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陽離子和/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 ] 本申請是申請日為2009年6月1日、國際申請?zhí)朠CT/AU2009/000688、國家申請?zhí)枮?200980155867.1、發(fā)明名稱為"石粉噴涂"的發(fā)明專利申請的分案申請。
技術領域
[0002] 本發(fā)明設及一種煤礦等場所的石粉噴涂。在一個實施例中，本發(fā)明設及對煤礦表 面的噴涂方法，在使用石粉顆粒噴涂前對石粉顆粒進行處理，另外還設及一種將石粉顆粒 噴涂到表面的噴涂裝置。
【背景技術】
[0003] 地震時煤礦中的天然煤塵在空氣中擴散、懸浮，使地下煤礦面臨重大危險。一旦發(fā) 生爆炸，煤和空氣的混合物就像導火索一樣，使爆炸火焰(explosive flame)在煤礦平響內 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產生沖擊波，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 生的熱可使碳酸巧分解，生成具有滅火能力的二氧化碳。
[0005] 必須中斷生產才能把石粉顆粒噴涂到進風巷道中，運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，而運會產生大量粉塵并造 成下游氣流污染。因為污染，人員需要從石粉噴涂地方的石井撤離，并且只能在煤礦生產大 休期間實施進風巷道石粉噴涂。由于生產時間受到損失，所W煤礦停產成本非常高。
[0006] 隨著過去十年濕法石粉噴涂工藝的發(fā)展，人們進行了多種嘗試力圖克服運些缺 點。在濕法噴涂中，干石粉顆粒和一定量的水在攬拌機中混合，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，但同時也產生了新的問題。隨著水-石粉漿在煤 礦表面變干，粉漿硬化結成塊層，并不是形成松散的粉末涂層。運種塊層是否具有石粉顆粒 的擴散特性及基于其擴散性的煤粉爆炸抑制特性還是很大的疑問。據信爆炸會揚起隨之而 來的巷道積塵，但不分散(dis化rbance)塊狀石粉顆粒，因此達不到石噴粉涂的預期效果。
[0007] 因為存在運些問題，所W濕法石噴粉涂工藝的使用在很多國家受到限制。在有些 國家，使用濕石粉時必須用常規(guī)干法石粉噴涂工藝或者需要定期重新噴涂濕石粉進行加強 (augmen化tion)。因此，目前很多煤礦采用具有上述相關缺點的干法噴涂工藝作業(yè)。
[000引因此，需要改進的石噴粉涂工藝，該工藝在克服干噴涂工藝缺點的同時，還在表面 上提供運樣的涂層:該涂層至少具有和所噴涂的干粉顆粒相同的可擴散性。一旦開發(fā)出在 煤礦中使用的運種工藝，則該工藝還能在其他密閉空間中使用，在運樣的密閉空間中分散 的(dis化rbed)粉塵帶來燃燒風險。

【發(fā)明內容】

[0009]根據本發(fā)明的第一個方面，提供一種煤礦表面噴涂方法，所述方法包括在煤礦表 面噴涂經陽離子和/或兩性離子表面活性劑處理的石粉顆粒。
[0010] 用陽離子和/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 層結塊。人們認為，防止結塊或降低結塊量能帶來松散的涂層，方便石粉顆粒的分散 (dis化rbed)，并使石粉顆粒進入空氣。從而，懸浮的石粉顆粒可W抑制火焰?zhèn)鞑ァ?br>[0011] 據信，用表面活性劑處理能帶來易擴散的粉末涂層，運是因為石粉顆粒表面的表 面電荷與表面活性劑的極性頭的電荷是異種的。運使得隨著表面活性劑的疏水尾導離石粉 顆粒表面，表面活性劑吸附到石粉顆粒表面。據信，表面活性劑的疏水尾起到位阻作用，防 止單個石粉顆粒之間相互接觸，并因此降低相鄰顆粒形成鹽橋(會導致結塊)的能力。
[0012] 吸附的表面活性劑對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信能起到"潤滑劑"的作用，使石粉顆粒 能相互貼著滑動。所有的運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散結構。
[0013] 已知顆粒對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礦產資源部(NSW Department of Mineral Resources)頒布的 MDG3006MRT5號文獻《煤粉爆炸、預防及抑制準則》（Guidelines for Coal Dust Explosion,Prevention 曰nd Suppression)的規(guī)定。
[0014] 在一些實施例中，涂層的顆粒擴散性滿足《準則》的規(guī)定?？偠灾稖蕜t》要求：
[0015] (1)至少有95% (質量百分比）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% (質量百分比）最多80% (質量百分比）W下的顆粒必須通過75微米的篩子。
[0017] 在一個實施例中，該方法還包括W下步驟:將石粉顆粒和包括陽離子和/或兩性離 子表面活性劑的溶液混合W處理顆粒。如上所述，運種處理促進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塊。處理產生的表面涂層在受震動 (agitation)時可擴散。
[0018] 根據本發(fā)明的第二個方面，提供一種制劑，當該制劑用于處理待噴涂到煤礦表面 的石粉顆粒時，該制劑包括陽離子和/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有多于一種陽離子表面活性劑和/或多于一種 兩性離子表面活性劑。應當認識到，本說明書所提到的單個表面活性劑包括多個表面活性 劑，上下文另有明確的相反的規(guī)定的除外。
