專利名稱：石粉噴涂的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煤礦等場(chǎng)所的石粉噴涂。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明涉及對(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，另外還涉及一種將石粉顆粒噴涂到表面的噴涂裝置。
背景技術(shù)：
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)在煤礦平峒內(nèi)蔓延。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鈣粉等石粉顆粒。任何爆炸或地震都會(huì)產(chǎn)生沖擊波，該沖擊波分散 (disturb)所噴涂的碳酸鈣，并使煤粉和碳酸鈣粉混合物懸浮在空氣中。爆炸火焰的蔓延產(chǎn)生的熱可使碳酸鈣分解，生成具有滅火能力的二氧化碳。必須中斷生產(chǎn)才能把石粉顆粒噴涂到進(jìn)風(fēng)巷道中，這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，而這會(huì)產(chǎn)生大量粉塵并造成下游氣流污染。因?yàn)槲廴?，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(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，所以煤礦停產(chǎn)成本非常高。隨著過(guò)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這些缺點(diǎn)。在濕法噴涂中，干石粉顆粒和一定量的水在攪拌機(jī)中混合，并以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(wèn)題，但同時(shí)也產(chǎn)生了新的問(wèn)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。這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(wèn)。據(jù)信爆炸會(huì)揚(yáng)起隨之而來(lái)的巷道積塵，但不分散(disturbance)塊狀石粉顆粒，因此達(dá)不到石噴粉涂的預(yù)期效果。因?yàn)榇嬖谶@些問(wèn)題，所以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) (augmentation) 0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)。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)，還在表面上提供這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(kāi)發(fā)出在煤礦中使用的這種工藝，則該工藝還能在其他密閉空間中使用，在這樣的密閉空間中分散的(disturbed)粉塵帶來(lái)燃燒風(fēng)險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
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。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(lái)松散的涂層，方便石粉顆粒的分散 (disturbed)，并使石粉顆粒進(jìn)入空氣。從而，懸浮的石粉顆?？梢砸种苹鹧?zhèn)鞑ァ?br> 據(jù)信，用表面活性劑處理能帶來(lái)易擴(kuò)散的粉末涂層，這是因?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。這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。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)。所有的這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)。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士礦產(chǎn)資源部(NSW Department of Mineral Resources)頒布的MDG3006 MRT5號(hào)文獻(xiàn)《煤粉爆炸、預(yù)防及抑制準(zhǔn)則》(Guidelines for Coal Dust Explosion, Prevention and Suppression)的規(guī)定。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(1)至少有95% (質(zhì)量百分比)的石粉顆粒必須通過(guò)250微米的篩子；(2)通過(guò)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)以下的顆粒必須通過(guò)75微米的篩子。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法還包括以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以處理顆粒。如上所述，這種處理促進(jìn)了顆粒之間的位阻和/ 或在石粉顆粒噴涂到煤礦表面以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。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。在用于處理石粉顆粒的制劑中可以有多于一種陽(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(shuō)明書(shū)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。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。既能以干粉形式也能以濕粉漿形式把煤礦噴涂劑噴涂到煤礦表面。無(wú)論以哪種形式噴涂，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。 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，所以優(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(wú)害的，且對(duì)工作人員帶來(lái)最少的職業(yè)健康和安全問(wèn)題。