石粉喷涂
阅读：1发布：2021-05-13
专利汇可以提供石粉喷涂专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种 煤 矿表面喷粉方法，所述方法包括在煤矿表面 喷涂 经阳离子和/或两性离子 表面活性剂 处理的石粉颗粒。本发明还涉及液体制剂、煤矿喷涂剂以及在该方法中使用的装置。，下面是石粉喷涂专利的具体信息内容。
1.一种液体制剂，包括：阳离子和/或两性离子表面活性剂，其中所述制剂适于用于处理石粉颗粒以从而使得所述颗粒适于施加至煤矿表面，以便实现抑制或防止煤粉爆炸中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的制剂，包括阳离子和两性离子表面活性剂的混合物，其中，所述两性离子表面活性剂在所述混合物中至少占60％的比例。
3.根据权利要求1所述的制剂，其中所述制剂包括选自十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)、烷基吡啶氯化物、苯扎氯铵、双链季铵盐化合物、长链牛脂阳离子及它们的任意组合的阳离子表面活性剂。
4.根据权利要求1所述的制剂，其中所述制剂包括选自椰油烷基胺氧化物、椰油酰胺丙基甜菜碱、烷基甜菜碱、烷基丙胺酸、烷基亚胺二丙酸、烷基咪唑啉羧酸盐、磺基甜菜碱或它们的任意组合和它们的任意组合的两性离子表面活性剂。
5.根据权利要求4所述的制剂，包括椰油烷基胺氧化物和椰油酰胺丙基甜菜碱。
6.根据权利要求1所述的制剂，其形式为水性溶液。
7.一种煤矿隔离剂，所述煤矿隔离剂包括经阳离子和/或两性离子表面活性剂处理的石粉颗粒。
8.根据权利要求7所述的煤矿隔离剂，其形式为粉浆。
9.根据权利要求7所述的煤矿隔离剂，其中存在两性离子表面活性剂，所述两性离子表面活性剂包括椰油烷基胺氧化物和/或椰油酰胺丙基甜菜碱。
10.一种液体制剂，当所述制剂用于处理待施加至煤矿表面的石粉颗粒时，所述制剂包括阳离子和/或两性离子表面活性剂，其中所述液体制剂被用于处理待施加至煤矿表面的石粉颗粒，所述制剂由阳离子和/或两性离子表面活性剂构成。
11.一种液体制剂，当所述制剂用于处理待施加至煤矿表面的石粉颗粒时，所述制剂包括阳离子和/或两性离子表面活性剂，所述液体制剂包括阳离子和两性离子表面活性剂的混合物，其中所述两性离子表面活性剂在所述混合物中至少占65％的比例。
石粉喷涂
技术领域
背景技术
[0004] 为了减少煤和空气混合物的生成并抑制火焰蔓延，大多数煤矿作业采用干法工艺在煤矿壁上喷涂碳酸钙粉等石粉颗粒。任何爆炸或地震都会产生冲击波，该冲击波分散(disturb)所喷涂的碳酸钙，并使煤粉和碳酸钙粉混合物悬浮在空气中。爆炸火焰的蔓延产生的热可使碳酸钙分解，生成具有灭火能力的二氧化碳。
[0005] 必须中断生产才能把石粉颗粒喷涂到进风巷道中，这是在井下煤矿中使用石粉的最大局限。喷涂石粉颗粒的一般方法是把石粉吹到巷道表面上，而这会产生大量粉尘并造成下游气流污染。因为污染，人员需要从石粉喷涂地方的石井撤离，并且只能在煤矿生产大休期间实施进风巷道石粉喷涂。由于生产时间受到损失，所以煤矿停产成本非常高。
[0006] 随着过去十年湿法石粉喷涂工艺的发展，人们进行了多种尝试力图克服这些缺点。在湿法喷涂中，干石粉颗粒和一定量的水在搅拌机中混合，并以粉浆的形式喷到煤矿表面。虽然湿法工艺克服了气流污染的问题，但同时也产生了新的问题。随着水-石粉浆在煤矿表面变干，粉浆硬化结成块层，并不是形成松散的粉末涂层。这种块层是否具有石粉颗粒的扩散特性及基于其扩散性的煤粉爆炸抑制特性还是很大的疑问。据信爆炸会扬起随之而来的巷道积尘，但不分散(disturbance)块状石粉颗粒，因此达不到石喷粉涂的预期效果。
