标定煤尘沉降效果的实验装置及方法

本发明属于煤尘防治实验，尤其涉及一种标定煤尘沉降效果的实验装置及方法。

背景技术：

1、近年来，随矿井开采机械化、智能化水平的提高，生产过程中粉尘产量也在不断增加。在不采取降尘措施的情况下，煤炭生产的工作面环境十分恶劣，煤尘产生量远远超出国家标准。煤尘易造成环境污染，粉尘爆炸和尘肺病，造成大量的人员伤亡和财产损失，威胁井下职工的生命安全。据职业病病例报告统计，2010-2020年间每年患尘肺病人数占患职业病人数的80%以上，因此，煤尘防治问题仍然是煤矿安全生产领域的重要研究内容。

2、煤的润湿性是煤尘防治研究中的一个重要物理化学特性，与煤体本身的物理化学及力学性质密切相关，在与各类试剂接触过程中这些性质的改变是煤润湿性改变的根本原因。煤的润湿性不仅涉及煤层注水，在煤的浮选、水煤浆制备以及煤层气增产等多个方面也有重要作用，而且对于保护职工健康，保障井下安全生产，提高煤炭的清洁高效利用都具有重要的现实意义。

3、利用润湿剂如表面活性剂、离子液体等润湿剂改变煤的润湿性经常被用于采煤过程中，因而寻找新型润湿剂用于降尘已成为煤尘防治的研究热点。在配制新型润湿剂的过程中，许多科研人员常利用沉降实验方法来验证煤尘的润湿性，而现阶段常用的沉降方法为通过肉眼观测实验结果的传统沉降方法，主观性强，误差大，不能通过定量方式分析沉降效果，实验结果不准确。因此，标定煤尘沉降效果的实验方法更具有科学性和可靠性，在实验室沉降实验中十分必要。

技术实现思路

1、为克服上述相关技术中的缺陷，第一方面，本发明提供一种标定煤尘沉降效果的实验装置，用于标定煤尘沉降。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种标定煤尘沉降效果的实验装置，包括：分析天平、固定支架、第一容器和第二容器。其中，分析天平与上级服务器电连接，所述分析天平将采集的质量信号传输至所述上级服务器。固定支架设置于所述分析天平一侧，第一容器设置于所述分析天平的秤盘上，第二容器与所述固定支架连接，并设置于所述第一容器内，且第二容器的上端低于所述第一容器的上端。

3、其中，所述固定支架被配置为，将所述第二容器悬浮于所述第一容器的底面的正上方。

4、优选地，第一容器与第二容器相互分离。

5、优选地，所述第一容器内填充待测溶液，且所述待测溶液的液面至少高于所述第二容器的上端。

6、第二方面，本发明还提供一种标定煤尘沉降效果的实验方法，采用如第一方面所述的标定煤尘沉降效果的实验装置进行，所述标定煤尘沉降效果的实验方法包括：选取煤粉。向第一容器内添加待测溶液，所述待测溶液的液面至少高于第二容器的上端。在所述第二容器的正上方的所述待测溶液的液面上，放置所述煤粉。所述煤粉浸润并沉降至所述第二容器内，至所述煤粉停止向所述第二容器的底面沉降。自所述待测溶液在所述第一容器内静止，至所述煤粉停止向所述第二容器的底面沉降的时间段内，分析天平连续采集质量参数并上传。

7、优选地，所述选取煤粉的方法包括：选取煤块，并将煤块在球磨机中粉碎。根据所述煤粉的粒径选取对应的筛网。将在所述球磨机中粉碎的所述煤块经过筛网筛选。

8、优选地，在第二容器的正上方的待测溶液的液面上放置煤粉的方法包括：称取固定质量的所述煤粉；将煤粉在固定高度处，以在竖直方向上相同的初始速度洒落至所述第二容器的正上方的所述待测溶液的液面上。

9、优选地，固定高度为待测溶液的液面至煤粉洒落的初始位置的距离，其中，固定高度为3cm~15cm。

10、优选地，所述待测溶液包括表面活性剂溶液或离子液体溶液。所述表面活性剂溶液或离子液体溶液的配置方法包括：按照所需浓度，将表面活性剂或除表面活性剂之外的化学试剂与去离子水进行配置，并搅拌使溶液混合均匀。

