石粉噴涂的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種煤礦表面噴粉方法，所述方法包括在煤礦表面噴涂經(jīng)陽(yáng)離子和/或兩性離子表面活性劑處理的石粉顆粒。本發(fā)明還涉及液體制劑、煤礦噴涂劑以及在該方法中使用的裝置。
【專利說明】
石粉噴涂
[0001 ] 本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2009年6月1日、國(guó)際申請(qǐng)?zhí)朠CT/AU2009/000688、國(guó)家申請(qǐng)?zhí)枮?200980155867.1、發(fā)明名稱為"石粉噴涂"的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明設(shè)及一種煤礦等場(chǎng)所的石粉噴涂。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明設(shè)及對(duì)煤礦表 面的噴涂方法，在使用石粉顆粒噴涂前對(duì)石粉顆粒進(jìn)行處理，另外還設(shè)及一種將石粉顆粒 噴涂到表面的噴涂裝置。
【背景技術(shù)】
[0003] 地震時(shí)煤礦中的天然煤塵在空氣中擴(kuò)散、懸浮，使地下煤礦面臨重大危險(xiǎn)。一旦發(fā) 生爆炸，煤和空氣的混合物就像導(dǎo)火索一樣，使爆炸火焰(explosive flame)在煤礦平響內(nèi) 蔓延。
[0004] 為了減少煤和空氣混合物的生成并抑制火焰蔓延，大多數(shù)煤礦作業(yè)采用干法工藝 在煤礦壁上噴涂碳酸巧粉等石粉顆粒。任何爆炸或地震都會(huì)產(chǎn)生沖擊波，該沖擊波分散 (disturb)所噴涂的碳酸巧，并使煤粉和碳酸巧粉混合物懸浮在空氣中。爆炸火焰的蔓延產(chǎn) 生的熱可使碳酸巧分解，生成具有滅火能力的二氧化碳。
[0005] 必須中斷生產(chǎn)才能把石粉顆粒噴涂到進(jìn)風(fēng)巷道中，運(yùn)是在井下煤礦中使用石粉的 最大局限。噴涂石粉顆粒的一般方法是把石粉吹到巷道表面上，而運(yùn)會(huì)產(chǎn)生大量粉塵并造 成下游氣流污染。因?yàn)槲廴荆藛T需要從石粉噴涂地方的石井撤離，并且只能在煤礦生產(chǎn)大 休期間實(shí)施進(jìn)風(fēng)巷道石粉噴涂。由于生產(chǎn)時(shí)間受到損失，所W煤礦停產(chǎn)成本非常高。
[0006] 隨著過去十年濕法石粉噴涂工藝的發(fā)展，人們進(jìn)行了多種嘗試力圖克服運(yùn)些缺 點(diǎn)。在濕法噴涂中，干石粉顆粒和一定量的水在攬拌機(jī)中混合，并W粉漿的形式噴到煤礦表 面。雖然濕法工藝克服了氣流污染的問題，但同時(shí)也產(chǎn)生了新的問題。隨著水-石粉漿在煤 礦表面變干，粉漿硬化結(jié)成塊層，并不是形成松散的粉末涂層。運(yùn)種塊層是否具有石粉顆粒 的擴(kuò)散特性及基于其擴(kuò)散性的煤粉爆炸抑制特性還是很大的疑問。據(jù)信爆炸會(huì)揚(yáng)起隨之而 來的巷道積塵，但不分散(dis化rbance)塊狀石粉顆粒，因此達(dá)不到石噴粉涂的預(yù)期效果。
[0007] 因?yàn)榇嬖谶\(yùn)些問題，所W濕法石噴粉涂工藝的使用在很多國(guó)家受到限制。在有些 國(guó)家，使用濕石粉時(shí)必須用常規(guī)干法石粉噴涂工藝或者需要定期重新噴涂濕石粉進(jìn)行加強(qiáng) (augmen化tion)。因此，目前很多煤礦采用具有上述相關(guān)缺點(diǎn)的干法噴涂工藝作業(yè)。
[000引因此，需要改進(jìn)的石噴粉涂工藝，該工藝在克服干噴涂工藝缺點(diǎn)的同時(shí)，還在表面 上提供運(yùn)樣的涂層:該涂層至少具有和所噴涂的干粉顆粒相同的可擴(kuò)散性。一旦開發(fā)出在 煤礦中使用的運(yùn)種工藝，則該工藝還能在其他密閉空間中使用，在運(yùn)樣的密閉空間中分散 的(dis化rbed)粉塵帶來燃燒風(fēng)險(xiǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供一種煤礦表面噴涂方法，所述方法包括在煤礦表 面噴涂經(jīng)陽(yáng)離子和/或兩性離子表面活性劑處理的石粉顆粒。
[0010] 用陽(yáng)離子和/或兩性離子表面活性劑處理石粉顆粒的目的是抑制所噴涂的石粉涂 層結(jié)塊。人們認(rèn)為，防止結(jié)塊或降低結(jié)塊量能帶來松散的涂層，方便石粉顆粒的分散 (dis化rbed)，并使石粉顆粒進(jìn)入空氣。從而，懸浮的石粉顆?？蒞抑制火焰?zhèn)鞑ァ?br>[0011] 據(jù)信，用表面活性劑處理能帶來易擴(kuò)散的粉末涂層，運(yùn)是因?yàn)槭垲w粒表面的表 面電荷與表面活性劑的極性頭的電荷是異種的。運(yùn)使得隨著表面活性劑的疏水尾導(dǎo)離石粉 顆粒表面，表面活性劑吸附到石粉顆粒表面。據(jù)信，表面活性劑的疏水尾起到位阻作用，防 止單個(gè)石粉顆粒之間相互接觸，并因此降低相鄰顆粒形成鹽橋(會(huì)導(dǎo)致結(jié)塊)的能力。
