CN109813849A - 一种定量评估抑尘泡沫性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种定量评估抑尘泡沫性能的方法，该方法以润湿性、黏附性、稳定性、输送能力、定向喷射能力和抗风吹散能力这六个指标全面表征泡沫从产生、输运、喷射到抑制粉尘全过程的性能，基于指标权重赋值和区间定量的思路，通过分析各评估指标的重要度、建立各指标的量化准则，提出以抑尘性能指数IFP定量评估抑尘泡沫的性能；根据IFP值的大小将抑尘泡沫的性能分为Ⅰ(优)、Ⅱ(良)、Ⅲ(中)和Ⅳ(差)四个等级，用以评估抑尘泡沫的综合性能，IFP值越大，则其性能越优，反之则越差。本发明给出了评估抑尘泡沫性能的定量指标及等级判定准则，将抑尘泡沫性能评价从笼统、片面推进到了定量、全面的新阶段，在工矿生产性粉尘防治中有广泛的适用性。

Description

一种定量评估抑尘泡沫性能的方法
技术领域
本发明涉及粉尘防治技术领域，特别是涉及一种定量评估抑尘泡沫性能的方法。
背景技术
粉尘是工矿企业生产作业场所普遍存在的职业危害，广泛导致尘肺病；有些粉尘还有可能发生煤尘爆炸事故。泡沫抑尘技术被证明是一条从源头高效防治矿尘的重要途径。泡沫抑尘的技术优势集中体现为抑尘效率高、耗水量小。抑尘泡沫的性能则直接决定其抑尘效果和使用成本。国内外在泡沫抑尘的技术层面上做了较多工作，并取得了许多富有价值的成果，但关于抑尘泡沫性能评价的研究还比较薄弱，基本上处于较笼统、片面的宏观描述的阶段，缺乏可量化评估抑尘泡沫性能的指标和方法，导致在泡沫的制备和利用中存在盲目性和粗放性，存在以大量泡沫换取较高抑尘效率的问题，制约着泡沫抑尘技术的研发和应用。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明建立了评价抑尘泡沫性能的指标体系及区间量化准则，进而提出了一种定量评估抑尘泡沫性能的方法。
本发明所采用的技术方案是：一种定量评估抑尘泡沫性能的方法，包括以下步骤：
a.取采自工矿生产场所产尘点的粉尘，筛分制备成粒径小于100μm的粉尘试样，取粉尘试样少许，压片后在泡沫界面流变仪上测定发泡液与粉尘试样的动态接触角θ，据此评估抑尘泡沫的润湿能力FW：θ≤20°，则FW≥0.9；20°＜θ≤30°，则0.8≤FW＜0.9；30°＜θ≤35°，则0.7≤FW＜0.8；35°＜θ≤40°，则0.6≤FW＜0.7；θ＞40°，则FW＜0.6；
b.利用泡沫界面流变仪测定泡沫液的粘性模量G”，据此评估抑尘泡沫的黏附能力FA：G”≥5mn/m，则FA≥0.9；4mn/m≤G”＜5mn/m，则0.8≤FA＜0.9；3mn/m≤G”＜4mn/m，则0.7≤FA＜0.8；1.5mn/m≤G”＜3mn/m，则0.6≤FA＜0.7；G”＜1.5mn/m，则FA＜0.6；
c.利用泡沫分析仪测定泡沫的半衰期Thalf，据此评估抑尘泡沫的稳定性能FS：若Thalf≈30min，则FS≥0.9；20min≤Thalf＜30min，则0.8≤FS＜0.9；10min≤Thalf＜20min，则0.7≤FS＜0.8；5min≤Thalf＜10min，则0.6≤FS＜0.7；Thalf＜5min或者＞＞30min，则FS＜0.6；
d.利用压力传感器测定泡沫流体在其输送管路中的单位距离压降Δp，据此评估抑尘泡沫的输送性能FT：若Δp≤25Pa/m，则FT≥0.9；25Pa/m＜Δp≤50Pa/m，则0.8≤FT＜0.9；50Pa/m＜Δp≤75Pa/m，则0.7≤FT＜0.8；75Pa/m＜Δp≤100Pa/m，则0.6≤FT＜0.7；Δp＞100Pa/m，则FT＜0.6；
e.采用粒子图像测速法测定泡沫流体的轴向喷射速度vj，据此评估抑尘泡沫的定向喷射性能FJ：若4m/s≤vj≤5m/s，则FJ≥0.9；3m/s≤vj＜4m/s，则0.8≤FJ＜0.9；2m/s≤vj＜3m/s，则0.7≤FJ＜0.8；1m/s≤vj＜2m/s，则0.6≤FJ＜0.7；vj＞4m/s或＜1m/s，则FJ＜0.6；