11、优选地，所述待测溶液在所述第一容器内静止时，所述分析天平采集第一质量参数，所述第一质量参数所表示的力，与所述第一容器的重力、所述待测溶液对所述第一容器的压力和所述第二容器在所述待测溶液中的受到的浮力之和相等。

12、所述煤粉沉降过程中，所述分析天平采集第三质量参数，所述第三质量参数所表示的力，与所述第一容器的重力、所述待测溶液对所述第一容器的压力、未完全沉降的所述煤粉通过所述待测溶液对所述第一容器的压力和与已沉降的所述煤粉等体积的待测溶液对第一容器形成的压力之和相等。

13、优选地，所述煤粉沉降过程中，每隔一个第一时间记录一次所述分析天平采集的第二质量参数。

14、本发明的有益效果在于：

15、第一、本发明适用于实验室煤尘沉降实验研究，通过天平示数的变化得到不同粒径的煤粉在不同待测溶液中沉降速度，实现定量表征不同待测溶液对不同粒径的煤粉的润湿性，可以获知不同待测溶液对不同粒径的煤粉的降尘效果。

16、第二、本发明通过分析天秤进行实验，结果相对精确，克服了现有煤尘沉降实验装置及方法主观性强，误差大，科学性缺失，实验结果可信赖程度低的问题。

技术特征：

1.一种标定煤尘沉降效果的实验装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的标定煤尘沉降效果的实验装置，其特征在于，所述第一容器与所述第二容器相互分离。

3.根据权利要求1或2所述的标定煤尘沉降效果的实验装置，其特征在于，所述第一容器内填充待测溶液，且所述待测溶液的液面至少高于所述第二容器的上端。

4.一种标定煤尘沉降效果的实验方法，其特征在于，采用如权利要求1至3任一项所述的标定煤尘沉降效果的实验装置进行，所述标定煤尘沉降效果的实验方法包括：

5.根据权利要求4所述的标定煤尘沉降效果的实验方法，其特征在于，所述选取煤粉的方法包括：

6.根据权利要求4所述的标定煤尘沉降效果的实验方法，其特征在于，所述在所述第二容器的正上方的所述待测溶液的液面上放置所述煤粉的方法包括：

7.根据权利要求6所述的标定煤尘沉降效果的实验方法，其特征在于，所述固定高度为所述待测溶液的液面至所述煤粉洒落的初始位置的距离，所述固定高度为3cm~15cm。

8.根据权利要求4所述的标定煤尘沉降效果的实验方法，其特征在于，所述待测溶液包括表面活性剂溶液或离子液体溶液；

9.根据权利要求4至8任一项所述的标定煤尘沉降效果的实验方法，其特征在于，所述待测溶液在所述第一容器内静止时，所述分析天平采集第一质量参数，所述第一质量参数所表示的力，与所述第一容器的重力、所述待测溶液对所述第一容器的压力和所述第二容器在所述待测溶液中的受到的浮力之和相等；

10.根据权利要求9所述的标定煤尘沉降效果的实验方法，其特征在于，所述煤粉沉降过程中，每隔一个第一时间记录一次所述分析天平采集的第二质量参数。

技术总结
本发明属于煤尘防治实验技术领域，尤其涉及一种标定煤尘沉降效果的实验装置及方法；一方面，用于标定煤尘沉降，技术方案包括：分析天平、固定支架、第一容器和第二容器。其中，分析天平与上级服务器电连接，所述分析天平将采集的质量信号传输至所述上级服务器。固定支架设置于所述分析天平一侧，第一容器设置于所述分析天平的秤盘上，第二容器与所述固定支架连接，并设置于所述第一容器内，且第二容器的上端低于所述第一容器的上端。另一方面，标定煤尘沉降效果的实验方法包括：选取煤粉；向第一容器内添加待测溶液；放置所述煤粉；所述煤粉沉降至所述第二容器内，至所述煤粉停止向所述第二容器的底面沉降，分析天平连续采集质量参数并上传。

技术研发人员：陈曦,高嘉慧,张伟,范超男
受保护的技术使用者：太原理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4