[0020] 在本發(fā)明的另一個方面中，提供一種煤礦噴涂劑，該噴涂劑包括經陽離子和/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，所產生的表面涂層均包含可擴散的石粉顆粒，該可擴散 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溶于制劑。因為水是優(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均應保持穩(wěn)定。表面活性劑優(yōu)選 為對環(huán)境無害的，且對工作人員帶來最少的職業(yè)健康和安全問題。
[0022] 陽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正電荷和/或負 電荷。存在無論抑值如何同時保持正電荷和負電荷的兩性離子，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電荷，當兩性離子表面活性劑與該石粉顆粒表 面靠近時，兩性離子表面活性劑分子呈現凈正電荷。在一些實施例中，可使用陽離子及兩性 離子表面活性劑的混合物。
[0023] 在一些實施例中，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?？蒞 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。
【具體實施方式】
[0029] 本發(fā)明是對煤礦開采中的礦井的表面噴粉的描述。運些礦井需要噴粉是因為所開 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 能應用在其它密閉空間，在運樣的密閉空間中粉塵能夠在空氣中擴散并產生易燃的懸浮 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。本領域技術人員會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 ±、或細礦渣或它們的混合物。然而，在一個優(yōu)選實施例中，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為碳酸鹽在受熱時 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。應當理解，在一些實施 例中，100%的顆粒包括諸如碳酸巧等碳酸鹽化合物，在另一些實施例中，無碳酸鹽化合物。
[0033] 采用壓碎方法或本領域技術人員了解的其他粉碎方法制備石粉顆粒。細的石粉細 顆粒顏色較淡，含有質量百分比不超過3 %的游離二氧化娃，其粒徑符合《煤粉爆炸、預防及 抑制準貝lJ》(Guidelines for Coal Dust Explosion ,Prevention and Suppression)的規(guī) 定。全球有很多知名的供應商提供噴涂工藝用石粉。
[0034] 本發(fā)明中所用的石粉顆粒經陽離子和/或兩性離子表面活性劑處理，進行表面改 性?？蒞在將石粉顆粒供應給煤礦之前處理石粉顆粒，也可W在其送達煤礦W后，在使用時 處理石粉顆粒。下面詳細說明處理步驟。
[0035] 可W推斷石粉顆粒的表面化學特性，W確定最適用的表面活性劑。運可W運用實 驗技術實現，或者本領域技術人員也可W根據過往的經驗知道。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石粉的主要供應商。根據歐米亞 公司的說明，該公司的產品是天然重質碳酸巧，通常由方解石和碳酸巧組成。
[0036] 確定表面化學特性W后，可W借助文獻資料確定石粉顆粒的表面電荷?？蛇x地，可 W使用，例如，使用帶負電荷或正電荷的染料通過實驗確定備用石粉顆粒的表面電荷，而不 需要推斷表面化學特性。
[0037] 可W將石粉顆粒和碳酸巧顆粒(運是上文所述的最理想的石粉顆粒)混合，W產生 大多數石粉顆粒都帶負電荷的石粉。然而，目前已發(fā)現大多數煤礦噴涂用的石粉都帶負電 荷。
[0038] 帶負電荷的石粉顆粒隨時與帶正電荷的表面活性劑反應。因此，適合用陽離子表 面活性劑處理運樣的石粉顆粒。因為兩性離子表面活性劑能在接近負電荷時顯示形式正電 荷或凈正電荷，所W兩性離子表面活性劑也能處理帶負電荷的顆粒。
[0039] 如發(fā)現準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，不適合使用陽離子表面活性劑。在運種情況下，更適合 選用兩性離子表面活性劑。因為兩性離子表面活性劑能在接近正電荷時顯示形式負電荷或 凈負電荷，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 附到正表面或負表面，因此選用兩性離子表面活性劑時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。 下面對此進行詳細說明。
[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生粉漿時，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。在一個優(yōu)選實施例中，液體采 用水。液體或水可W作為表面活性劑或多個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形式是水溶液的形式，不同的商用表面活性劑中的活 性陽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理 解為活性表面活性劑，給出制劑示例的情況除外。在運些示例中，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纬蓪訝畹亩鄠€涂層。過多的表面活性劑會在溶液 中形成膠團，據信運種膠團不會對石粉顆粒的噴涂產生不良影響。