[0012] 吸附的表面活性劑對(duì)于表面電荷的吸附和中和作用還可能降低石粉顆粒間的靜 電引力。此外，表面活性劑的疏水尾形成的疏水層據(jù)信能起到"潤(rùn)滑劑"的作用，使石粉顆粒 能相互貼著滑動(dòng)。所有的運(yùn)些作用在很大程度上減小了噴涂到煤礦表面上的涂層中的石粉 顆粒結(jié)塊的傾向。因此，噴涂到煤礦表面的所有石粉顆粒都能保持其擴(kuò)散結(jié)構(gòu)。
[0013] 已知顆粒對(duì)于煤粉爆炸的抑制作用隨著石粉粒徑的減小而下降。因此，噴涂所用 的顆粒必須符合新南威爾i礦產(chǎn)資源部(NSW Department of Mineral Resources)頒布的 MDG3006MRT5號(hào)文獻(xiàn)《煤粉爆炸、預(yù)防及抑制準(zhǔn)則》（Guidelines for Coal Dust Explosion,Prevention 曰nd Suppression)的規(guī)定。
[0014] 在一些實(shí)施例中，涂層的顆粒擴(kuò)散性滿足《準(zhǔn)則》的規(guī)定?？偠灾?，《準(zhǔn)則》要求：
[0015] (1)至少有95% (質(zhì)量百分比）的石粉顆粒必須通過250微米的篩子；
[0016] (2)通過250微米篩子的干石粉顆粒中，必須有至少60% (質(zhì)量百分比）最多80% (質(zhì)量百分比）W下的顆粒必須通過75微米的篩子。
[0017] 在一個(gè)實(shí)施例中，該方法還包括W下步驟:將石粉顆粒和包括陽(yáng)離子和/或兩性離 子表面活性劑的溶液混合W處理顆粒。如上所述，運(yùn)種處理促進(jìn)了顆粒之間的位阻和/或在 石粉顆粒噴涂到煤礦表面W后抑制鹽橋的形成或結(jié)塊。處理產(chǎn)生的表面涂層在受震動(dòng) (agitation)時(shí)可擴(kuò)散。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，提供一種制劑，當(dāng)該制劑用于處理待噴涂到煤礦表面 的石粉顆粒時(shí)，該制劑包括陽(yáng)離子和/或兩性離子表面活性劑。
[0019] 在用于處理石粉顆粒的制劑中可W有多于一種陽(yáng)離子表面活性劑和/或多于一種 兩性離子表面活性劑。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，本說明書所提到的單個(gè)表面活性劑包括多個(gè)表面活性 劑，上下文另有明確的相反的規(guī)定的除外。
[0020] 在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，提供一種煤礦噴涂劑，該噴涂劑包括經(jīng)陽(yáng)離子和/或兩 性離子表面活性劑處理的石粉顆粒。既能W干粉形式也能W濕粉漿形式把煤礦噴涂劑噴涂 到煤礦表面。無論W哪種形式噴涂，所產(chǎn)生的表面涂層均包含可擴(kuò)散的石粉顆粒，該可擴(kuò)散 的石粉顆粒能抑制火焰在煤中的蔓延。
[0021] 本發(fā)明選用的表面活性劑應(yīng)溶于制劑。因?yàn)樗莾?yōu)選溶劑，所W優(yōu)選水溶性表面 活性劑。表面活性劑遇到溶解在煤礦水源中的任何離子時(shí)均應(yīng)保持穩(wěn)定。表面活性劑優(yōu)選 為對(duì)環(huán)境無害的，且對(duì)工作人員帶來最少的職業(yè)健康和安全問題。
[0022] 陽(yáng)離子表面活性劑帶有形式正電荷。兩性離子表面活性劑能呈現(xiàn)正電荷和/或負(fù) 電荷。存在無論抑值如何同時(shí)保持正電荷和負(fù)電荷的兩性離子，也存在總電荷隨pH值變化 的兩性離子。優(yōu)選的兩性離子表面活性劑是呈現(xiàn)與石粉顆粒表面電荷異種的電荷的兩性離 子表面活性劑。例如，如果石粉顆粒表面帶負(fù)電荷，當(dāng)兩性離子表面活性劑與該石粉顆粒表 面靠近時(shí)，兩性離子表面活性劑分子呈現(xiàn)凈正電荷。在一些實(shí)施例中，可使用陽(yáng)離子及兩性 離子表面活性劑的混合物。
[0023] 在一些實(shí)施例中，除了表面活性劑外，還可W在粉漿中加入發(fā)泡劑。表面活性劑本 身可W是發(fā)泡劑。可W W泡沫形式把粉漿噴涂到煤礦表面W提供涂層。
[0024] 在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，提供一種把包括石粉顆粒的發(fā)泡粉漿噴涂到煤礦表面 的裝置，所述裝置包括：
[0025] 混合容器，在該容器中將石粉顆粒和液體混合，W制成粉漿；
[0026] 噴涂器，所述噴涂器與所述混合容器連接，用于將粉漿噴涂到煤礦表面，所述的噴 涂器包括加氣裝置，所述加氣裝置用于在噴涂粉漿時(shí)使粉漿發(fā)泡；
[0027] 其中，在將石粉顆粒噴涂到煤礦表面前，用陽(yáng)離子和/或兩性離子表面活性劑處理 所述的石粉顆粒。
[0028] 在本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供前一段所述的用來噴涂發(fā)泡粉漿的裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 本發(fā)明是對(duì)煤礦開采中的礦井的表面噴粉的描述。運(yùn)些礦井需要噴粉是因?yàn)樗_ 采的地球資源，即煤，具有可燃性。但是，本發(fā)明的范圍并不局限于此，處理過的石粉顆粒還 能應(yīng)用在其它密閉空間，在運(yùn)樣的密閉空間中粉塵能夠在空氣中擴(kuò)散并產(chǎn)生易燃的懸浮 物。