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(wú)論P(yáng)H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。在一些實(shí)施例中，除了表面活性劑外，還可以在粉漿中加入發(fā)泡劑。表面活性劑本身可以是發(fā)泡劑?？梢砸耘菽问桨逊蹪{噴涂到煤礦表面以提供涂層。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，所述裝置包括混合容器，在該容器中將石粉顆粒和液體混合，以制成粉漿；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；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。在本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供前一段所述的用來(lái)噴涂發(fā)泡粉漿的裝置。本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的描述本發(fā)明是對(duì)煤礦開(kāi)采中的礦井的表面噴粉的描述。這些礦井需要噴粉是因?yàn)樗_(kāi)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(guò)的石粉顆粒還能應(yīng)用在其它密閉空間，在這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。礦井中可以被噴粉的表面沒(méi)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。本發(fā)明工藝所用的石粉顆?？梢允菄娡康矫旱V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、菱鎂礦、飛塵、硅粉、石膏、硬石膏、非膨脹型粘土、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鈣。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(guò)稀釋?xiě)腋≡诳諝庵械拿悍燮鹱饔?。在一些?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，如菱鎂礦，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鈣等碳酸鹽化合物，在另一些實(shí)施例中，無(wú)碳酸鹽化合物。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(guò)3%的游離二氧化硅，其粒徑符合《煤粉爆炸、預(yù)防及抑制準(zhǔn)則》(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。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?？梢栽趯⑹垲w粒供應(yīng)給煤礦之前處理石粉顆粒，也可以在其送達(dá)煤礦以后，在使用時(shí)處理石粉顆粒。下面詳細(xì)說(shuō)明處理步驟?？梢酝茢嗍垲w粒的表面化學(xué)特性，以確定最適用的表面活性劑。這可以運(yùn)用實(shí)驗(yàn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，或者本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以根據(jù)過(guò)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(shuō)明，該公司的產(chǎn)品是天然重質(zhì)碳酸鈣，通常由方解石和碳酸鈣組成。確定表面化學(xué)特性以后，可以借助文獻(xiàn)資料確定石粉顆粒的表面電荷?？蛇x地，可以使用，例如，使用帶負(fù)電荷或正電荷的染料通過(guò)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。
可以將石粉顆粒和碳酸鈣顆粒(這是上文所述的最理想的石粉顆粒)混合，以產(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。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這樣的石粉顆粒。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，所以兩性離子表面活性劑也能處理帶負(fù)電荷的顆粒。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)電荷的碳酸鈣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。在這種情況下，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，所以兩性離子表面活性劑能處理帶正電荷的顆粒。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(guò)采用石粉顆粒的異種凈電荷(net opposite charge)來(lái)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(wú)需確定石粉顆粒的表面總電荷。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。表面活性劑本身可以是液體，也可以溶解在溶劑中形成溶液。石粉顆?？梢酝ㄟ^(guò)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，可以使包括表面活性劑的溶液流過(guò)石粉顆粒填充床或石粉顆粒堆?？蛇x地，可以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)行攪拌以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。可選的，可以將石粉顆粒擴(kuò)散在溶液中以形成粉漿，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，可以在即將進(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(shuō)明。不論在以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。液體或水可以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。