f.利用风速计测试风流将覆盖于尘源上的泡沫体吹散的临界风速vw，据此评估抑尘泡沫的定向喷射性能FR：若临界风速vw≥5m/s，则FR≥0.9；4m/s≤vw＜5m/s，则0.8≤FR＜0.9；3m/s≤vw＜4m/s，则0.7≤FR＜0.8；2m/s≤vw＜3m/s，则0.6≤FR＜0.7；vw＜2m/s，则FR＜0.6；
g.根据以上求出的FW、FA、FS、FT、FJ、FR值，利用以下公式得出：
IFP＝0.3FW+0.2FA+0.2FS+0.1FT+0.1FJ+0.1FR
式中：IFP——抑尘泡沫性能指数，无量纲量；FW、FA、FS、FT、FJ、FR——润湿能力值、黏附能力值、稳定能力值、输送能力值、定向喷射能力值、抗风吹散能力值，均为无量纲量，取值区间为(0，1)的开区间。
h.根据计算得到的性能指数IFP值判定抑尘泡沫性能，IFP值越大，则泡沫性能越好。抑尘泡沫的性能等级划分准则如下：
I级：IFP≥0.9，表示性能优；
II级：0.8≤IFP＜0.9，表示性能良好；
III级：0.6≤IFP＜0.8，表示性能中等；
IV级：IFP＜0.6，表示性能差。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明基于从泡沫产生、输运、喷射到作用于尘源的泡沫抑尘全过程的理解和剖析，建立了科学评估抑尘泡沫性能的指标体系，即：润湿性，指泡沫润湿粉尘的能力，它是泡沫高效抑尘的关键；黏附性，指泡沫黏附粉尘或产尘材料(如矿山煤岩体)的能力，泡沫要完成其抑尘过程，必须要能黏附在尘源上；稳定性，指泡沫保持初始体积的能力，抑尘泡沫需要有适中的稳定性，既满足充分黏附、润湿煤尘以达到抑尘的目的，又避免存在时间过长而影响生产活动的进行；输送能力，是指其在管路中的有效输送距离和输出压力，抑尘泡沫的制备地点与喷射利用地点通常相距较远，如在采煤工作面两者间的距离可达数百米，这就要求抑尘泡沫必须要有良好的输送能力，以保证泡沫具有较长的输送距离和较高的输出压力；定向喷射性能，是指泡沫以一定速度从喷嘴射出并定向作用于尘源的能力，良好的定向喷射性能是抵抗外界因素干扰、提高泡沫抑尘经济性的重要途径；抗风吹散性能，指施加于尘源上的泡沫覆盖层抵抗通风风流吹起飞散的能力，它是泡沫在一定时间内以一定强度作用于尘源的保障。
2、本发明给出了以上6个评估指标的量化参数，它们依次是：动态接触角、界面粘性模量、泡沫半衰期、单位距离压降、定向喷射速度和临界风速，并建立了6个参数的区间定量准则。
3、在此基础上，通过分析各评估指标的重要度，提出了以抑尘泡沫性能指数IFP定量表征抑尘泡沫的性能，给出了评估公式，根据IFP值的大小将抑尘泡沫的性能分为四个等级，IFP值越大，则其性能越优，反之则越差。
4、本发明解决了“抑尘泡沫的性能如何量化评价”这一关键问题，对于克服抑尘泡沫制备和利用中的盲目性和粗放性，提高泡沫抑尘的科学性和经济性，具有重要意义。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面结合实施例对本发明进一步说明，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。
实施例1：
取采自某煤矿综采工作面的煤尘，筛分制备成粒径小于100μm的粉尘试样，取粉尘试样少许，压片后在泡沫界面流变仪上测试发泡液样品A与粉尘试样的动态接触角θ，测得结果为θ＝17.5°，据此评估抑尘泡沫A的润湿能力FW＞0.9；利用泡沫界面流变仪测定泡沫液的粘性模量G”，测定结果为G”＝6.0mn/m，据此评估抑尘泡沫A的黏附能力FA≥0.9；利用泡沫分析仪测定泡沫的半衰期Thalf，测定结果为Thalf＝29.8min，据此评估抑尘泡沫A的稳定性能FS≥0.9；利用压力传感器测定泡沫流体在其输送管路中的单位距离压降Δp，测定结果为Δp＝20Pa/m，据此评估抑尘泡沫A的输送性能FT≥0.9；采用粒子图像测速法测定泡沫流体的轴向喷射速度vj，测定结果为vj＝4.5m/s，据此评估抑尘泡沫A的定向喷射性能FJ＞0.9；采用风速计测试风流将覆盖于尘源上的泡沫体吹散的临界风速vw，测定结果为vw＝6m/s，据据此评估抑尘泡沫A的抗风吹散性能FR≥0.9。