[0030] 礦井中可W被噴粉的表面沒有限制，任何外露表面均能有噴涂于其上的石粉顆粒 涂層。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)知道需要噴粉的礦井表面。
[0031] 本發(fā)明工藝所用的石粉顆粒可W是噴涂到煤礦表面的、用于在發(fā)生地震時(shí)抑制火 焰蔓延的任意顆粒。石粉顆?？砂ò自茙r、菱儀礦、飛塵、娃粉、石膏、硬石膏、非膨脹型粘 ±、或細(xì)礦渣或它們的混合物。然而，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，石粉顆粒至少包括一些碳酸鹽 化合物顆粒。優(yōu)選的，碳酸鹽化合物為碳酸巧。優(yōu)選含碳酸鹽的顆粒是因?yàn)樘妓猁}在受熱時(shí) 生成能撲滅火焰的二氧化碳，其滅火方式與傳統(tǒng)滅火器相同。非碳酸鹽石粉只能通過稀釋 懸浮在空氣中的煤粉起作用。
[0032] 在一些實(shí)施例中，至少10%，更優(yōu)選為至少50%的石粉顆粒包括能釋放二氧化碳 的碳酸鹽化合物，其余的石粉顆粒，如菱儀礦，則不能釋放二氧化碳。應(yīng)當(dāng)理解，在一些實(shí)施 例中，100%的顆粒包括諸如碳酸巧等碳酸鹽化合物，在另一些實(shí)施例中，無碳酸鹽化合物。
[0033] 采用壓碎方法或本領(lǐng)域技術(shù)人員了解的其他粉碎方法制備石粉顆粒。細(xì)的石粉細(xì) 顆粒顏色較淡，含有質(zhì)量百分比不超過3 %的游離二氧化娃，其粒徑符合《煤粉爆炸、預(yù)防及 抑制準(zhǔn)貝lJ》(Guidelines for Coal Dust Explosion ,Prevention and Suppression)的規(guī) 定。全球有很多知名的供應(yīng)商提供噴涂工藝用石粉。
[0034] 本發(fā)明中所用的石粉顆粒經(jīng)陽(yáng)離子和/或兩性離子表面活性劑處理，進(jìn)行表面改 性?？蒞在將石粉顆粒供應(yīng)給煤礦之前處理石粉顆粒，也可W在其送達(dá)煤礦W后，在使用時(shí) 處理石粉顆粒。下面詳細(xì)說明處理步驟。
[0035] 可W推斷石粉顆粒的表面化學(xué)特性，W確定最適用的表面活性劑。運(yùn)可W運(yùn)用實(shí) 驗(yàn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，或者本領(lǐng)域技術(shù)人員也可W根據(jù)過往的經(jīng)驗(yàn)知道。歐米亞(澳大利亞)有限公 司（Omya Australia Pty Limited)是向澳大利亞礦井供應(yīng)石粉的主要供應(yīng)商。根據(jù)歐米亞 公司的說明，該公司的產(chǎn)品是天然重質(zhì)碳酸巧，通常由方解石和碳酸巧組成。
[0036] 確定表面化學(xué)特性W后，可W借助文獻(xiàn)資料確定石粉顆粒的表面電荷?？蛇x地，可 W使用，例如，使用帶負(fù)電荷或正電荷的染料通過實(shí)驗(yàn)確定備用石粉顆粒的表面電荷，而不 需要推斷表面化學(xué)特性。
[0037] 可W將石粉顆粒和碳酸巧顆粒(運(yùn)是上文所述的最理想的石粉顆粒)混合，W產(chǎn)生 大多數(shù)石粉顆粒都帶負(fù)電荷的石粉。然而，目前已發(fā)現(xiàn)大多數(shù)煤礦噴涂用的石粉都帶負(fù)電 荷。
[0038] 帶負(fù)電荷的石粉顆粒隨時(shí)與帶正電荷的表面活性劑反應(yīng)。因此，適合用陽(yáng)離子表 面活性劑處理運(yùn)樣的石粉顆粒。因?yàn)閮尚噪x子表面活性劑能在接近負(fù)電荷時(shí)顯示形式正電 荷或凈正電荷，所W兩性離子表面活性劑也能處理帶負(fù)電荷的顆粒。
[0039] 如發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)備用于噴粉工藝的石粉顆粒帶正表面電荷，則不適合采用帶負(fù)電荷的碳 酸巧顆粒稀釋帶正電荷的石粉顆粒，不適合使用陽(yáng)離子表面活性劑。在運(yùn)種情況下，更適合 選用兩性離子表面活性劑。因?yàn)閮尚噪x子表面活性劑能在接近正電荷時(shí)顯示形式負(fù)電荷或 凈負(fù)電荷，所W兩性離子表面活性劑能處理帶正電荷的顆粒。
[0040] 兩性離子表面活性劑固有的極化性使其成為適用于本發(fā)明的特別有優(yōu)勢(shì)的處理 劑。兩性離子表面活性劑能通過采用石粉顆粒的異種凈電荷(net opposite charge)來吸 附到正表面或負(fù)表面，因此選用兩性離子表面活性劑時(shí)無需確定石粉顆粒的表面總電荷。
[0041] 為了將表面活性劑吸附到石粉顆粒的表面，石粉顆粒與包括表面活性劑的液體或 由表面活性劑構(gòu)成的液體接觸。表面活性劑本身可W是液體，也可W溶解在溶劑中形成溶 液。石粉顆?？蒞通過任何方式接觸液體表面活性劑或者包括表面活性劑的溶液。在一些 實(shí)施例中，先制備包括表面活性劑的溶液，再使該溶液接觸石粉顆粒。例如，可W使包括表 面活性劑的溶液流過石粉顆粒填充床或石粉顆粒堆?？蛇x地，可W使石粉顆粒和液體表面 活性劑或者所制備的包括表面活性劑的溶液在混合容器中混合。優(yōu)選進(jìn)行攬拌W確保所有 顆粒接觸表面活性劑。拌入液體表面活性劑或包括表面活性劑的溶液的石粉顆粒形成粉 漿。
