王士栋 尚政杰

（郑州煤炭工业集团有限责任公司，河南省郑州市，450007）

★节能与环保★

表面活性剂对白坪煤矿煤尘湿润性的影响

王士栋 尚政杰

（郑州煤炭工业集团有限责任公司，河南省郑州市，450007）

为确定适合郑州矿区白坪煤矿煤尘的表面活性剂水溶液配方，利用接触角测量仪测量了丁二酸二异辛酯磺酸钠（1292）等6种表面活性剂及其复配水溶液对白坪煤样的接触角，探讨煤样亲水性与表面活性剂种类、用量、水质和复配的关系，试验数据表明：6种表面活性剂及其复配溶液均可改善白坪煤样的湿润性，其中丁二酸二异辛酯磺酸钠（1292）、烷基酚聚氧乙烯醚（TX10）对白坪煤样的亲水性影响较大，0.05%的丁二酸二异辛酯磺酸钠（1292）表面活性剂水溶液配方较优。

煤尘 接触角 表面活性剂 煤样湿润性 复配水溶液

采掘面机械化、自动化装备使工作面采掘进度加快，采、掘、支、运环节产尘量增大，呼吸性粉尘占总粉尘浓度比例增大，煤层注水、喷雾洒水、净化水幕、防尘网和湿式打眼等物理除尘方法对风流中呼吸性粉尘降除率较低，不能满足安全高效生产要求，需要寻找新材料、新工艺解决机械化采掘过程中粉尘问题。表面活性剂可以有效地降低液体表面张力，改善煤尘亲水性，提高水雾对煤尘的捕捉率，使漂浮在空气中的呼吸性煤尘降低，改善职工作业环境。以郑州矿区白坪煤矿煤样为研究对象，选择SAS、1292、JFC和TX10等6种表面活性剂，种类及结构类型见表1，探讨煤样亲水性与表面活性剂种类、用量、水质和复配的关系，确定表面活性剂水溶液的最佳配方，为表面活性剂在白坪煤矿综合防尘技术措施现场应用奠定基础。

表1　亲水性试验表面活性剂种类及结构类型

1　试验部分

1.1试验试剂及仪器

（1）煤尘样品。将白坪煤矿不同采区的采煤工作面采集的新鲜煤样破碎、混合和缩分后作为试验对象。

（2）试验试剂。丁二酸二异辛酯硫酸钠（1292）和烷基酚聚氧乙烯醚（TX10）等6种表面活性剂以及磷酸三丁酯消泡剂和水（矿井水、自来水和超纯水）。

（3）试验仪器。JC2000C1接触角测量仪、电子天平、振筛机、磨煤机和压片机等。

1.2试验方法

煤样亲水性表现为试剂液滴在煤样表面的铺展程度，测试不同试剂在煤样表面的接触角，以接触角判定表面活性剂水溶液的煤样湿润性指标，对比分析表面活性剂对煤样亲水性的影响。将试验煤样加压成圆柱型煤片，采用JC2000C1接触角测量仪测定煤样表面水滴接触角。

2　试验结果与分析

2.1不同表面活性剂对煤样亲水性的影响

将6种表面活性剂配比成不同质量浓度的水溶液（0.02%～0.1%），测试6种表面活性剂单体不同质量浓度对白坪煤矿煤样的接触角，测试结果见表2。

表2　表面活性剂溶液—煤接触角测定

从表2中可以看出，加入表面活性剂后，提高了煤样的亲水性，且随着表面活性剂浓度的增加，煤样的接触角显著降低；1292和TX10两种表面活性剂可较好地提高煤样表面的亲水性，1292表面活性剂水溶液质量浓度0.05%时，10 s后煤样的接触角可降低至10°，TX10表面活性剂水溶液质量浓度0.06%时，10 s后煤样的接触角可降低至2°；SAS、JFC、1631和CAB235同样能够降低煤样接触角，其中，SAS、JFC和CAB235表面活性剂质量浓度提高至0.15%时，10s后接触角均大于20°，对煤样亲水性有一定影响。从表面活性剂添加剂用量角度分析，应用1292和TX10优于其他4种表面活性剂。在实验过程中发现在水中加入少量表面活性剂1292，稳定性较好，没有随着时间的变化而失效。表面活性剂TX10为无色透明粘稠液体，较难溶于水，需搅拌10 min使其充分溶解，搅拌后溶液呈无色透明，但是在搅拌过程中会出现起泡的现象，在单独使用和复配溶液时，需要加入消泡剂配合使用。