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(shuō)明書(shū)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。在這些示例中，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(shuō)明。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(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。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(lái)說(shuō)，有些顆粒可能具有多層被吸附的表面活性劑，形成層狀的多個(gè)涂層。過(guò)多的表面活性劑會(huì)在溶液中形成膠團(tuán)，據(jù)信這種膠團(tuán)不會(huì)對(duì)石粉顆粒的噴涂產(chǎn)生不良影響。
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適用的陽(yáng)離子表面活性劑包括十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)或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)鏈酯陽(yáng)離子。也可以使用這些陽(yáng)離子表面活性劑的任何組合。適用的兩性離子表面活性劑包括椰子胺氧化物(cocoamine oxide)、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組合物。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IOO-IOOOcP左右，更優(yōu)選為200_500cP，以便定量混入粉漿。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(guò)于粘稠。如果粉漿過(guò)于粘稠，則需要更多的水， 這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。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，這使顆粒的表面化學(xué)特性發(fā)生改變。優(yōu)選的，100%的處理過(guò)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)處理的顆粒混合， 產(chǎn)生處理過(guò)的顆粒和未處理過(guò)的顆粒的混合物。舉例來(lái)說(shuō)，可以在進(jìn)行噴涂工藝前，將150 公斤經(jīng)處理過(guò)的石粉和50公斤未經(jīng)處理的石粉進(jìn)行混合。這樣，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，可以處理不到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。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(guò)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。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(guò)范德華力或離子力粘附有表面活性劑的化學(xué)劑。經(jīng)過(guò)處理，石粉顆?？梢砸詽穹蹪{的形式被噴涂到煤礦表面?？蛇x的，可使?jié)穹蹪{干燥以提供處理過(guò)的干石粉顆粒。經(jīng)處理的干石粉顆粒可以作為煤礦噴涂劑被噴涂。煤礦噴涂劑可以以干粉的形式被噴涂到煤礦表面。這種噴涂方法顯然帶有前面說(shuō)過(guò)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，這是噴涂石粉顆粒的優(yōu)選方法。據(jù)認(rèn)為，在噴涂以后，處理過(guò)的石粉顆粒優(yōu)于未經(jīng)處理的石粉顆粒，因?yàn)樘幚磉^(guò)的石粉被噴涂到煤礦壁以后不容易吸收諸如冷凝水的水。也就是說(shuō)，能長(zhǎng)時(shí)間抑制噴好的涂層結(jié)塊?？蛇x的，可以將處理過(guò)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(guò)帶噴嘴的噴涂器噴涂濕粉漿。任選的，將粉漿和發(fā)泡劑混合，從而以泡沫形式噴涂石粉顆粒。泡沫在煤礦壁上干燥以后留下的松散涂層，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，噴涂以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。在煤礦表面噴涂石粉顆粒時(shí)，可以將發(fā)泡劑和粉漿混合?？蛇x的，發(fā)泡劑可以是陽(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，所以一般選擇兩性離子表面活性劑作為發(fā)泡劑?？蓢娡糠蹪{以形成5毫米至20毫米左右厚的涂層。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(guò)60度左右，更優(yōu)選為超過(guò)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(lái)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(wú)閃點(diǎn)。發(fā)泡粉漿噴涂用裝置包括攪拌槽，可以在攪拌槽中混合石粉顆粒和溶劑，形成粉漿?？梢杂脭嚢枞~板制備粉漿。攪拌槽優(yōu)選為封閉型，以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攪拌槽時(shí)，仍然存在污染問(wèn)題。因此，攪拌槽可包括重力虹吸式過(guò)濾系統(tǒng)，以防止有污染物堵住用于噴涂泡沫粉漿的噴涂器噴嘴。帶噴涂器的裝置通過(guò)軟管或排出管等與攪拌槽相連，通過(guò)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。加氣裝置可以是標(biāo)準(zhǔn)文氏管泡沫滅火噴嘴，或V形噴嘴，以方便將空氣加入粉漿混合物，從而幫助泡沫形成?？蛇x的，可以在粉漿泵的出口安裝1/4英寸壓縮空氣管，同時(shí)設(shè)置在線混合器 (inline mixer)，以方便加入空氣以產(chǎn)生泡沫?？諝夤荛y門(mén)可以每分鐘向泵管輸送50至 250升左右的空氣。