[0042] 可選的，可W將石粉顆粒擴(kuò)散在溶液中W形成粉漿，再把表面活性劑或包括表面 活性劑的制劑或混合物加入粉漿?？蛇x地，可W在即將進(jìn)行煤礦表面噴涂前，把包括表面活 性劑的制劑或混合物加入粉漿，例如，在粉漿噴涂裝置的噴涂器中定量加入制劑或混合物。 下面對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0043] 不論在W上兩種情況的那一種下，把石粉顆粒和液體混合產(chǎn)生粉漿時(shí)，優(yōu)選為為 每公斤石粉提供至少0.5升的液體，更優(yōu)選為1升左右的液體。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，液體采 用水。液體或水可W作為表面活性劑或多個(gè)表面活性劑組分的混合物的溶劑。
[0044] 商用表面活性劑的一般供應(yīng)形式是水溶液的形式，不同的商用表面活性劑中的活 性陽(yáng)離子或兩性離子表面活性劑的含量百分比不盡相同。本說明書所指的表面活性劑應(yīng)理 解為活性表面活性劑，給出制劑示例的情況除外。在運(yùn)些示例中，商用材料的重量百分比與 商業(yè)材料中的活性表面活性劑濃度都有說明。
[0045] 接觸石粉顆粒的包括表面活性劑的制劑或混合物的量取決于石粉量。優(yōu)選地，加 入表面活性劑，使產(chǎn)生的粉漿包括0.005% (重量百分比）至2.5% (重量百分比）（與所用石 粉顆粒的重量百分比一樣）左右的活性表面活性劑，更優(yōu)選為0.05% (重量百分比）至1% (重量百分比）左右，最優(yōu)選為0.1% (重量百分比）至0.4% (重量百分比）左右。
[0046] 吸附到石粉顆粒表面的表面活性劑可能不止一層(monolayer)。舉例來說，有些顆 ?？赡芫哂卸鄬颖晃降谋砻婊钚詣?，形成層狀的多個(gè)涂層。過多的表面活性劑會(huì)在溶液 中形成膠團(tuán)，據(jù)信運(yùn)種膠團(tuán)不會(huì)對(duì)石粉顆粒的噴涂產(chǎn)生不良影響。
[0047] 適用的陽(yáng)離子表面活性劑包括十六烷基S甲基漠化錠(CTAB)或十六烷基S甲基 氯化錠(CTAC)、烷基化晚氯化物、苯扎氯錠、雙鏈季錠鹽化合物、長(zhǎng)鏈醋陽(yáng)離子。也可W使用 運(yùn)些陽(yáng)離子表面活性劑的任何組合。
[004引適用的兩性離子表面活性劑包括挪子胺氧化物（cocoamine oxide)、挪油酷胺丙 基甜菜堿、烷基甜菜堿、烷基丙胺酸、烷基亞胺二丙酸、烷基咪挫嘟簇酸鹽、橫基甜菜堿或它 們的組合物。
[0049] 目前已發(fā)現(xiàn)，混合陽(yáng)離子表面活性劑和兩性離子表面活性劑的做法具有優(yōu)勢(shì)。優(yōu) 選的，混合物包括至少60%的兩性離子表面活性劑(與溶液中表面活性劑總量的百分比一 樣），更優(yōu)選為至少65%。在一些實(shí)施例中，混合物中兩性離子表面活性劑的比例達(dá)到70-75%。優(yōu)選的，混合物粘度范圍為100-1000。？左右，更優(yōu)選為200-500。？，^便定量混入粉 漿。
[0050] 應(yīng)適當(dāng)選用表面活性劑(混合物或其他），使粉漿具有流動(dòng)性。換言之，就粉漿噴涂 設(shè)備及使用的噴涂工藝而言，粉漿不應(yīng)過于粘稠。如果粉漿過于粘稠，則需要更多的水，運(yùn) 意味著涂層的噴涂時(shí)間會(huì)延長(zhǎng)，并且噴好的涂層需要揮發(fā)更多的水份。
[0051] 至少有一些經(jīng)處理或改性的石粉顆粒有一層表面活性劑蓋住外表面，運(yùn)使顆粒的 表面化學(xué)特性發(fā)生改變。優(yōu)選的，100%的處理過的石粉顆粒被所涂覆的表面活性劑改性。 但是，在一些實(shí)施例中，處理步驟可能只能對(duì)一部分而不是全部顆粒進(jìn)行改性。在另一些實(shí) 施例中，將經(jīng)陽(yáng)離子和/或兩性離子表面活性劑處理的石粉顆粒與未經(jīng)處理的顆?；旌希a(chǎn) 生處理過的顆粒和未處理過的顆粒的混合物。舉例來說，可W在進(jìn)行噴涂工藝前，將150公 斤經(jīng)處理過的石粉和50公斤未經(jīng)處理的石粉進(jìn)行混合。運(yùn)樣，只要所產(chǎn)生的噴涂到煤礦表 面的涂層在受到震動(dòng)(agitated)時(shí)仍保持?jǐn)U散性，可W處理不到100%的顆粒。優(yōu)選為對(duì)至 少75%，更優(yōu)選為對(duì)至少85%的噴涂到煤礦表面的顆粒進(jìn)行處理。
[0052] 隨著表面活性劑的疏水尾部導(dǎo)離(orient away)石粉顆粒表面，表面活性劑吸附 到石粉顆粒表面。有效地，表面活性劑在石粉顆粒表面提供單分子膜(monolayer),該單分 子膜(monolayer)抑制相鄰顆粒之間的相互作用。表面活性劑的電離或極性部分通過范德 華力或離子相互作用與石粉顆粒表面上的化學(xué)基團(tuán)相互作用。
[0053] 在另一個(gè)實(shí)施例中，表面活性劑與外露于石粉顆粒表面上的表面官能團(tuán)共價(jià)結(jié) 合，在表面上形成自組裝單分子膜。由此形成的煤礦噴涂劑在化學(xué)特性上相當(dāng)于通過范德 華力或離子力粘附有表面活性劑的化學(xué)劑。