2.2表面活性剂复配对煤样亲水性的影响

表面活性剂可以降低水溶液表面张力，提高煤样亲水能力，增加煤样的湿润性，降低生产过程中的粉尘浓度。不同单一表面活性剂对改善同一类煤样湿润性的效果不一样，煤样湿润效果与表面活性剂的离子类型、溶剂电解质浓度和环境温度等相关。相关研究表明，复合表面活性剂改善煤样湿润性能优于单一表面活性剂，选择适合煤样种类的表面活性剂，浓度配比恰当可以有效提高煤样亲水性和湿润性。针对白坪煤矿煤样，选择高效、安全、经济、无毒害和无腐蚀的4种表面活性剂混合复配，试验不同表面活性剂混合复配后的使用效果，优化减少表面活性剂的用量，降低成本，提高水雾降尘效果。

选择对白坪煤矿煤样的亲水性效果较好的SAS、1292、TX10和16314表面活性剂进行复配试验，数据见表3。每种表面活性剂选择两种浓度，与其他同质量浓度表面活性剂均匀复配，表面活性剂溶液复配后，测试表面活性剂复配水溶液对煤样的接触角。

从表3中可以看出，表面活性剂复配质量浓度为0.025%时，不同表面活性剂复配体系的接触角相差较大，其中“1292+SAS”复配体系对煤样的接触角最大，“TX10+1292”复配体系对煤样的接触角最小，湿润效果最好，10s后接触角为22°，其余4个复配体系的接触角相差不大。当表面活性剂复配水溶液质量浓度提高至0.03%时，不同表面活性剂复配体系的接触角均降低，且相互之间的差异变小，其中“TX10+1631”复配体系与“TX10+1292”复配体系的接触角最小。根据4种表面活性剂复配水溶液的接触角测试数据、表面活性剂价格和稳定性等因素，“TX10+1292”复配体系可作为白坪煤矿综合防尘措施的添加剂配方。

表3　复配溶液不同浓度对接触角的影响

2.3PH值对煤样亲水性的影响

将质量浓度为0.03%的3种表面活性剂复配水溶液滴加质量浓度为0.15%的适量稀硫酸调整水溶液p H为5～6（弱酸性）；滴加质量浓度为0.10%的适量氢氧化钠调整水溶液p H为8～9（弱碱性），测试不同p H值表面活性剂复配水溶液的煤样接触角，测试结果见表4。

表4　酸碱性对表面活性剂溶液接触角的影响

从4表中可看出，在弱酸性环境中，有利于提高“TX10+1631”复配体系对煤的亲水性，在弱碱性环境中，则效果相反；“1292+1631”复配体系不论是在酸性还是碱性环境中，对煤样的接触角均增大；水溶液p H值对“TX10+1292”复配体系的影响不明显。

2.4消泡剂对煤样亲水性的影响

试验发现表面活性剂加入水中搅拌时，会产生泡沫，泡沫会影响水雾对煤尘浸湿的效果，减少煤尘对水分的吸收。因此，部分表面活性剂实际应用中应加入消泡剂提高煤尘对水分吸收量，抑制煤尘飞扬。在质量浓度为0.03%的表面活性剂复配溶液中加入磷酸三丁酯消泡剂，测试不同表面活性剂复配溶液的煤样接触角，分析消泡剂对表面活性剂复配溶液的影响规律，测试数据见表5。

表5　消泡剂与表面活性剂溶液的接触角

消泡剂是一种油状试剂，滴加在表面活性剂复配溶液后漂浮在溶液上。经过约2 min的搅拌，消泡剂均匀的悬浮在溶液中，起到消泡的效果。静置一段时间，消泡剂又重新聚集形成液滴状浮在溶液上。从表5中可以看出，6种表面活性剂复配溶液加入磷酸三丁酯消泡剂后，接触角均有所减小，表面活性剂溶液的亲煤效果均得到提高。

2.5水质对煤样亲水性的影响

水介质硬度对煤样润湿性影响试验表明，水溶剂中的离子（钙镁离子）的含量不同，对煤样的亲水性产生不同影响。选择白坪矿矿井水、自来水和蒸馏水，测试表面活性剂水溶液加入钙离子和镁离子后煤样的接触角，观察加入离子前后接触角是否会有变化，具体数据见表6。从表6中可以看出，蒸馏水和含钙离子的水溶液对煤样的接触角较小，自来水和加入镁离子的水溶液对煤样的接触角提高了4°～5°，试验表明水溶剂中的钙离子和镁离子对煤样的接触角影响较小。