如上所述，可以在攪拌槽中加入陽(yáng)離子及/或兩性離子表面活性劑，用以處理顆粒。可選的，當(dāng)表面活性劑同時(shí)作為發(fā)泡劑時(shí)，可以在噴涂過(guò)程中加入表面活性劑，以便在即將進(jìn)行煤礦表面噴涂前提供包括處理過(guò)的石粉顆粒的泡沫。舉例來(lái)說(shuō)，可以在用泵抽取粉漿時(shí)，把表面活性劑添加劑加入粉漿泵入口?？梢栽诒贸隹诩尤肟諝?，加了氣的混合物持續(xù)沿排出管移動(dòng)，直到通過(guò)多組V形噴嘴或單個(gè)大V形噴嘴噴出。因?yàn)樵跀嚢璨壑行纬膳菽瓡?huì)產(chǎn)生問(wèn)題，所以需要在噴涂泡沫時(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)，以在在噴涂前混合粉漿。泡沫的產(chǎn)生帶來(lái)了一系列需要考慮的其他操作問(wèn)題。產(chǎn)品流速、正確的化學(xué)配比量、空氣流速、氣壓以及管壓對(duì)于是否能夠產(chǎn)生適當(dāng)?shù)呐菽瑯又匾?yōu)選的，以每分鐘40 至80升左右的速度把產(chǎn)品粉漿泵送到煤礦表面，更優(yōu)選的泵送速度為每分鐘60升左右。管壓可在50至70psi左右變化。現(xiàn)在參考下列非限定性示例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。示例示例1——實(shí)驗(yàn)室模擬礦井噴涂過(guò)程為了模擬煤井中的噴涂過(guò)程，在實(shí)驗(yàn)室中采取下列步驟1.用30克石粉和10克水制備水/石粉顆粒漿。2.把濕石漿涂到開(kāi)孔磚上，開(kāi)孔磚模擬開(kāi)孔煤壁。
3.在爐子中烘干粉漿，使水分蒸發(fā)。4.冷卻開(kāi)孔磚，并保持豎直。輕拍開(kāi)孔磚，模擬地震5.評(píng)估石粉脫落程度和脫落的石粉的質(zhì)地。從開(kāi)孔磚脫落的石粉顆粒呈片狀或塊狀。這被認(rèn)為合理模擬了在真實(shí)礦井中使用原始(simple)石粉顆粒加水的粉漿時(shí)該礦井所存在的問(wèn)題。示例2——確定石粉顆粒表面電荷將石粉顆粒和飲用水混合，石粉顆粒表現(xiàn)出的pH值為7. 5。接著將石粉顆粒和酸水混合。石粉的碳酸鈣成分中和了酸度，使最終PH值為7. 5。因此，碳酸鈣表現(xiàn)出將pH值緩沖至7. 5的能力。帶正電荷的染料被吸附到石粉顆粒表面，這表明被評(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。示例3——包括表面活性劑的制劑的制備示例3. 1——A制劑將苯扎氯銨(50% )、十六烷基三甲基氯化銨(50% ) (CTAC)和甲基-二(牛脂酰胺乙基)_羥乙基甲基硫化銨(90%)與水低速混合以避免空氣摻入其中，形成下列含有 40. 2%左右的活性表面活性劑成份的制劑
29. 0% (重量百分比) 水 47. 4% (重量百分比) 苯扎氯銨(50% ) 11. 8% (重量百分比) 十六烷基三甲基氯化銨(50%) 11. 8% (重量百分比) 曱基-二(牛脂酰胺乙基)-羥乙基曱基石充化銨 (90%)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。示例3. 2——B制劑將兩性離子表面活性劑與水低速混合以避免空氣摻入其中。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50% (重量百分比)椰子胺氧化物(30% )50% (重量百分比)椰油酰胺丙基甜菜堿(30% )該制劑為穩(wěn)定的透明液體，其具有低的粘度。示例3. 3——C制劑將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37. 4% (重量百分比) 椰子腰氧化物(30% ) 37. 4% (重量百分比) 椰油醜胺丙基甜菜堿(30% ) 11. 8% (重量百分比) 苯扎氯銨(50% ) 7. 6% (重量百分比) 水
2. 9% (重量百分比) 十六烷基三曱基氯化銨(50% ) 2.9% (重量百分比) 甲基-ニ(牛脂酰胺乙基)-羥乙基曱基硫化銨 (90%)C制劑提供兩性離子表面活性劑以產(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。示例4——噴粉使用用耐火磚搭建的火廊和軋制的鐵皮頂?；鹄鹊能堉频捻敹渭s25米長(zhǎng)、3米寬、 2米高。用實(shí)心混凝土制作底板，底板在橫斜面(cross gradient)處起坡進(jìn)行排水。火廊 還包含仿制的傳送帶結(jié)構(gòu)和沿火廊中間(half-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。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)QDS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LHD。用200升的液壓動(dòng)カ裝置代替LHD，在2100psi壓カ下，該液壓動(dòng)カ裝置毎分鐘提 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。進(jìn)行六次粉漿石粉噴涂試驗(yàn)，毎次使用250公斤散裝粉漿石粉。示例4. 1——試驗(yàn)1——對(duì)照首次噴涂試驗(yàn)的目的是驗(yàn)證設(shè)備的整體設(shè)置是否足以完成試驗(yàn)任務(wù)。在攪拌槽中加入250升水，用攪拌葉板進(jìn)行攪拌。用車(chē)載1噸希爾博起重機(jī)把250 公斤頓袋裝石粉顆粒吊到攪拌槽上方。由定制的加長(zhǎng)剪袋器打開(kāi)袋子底部，將袋內(nèi)的內(nèi)容 物(石粉顆粒)全部倒入攪拌槽。以每分鐘50升的速度泵送粉漿產(chǎn)品，使其通過(guò)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)。設(shè)備設(shè)置是成功的?；旌衔餄穸群艽?，粉漿易在重力作用下從火廊頂部和側(cè)面去 除(wash)并掉落。示例4. 2——試驗(yàn)2重復(fù)示例1所述的步驟，不同之處在于把185升水加入攪拌槽，把5升A制劑直接 加入攪拌槽，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。由于攪拌葉板在泡沫球中運(yùn)轉(zhuǎn)，而泡沫球妨礙葉板攪拌攪拌槽中的物質(zhì)，所以噴 涂被中止。隨之而來(lái)的結(jié)果是，水/石粉分離引起泵入口的堵塞。示例4. 3——試驗(yàn)3重復(fù)示例1所述的步驟，不同之處在于把185升水加入攪拌槽，把A制劑定量加入 攪拌槽。對(duì)MOV隔膜泵進(jìn)行設(shè)置，以便在每批石粉顆粒中加入2%的A制劑。繼續(xù)噴涂，帶來(lái)的結(jié)果是回彈(rebound)明顯降低，儀器噴嘴處不再起泡。
