【正文】 出表 31 煤樣含水率的數(shù)據(jù)：表 31 煤樣含水率測(cè)定結(jié)果 Determination results of coal samples’s moisture content試件編號(hào) 試件天然質(zhì)量 g1(g) 試件烘干質(zhì)量 g2(g) 試件含水率 w(%)1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ⑵試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得煤樣的自然含水率，可以為后續(xù)的煤樣吸水性試驗(yàn)奠定基礎(chǔ)，同時(shí)也可用作比較，從而作為鑒定煤層注水的一個(gè)鑒定指標(biāo)。 煤樣吸水性的測(cè)定 測(cè)試原理煤樣的吸水性可用自然吸水率和強(qiáng)制吸水率表示。煤樣的自然吸水率為試件在大氣壓力作用下吸入水分的質(zhì)量與試件的干質(zhì)量之比。煤樣的強(qiáng)制吸水率為試件在真空或加壓條件下吸入水分的質(zhì)量與試件的干質(zhì)量之比。 測(cè)定方法與步驟⑴按照《中華人民共和國(guó)煤炭工業(yè)部部標(biāo)準(zhǔn)－巖石吸水性測(cè)定方法》（MT/T422022）中對(duì)煤的自然吸水率測(cè)定方法的描述進(jìn)行測(cè)定 [29]，具體測(cè)定方法與步驟如下：①?gòu)拿簶又羞x取具有代表性的邊長(zhǎng)約 224cm 左右的近似長(zhǎng)方體煤塊 6 個(gè)作為試件，清除表面上的粘著物和易掉落的巖屑，注意不得造成人為裂隙。 ②將試件放在 105~110℃下干燥 12h 后取出，放在干燥器中冷卻至室溫，稱重得 g。③在盛水容器中放置幾根直徑相同的玻璃棒，每根玻璃棒間距 1~2cm，將煤塊架在玻璃棒上，每個(gè)試件間距 1~2cm。④向容器中注水至試件的 1/4 高度處，以后每隔 2h 注水一次，每次注水量為使容器液面升高數(shù)值等于試件高度的 1/4；直至最后液面高出試件 1~2cm 為止。⑤24h 后將試件取出，用濕毛巾擦去表面水分，第一次稱重。稱重后仍放回盛水容器中，以后每隔 24h 稱重一次，直至前后兩次質(zhì)量差不超過(guò) 為止。最后一次的稱重即為試件吸水后的質(zhì)量 g1。⑵按照《中華人民共和國(guó)煤炭工業(yè)部部標(biāo)準(zhǔn)－巖石吸水性測(cè)定方法》（MT／T421987 ）中對(duì)煤的強(qiáng)制吸水率的測(cè)定方法的描述進(jìn)行測(cè)定，具體測(cè)定方法與步驟如下：①試件制備和烘干稱重按自然吸水率測(cè)定步驟①、②進(jìn)行。②將烘干之試件放在抽濾瓶中，抽濾瓶底部放有支撐物體，保證煤樣不與瓶底接觸且能充分吸水，如圖 35 所示，間距不得小于 2cm。③接上抽氣系統(tǒng)，所有連接處均不得漏氣。④開(kāi)動(dòng)真空泵，抽氣 20~30min，然后打開(kāi)三通活塞，慢慢將水注入抽濾瓶?jī)?nèi)，至水面高出試件 2~3cm，再繼續(xù)抽氣，直至試件便面不再有氣泡冒出，關(guān)閉真空泵，打開(kāi)止水夾，使抽濾瓶與大氣相通，抽氣真空度應(yīng)保持在 （約740mm Hg）負(fù)壓。⑤從真空抽氣罐中取出試件，全部浸入盛水的容器中，靜置 4h 以上。⑥取出飽和試件，用毛巾擦去表面水分，稱重得 g′1。19 / 69 測(cè)試設(shè)備與儀器⑴主要儀器、設(shè)備名稱：①天平(最大稱量 110g，感量 )②真空干燥箱③干燥器④盛水容器⑤真空抽氣裝置⑵主要儀器、設(shè)備參數(shù)如下：⑴真空干燥箱，主要指標(biāo)如下：電源電壓：~220V ，50Hz輸入功率：400W控溫范圍：RT+10~200℃（RT 指環(huán)境溫度）溫度波動(dòng)范圍：177?！孢_(dá)到真空度：133Pa擱板：1 層內(nèi)膽材料：不銹鋼內(nèi)膽尺寸（mm）：300300275外形尺寸（mm）：600490450⑵2XZ4 真空泵，主要技術(shù)指標(biāo)如下：相數(shù)：?jiǎn)蜗?雙相 (可任意選用) 240 升 抽氣率：4L/s極限壓力（pa)： 功率： 轉(zhuǎn)速：1400 轉(zhuǎn)/分 測(cè)定結(jié)果與分析⑴自然吸水率測(cè)定結(jié)果按下式計(jì)算： （1）10%xgw?????????式中： ——煤樣的自然吸水率；xw ——試件自然飽和吸水后的質(zhì)量，g；1 ——試件烘干后的質(zhì)量，g。⑵強(qiáng)制吸水率測(cè)定結(jié)果按下式計(jì)算： （2）10%qgw??????????