[0007] 因为存在这些问题，所以湿法石喷粉涂工艺的使用在很多国家受到限制。在有些国家，使用湿石粉时必须用常规干法石粉喷涂工艺或者需要定期重新喷涂湿石粉进行加强(augmentation)。因此，目前很多煤矿采用具有上述相关缺点的干法喷涂工艺作业。
[0008] 因此，需要改进的石喷粉涂工艺，该工艺在克服干喷涂工艺缺点的同时，还在表面上提供这样的涂层：该涂层至少具有和所喷涂的干粉颗粒相同的可扩散性。一旦开发出在煤矿中使用的这种工艺，则该工艺还能在其他密闭空间中使用，在这样的密闭空间中分散的(disturbed)粉尘带来燃烧风险。
发明内容
[0009] 根据本发明的第一个方面，提供一种煤矿表面喷涂方法，所述方法包括在煤矿表面喷涂经阳离子和/或两性离子表面活性剂处理的石粉颗粒。
[0010] 用阳离子和/或两性离子表面活性剂处理石粉颗粒的目的是抑制所喷涂的石粉涂层结块。人们认为，防止结块或降低结块量能带来松散的涂层，方便石粉颗粒的分散(disturbed)，并使石粉颗粒进入空气。从而，悬浮的石粉颗粒可以抑制火焰传播。
[0011] 据信，用表面活性剂处理能带来易扩散的粉末涂层，这是因为石粉颗粒表面的表面电荷与表面活性剂的极性头的电荷是异种的。这使得随着表面活性剂的疏水尾导离石粉颗粒表面，表面活性剂吸附到石粉颗粒表面。据信，表面活性剂的疏水尾起到位阻作用，防止单个石粉颗粒之间相互接触，并因此降低相邻颗粒形成盐桥(会导致结块)的能力。
[0012] 吸附的表面活性剂对于表面电荷的吸附和中和作用还可能降低石粉颗粒间的静电引力。此外，表面活性剂的疏水尾形成的疏水层据信能起到“润滑剂”的作用，使石粉颗粒能相互贴着滑动。所有的这些作用在很大程度上减小了喷涂到煤矿表面上的涂层中的石粉颗粒结块的倾向。因此，喷涂到煤矿表面的所有石粉颗粒都能保持其扩散结构。
[0013] 已知颗粒对于煤粉爆炸的抑制作用随着石粉粒径的减小而下降。因此，喷涂所用的颗粒必须符合新南威尔士矿产资源部(NSW Department of Mineral Resources)颁布的MDG3006MRT5号文献《煤粉爆炸、预防及抑制准则》(Guidelines for Coal Dust Explosion,Prevention and Suppression)的规定。
[0014] 在一些实施例中，涂层的颗粒扩散性满足《准则》的规定。总而言之《，准则》要求：
[0015] (1)至少有95％(质量百分比)的石粉颗粒必须通过250微米的筛子；
[0016] (2)通过250微米筛子的干石粉颗粒中，必须有至少60％(质量百分比)最多80％(质量百分比)以下的颗粒必须通过75微米的筛子。
[0017] 在一个实施例中，该方法还包括以下步骤：将石粉颗粒和包括阳离子和/或两性离子表面活性剂的溶液混合以处理颗粒。如上所述，这种处理促进了颗粒之间的位阻和/或在石粉颗粒喷涂到煤矿表面以后抑制盐桥的形成或结块。处理产生的表面涂层在受震动(agitation)时可扩散。
[0018] 根据本发明的第二个方面，提供一种制剂，当该制剂用于处理待喷涂到煤矿表面的石粉颗粒时，该制剂包括阳离子和/或两性离子表面活性剂。
[0019] 在用于处理石粉颗粒的制剂中可以有多于一种阳离子表面活性剂和/或多于一种两性离子表面活性剂。应当认识到，本说明书所提到的单个表面活性剂包括多个表面活性剂，上下文另有明确的相反的规定的除外。
[0020] 在本发明的另一个方面中，提供一种煤矿喷涂剂，该喷涂剂包括经阳离子和/或两性离子表面活性剂处理的石粉颗粒。既能以干粉形式也能以湿粉浆形式把煤矿喷涂剂喷涂到煤矿表面。无论以哪种形式喷涂，所产生的表面涂层均包含可扩散的石粉颗粒，该可扩散的石粉颗粒能抑制火焰在煤中的蔓延。
[0021] 本发明选用的表面活性剂应溶于制剂。因为水是优选溶剂，所以优选水溶性表面活性剂。表面活性剂遇到溶解在煤矿水源中的任何离子时均应保持稳定。表面活性剂优选为对环境无害的，且对工作人员带来最少的职业健康和安全问题。