根据以上得出的FW、FA、FS、FT、FJ和FR的区间值，利用下式得到：
IFP＝0.3FW+0.2FA+0.2FS+0.1FT+0.1FJ+0.1FR＞0.9
根据计算得到的性能指数IFP值和发明内容中的划分准则，评定抑尘泡沫A的性能等级为I级(优)。
实施例2：
取采自某煤矿综采工作面的煤尘，筛分制备成粒径小于100μm的粉尘试样，取粉尘试样少许，压片后在泡沫界面流变仪上测试发泡液样品B与粉尘试样的动态接触角θ，测得结果为θ＝26.5°，据此评估抑尘泡沫B的润湿能力0.8＜FW＜0.9；利用泡沫界面流变仪测定泡沫液的粘性模量G”，测定结果为G”＝4.5mn/m，据此评估抑尘泡沫B的黏附能力0.8＜FA＜0.9；利用泡沫分析仪测定泡沫的半衰期Thalf，测定结果为Thalf＝22.5min，据此评估抑尘泡沫B的稳定性能0.8＜FS＜0.9；利用压力传感器测定泡沫流体在其输送管路中的单位距离压降Δp，测定结果为Δp＝30Pa/m，据此评估抑尘泡沫B的输送性能0.8＜FT＜0.9；采用粒子图像测速法测定泡沫流体的轴向喷射速度vj，测定结果为vj＝3.5m/s，据此评估抑尘泡沫B的定向喷射性能0.8＜FJ＜0.9；采用风速计测试风流将覆盖于尘源上的泡沫体吹散的临界风速vw，测定结果为vw＝4.5m/s，据据此评估抑尘泡沫B的抗风吹散性能0.8＜FR＜0.9。
根据以上得出的FW、FA、FS、FT、FJ、FR的区间值，利用以下公式得到：
IFP＝0.3FW+0.2FA+0.2FS+0.1FT+0.1FJ+0.1FR＝(0.8，0.9)
根据计算得到的性能指数IFP值和发明内容中的划分准则，评定抑尘泡沫B的性能等级为II级(良)。
实施例3：
取采自某煤矿综采工作面的煤尘，筛分制备成粒径小于100μm的粉尘试样，取粉尘试样少许，压片后在泡沫界面流变仪上测试发泡液样品C与粉尘试样的动态接触角θ，测得结果为θ＝32.5°，据此评估抑尘泡沫C的润湿能力0.7＜FW＜0.8；利用泡沫界面流变仪测定泡沫液的粘性模量G”，测定结果为G”＝3.5mn/m，据此评估抑尘泡沫C的黏附能力0.7＜FA＜0.8；利用泡沫分析仪测定泡沫的半衰期Thalf，测定结果为Thalf＝7.5min，据此评估抑尘泡沫C的稳定性能0.6＜FS＜0.7；利用压力传感器测定泡沫流体在其输送管路中的单位距离压降Δp，测定结果为Δp＝62.5Pa/m，据此评估抑尘泡沫C的输送性能0.7＜FT＜0.8；采用粒子图像测速法测定泡沫流体的轴向喷射速度vj，测定结果为vj＝1.5m/s，据此评估抑尘泡沫C的定向喷射性能0.6＜FJ＜0.7；采用风速计测试风流将覆盖于尘源上的泡沫体吹散的临界风速vw，测定结果为vw＝3.5m/s，据据此评估抑尘泡沫C的抗风吹散性能0.7＜FR＜0.8。
根据以上得出的FW、FA、FS、FT、FJ、FR的区间值，利用以下公式得到：
IFP＝0.3FW+0.2FA+0.2FS+0.1FT+0.1FJ+0.1FR＝(0.6，0.8)
根据计算得到的性能指数IFP值和发明内容中的划分准则，评定抑尘泡沫C的性能等级为III级(中)。
实施例4：
取采自某煤矿综采工作面的煤尘，筛分制备成粒径小于100μm的粉尘试样，取粉尘试样少许，压片后在泡沫界面流变仪上测试发泡液样品D与粉尘试样的动态接触角θ，测得结果为θ＝50°，据此评估抑尘泡沫D的润湿能力FW＜0.6；利用泡沫界面流变仪测定泡沫液的粘性模量G”，测定结果为G”＝1.0mn/m，据此评估抑尘泡沫D的黏附能力FA＜0.6；利用泡沫分析仪测定泡沫的半衰期Thalf，测定结果为Thalf＝120min，据此评估抑尘泡沫D的稳定性能FS＜0.6；利用压力传感器测定泡沫流体在其输送管路中的单位距离压降Δp，测定结果为Δp＝125Pa/m，据此评估抑尘泡沫D的输送性能FT＜0.6；采用粒子图像测速法测定泡沫流体的轴向喷射速度vj，测定结果为vj＝0.85m/s，据此评估抑尘泡沫D的定向喷射性能FJ＜0.6。
根据以上得出的FW、FA、FS、FT、FJ、FR的区间值，利用以下公式得到：