[0047] 適用的陽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、長鏈醋陽離子。也可W使用 運些陽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，混合陽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。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%。在一些實施例中，混合物中兩性離子表面活性劑的比例達到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] 應適當選用表面活性劑(混合物或其他），使粉漿具有流動性。換言之，就粉漿噴涂 設備及使用的噴涂工藝而言，粉漿不應過于粘稠。如果粉漿過于粘稠，則需要更多的水，運 意味著涂層的噴涂時間會延長，并且噴好的涂層需要揮發(fā)更多的水份。
[0051] 至少有一些經處理或改性的石粉顆粒有一層表面活性劑蓋住外表面，運使顆粒的 表面化學特性發(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，在一些實施例中，處理步驟可能只能對一部分而不是全部顆粒進行改性。在另一些實 施例中，將經陽離子和/或兩性離子表面活性劑處理的石粉顆粒與未經處理的顆粒混合，產 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在進行噴涂工藝前，將150公 斤經處理過的石粉和50公斤未經處理的石粉進行混合。運樣，只要所產生的噴涂到煤礦表 面的涂層在受到震動(agitated)時仍保持擴散性，可W處理不到100%的顆粒。優(yōu)選為對至 少75%，更優(yōu)選為對至少85%的噴涂到煤礦表面的顆粒進行處理。
[0052] 隨著表面活性劑的疏水尾部導離(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基團相互作用。
[0053] 在另一個實施例中，表面活性劑與外露于石粉顆粒表面上的表面官能團共價結 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特性上相當于通過范德 華力或離子力粘附有表面活性劑的化學劑。
[0054] 經過處理，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。運種噴涂方法顯然帶有前面說過的缺點，包 括噴涂時需要關閉煤礦。但是在某些情況下，運是噴涂石粉顆粒的優(yōu)選方法。據認為，在噴 涂W后，處理過的石粉顆粒優(yōu)于未經處理的石粉顆粒，因為處理過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，能長時間抑制噴好的涂層結塊。
[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。本領域技術人員了解濕法噴涂。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。據認為， 噴涂W后泡沫能加速水分蒸發(fā)。初期（initial)實驗也表明，和干法噴涂的樣品相比，泡沫 的產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，可W將發(fā)泡劑和粉漿混合?？蛇x的，發(fā)泡劑可W是陽 離子或兩性離子表面活性劑。但是，陽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] 如在粉漿濕的時候(發(fā)泡或不發(fā)泡)噴涂，則制劑和/或產生的粉漿的閃點溫度應 超過60度左右，更優(yōu)選為超過80度左右。在優(yōu)選實施例中，選用水或其他稀釋的含水介質 (dilute aqueous media)作為溶劑來使石粉顆粒擴散并使表面活性劑溶解，因此制劑和/ 或粉漿無閃點。
[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，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，噴涂器包括一個或一組加氣裝置，用于在噴涂粉漿時使粉漿發(fā)泡。加氣 裝置可W是標準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，同時設置在線混合器 (inline mixer), W方便加入空氣W產生泡沫。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在攬拌槽中加入陽離子及/或兩性離子表面活性劑，用W處理顆 粒。可選的，當表面活性劑同時作為發(fā)泡劑時，可W在噴涂過程中加入表面活性劑，W便在 即將進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，把表面活性劑添加劑加入粉漿累入口。可W在累出口加入空氣，加了氣的混合物持 續(xù)沿排出管移動，直到通過多組V形噴嘴或單個大V形噴嘴噴出。因為在攬拌槽中形成泡沫 會產生問題，所W需要在噴涂泡沫時使用該系統(tǒng)。為促進泡沫形成，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] 泡沫的產生帶來了一系列需要考慮的其他操作問題。產品流速、正確的化學配比 量、空氣流速、氣壓W及管壓對于是否能夠產生適當的泡沫同樣重要。優(yōu)選的，W每分鐘40 至80升左右的速度把產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] 現在參考下列非限定性示例說明本發(fā)明的實施例。示例