式中： ——煤樣的強(qiáng)制吸水率；qw ——試件強(qiáng)制吸水后的質(zhì)量，g；1? ——試件烘干后的質(zhì)量，g。表 32 煤樣吸水性測(cè)定結(jié)果 Determination results of coal samples’s water absorption自然吸水率 wz(%) 強(qiáng)制吸水率 wq(%)試件編號(hào)干質(zhì)量 g(g)自然飽和吸水后的質(zhì)量 (g)1強(qiáng)制吸水后的質(zhì)量 (g)1g?實(shí)測(cè) 平均 實(shí)測(cè) 平均1 2 3 A B C ⑶實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析通過(guò)觀察表 32 煤樣吸水率的數(shù)據(jù)，可以看出煤樣的自然吸水率（%）要低于煤樣的強(qiáng)制吸水率（%） 。這表明，在強(qiáng)制吸水試驗(yàn)的過(guò)程中，由于高壓真空泵將煤樣毛細(xì)裂縫中的空氣抽出，從而可以是水填充到其中，可以更好的將煤樣浸潤(rùn)。而自然吸水時(shí)，由于無(wú)法將這些空氣趕出，所以毛細(xì)裂縫中就無(wú)法吸入水分。所以強(qiáng)制吸水率要高于自然吸水率。21 / 69通過(guò)對(duì)煤樣的吸水性試驗(yàn)，得出煤樣的吸水率，從而得到鑒定煤層注水可注性的一個(gè)鑒定指標(biāo)，為判定煤層注水的可注性，提供了重要的判定依據(jù)。 礦井水表面張力測(cè)試 測(cè)試原理本次實(shí)驗(yàn)采用 JZYW200B 微控全自動(dòng)界面張力儀進(jìn)行測(cè)定，鉑金環(huán)侵入到液體中一定的位置，隨著鉑金環(huán)與被測(cè)液體之間的膜被拉長(zhǎng)，使鉑金環(huán)受到一個(gè)向下的力，差動(dòng)變壓器的磁芯隨鉑金環(huán)的下降而上升，使差動(dòng)變壓器的線圈感應(yīng)出一定的電壓值，這樣將被拉伸的薄膜變形量轉(zhuǎn)化為電壓量，經(jīng)過(guò)微機(jī)處理轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的張力值，并自動(dòng)顯示出來(lái)。隨著薄膜逐漸被拉長(zhǎng)，張力值逐漸增大，直至薄膜破裂，記下最大值就是該液體的實(shí)時(shí)張力 [3031]。 測(cè)定方法與步驟采用圓環(huán)法測(cè)定表面張力，隨著鉑金環(huán)逐漸從液體中被拉出，電腦程序繪制出張力曲線，坐標(biāo)左上角顯示最大表面張力，右上角顯示實(shí)時(shí)值。實(shí)驗(yàn)步驟如下：⑴沖洗鉑金環(huán)和玻璃杯，然后將鉑金環(huán)掛在杠桿臂的小鉤上。穩(wěn)定后，開(kāi)始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。⑵運(yùn)行程序，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備界面，將各項(xiàng)內(nèi)容填好，進(jìn)入到實(shí)驗(yàn)主界面。⑶把被測(cè)液體礦井水倒入玻璃杯中 20~25mm 高，將玻璃杯放入托盤(pán)中間位置。按上升鍵，使鉑金環(huán)深入到液體中 5~7mm 處，按停止鍵。待鉑金環(huán)穩(wěn)定后點(diǎn)擊調(diào)零鍵進(jìn)行調(diào)零，調(diào)零結(jié)束后點(diǎn)擊開(kāi)始鍵進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。⑷保存實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所生成的表面張力曲線圖。⑸選用自來(lái)水再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，重復(fù)⑴~⑷的步驟。 測(cè)定儀器與設(shè)備采用 JZYW200B 微控全自動(dòng)界面張力儀進(jìn)行測(cè)定，它是一種用物理方法代替化學(xué)方法的簡(jiǎn)單易行的測(cè)試儀器。用微控全自動(dòng)界面張力儀可以迅速、準(zhǔn)確地測(cè)出各種液體的表面、界面張力。本儀器采用 Win98/Win2022/WinXP 系統(tǒng)，測(cè)試結(jié)果自動(dòng)顯示、記錄，測(cè)試曲線可存儲(chǔ)、打印。儀器的結(jié)構(gòu)主要由扭力絲、差動(dòng)變壓器、鉑金環(huán)及升降部分組成。主要技術(shù)參數(shù)如下：1）測(cè)量范圍：0~200mN/m2）分辨率： mN/m3）具有繪制曲線，顯示峰值功能4）自動(dòng)調(diào)零5）示值相對(duì)誤差不大于177。