[0022] 阳离子表面活性剂带有形式正电荷。两性离子表面活性剂能呈现正电荷和/或负电荷。存在无论pH值如何同时保持正电荷和负电荷的两性离子，也存在总电荷随pH值变化的两性离子。优选的两性离子表面活性剂是呈现与石粉颗粒表面电荷异种的电荷的两性离子表面活性剂。例如，如果石粉颗粒表面带负电荷，当两性离子表面活性剂与该石粉颗粒表面靠近时，两性离子表面活性剂分子呈现净正电荷。在一些实施例中，可使用阳离子及两性离子表面活性剂的混合物。
[0023] 在一些实施例中，除了表面活性剂外，还可以在粉浆中加入发泡剂。表面活性剂本身可以是发泡剂。可以以泡沫形式把粉浆喷涂到煤矿表面以提供涂层。
[0024] 在本发明的另一个方面中，提供一种把包括石粉颗粒的发泡粉浆喷涂到煤矿表面的装置，所述装置包括：
[0025] 混合容器，在该容器中将石粉颗粒和液体混合，以制成粉浆；
[0026] 喷涂器，所述喷涂器与所述混合容器连接，用于将粉浆喷涂到煤矿表面，所述的喷涂器包括加气装置，所述加气装置用于在喷涂粉浆时使粉浆发泡；
[0027] 其中，在将石粉颗粒喷涂到煤矿表面前，用阳离子和/或两性离子表面活性剂处理所述的石粉颗粒。
[0028] 在本发明的另一个方面，提供前一段所述的用来喷涂发泡粉浆的装置。
具体实施方式
[0029] 本发明是对煤矿开采中的矿井的表面喷粉的描述。这些矿井需要喷粉是因为所开采的地球资源，即煤，具有可燃性。但是，本发明的范围并不局限于此，处理过的石粉颗粒还能应用在其它密闭空间，在这样的密闭空间中粉尘能够在空气中扩散并产生易燃的悬浮物。
[0030] 矿井中可以被喷粉的表面没有限制，任何外露表面均能有喷涂于其上的石粉颗粒涂层。本领域技术人员会知道需要喷粉的矿井表面。
[0031] 本发明工艺所用的石粉颗粒可以是喷涂到煤矿表面的、用于在发生地震时抑制火焰蔓延的任意颗粒。石粉颗粒可包括白云岩、菱镁矿、飞尘、硅粉、石膏、硬石膏、非膨胀型粘土、或细矿渣或它们的混合物。然而，在一个优选实施例中，石粉颗粒至少包括一些碳酸盐化合物颗粒。优选的，碳酸盐化合物为碳酸钙。优选含碳酸盐的颗粒是因为碳酸盐在受热时生成能扑灭火焰的二氧化碳，其灭火方式与传统灭火器相同。非碳酸盐石粉只能通过稀释悬浮在空气中的煤粉起作用。
[0032] 在一些实施例中，至少10％，更优选为至少50％的石粉颗粒包括能释放二氧化碳的碳酸盐化合物，其余的石粉颗粒，如菱镁矿，则不能释放二氧化碳。应当理解，在一些实施例中，100％的颗粒包括诸如碳酸钙等碳酸盐化合物，在另一些实施例中，无碳酸盐化合物。
[0033] 采用压碎方法或本领域技术人员了解的其他粉碎方法制备石粉颗粒。细的石粉细颗粒颜色较淡，含有质量百分比不超过3％的游离二氧化硅，其粒径符合《煤粉爆炸、预防及抑制准则》(Guidelines for Coal Dust Explosion,Prevention and Suppression)的规定。全球有很多知名的供应商提供喷涂工艺用石粉。
[0034] 本发明中所用的石粉颗粒经阳离子和/或两性离子表面活性剂处理，进行表面改性。可以在将石粉颗粒供应给煤矿之前处理石粉颗粒，也可以在其送达煤矿以后，在使用时处理石粉颗粒。下面详细说明处理步骤。
[0035] 可以推断石粉颗粒的表面化学特性，以确定最适用的表面活性剂。这可以运用实验技术实现，或者本领域技术人员也可以根据过往的经验知道。欧米亚(澳大利亚)有限公司(Omya Australia Pty Limited)是向澳大利亚矿井供应石粉的主要供应商。根据欧米亚公司的说明，该公司的产品是天然重质碳酸钙，通常由方解石和碳酸钙组成。