[0054] 經(jīng)過處理，石粉顆?？蒞 W濕粉漿的形式被噴涂到煤礦表面?？蛇x的，可使?jié)穹蹪{ 干燥W提供處理過的干石粉顆粒。經(jīng)處理的干石粉顆?？蒞作為煤礦噴涂劑被噴涂。煤礦 噴涂劑可W W干粉的形式被噴涂到煤礦表面。運(yùn)種噴涂方法顯然帶有前面說過的缺點(diǎn)，包 括噴涂時(shí)需要關(guān)閉煤礦。但是在某些情況下，運(yùn)是噴涂石粉顆粒的優(yōu)選方法。據(jù)認(rèn)為，在噴 涂W后，處理過的石粉顆粒優(yōu)于未經(jīng)處理的石粉顆粒，因?yàn)樘幚磉^的石粉被噴涂到煤礦壁 W后不容易吸收諸如冷凝水的水。也就是說，能長(zhǎng)時(shí)間抑制噴好的涂層結(jié)塊。
[0055] 可選的，可W將處理過的干噴涂劑和水等液體混合，重新形成濕粉漿。然后用濕法 噴涂把粉漿噴涂到煤礦表面。本領(lǐng)域技術(shù)人員了解濕法噴涂。通常用裝置噴涂粉漿，該裝置 通過帶噴嘴的噴涂器噴涂濕粉漿。
[0056] 任選的，將粉漿和發(fā)泡劑混合，從而W泡沫形式噴涂石粉顆粒。泡沫在煤礦壁上干 燥W后留下的松散涂層，該涂層比采用干法或濕法(非發(fā)泡)噴涂的涂層更為有效。據(jù)認(rèn)為， 噴涂W后泡沫能加速水分蒸發(fā)。初期（initial)實(shí)驗(yàn)也表明，和干法噴涂的樣品相比，泡沫 的產(chǎn)生提供了較小的顆粒分布變化差異。
[0057] 在煤礦表面噴涂石粉顆粒時(shí)，可W將發(fā)泡劑和粉漿混合。可選的，發(fā)泡劑可W是陽(yáng) 離子或兩性離子表面活性劑。但是，陽(yáng)離子表面活性劑通常并不是好的發(fā)泡劑，所W-般選 擇兩性離子表面活性劑作為發(fā)泡劑。
[005引可噴涂粉漿W形成5毫米至20毫米左右厚的涂層。
[0059] 如在粉漿濕的時(shí)候(發(fā)泡或不發(fā)泡)噴涂，則制劑和/或產(chǎn)生的粉漿的閃點(diǎn)溫度應(yīng) 超過60度左右，更優(yōu)選為超過80度左右。在優(yōu)選實(shí)施例中，選用水或其他稀釋的含水介質(zhì) (dilute aqueous media)作為溶劑來使石粉顆粒擴(kuò)散并使表面活性劑溶解，因此制劑和/ 或粉漿無閃點(diǎn)。
[0060] 發(fā)泡粉漿噴涂用裝置包括攬拌槽，可W在攬拌槽中混合石粉顆粒和溶劑，形成粉 漿?？蒞用攬拌葉板制備粉漿。攬拌槽優(yōu)選為封閉型，W防止粉漿受到煤礦中的諸如頂壁剝 落物及其他異物等天然顆粒的污染。但是把石粉顆粒和/或包括表面活性劑的制劑加入攬 拌槽時(shí)，仍然存在污染問題。因此，攬拌槽可包括重力虹吸式過濾系統(tǒng)，W防止有污染物堵 住用于噴涂泡沫粉漿的噴涂器噴嘴。
[0061] 帶噴涂器的裝置通過軟管或排出管等與攬拌槽相連，通過軟管或排出管輸送粉漿 用于噴涂。優(yōu)選的，噴涂器包括一個(gè)或一組加氣裝置，用于在噴涂粉漿時(shí)使粉漿發(fā)泡。加氣 裝置可W是標(biāo)準(zhǔn)文氏管泡沫滅火噴嘴，或V形噴嘴，W方便將空氣加入粉漿混合物，從而幫 助泡沫形成?？蛇x的，可W在粉漿累的出口安裝1/4英寸壓縮空氣管，同時(shí)設(shè)置在線混合器 (inline mixer), W方便加入空氣W產(chǎn)生泡沫。空氣管閥口可W每分鐘向累管輸送50至250 升左右的空氣。
[0062] 如上所述，可W在攬拌槽中加入陽(yáng)離子及/或兩性離子表面活性劑，用W處理顆 粒?？蛇x的，當(dāng)表面活性劑同時(shí)作為發(fā)泡劑時(shí)，可W在噴涂過程中加入表面活性劑，W便在 即將進(jìn)行煤礦表面噴涂前提供包括處理過的石粉顆粒的泡沫。舉例來說，可W在用累抽取 粉漿時(shí)，把表面活性劑添加劑加入粉漿累入口?？蒞在累出口加入空氣，加了氣的混合物持 續(xù)沿排出管移動(dòng)，直到通過多組V形噴嘴或單個(gè)大V形噴嘴噴出。因?yàn)樵跀埌璨壑行纬膳菽?會(huì)產(chǎn)生問題，所W需要在噴涂泡沫時(shí)使用該系統(tǒng)。為促進(jìn)泡沫形成，噴涂器可包括一塊或多 塊擋板(baffle)，W在在噴涂前混合粉漿。
[0063] 泡沫的產(chǎn)生帶來了一系列需要考慮的其他操作問題。產(chǎn)品流速、正確的化學(xué)配比 量、空氣流速、氣壓W及管壓對(duì)于是否能夠產(chǎn)生適當(dāng)?shù)呐菽瑯又匾?。?yōu)選的，W每分鐘40 至80升左右的速度把產(chǎn)品粉漿累送到煤礦表面，更優(yōu)選的累送速度為每分鐘60升左右。管 壓可在50至70psi左右變化。
[0064] 現(xiàn)在參考下列非限定性示例說明本發(fā)明的實(shí)施例。示例
[0065] 示例I--實(shí)驗(yàn)室模擬礦井噴涂過程
[0066] 為了模擬煤井中的噴涂過程，在實(shí)驗(yàn)室中采取下列步驟：
[0067] 1.用30克石粉和10克水制備水/石粉顆粒漿。
[0068] 2.把濕石漿涂到開孔磚上，開孔磚模擬開孔煤壁。
[0069] 3.在爐子中烘干粉漿，使水分蒸發(fā)。
[0070] 4.冷卻開孔磚，并保持豎直。輕拍開孔磚，模擬地震
[0071 ] 5.評(píng)估石粉脫落程度和脫落的石粉的質(zhì)地。
[0072] 從開孔磚脫落的石粉顆粒呈片狀或塊狀。運(yùn)被認(rèn)為合理模擬了在真實(shí)礦井中使用 原始(S imp 1 e)石粉顆粒加水的粉漿時(shí)該礦井所存在的問題。