示例4. 4——試驗(yàn)4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，以便于空氣進(jìn)入粉漿混合物以有助于產(chǎn)生泡沫。繼續(xù)噴涂，帶來(lái)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。示例4. 5——試驗(yàn)5采用示例4. 3所述的步驟，但在粉漿泵的出口處安裝1/4英寸壓縮空氣管。加設(shè)在線混合器以輔助加氣操作以產(chǎn)生泡沫。打開(kāi)空氣管閥門(mén)，每分鐘向泵管輸送200升空氣。 在裝置的噴涂器上還裝配不銹鋼V形噴嘴。繼續(xù)噴涂，帶來(lái)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。示例4. 6——試驗(yàn)6采用示例4. 5所述的步驟，但設(shè)置240V隔膜泵，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。繼續(xù)噴涂，帶來(lái)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。示例4. 5和4. 6的結(jié)果對(duì)示例5和6生產(chǎn)的泡沫進(jìn)行采樣。用托盤(pán)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。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
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士 1%。結(jié)果不同是因?yàn)楸砻嬷谱鞑牧喜槐M相同。
權(quán)利要求
1.一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。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過(guò)將包含陽(yáng)離子和/或兩性離子表面活性劑的液體或?qū)⒂申?yáng)離子和/或兩性離子表面活性劑構(gòu)成的液體和石粉顆?；旌蟻?lái)對(duì)石粉顆粒進(jìn)行處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述液體為包括陽(yáng)離子和/或兩性離子表面活性劑的水性溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，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的混合物形成粉漿，且以粉漿形式噴涂所述石粉顆粒。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述粉漿包括發(fā)泡劑，在噴涂過(guò)程中對(duì)粉漿充氣以形成泡沫。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述陽(yáng)離子和/或兩性離子表面活性劑是發(fā)泡劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其中，所述石粉顆粒和所述包括陽(yáng)離子和/或兩性離子表面活性劑的液體的混合物或所述石粉顆粒和所述由陽(yáng)離子和/或兩性離子表面活性劑構(gòu)成的液體的混合物形成粉漿，且所述方法進(jìn)一步包括粉漿干燥步驟，從而以干粉形式噴涂石粉顆粒。
8.一種液體制劑，當(dāng)所述制劑用于處理待噴涂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或由陽(yáng)離子和/或兩性離子表面活性劑構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8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混合物中至少占60%的比例，更有選的是占至少65%的比例。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9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)鏈酯陽(yáng)離子及它們的任意組合的陽(yáng)離子表面活性劑。
11.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的制劑，其中所述制劑包括選自椰子胺氧化物、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。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的制劑，包括椰子胺氧化物和椰油酰胺丙基甜菜堿。
13.根據(jù)權(quán)利要求8-12任何一項(xiàng)所述的制劑，其形式為水性溶液。
14.一種煤礦噴涂劑，所述噴涂劑包括經(jīng)陽(yáng)離子和/或兩性離子表面活性劑處理的石粉顆粒。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的煤礦噴涂劑，其形式為粉漿。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的煤礦噴涂劑，其中所述噴涂劑具有兩性離子表面活性劑，所述兩性離子表面活性劑包括椰子胺氧化物和/或椰油酰胺丙基甜菜堿。
17.一種用于將包括石粉的發(fā)泡粉漿噴涂到煤礦表面的裝置，所述裝置包括混合容器，在該容器中將石粉顆粒和液體混合以形成粉漿；噴涂器，所述噴涂器與所述的混合容器連接以用于將所述粉漿噴涂到煤礦表面，所述噴涂器包括加氣裝置，所述加氣裝置用于在噴涂所述粉漿時(shí)使所述粉漿發(fā)泡；其中，在將所述石粉顆粒噴涂到煤礦表面之前，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。
全文摘要
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。
文檔編號(hào)E21F5/00GK102301093SQ200980155867
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2009年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月8日
發(fā)明者卡洛斯·阿爾佩托·馬瑞, 羅德尼·詹姆斯·康奈爾, 艾倫·格雷哈姆·布朗, 馬修·查爾斯·賴安 申請(qǐng)人:應(yīng)用澳大利亞有限公司, 礦業(yè)附件(Qld)有限公司