[0036] 确定表面化学特性以后，可以借助文献资料确定石粉颗粒的表面电荷。可选地，可以使用，例如，使用带负电荷或正电荷的染料通过实验确定备用石粉颗粒的表面电荷，而不需要推断表面化学特性。
[0037] 可以将石粉颗粒和碳酸钙颗粒(这是上文所述的最理想的石粉颗粒)混合，以产生大多数石粉颗粒都带负电荷的石粉。然而，目前已发现大多数煤矿喷涂用的石粉都带负电荷。
[0038] 带负电荷的石粉颗粒随时与带正电荷的表面活性剂反应。因此，适合用阳离子表面活性剂处理这样的石粉颗粒。因为两性离子表面活性剂能在接近负电荷时显示形式正电荷或净正电荷，所以两性离子表面活性剂也能处理带负电荷的颗粒。
[0039] 如发现准备用于喷粉工艺的石粉颗粒带正表面电荷，则不适合采用带负电荷的碳酸钙颗粒稀释带正电荷的石粉颗粒，不适合使用阳离子表面活性剂。在这种情况下，更适合选用两性离子表面活性剂。因为两性离子表面活性剂能在接近正电荷时显示形式负电荷或净负电荷，所以两性离子表面活性剂能处理带正电荷的颗粒。
[0040] 两性离子表面活性剂固有的极化性使其成为适用于本发明的特别有优势的处理剂。两性离子表面活性剂能通过采用石粉颗粒的异种净电荷(net opposite charge)来吸附到正表面或负表面，因此选用两性离子表面活性剂时无需确定石粉颗粒的表面总电荷。
[0041] 为了将表面活性剂吸附到石粉颗粒的表面，石粉颗粒与包括表面活性剂的液体或由表面活性剂构成的液体接触。表面活性剂本身可以是液体，也可以溶解在溶剂中形成溶液。石粉颗粒可以通过任何方式接触液体表面活性剂或者包括表面活性剂的溶液。在一些实施例中，先制备包括表面活性剂的溶液，再使该溶液接触石粉颗粒。例如，可以使包括表面活性剂的溶液流过石粉颗粒填充床或石粉颗粒堆。可选地，可以使石粉颗粒和液体表面活性剂或者所制备的包括表面活性剂的溶液在混合容器中混合。优选进行搅拌以确保所有颗粒接触表面活性剂。拌入液体表面活性剂或包括表面活性剂的溶液的石粉颗粒形成粉浆。
[0042] 可选的，可以将石粉颗粒扩散在溶液中以形成粉浆，再把表面活性剂或包括表面活性剂的制剂或混合物加入粉浆。可选地，可以在即将进行煤矿表面喷涂前，把包括表面活性剂的制剂或混合物加入粉浆，例如，在粉浆喷涂装置的喷涂器中定量加入制剂或混合物。下面对此进行详细说明。
[0043] 不论在以上两种情况的那一种下，把石粉颗粒和液体混合产生粉浆时，优选为为每公斤石粉提供至少0.5升的液体，更优选为1升左右的液体。在一个优选实施例中，液体采用水。液体或水可以作为表面活性剂或多个表面活性剂组分的混合物的溶剂。
[0044] 商用表面活性剂的一般供应形式是水溶液的形式，不同的商用表面活性剂中的活性阳离子或两性离子表面活性剂的含量百分比不尽相同。本说明书所指的表面活性剂应理解为活性表面活性剂，给出制剂示例的情况除外。在这些示例中，商用材料的重量百分比与商业材料中的活性表面活性剂浓度都有说明。
[0045] 接触石粉颗粒的包括表面活性剂的制剂或混合物的量取决于石粉量。优选地，加入表面活性剂，使产生的粉浆包括0.005％(重量百分比)至2.5％(重量百分比)(与所用石粉颗粒的重量百分比一样)左右的活性表面活性剂，更优选为0.05％(重量百分比)至1％(重量百分比)左右，最优选为0.1％(重量百分比)至0.4％(重量百分比)左右。
[0046] 吸附到石粉颗粒表面的表面活性剂可能不止一层(monolayer)。举例来说，有些颗粒可能具有多层被吸附的表面活性剂，形成层状的多个涂层。过多的表面活性剂会在溶液中形成胶团，据信这种胶团不会对石粉颗粒的喷涂产生不良影响。
[0047] 适用的阳离子表面活性剂包括十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)或十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)、烷基吡啶氯化物、苯扎氯铵、双链季铵盐化合物、长链酯阳离子。也可以使用这些阳离子表面活性剂的任何组合。