[0073] 示例2--確定石粉顆粒表面電荷
[0074] 將石粉顆粒和飲用水混合，石粉顆粒表現(xiàn)出的抑值為7.5。接著將石粉顆粒和酸水 混合。石粉的碳酸巧成分中和了酸度，使最終pH值為7.5。因此，碳酸巧表現(xiàn)出將pH值緩沖至 7.5的能力。
[0075] 帶正電荷的染料被吸附到石粉顆粒表面，運(yùn)表明被評(píng)估的石粉顆粒表面在經(jīng)緩沖 的pH值為7.5時(shí)帶負(fù)電荷。
[0076] 示例3--包括表面活性劑的制劑的制備
[0077] 示例3.1--A制劑
[007引將苯扎氯錠(50 % )、十六烷基S甲基氯化錠(50 % ) (CTAC)和甲基-二(牛脂酷胺乙 基)-徑乙基甲基硫化錠(90%)與水低速混合W避免空氣滲入其中，形成下列含有40.2%左 右的活性表面活性劑成份的制劑：
[0079]
[0080] 注意："％"指商用原材料中活性表面活性劑的濃度。產(chǎn)生的A制劑為不透明乳劑， 其粘度為200至300厘泊(cP)左右。
[0081 ] 不例3.2 B制劑
[0082] 將兩性離子表面活性劑與水低速混合W避免空氣滲入其中。產(chǎn)生由30%左右的活 性兩性離子表面活性劑構(gòu)成的高度發(fā)泡混合物，其包括：
[0083] 50% (重量百分比）挪子胺氧化物(30% )
[0084] 50% (重量百分比）挪油酷胺丙基甜菜堿(30%)
[0085] 該制劑為穩(wěn)定的透明液體，其具有低的粘度。
[0086] 不例3.3 C制劑
[0087] 將3份B制劑與1份A制劑混合，形成下列含有大約32.4%左右的活性表面活性劑的 混合物：
[008引
[0089] C制劑提供兩性離子表面活性劑W產(chǎn)生泡沫，同時(shí)提高陽(yáng)離子表面活性劑的活性 表面處理特性。C制劑是穩(wěn)定透明的液體，其粘度在200至500cP左右。所測(cè)到的比重為1.0。 pH值在6至8左右。
[0090] 不例4--噴粉
[0091] 使用用耐火磚搭建的火廊和社制的鐵皮頂?；鹄鹊纳缰频捻敹渭s25米長(zhǎng)、3米寬、2 米高。用實(shí)屯、混凝±制作底板，底板在橫斜面(cross gradient)處起坡進(jìn)行排水?；鹄冗€包 含仿制的傳送帶結(jié)構(gòu)和沿火廊中間化alf-way)設(shè)置的通用梁框。該梁框用于放置支架和其 他救助設(shè)備。
[0092] 實(shí)物試驗(yàn)需要運(yùn)用實(shí)際的地下濕法噴涂設(shè)備?；鹄韧庠O(shè)置液壓傳動(dòng)孤S濕法噴涂 附件。所有QDS設(shè)備均須配備外部液壓源，液壓源選用L皿。
[0093] 用200升的液壓動(dòng)力裝置代替LHD，在2100psi壓力下，該液壓動(dòng)力裝置每分鐘提供 60升油，用設(shè)置有DOL電機(jī)啟動(dòng)插座的75千瓦柴油發(fā)電機(jī)為該裝置提供動(dòng)力。
[0094] 進(jìn)行六次粉漿石粉噴涂試驗(yàn)，每次使用250公斤散裝粉漿石粉。
[0095] 示例4.1--試驗(yàn)1--對(duì)照
[0096] 首次噴涂試驗(yàn)的目的是驗(yàn)證設(shè)備的整體設(shè)置是否足W完成試驗(yàn)任務(wù)。
[0097] 在攬拌槽中加入250升水，用攬拌葉板進(jìn)行攬拌。用車載1噸希爾博起重機(jī)把250公 斤頓袋裝石粉顆粒吊到攬拌槽上方。由定制的加長(zhǎng)剪袋器打開袋子底部，將袋內(nèi)的內(nèi)容物 (石粉顆粒)全部倒入攬拌槽。
[0098] W每分鐘50升的速度累送粉漿產(chǎn)品，使其通過兩個(gè)長(zhǎng)20米、直徑25毫米的耐火防 靜電空氣/水軟管。噴涂火廊的頂部和兩側(cè)。
[0099] 設(shè)備設(shè)置是成功的?；旌衔餄穸群艽螅蹪{易在重力作用下從火廊頂部和側(cè)面去 除（wash)并掉落。
[0100] 不例4.2 試驗(yàn)2
[0101] 重復(fù)示例1所述的步驟，不同之處在于把185升水加入攬拌槽，把5升A制劑直接加 入攬拌槽，使包括0.8 %左右的活性表面活性劑的每批石粉顆粒含2 %的A制劑。
[0102] 由于攬拌葉板在泡沫球中運(yùn)轉(zhuǎn)，而泡沫球妨礙葉板攬拌攬拌槽中的物質(zhì)，所W噴 涂被中止。隨之而來的結(jié)果是，水/石粉分離引起累入口的堵塞。
[0103] 不例4.3 試驗(yàn)3
[0104] 重復(fù)示例1所述的步驟，不同之處在于把185升水加入攬拌槽，把A制劑定量加入攬 拌槽。對(duì)240V隔膜累進(jìn)行設(shè)置，W便在每批石粉顆粒中加入2 %的A制劑。
[0105]繼續(xù)噴涂，帶來的結(jié)果是回彈(rebound)明顯降低，儀器噴嘴處不再起泡。 WOW 示例4.4--試驗(yàn)4
[0107] 采用示例4.3中的步驟，但在裝置的噴涂器上安裝標(biāo)準(zhǔn)文氏管泡沫滅火噴嘴，W便 于空氣進(jìn)入粉漿混合物W有助于產(chǎn)生泡沫。
[0108] 繼續(xù)噴涂，帶來的結(jié)果是回彈的降低程度明顯增加，最終的表面形成物是厚度達(dá)5 毫米的泡沫覆蓋層。
[0…9] 示例4.5--試驗(yàn)5
[0110] 采用示例4.3所述的步驟，但在粉漿累的出口處安裝1/4英寸壓縮空氣管。加設(shè)在 線混合器W輔助加氣操作W產(chǎn)生泡沫。打開空氣管閥口，每分鐘向累管輸送200升空氣。在 裝置的噴涂器上還裝配不誘鋼V形噴嘴。