[0065] 示例I--實驗室模擬礦井噴涂過程
[0066] 為了模擬煤井中的噴涂過程，在實驗室中采取下列步驟：
[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.評估石粉脫落程度和脫落的石粉的質地。
[0072] 從開孔磚脫落的石粉顆粒呈片狀或塊狀。運被認為合理模擬了在真實礦井中使用 原始(S imp 1 e)石粉顆粒加水的粉漿時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，運表明被評估的石粉顆粒表面在經緩沖 的pH值為7.5時帶負電荷。
[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。產生由30%左右的活 性兩性離子表面活性劑構成的高度發(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產生泡沫，同時提高陽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、3米寬、2 米高。用實屯、混凝±制作底板，底板在橫斜面(cross gradient)處起坡進行排水?；鹄冗€包 含仿制的傳送帶結構和沿火廊中間化alf-way)設置的通用梁框。該梁框用于放置支架和其 他救助設備。
[0092] 實物試驗需要運用實際的地下濕法噴涂設備?；鹄韧庠O置液壓傳動孤S濕法噴涂 附件。所有QDS設備均須配備外部液壓源，液壓源選用L皿。
[0093] 用200升的液壓動力裝置代替LHD，在2100psi壓力下，該液壓動力裝置每分鐘提供 60升油，用設置有DOL電機啟動插座的75千瓦柴油發(fā)電機為該裝置提供動力。
[0094] 進行六次粉漿石粉噴涂試驗，每次使用250公斤散裝粉漿石粉。
[0095] 示例4.1--試驗1--對照
[0096] 首次噴涂試驗的目的是驗證設備的整體設置是否足W完成試驗任務。
[0097] 在攬拌槽中加入250升水，用攬拌葉板進行攬拌。用車載1噸希爾博起重機把250公 斤頓袋裝石粉顆粒吊到攬拌槽上方。由定制的加長剪袋器打開袋子底部，將袋內的內容物 (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品，使其通過兩個長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。
[0099] 設備設置是成功的。混合物濕度很大，粉漿易在重力作用下從火廊頂部和側面去 除（wash)并掉落。
[0100] 不例4.2 試驗2
[0101] 重復示例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轉，而泡沫球妨礙葉板攬拌攬拌槽中的物質，所W噴 涂被中止。隨之而來的結果是，水/石粉分離引起累入口的堵塞。
[0103] 不例4.3 試驗3
[0104] 重復示例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240V隔膜累進行設置，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4
[0107] 采用示例4.3中的步驟，但在裝置的噴涂器上安裝標準文氏管泡沫滅火噴嘴，W便 于空氣進入粉漿混合物W有助于產生泡沫。
[0108] 繼續(xù)噴涂，帶來的結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5 毫米的泡沫覆蓋層。
[0…9] 示例4.5--試驗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。加設在 線混合器W輔助加氣操作W產生泡沫。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 到20毫米的厚泡沫。
[0112] 示例4.6--試驗6
[0113] 采用示例4.5所述的步驟，但設置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到0.4 %左右。
[0114] 繼續(xù)噴涂，帶來的結果是的降低程度明顯增加，最終的表面形成物是厚度到達15 和20毫米的厚泡沫。
[0115] 示例4.5和4.6的結果
[0116] 對示例5和6生產的泡沫進行采樣。
[0117] 用托盤和軟毛刷進行采樣。隨著刷子在壁上刷一次，石粉顆粒從壁上自由脫落。
[0118] 觀察到的總體結果是，因為壁結構的不同類型所產生的水分差異。用阿姆柯 (Armco)薄鋼板制作側壁，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，實驗結果表明，在一些 表面上，顆粒分布變化為原始干石粉樣品的± 1 %。結果不同是因為表面制作材料不盡相 同。
「01901
[0122]
[0123] 示例5-煤礦試驗
[0124] 確認發(fā)泡達到理想程度W后，制備遇A制劑時陽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制劑的混合物進行多項初期實驗，W獲得 更穩(wěn)定的發(fā)泡。結果發(fā)現3份B制劑加1份A制劑的混合物，即C制劑，能達到最佳發(fā)泡程度。
[0125] 在煤礦中試驗本發(fā)明所述的方法。采用長200米、直徑2.5米、一端封閉的鋼管作為 實驗平響。平響的封閉端經裝備W在空氣中形成暴露的甲燒帶。橫穿平響的上方設置塑料 薄膜，形成35至50m 3(7.5至IOm長)的容積，薄膜內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便在點燃甲燒/空氣帶 時，煤粉被擴散并被點燃形成煤粉爆炸?？筛鶕囟ㄔ囼炗媱澋囊蟾淖兠悍鄯植?、預期煤 粉濃度、加入煤粉的石粉比例或點火帶的初始甲燒濃度。