[0049] 目前已发现，混合阳离子表面活性剂和两性离子表面活性剂的做法具有优势。优选的，混合物包括至少60％的两性离子表面活性剂(与溶液中表面活性剂总量的百分比一样)，更优选为至少65％。在一些实施例中，混合物中两性离子表面活性剂的比例达到70-75％。优选的，混合物粘度范围为100-1000cP左右，更优选为200-500cP，以便定量混入粉浆。
[0050] 应适当选用表面活性剂(混合物或其他)，使粉浆具有流动性。换言之，就粉浆喷涂设备及使用的喷涂工艺而言，粉浆不应过于粘稠。如果粉浆过于粘稠，则需要更多的水，这意味着涂层的喷涂时间会延长，并且喷好的涂层需要挥发更多的水份。
[0051] 至少有一些经处理或改性的石粉颗粒有一层表面活性剂盖住外表面，这使颗粒的表面化学特性发生改变。优选的，100％的处理过的石粉颗粒被所涂覆的表面活性剂改性。但是，在一些实施例中，处理步骤可能只能对一部分而不是全部颗粒进行改性。在另一些实施例中，将经阳离子和/或两性离子表面活性剂处理的石粉颗粒与未经处理的颗粒混合，产生处理过的颗粒和未处理过的颗粒的混合物。举例来说，可以在进行喷涂工艺前，将150公斤经处理过的石粉和50公斤未经处理的石粉进行混合。这样，只要所产生的喷涂到煤矿表面的涂层在受到震动(agitated)时仍保持扩散性，可以处理不到100％的颗粒。优选为对至少75％，更优选为对至少85％的喷涂到煤矿表面的颗粒进行处理。
[0052] 随着表面活性剂的疏水尾部导离(orient away)石粉颗粒表面，表面活性剂吸附到石粉颗粒表面。有效地，表面活性剂在石粉颗粒表面提供单分子膜(monolayer)，该单分子膜(monolayer)抑制相邻颗粒之间的相互作用。表面活性剂的电离或极性部分通过范德华力或离子相互作用与石粉颗粒表面上的化学基团相互作用。
[0053] 在另一个实施例中，表面活性剂与外露于石粉颗粒表面上的表面官能团共价结合，在表面上形成自组装单分子膜。由此形成的煤矿喷涂剂在化学特性上相当于通过范德华力或离子力粘附有表面活性剂的化学剂。
[0054] 经过处理，石粉颗粒可以以湿粉浆的形式被喷涂到煤矿表面。可选的，可使湿粉浆干燥以提供处理过的干石粉颗粒。经处理的干石粉颗粒可以作为煤矿喷涂剂被喷涂。煤矿喷涂剂可以以干粉的形式被喷涂到煤矿表面。这种喷涂方法显然带有前面说过的缺点，包括喷涂时需要关闭煤矿。但是在某些情况下，这是喷涂石粉颗粒的优选方法。据认为，在喷涂以后，处理过的石粉颗粒优于未经处理的石粉颗粒，因为处理过的石粉被喷涂到煤矿壁以后不容易吸收诸如冷凝水的水。也就是说，能长时间抑制喷好的涂层结块。
[0056] 任选的，将粉浆和发泡剂混合，从而以泡沫形式喷涂石粉颗粒。泡沫在煤矿壁上干燥以后留下的松散涂层，该涂层比采用干法或湿法(非发泡)喷涂的涂层更为有效。据认为，喷涂以后泡沫能加速水分蒸发。初期(initial)实验也表明，和干法喷涂的样品相比，泡沫的产生提供了较小的颗粒分布变化差异。
[0057] 在煤矿表面喷涂石粉颗粒时，可以将发泡剂和粉浆混合。可选的，发泡剂可以是阳离子或两性离子表面活性剂。但是，阳离子表面活性剂通常并不是好的发泡剂，所以一般选择两性离子表面活性剂作为发泡剂。
[0058] 可喷涂粉浆以形成5毫米至20毫米左右厚的涂层。
[0059] 如在粉浆湿的时候(发泡或不发泡)喷涂，则制剂和/或产生的粉浆的闪点温度应超过60度左右，更优选为超过80度左右。在优选实施例中，选用水或其他稀释的含水介质(dilute aqueous media)作为溶剂来使石粉颗粒扩散并使表面活性剂溶解，因此制剂和/或粉浆无闪点。