[0111] 繼續(xù)噴涂，帶來的結(jié)果是回彈的降低程度明顯增加，最終的表面形成物是厚度達(dá) 到20毫米的厚泡沫。
[0112] 示例4.6--試驗(yàn)6
[0113] 采用示例4.5所述的步驟，但設(shè)置240V隔膜累，用于在每批石粉顆粒中加入1%A制 劑，使每批石粉顆粒的活性表面活性劑濃度達(dá)到0.4 %左右。
[0114] 繼續(xù)噴涂，帶來的結(jié)果是的降低程度明顯增加，最終的表面形成物是厚度到達(dá)15 和20毫米的厚泡沫。
[0115] 示例4.5和4.6的結(jié)果
[0116] 對(duì)示例5和6生產(chǎn)的泡沫進(jìn)行采樣。
[0117] 用托盤和軟毛刷進(jìn)行采樣。隨著刷子在壁上刷一次，石粉顆粒從壁上自由脫落。
[0118] 觀察到的總體結(jié)果是，因?yàn)楸诮Y(jié)構(gòu)的不同類型所產(chǎn)生的水分差異。用阿姆柯 (Armco)薄鋼板制作側(cè)壁，用巖塊制作后壁。
[0119] 還注意到的是，完成的干燥表面起泡越多，就越容易采樣，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在一些 表面上，顆粒分布變化為原始干石粉樣品的± 1 %。結(jié)果不同是因?yàn)楸砻嬷谱鞑牧喜槐M相 同。
「01901
[0122]
[0123] 示例5-煤礦試驗(yàn)
[0124] 確認(rèn)發(fā)泡達(dá)到理想程度W后，制備遇A制劑時(shí)陽(yáng)離子表面活性劑保持穩(wěn)定的高度 發(fā)泡表面活性劑混合物，即B制劑。用不同A制劑+B制劑的混合物進(jìn)行多項(xiàng)初期實(shí)驗(yàn)，W獲得 更穩(wěn)定的發(fā)泡。結(jié)果發(fā)現(xiàn)3份B制劑加1份A制劑的混合物，即C制劑，能達(dá)到最佳發(fā)泡程度。
[0125] 在煤礦中試驗(yàn)本發(fā)明所述的方法。采用長(zhǎng)200米、直徑2.5米、一端封閉的鋼管作為 實(shí)驗(yàn)平響。平響的封閉端經(jīng)裝備W在空氣中形成暴露的甲燒帶。橫穿平響的上方設(shè)置塑料 薄膜，形成35至50m 3(7.5至IOm長(zhǎng))的容積，薄膜內(nèi)形成空氣和甲燒的混合物。
[0126] 可W用多種不同的方法把煤粉分散到平響的剩余部分，W便在點(diǎn)燃甲燒/空氣帶 時(shí)，煤粉被擴(kuò)散并被點(diǎn)燃形成煤粉爆炸?？筛鶕?jù)特定試驗(yàn)計(jì)劃的要求改變煤粉分布、預(yù)期煤 粉濃度、加入煤粉的石粉比例或點(diǎn)火帶的初始甲燒濃度。
[0127] 經(jīng)確定，在該試驗(yàn)計(jì)劃中，比較不同類石粉噴涂擴(kuò)散特性的最佳辦法是使一組盛 有不同類石粉顆粒(處理過及未處理過的）的托盤發(fā)生純甲燒爆炸。
[0128] 試驗(yàn)石粉擴(kuò)散特性時(shí)，在盤中裝入該石粉，并將托盤放到爆炸波通道上。將未處理 的干石粉裝入托盤，不進(jìn)行任何壓縮。刮平超過盤沿的多余石粉。
[0129] 對(duì)于濕泡沫石粉托盤，在試驗(yàn)前準(zhǔn)備好托盤，使石粉顆粒有時(shí)間干燥，達(dá)到最終稠 度(consistency)。根據(jù)石粉重量，用1%的C制劑處理石粉顆粒。石粉高度不超過托盤的上 邊緣。
[0130] 在把托盤放入平響W前，稱量并記錄每個(gè)托盤的總重量，W便與爆炸后的重量進(jìn) 行比較。
[0131] -旦托盤放置到位W后，開始在平響的封閉端制備燃?xì)鈳В瑤追昼姾簏c(diǎn)燃引起爆 炸?？蒞通過改變甲燒濃度改變爆炸強(qiáng)度，使其達(dá)到要求。爆炸的結(jié)果是產(chǎn)生壓力波，壓力 波沿平響長(zhǎng)度移動(dòng)，揚(yáng)起托盤上的石粉，并把石粉推出平響。第一波爆炸波通過W后，平響 口有一些起漲落(tidal)氣流，但并沒有出現(xiàn)分散(dis化rb)大量石粉的跡象。
[0132] 接著取出托盤再次進(jìn)行稱量，W記錄每個(gè)托盤的重量損失。通過在每個(gè)托盤上盛 放不同類型的石粉，可W認(rèn)為每個(gè)托盤的相對(duì)重量損失可W代表每類石粉在煤粉爆炸情況 下的擴(kuò)散特性。
[0。引示例5的結(jié)果
[0134] 干石粉顆粒W及W泡沫方式噴涂的經(jīng)處理的石粉顆粒的擴(kuò)散結(jié)果如表1所示。表 中所指的試驗(yàn)編號(hào)僅作參考。
[0135] 表1:擴(kuò)散試驗(yàn)結(jié)果
[01361
[i
[i
[i
[0140」注；
[0141] 試驗(yàn)注釋
[0142] 6* 點(diǎn)火帶甲燒濃度為9 %
[0143] 17**石粉頂部上有一層煤粉
[0144] ***Del化=(泡沫石粉擴(kuò)散_干石粉擴(kuò)散）
[0145] 在屯項(xiàng)試驗(yàn)的五項(xiàng)試驗(yàn)中，W泡沫形式噴涂的經(jīng)處理過的石粉顆粒的擴(kuò)散大于干 石粉顆粒的擴(kuò)散。在運(yùn)五項(xiàng)試驗(yàn)中的四項(xiàng)試驗(yàn)(運(yùn)四項(xiàng)試驗(yàn)中點(diǎn)火帶的甲燒濃度為7.5%) 中，泡沫石粉顆粒的擴(kuò)散大于干石粉顆粒。同樣在運(yùn)幾個(gè)的試驗(yàn)中，泡沫石粉顆粒的平均擴(kuò) 散性是8660克/平方米，與干石粉顆粒的6501克/平方米的平均擴(kuò)散性相比，高出40%。由此 可見，泡沫石噴涂提供了優(yōu)于干石噴涂的爆炸擴(kuò)散特性。