表6　水溶剂硬度对煤样的接触角影响

2.6表面活性剂配方的确定

表2和表3中的数据表明，自来水中分别加入1292、TX10和“TX10+1292”复配溶液后，煤样的亲水性显著提高。为此，以1292、TX10和“TX10+1292”复配溶液为研究对象，配比质量浓度分别为0.03%、0.04%、0.05%和0.06%的溶液，测试不同质量浓度表面活性剂水溶液对白坪煤矿的煤样接触角，确定白坪煤矿的综合防尘措施水溶液的表面活性剂较优配方，测试结果见表7。

从表7中可看出，随着表面活性剂浓度的增加，接触角均下降。溶液浓度为0.05%时，10s后接触角均在10°以下，3种溶液改善煤样亲水性的效果相当。由于TX10在搅拌过程起泡、价格较贵和操作复杂等因素，选择浓度为0.05%的1292溶液作为白坪煤矿综合防尘措施水溶液配方。

3　结论

（1）采用JC2000C1接触角测量仪测试1292、TX10和SAS等6种表面活性剂水溶液对郑州矿区白坪煤样的接触角，发现表面活性剂1292、TX10及二者复配溶液对白坪煤样的亲水性影响较大，可以有效提高白坪煤矿煤尘的湿润性。

（2）以蒸馏水、矿井水和自来水为表面活性剂的试验溶剂，发现水的硬度对煤样的润湿性影响不大，可选取矿井水和1292表面活性剂作为矿井综合防尘措施的主要原材料。

（3）质量分数为0.05%的1292表面活性剂水溶液可以有效提高白坪煤矿煤样湿润性，可作为白坪煤矿煤尘综合防尘措施水溶液的表面活性剂配方。

［1］ 杨静.煤尘表面特性及润湿机理的研究 ［J］.煤炭学报，2007（7）

［2］ 杨静.综放工作面表面活性剂的喷雾降尘实验及其应用［J］.山东科技大学学报，2009（4）

［3］ 孙银宇.煤尘润湿性研究及降尘剂复配方案［D］.安徽理工大学，2014

［4］ 杨静.煤尘的润湿机理研究 ［D］.山东科技大学，2008

［5］ 赵振保.煤尘润湿性的实验研究 ［J］.煤炭学报，2011（3）

［6］ 唐晓燕.司班80表面活性剂预处理改善褐煤的浮选研究.中国煤炭，2014（1）

（责任编辑 孙英浩）

世界首个煤层气国际标准正式发布

日前，由中石油煤层气有限责任公司承担制订的世界首个煤层气国际标准—— 《煤层气含量测定方法》经国际标准化组织（ISO）审查通过并正式予以发布。

《煤层气含量测定方法》总结和整合了各国煤层气含量测定技术要求，通过对测试仪器、样本采集、试验步骤、计算方法、资料处理及质量评估等技术细节的规范，提供了准确测定煤层气含量的科学方法和技术标准，提高了该项技术的普适性和应用的安全、高效、稳定性能，实现了技术上的国际统一。

ISO组织煤层气技术委员会成立于2011年10月，主席国和秘书处承担国均设在中国，目前已发展拥有中国、德国、波兰等20个成员国。2012年，在北京召开第一届年会，提出申报 《煤层气含量测定方法》等4项新标准提案。

该标准的正式发布对于推动煤层气领域整体技术进步，保障煤矿安全生产，促进国际能源交流与合作，增强中国在国际煤层气领域的话语权和影响力均具有重要意义。

The surfactants influence on coal dust wettability in Baiping Coal Mine

Wang Shidong，Shang Zhengjie
（Zhengzhou Coal Industry Group Co.，Ltd.，Zhengzhou，Henan 450007，China）

In order to determine a suitable aqueous solution formulation of surfactants for coal dusts of Baiping Coal Mine，the authors used contact angle meter to measure angles of penetrating agent T（1292）and other six types of surfactants solutions’influences on coal samples of Baiping Coal Mine，and also discussed types，dosage，water quality and compound relationships between hydrophily and surfactants of coal samples.The data of tests showed that the six types of surfactant and combination solution can improve the wettability of the Baiping coal samples，particularly penetrating agent T（1292）and alkyl phenol polyoxyethylene（TX10）had great influence on hydrophily of Baiping coal samples，and the best aqueous solution formulation of surfactants was 0.05%concentration of penetrating agent T（1292）.

coal dust，contact angle，surfactant，wettability of coal samples，compound formulation

TD714

A

王士栋（1982-），男，河南宁陵县人，工程师，国家注册安全工程师、大学学历，现在郑煤集团总调度室工作，发表科技术论文10余篇。