[0060] 发泡粉浆喷涂用装置包括搅拌槽，可以在搅拌槽中混合石粉颗粒和溶剂，形成粉浆。可以用搅拌叶板制备粉浆。搅拌槽优选为封闭型，以防止粉浆受到煤矿中的诸如顶壁剥落物及其他异物等天然颗粒的污染。但是把石粉颗粒和/或包括表面活性剂的制剂加入搅拌槽时，仍然存在污染问题。因此，搅拌槽可包括重力虹吸式过滤系统，以防止有污染物堵住用于喷涂泡沫粉浆的喷涂器喷嘴。
[0061] 带喷涂器的装置通过软管或排出管等与搅拌槽相连，通过软管或排出管输送粉浆用于喷涂。优选的，喷涂器包括一个或一组加气装置，用于在喷涂粉浆时使粉浆发泡。加气装置可以是标准文氏管泡沫灭火喷嘴，或V形喷嘴，以方便将空气加入粉浆混合物，从而帮助泡沫形成。可选的，可以在粉浆泵的出口安装1/4英寸压缩空气管，同时设置在线混合器(inline mixer)，以方便加入空气以产生泡沫。空气管阀门可以每分钟向泵管输送50至250升左右的空气。
[0062] 如上所述，可以在搅拌槽中加入阳离子及/或两性离子表面活性剂，用以处理颗粒。可选的，当表面活性剂同时作为发泡剂时，可以在喷涂过程中加入表面活性剂，以便在即将进行煤矿表面喷涂前提供包括处理过的石粉颗粒的泡沫。举例来说，可以在用泵抽取粉浆时，把表面活性剂添加剂加入粉浆泵入口。可以在泵出口加入空气，加了气的混合物持续沿排出管移动，直到通过多组V形喷嘴或单个大V形喷嘴喷出。因为在搅拌槽中形成泡沫会产生问题，所以需要在喷涂泡沫时使用该系统。为促进泡沫形成，喷涂器可包括一块或多块挡板(baffle)，以在在喷涂前混合粉浆。
[0063] 泡沫的产生带来了一系列需要考虑的其他操作问题。产品流速、正确的化学配比量、空气流速、气压以及管压对于是否能够产生适当的泡沫同样重要。优选的，以每分钟40至80升左右的速度把产品粉浆泵送到煤矿表面，更优选的泵送速度为每分钟60升左右。管压可在50至70psi左右变化。
[0064] 现在参考下列非限定性示例说明本发明的实施例。示例
[0065] 示例1——实验室模拟矿井喷涂过程
[0066] 为了模拟煤井中的喷涂过程，在实验室中采取下列步骤：
[0067] 1.用30克石粉和10克水制备水/石粉颗粒浆。
[0068] 2.把湿石浆涂到开孔砖上，开孔砖模拟开孔煤壁。
[0069] 3.在炉子中烘干粉浆，使水分蒸发。
[0070] 4.冷却开孔砖，并保持竖直。轻拍开孔砖，模拟地震
[0071] 5.评估石粉脱落程度和脱落的石粉的质地。
[0072] 从开孔砖脱落的石粉颗粒呈片状或块状。这被认为合理模拟了在真实矿井中使用原始(simple)石粉颗粒加水的粉浆时该矿井所存在的问题。
[0073] 示例2——确定石粉颗粒表面电荷
[0074] 将石粉颗粒和饮用水混合，石粉颗粒表现出的pH值为7.5。接着将石粉颗粒和酸水混合。石粉的碳酸钙成分中和了酸度，使最终pH值为7.5。因此，碳酸钙表现出将pH值缓冲至7.5的能力。
[0075] 带正电荷的染料被吸附到石粉颗粒表面，这表明被评估的石粉颗粒表面在经缓冲的pH值为7.5时带负电荷。
[0076] 示例3——包括表面活性剂的制剂的制备
[0077] 示例3.1——A制剂
[0078] 将苯扎氯铵(50％)、十六烷基三甲基氯化铵(50％)(CTAC)和甲基-二(牛脂酰胺乙基)-羟乙基甲基硫化铵(90％)与水低速混合以避免空气掺入其中，形成下列含有40.2％左右的活性表面活性剂成份的制剂：
[0079]
[0080] 注意：“％”指商用原材料中活性表面活性剂的浓度。产生的A制剂为不透明乳剂，其粘度为200至300厘泊(cP)左右。
[0081] 示例3.2——B制剂
[0082] 将两性离子表面活性剂与水低速混合以避免空气掺入其中。产生由30％左右的活性两性离子表面活性剂构成的高度发泡混合物，其包括：
[0083] 50％(重量百分比)椰子胺氧化物(30％)
[0084] 50％(重量百分比)椰油酰胺丙基甜菜碱(30％)