[0127] 經確定，在該試驗計劃中，比較不同類石粉噴涂擴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] 試驗石粉擴散特性時，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，不進行任何壓縮。刮平超過盤沿的多余石粉。
[0129] 對于濕泡沫石粉托盤，在試驗前準備好托盤，使石粉顆粒有時間干燥，達到最終稠 度(consistency)。根據石粉重量，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，稱量并記錄每個托盤的總重量，W便與爆炸后的重量進 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氣帶，幾分鐘后點燃引起爆 炸?？蒞通過改變甲燒濃度改變爆炸強度，使其達到要求。爆炸的結果是產生壓力波，壓力 波沿平響長度移動，揚起托盤上的石粉，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，但并沒有出現分散(dis化rb)大量石粉的跡象。
[0132] 接著取出托盤再次進行稱量，W記錄每個托盤的重量損失。通過在每個托盤上盛 放不同類型的石粉，可W認為每個托盤的相對重量損失可W代表每類石粉在煤粉爆炸情況 下的擴散特性。
[0。引示例5的結果
[0134] 干石粉顆粒W及W泡沫方式噴涂的經處理的石粉顆粒的擴散結果如表1所示。表 中所指的試驗編號僅作參考。
[0135] 表1:擴散試驗結果
[01361
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[0140」注；
[0141] 試驗注釋
[0142] 6* 點火帶甲燒濃度為9 %
[0143] 17**石粉頂部上有一層煤粉
[0144] ***Del化=(泡沫石粉擴散_干石粉擴散）
[0145] 在屯項試驗的五項試驗中，W泡沫形式噴涂的經處理過的石粉顆粒的擴散大于干 石粉顆粒的擴散。在運五項試驗中的四項試驗(運四項試驗中點火帶的甲燒濃度為7.5%) 中，泡沫石粉顆粒的擴散大于干石粉顆粒。同樣在運幾個的試驗中，泡沫石粉顆粒的平均擴 散性是8660克/平方米，與干石粉顆粒的6501克/平方米的平均擴散性相比，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散特性。
[0146] 表面試驗后采集的樣品顯示，根據本發(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，在地下試驗中，根據本發(fā)明噴涂的干石粉顆粒 樣品的粒徑分布與同時在煤礦中采集的常規(guī)石粉顆粒樣品的粒徑分布類似。
[0147] 運一點驗證了 W下結論：即在條件相當的情況下，經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施例W外，本領域的技術人員可W從此推及多種變動和修 改。應當理解，本發(fā)明包括所有落入本發(fā)明精神和范圍內的修改和變動。
[0149] 除非上下文另有要求，否則本說明書及其后的權利要求書中的詞語"包括"應理解 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]本說明書對于任何早期公開文獻(或由此衍生的資料）的引用或者對于任何已知 事物的引用，不能也不應被視為承認或W任何形式暗示該早期公開文獻(或由此衍生的資 料)或已知事物是本說明書所設及的領域內的公知常識。
【主權項】
1. 一種液體制劑，包括：陽離子和/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，以便實現抑制或防止煤粉爆炸中的 至少一種。2. 根據權利要求1所述的制劑，包括陽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. 根據權利要求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、長鏈牛脂 陽離子及它們的任意組合的陽離子表面活性劑。4. 根據權利要求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. 根據權利要求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. 根據權利要求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陽離子和/或兩性離子表面活性劑處理的 石粉顆粒。8. 根據權利要求7所述的煤礦隔離劑，其形式為粉漿。9. 根據權利要求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，當所述制劑用于處理待施加至煤礦表面的石粉顆粒時，所述制劑包 括陽離子和/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，所述制劑由陽離子和/或兩性離子表面活性劑構成。11. 一種液體制劑，當所述制劑用于處理待施加至煤礦表面的石粉顆粒時，所述制劑包 括陽離子和/或兩性離子表面活性劑，所述液體制劑包括陽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】C09K3/22GK105822337SQ201610218060
【公開日】2016年8月3日
【申請日】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
【申請人】Itw澳大利亞控股有限公司