[0146] 表面試驗(yàn)后采集的樣品顯示，根據(jù)本發(fā)明噴涂的干石粉顆粒的粒徑與按傳統(tǒng)方法 噴涂的干石粉顆粒的粒徑相差無幾。類似地，在地下試驗(yàn)中，根據(jù)本發(fā)明噴涂的干石粉顆粒 樣品的粒徑分布與同時(shí)在煤礦中采集的常規(guī)石粉顆粒樣品的粒徑分布類似。
[0147] 運(yùn)一點(diǎn)驗(yàn)證了 W下結(jié)論：即在條件相當(dāng)?shù)那闆r下，經(jīng)處理過的干石粉顆粒的粒徑 分布與采用傳統(tǒng)方法噴涂的干石粉的粒徑分布基本相同。
[0148] 除了本說明書所述的實(shí)施例W外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可W從此推及多種變動(dòng)和修 改。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明包括所有落入本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的修改和變動(dòng)。
[0149] 除非上下文另有要求，否則本說明書及其后的權(quán)利要求書中的詞語(yǔ)"包括"應(yīng)理解 為包含所述的部件或步驟或一組部件或步驟，但不排除任何其他部件或步驟或一組部件或 步驟。
[0150]本說明書對(duì)于任何早期公開文獻(xiàn)(或由此衍生的資料）的引用或者對(duì)于任何已知 事物的引用，不能也不應(yīng)被視為承認(rèn)或W任何形式暗示該早期公開文獻(xiàn)(或由此衍生的資 料)或已知事物是本說明書所設(shè)及的領(lǐng)域內(nèi)的公知常識(shí)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種液體制劑，包括：陽(yáng)離子和/或兩性離子表面活性劑，其中所述制劑適于用于處 理石粉顆粒以從而使得所述顆粒適于施加至煤礦表面，以便實(shí)現(xiàn)抑制或防止煤粉爆炸中的 至少一種。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制劑，包括陽(yáng)離子和兩性離子表面活性劑的混合物，其中，所 述兩性離子表面活性劑在所述混合物中至少占60 %的比例。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制劑，其中所述制劑包括選自十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)、 十六烷基三甲基氯化銨(CTAC)、烷基吡啶氯化物、苯扎氯銨、雙鏈季銨鹽化合物、長(zhǎng)鏈牛脂 陽(yáng)離子及它們的任意組合的陽(yáng)離子表面活性劑。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制劑，其中所述制劑包括選自椰油烷基胺氧化物、椰油酰胺丙 基甜菜堿、烷基甜菜堿、烷基丙胺酸、烷基亞胺二丙酸、烷基咪唑啉羧酸鹽、磺基甜菜堿或它 們的任意組合和它們的任意組合的兩性離子表面活性劑。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的制劑，包括椰油烷基胺氧化物和椰油酰胺丙基甜菜堿。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制劑，其形式為水性溶液。7. -種煤礦隔離劑，所述煤礦隔離劑包括經(jīng)陽(yáng)離子和/或兩性離子表面活性劑處理的 石粉顆粒。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的煤礦隔離劑，其形式為粉漿。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的煤礦隔離劑，其中存在兩性離子表面活性劑，所述兩性離子表 面活性劑包括椰油烷基胺氧化物和/或椰油酰胺丙基甜菜堿。10. -種液體制劑，當(dāng)所述制劑用于處理待施加至煤礦表面的石粉顆粒時(shí)，所述制劑包 括陽(yáng)離子和/或兩性離子表面活性劑，其中所述液體制劑被用于處理待施加至煤礦表面的 石粉顆粒，所述制劑由陽(yáng)離子和/或兩性離子表面活性劑構(gòu)成。11. 一種液體制劑，當(dāng)所述制劑用于處理待施加至煤礦表面的石粉顆粒時(shí)，所述制劑包 括陽(yáng)離子和/或兩性離子表面活性劑，所述液體制劑包括陽(yáng)離子和兩性離子表面活性劑的 混合物，其中所述兩性離子表面活性劑在所述混合物中至少占65 %的比例。
【文檔編號(hào)】C09K3/22GK105822337SQ201610218060
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2009年6月1日
【發(fā)明人】艾倫·格雷哈姆·布朗, 卡洛斯·阿爾佩托·馬瑞, 羅德尼·詹姆斯·康奈爾, 馬修·查爾斯·賴安
【申請(qǐng)人】Itw澳大利亞控股有限公司