[0085] 该制剂为稳定的透明液体，其具有低的粘度。
[0086] 示例3.3——C制剂
[0087] 将3份B制剂与1份A制剂混合，形成下列含有大约32.4％左右的活性表面活性剂的混合物：
[0088]
[0090] 示例4——喷粉
[0091] 使用用耐火砖搭建的火廊和轧制的铁皮顶。火廊的轧制的顶段约25米长、3米宽、2米高。用实心混凝土制作底板，底板在横斜面(cross gradient)处起坡进行排水。火廊还包含仿制的传送带结构和沿火廊中间(half-way)设置的通用梁框。该梁框用于放置支架和其他救助设备。
[0092] 实物试验需要运用实际的地下湿法喷涂设备。火廊外设置液压传动QDS湿法喷涂附件。所有QDS设备均须配备外部液压源，液压源选用LHD。
[0093] 用200升的液压动力装置代替LHD，在2100psi压力下，该液压动力装置每分钟提供60升油，用设置有DOL电机启动插座的75千瓦柴油发电机为该装置提供动力。
[0094] 进行六次粉浆石粉喷涂试验，每次使用250公斤散装粉浆石粉。
[0095] 示例4.1——试验1——对照
[0096] 首次喷涂试验的目的是验证设备的整体设置是否足以完成试验任务。
[0097] 在搅拌槽中加入250升水，用搅拌叶板进行搅拌。用车载1吨希尔博起重机把250公斤顿袋装石粉颗粒吊到搅拌槽上方。由定制的加长剪袋器打开袋子底部，将袋内的内容物(石粉颗粒)全部倒入搅拌槽。
[0098] 以每分钟50升的速度泵送粉浆产品，使其通过两个长20米、直径25毫米的耐火防静电空气/水软管。喷涂火廊的顶部和两侧。
[0099] 设备设置是成功的。混合物湿度很大，粉浆易在重力作用下从火廊顶部和侧面去除(wash)并掉落。
[0100] 示例4.2——试验2
[0101] 重复示例1所述的步骤，不同之处在于把185升水加入搅拌槽，把5升A制剂直接加入搅拌槽，使包括0.8％左右的活性表面活性剂的每批石粉颗粒含2％的A制剂。
[0102] 由于搅拌叶板在泡沫球中运转，而泡沫球妨碍叶板搅拌搅拌槽中的物质，所以喷涂被中止。随之而来的结果是，水/石粉分离引起泵入口的堵塞。
[0103] 示例4.3——试验3
[0104] 重复示例1所述的步骤，不同之处在于把185升水加入搅拌槽，把A制剂定量加入搅拌槽。对240V隔膜泵进行设置，以便在每批石粉颗粒中加入2％的A制剂。
[0105] 继续喷涂，带来的结果是回弹(rebound)明显降低，仪器喷嘴处不再起泡。
[0106] 示例4.4——试验4
[0107] 采用示例4.3中的步骤，但在装置的喷涂器上安装标准文氏管泡沫灭火喷嘴，以便于空气进入粉浆混合物以有助于产生泡沫。
[0109] 示例4.5——试验5
[0110] 采用示例4.3所述的步骤，但在粉浆泵的出口处安装1/4英寸压缩空气管。加设在线混合器以辅助加气操作以产生泡沫。打开空气管阀门，每分钟向泵管输送200升空气。在装置的喷涂器上还装配不锈钢V形喷嘴。
[0111] 继续喷涂，带来的结果是回弹的降低程度明显增加，最终的表面形成物是厚度达到20毫米的厚泡沫。
[0112] 示例4.6——试验6
[0113] 采用示例4.5所述的步骤，但设置240V隔膜泵，用于在每批石粉颗粒中加入1％A制剂，使每批石粉颗粒的活性表面活性剂浓度达到0.4％左右。
[0114] 继续喷涂，带来的结果是的降低程度明显增加，最终的表面形成物是厚度到达15和20毫米的厚泡沫。
[0115] 示例4.5和4.6的结果
[0116] 对示例5和6生产的泡沫进行采样。
[0117] 用托盘和软毛刷进行采样。随着刷子在壁上刷一次，石粉颗粒从壁上自由脱落。
[0119] 还注意到的是，完成的干燥表面起泡越多，就越容易采样，实验结果表明，在一些表面上，颗粒分布变化为原始干石粉样品的±1％。结果不同是因为表面制作材料不尽相同。
