矿山抑尘泡沫形态特征及性能量化评估模型

Suppressing dust by foam has been proved to be an important way to prevent mine dust efficiently at dust sources. However, the incomplete understanding of fundamental features has made it blind and rough in the production and utilization of foam, which results in the underutilized advantage and high operating cost of foam. In order to improve the scientificalness of foam dust suppression, the dry humidity, expansion ratio, bubble size, thickness of liquid film, interface viscoelastic modulus of dust-suppression foam and their influencing factors as well as the relationship between foam morphology and its performance will be studied. To reduce the operating cost, the performance indicators and characterization methods for wettability, adhesion, stability, transmission, jet capacity and resistance ability to wind of foam will be studied, and the quantitative assessment models, principles and methods for foam performance will also be researched. The project will solve the two problems of “what the morphological characteristics of dust-suppression foam should be” and “how to evaluate the performance of dust-suppression foam”, and provide the scientific basis and theoretical guidance for high-efficiency and low-cost dust suppression of foam as well as its large-scale application in mines.

泡沫抑尘被证明是一条从源头高效防治矿尘的重要途径，但由于对矿山抑尘泡沫形态及性能等基础问题认识不清，使得在抑尘泡沫的制备和利用中存在很大的盲目性和粗放性，导致泡沫抑尘的技术优势远未得到发挥、运行成本高昂。为提高泡沫抑尘的科学性，研究抑尘泡沫的干湿度、膨胀倍数、气泡尺寸、液膜厚度、界面粘弹模量等形态特征及其影响因素，探究抑尘泡沫形态与其性能的关系；为提高泡沫抑尘的经济性，研究抑尘泡沫的润湿性、黏附性、稳定性、输送能力、定向喷射能力、抗风吹散能力等性能指标及表征方法，探究矿山抑尘泡沫性能的量化评估模型、准则和方法。通过本项目研究，解决“矿山抑尘泡沫应是什么样的形态”和“如何量化评价抑尘泡沫的性能”的基础问题，为泡沫高效率、低成本抑尘及在矿山的规模化应用提供科学依据和理论指导。

本项目属矿山泡沫抑尘基础研究。抑尘泡沫的形态从根本上决定了其性能，抑尘泡沫的性能则直接关系到抑尘效果和使用成本。过去关于矿山抑尘泡沫形态及性能的基础研究还较缺乏。为此，本项目提出和研究了“矿山抑尘泡沫的形态特征及性能量化评估方法”这个关键科学问题，主要工作及取得成果如下：.1）研究了矿山抑尘泡沫的形态特征及影响因素：获得了干湿度（含液量）、膨胀倍数、气泡尺寸及分布、界面粘弹模量等形态参数及相互关系，解析了发泡剂浓度、气体流量、磁化、聚合物、温度等因素对抑尘泡沫形态的影响；回答了“抑尘泡沫应是什么样的形态”这个关键问题。.2）研究了矿山抑尘泡沫的性能表征及评估方法：提出了由润湿性、黏附性、稳定性、输送能力、定向喷射能力和抗风吹散能力组成的抑尘泡沫性能表征及评估指标体系，并给出了基于该指标体系的抑尘泡沫性能量化评估方法和准则；将抑尘泡沫性能评价从笼统、片面推进到了量化、全面的新阶段。.3）研究了矿山抑尘泡沫形态特征与其性能的关系：解析了发泡剂种类/浓度、干湿度、粘弹模量、磁化作用与泡沫稳定性、黏附性的关系，揭示了添加水溶性聚合物对抑尘泡沫关键性能的影响，披露了呼吸性煤尘的润湿特征；为提升抑尘泡沫性能和促进泡沫高效率、低成本抑尘提供了理论依据和方法指导。.项目执行期间，共发表学术论文15篇（其中SCI收录12篇、EI收录2篇）；获授权发明专利1项、申请发明专利5项；获山东省技术发明一等奖1项，教育部科技进步二等奖1项；参加第三十五届国际匹兹堡煤炭会议等国内外学术会议6次并作报告1次；项目负责人入选中国科协青年人才托举工程、获孙越崎能源科学技术奖（青年科技奖），项目组青年学生的创新能力得到显著提升。