IFP＝0.3FW+0.2FA+0.2FS+0.1FT+0.1FJ+0.1FR＜0.6
根据计算得到的性能指数IFP值和发明内容中的划分准则，评定抑尘泡沫D的性能等级为Ⅳ级(差)。
综上，本发明为量化评估抑尘泡沫的综合性能提供了新思路和新方法，对于提高泡沫抑尘技术的经济性具有显著的先进性和广阔的应用前景。
本发明的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，容易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种定量评估抑尘泡沫性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.取采自工矿生产场所产尘点的粉尘，筛分制备成粒径小于100μm的粉尘试样，取粉尘试样少许，压片后在泡沫界面流变仪上测定发泡液与粉尘试样的动态接触角θ，据此评估抑尘泡沫的润湿能力FW：θ≤20°，则FW≥0.9；20°＜θ≤30°，则0.8≤FW＜0.9；30°＜θ≤35°，则0.7≤FW＜0.8；35°＜θ≤40°，则0.6≤FW＜0.7；θ＞40°，则FW＜0.6；
b.利用泡沫界面流变仪测定泡沫液的粘性模量G”，据此评估抑尘泡沫的黏附能力FA：G”≥5mn/m，则FA≥0.9；4mn/m≤G”＜5mn/m，则0.8≤FA＜0.9；3mn/m≤G”＜4mn/m，则0.7≤FA＜0.8；1.5mn/m≤G”＜3mn/m，则0.6≤FA＜0.7；G”＜1.5mn/m，则FA＜0.6；
c.利用泡沫分析仪测定泡沫的半衰期Thalf，据此评估抑尘泡沫的稳定性能Fs：若Thalf≈30min，则Fs≥0.9；20min≤Thalf＜30min，则0.8≤FS＜0.9；10min≤Thalf＜20min，则0.7≤Fs＜0.8；5min≤Thalf＜10min，则0.6≤FS＜0.7；Thalf＜5min或者＞＞30min，则Fs＜0.6；
d.利用压力传感器测定泡沫流体在其输送管路中的单位距离压降Δp，据此评估抑尘泡沫的输送性能FT：若Δp≤25Pa/m，则FT≥0.9；25Pa/m＜Δp≤50Pa/m，则0.8≤FT＜0.9；50Pa/m＜Δp≤75Pa/m，则0.7≤FT＜0.8；75Pa/m＜Δp≤100Pa/m，则0.6≤FT＜0.7；Δp＞100Pa/m，则FT＜0.6；
e.采用粒子图像测速法测定泡沫流体的轴向喷射速度vj，据此评估抑尘泡沫的定向喷射性能FJ：若4m/s≤vj≤5m/s，则FJ≥0.9；3m/s≤vj＜4m/s，则0.8≤FJ＜0.9；2m/s≤vj＜3m/s，则0.7≤FJ＜0.8；1m/s≤vj＜2m/s，则0.6≤FJ＜0.7；vj＞4m/s或＜1m/s，则FJ＜0.6；
f.利用风速计测试风流将覆盖于尘源上的泡沫体吹散的临界风速vw，据此评估抑尘泡沫的定向喷射性能FR：若临界风速vw≥5m/s，则FR≥0.9；4m/s≤vw＜5m/s，则0.8≤FR＜0.9；3m/s≤vw＜4m/s，则0.7≤FR＜0.8；2m/s≤vw＜3m/s，则0.6≤FR＜0.7；vw＜2m/s，则FR＜0.6；
g.根据以上求出的FW、FA、FS、FT、FJ、FR值，利用以下公式得出：
IFP＝0.3Fw+0.2FA+0.2Fs+0.1FT+0.1FJ+0.1FR
式中：IFP——抑尘泡沫性能指数，无量纲量；FW、FA、FS、FT、FJ、FR——润湿能力值、黏附能力值、稳定能力值、输送能力值、定向喷射能力值、抗风吹散能力值，均为无量纲量，取值区间为(0,1)的开区间；
h.根据计算得到的性能指数IFP值判定抑尘泡沫性能，IFP值越大，则泡沫性能越好；抑尘泡沫的性能等级划分准则如下：
Ⅰ级：IFP≥0.9，表示性能优；
Ⅱ级：0.8≤IFP＜0.9，表示性能良好；
Ⅲ级：0.6≤IFP＜0.8，表示性能中等；
Ⅳ级：IFP＜0.6，表示性能差。
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