[0120]
[0121]
[0122]
[0123] 示例5——煤矿试验
[0124] 确认发泡达到理想程度以后，制备遇A制剂时阳离子表面活性剂保持稳定的高度发泡表面活性剂混合物，即B制剂。用不同A制剂+B制剂的混合物进行多项初期实验，以获得更稳定的发泡。结果发现3份B制剂加1份A制剂的混合物，即C制剂，能达到最佳发泡程度。
[0125] 在煤矿中试验本发明所述的方法。采用长200米、直径2.5米、一端封闭的钢管作为实验平峒。平峒的封闭端经装备以在空气中形成暴露的甲烷带。横穿平峒的上方设置塑料薄膜，形成35至50m3(7.5至10m长)的容积，薄膜内形成空气和甲烷的混合物。
[0126] 可以用多种不同的方法把煤粉分散到平峒的剩余部分，以便在点燃甲烷/空气带时，煤粉被扩散并被点燃形成煤粉爆炸。可根据特定试验计划的要求改变煤粉分布、预期煤粉浓度、加入煤粉的石粉比例或点火带的初始甲烷浓度。
[0127] 经确定，在该试验计划中，比较不同类石粉喷涂扩散特性的最佳办法是使一组盛有不同类石粉颗粒(处理过及未处理过的)的托盘发生纯甲烷爆炸。
[0128] 试验石粉扩散特性时，在盘中装入该石粉，并将托盘放到爆炸波通道上。将未处理的干石粉装入托盘，不进行任何压缩。刮平超过盘沿的多余石粉。
[0129] 对于湿泡沫石粉托盘，在试验前准备好托盘，使石粉颗粒有时间干燥，达到最终稠度(consistency)。根据石粉重量，用1％的C制剂处理石粉颗粒。石粉高度不超过托盘的上边缘。
[0130] 在把托盘放入平峒以前，称量并记录每个托盘的总重量，以便与爆炸后的重量进行比较。
[0131] 一旦托盘放置到位以后，开始在平峒的封闭端制备燃气带，几分钟后点燃引起爆炸。可以通过改变甲烷浓度改变爆炸强度，使其达到要求。爆炸的结果是产生压力波，压力波沿平峒长度移动，扬起托盘上的石粉，并把石粉推出平峒。第一波爆炸波通过以后，平峒口有一些起涨落(tidal)气流，但并没有出现分散(disturb)大量石粉的迹象。
[0132] 接着取出托盘再次进行称量，以记录每个托盘的重量损失。通过在每个托盘上盛放不同类型的石粉，可以认为每个托盘的相对重量损失可以代表每类石粉在煤粉爆炸情况下的扩散特性。
[0133] 示例5的结果
[0134] 干石粉颗粒以及以泡沫方式喷涂的经处理的石粉颗粒的扩散结果如表1所示。表中所指的试验编号仅作参考。
[0135] 表1：扩散试验结果
[0136]
[0137] 含7.5％甲烷时(仅适用于10、11、12、13及14号试验)
[0138]
[0139]
[0140] 注：
[0141] 试验 注释
[0142] 6* 点火带甲烷浓度为9％
[0143] 17** 石粉顶部上有一层煤粉
[0144] ***Delta＝(泡沫石粉扩散－干石粉扩散)
[0145] 在七项试验的五项试验中，以泡沫形式喷涂的经处理过的石粉颗粒的扩散大于干石粉颗粒的扩散。在这五项试验中的四项试验(这四项试验中点火带的甲烷浓度为7.5％)中，泡沫石粉颗粒的扩散大于干石粉颗粒。同样在这几个的试验中，泡沫石粉颗粒的平均扩散性是8660克/平方米，与干石粉颗粒的6501克/平方米的平均扩散性相比，高出40％。由此可见，泡沫石喷涂提供了优于干石喷涂的爆炸扩散特性。
[0146] 表面试验后采集的样品显示，根据本发明喷涂的干石粉颗粒的粒径与按传统方法喷涂的干石粉颗粒的粒径相差无几。类似地，在地下试验中，根据本发明喷涂的干石粉颗粒样品的粒径分布与同时在煤矿中采集的常规石粉颗粒样品的粒径分布类似。
[0147] 这一点验证了以下结论：即在条件相当的情况下，经处理过的干石粉颗粒的粒径分布与采用传统方法喷涂的干石粉的粒径分布基本相同。
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