加入液体的方式。在本发明的一个实施例中，由于硅酸钠的水溶性较好，因此先将4.0％的硅酸钠加入容器中，加入水总量的10％，在室温下搅拌15-20分钟至完全溶解；再将剩余水加入容器中，加热并将温度保持在55-65℃，将2.0％的羧甲基纤维素钠、1.0％的聚丙烯酸钠依次加入容器中，不断搅拌使其溶解；最后再将1.0％的椰子油二乙醇酰胺加入容器，继续搅拌至各组分混合均匀，得到抑尘剂成品。

14、本发明还提供了喷雾抑尘模拟系统，其包括喷雾抑尘模拟平台、盛放抑尘剂的容器、增压泵、空压机、鼓风机和粉尘检测仪；

15、其中，所述喷雾抑尘模拟平台为封闭的长方体结构，其具有顶面、底面和四个侧面，其中一侧面设有鼓风口，顶面设有粉尘入口；

16、所述喷雾抑尘模拟平台内部设有喷头，通过管路依次将所述盛放抑尘剂的容器、增压泵与喷头连接，所述空压机的出风口与增压泵的出液口连接；

17、所述鼓风机位于所述喷雾抑尘模拟平台外部，靠近鼓风口的一侧；

18、所述粉尘检测仪位于所述喷雾抑尘模拟平台内部，远离鼓风口的一侧。

19、本发明还提供了使用所述喷雾抑尘模拟系统进行喷雾抑尘模拟实验的方法，包括以下步骤：

20、(1)打开鼓风机，从粉尘入口向所述喷雾抑尘模拟平台内撒入煤粉，使平台内充满煤尘，通过粉尘检测仪测试平台内煤尘浓度；

21、(2)开启空压机和增压泵，向平台内喷洒1分钟抑尘剂，通过粉尘检测仪测试平台内煤尘浓度；

22、(3)计算降尘效率，评价抑尘剂的抑尘效果。

23、本发明具有以下有益效果：

24、煤矿采掘面产尘量大，需要实现对煤尘污染的有效治理。本发明研制的抑尘剂具有多重抑尘效果，可实现对新庄矿巷道内煤尘的有效控制。

25、抑尘剂中所用试剂均较为常见且易保存。加工制作抑尘剂时工艺较简单，使用量较少，经济成本较低。四种药品均不属于危化品，加工制作及喷洒过程中均不会对设备造成损坏，对巷道内空气质量不会造成影响。抑尘剂的使用对节约水资源，保护环境具有重要意义。此抑尘剂具有多重抑尘效果，对煤尘有粘结凝并、保水吸湿及润湿渗透作用，可使煤尘相互粘结，粒径增大，使煤尘保持一定含水量，增大了煤尘的润湿度，从而有效阻止煤尘飞扬，可有效降低巷道内煤尘浓度，不影响煤炭正常开采和使用，保证井下工作正常运转。

26、表面活性剂椰子油二乙醇酰胺的加入，可有效降低雾滴的表面张力，降低水雾在煤尘表面的接触角，提高对煤粉的吸附能力，拦截捕捉更多煤尘。更好地润湿渗透煤尘，喷雾降尘效果显著提升。

27、本发明原材料来源广泛，绿色环保，使用时不会对巷道内环境造成污染，具有较高的环境和经济效益。实验室模拟实验考察本抑尘剂在实际应用时的降尘效率，本发明对呼吸性粉尘和可吸入粉尘均具有较强的抑制效果。本发明抑尘剂的制备方法简单，降尘效率较高，具有较高的实际应用价值。