1%6）示值重復(fù)性誤差不大于 1%7）外形尺寸 400200350mm8）凈重 15kg9）電源 220/50HZ177。5% 測(cè)定結(jié)果與分析（1）實(shí)驗(yàn)結(jié)果按照上述實(shí)驗(yàn)步驟和方法，得到陳四樓煤礦礦井水的表面張力，并進(jìn)行了礦井水試樣和普通自來(lái)水試樣的表面張力也進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表 33。其中，礦井水試樣的表面張力曲線圖見(jiàn)圖 31~圖 36；普通自來(lái)水試樣的表面張力曲線圖見(jiàn) 37~圖 312。表 33 礦井水表面張力檢測(cè)結(jié)果 The results of mine water surface tension實(shí)驗(yàn)次數(shù) 第一次 第二次 第三次 第四次 第五次 第六次 平均張力（mN/m）礦井水表面張力 自來(lái)水表面張力 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 JZYW200B 微控全自動(dòng)界面張力儀23 / 69 圖 31 礦井水試樣的表面張力曲線 1 Mine water surface tension curves of 圖 32 礦井水試樣的表面張力曲線 2 Mine water surface tension curves of 圖 33 礦井水試樣的表面張力曲線 3 Mine water surface tension curves of 圖 34 礦井水試樣的表面張力曲線 4 Mine water surface tension curves of 25 / 69圖 35 礦井水試樣的表面張力曲線 5 Mine water surface tension curves of 圖 36 礦井水試樣的表面張力曲線 6 Mine water surface tension curves of 圖 37 普通自來(lái)水試樣的表面張力曲線 1 Tap water surface tension curves of 圖 38 普通自來(lái)水試樣的表面張力曲線 2 Tap water surface tension curves of 27 / 69圖 39 普通自來(lái)水試樣的表面張力曲線 3 Tap water surface tension curves of 圖 310 普通自來(lái)水試樣的表面張力曲線 4 Tap water surface tension curves of 圖 311 普通自來(lái)水試樣的表面張力曲線 5 Tap water surface tension curves of 圖 312 普通自來(lái)水試樣的表面張力曲線 6 Tap water surface tension curves of 29 / 69⑵實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析液體的表面張力是指：當(dāng)沒(méi)有外力或外力很小時(shí)，溶液有自動(dòng)收縮為球體的能力，這是因?yàn)橐后w表面猶如一張繃緊的彈性薄膜，有縮小自己表面的能力，而球的表面積是所有具有同樣體積的幾何形狀中最小的。假如把一液體做成膜，為了保持平衡，就必須加一與液面相切的力，通常把垂直通過(guò)液體表面任一單位長(zhǎng)度與液面相切的收縮表面的力叫做表面張力。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：礦井水的表面張力低于自來(lái)水的表面張力，由于表面張力越低其與煤的吸附性越好，則礦井水對(duì)煤的吸附性優(yōu)于自來(lái)水對(duì)煤的吸附性，所以采用礦井水對(duì)煤層注水要優(yōu)于用普通自來(lái)水的注水效果。 礦井水接觸角測(cè)定 測(cè)試原理本次實(shí)驗(yàn)利用 JYPHb 接觸角測(cè)定儀，通過(guò)拍照然后在照片上測(cè)量，觀測(cè)與固體平面相接觸液滴的外形，再用量角器直接量出三相交界處流動(dòng)界面與固體界面的夾角 [32]。 測(cè)試方法與步驟采用攝影法：把三相交界處的液面形狀投影放大在屏幕上，再在所得影象的三相交界處做液面的切線，測(cè)量它在固體表面的夾角。實(shí)驗(yàn)步驟如下：⑴制煤樣，把煤樣切成 4 塊薄片，并且用砂紙進(jìn)行打磨，使其表面光滑。⑵調(diào)試實(shí)驗(yàn)儀器，在注射器中吸入礦井水（普通自來(lái)水） ，安裝到實(shí)驗(yàn)設(shè)備上，把煤樣放置到測(cè)試臺(tái)上。⑶點(diǎn)擊開(kāi)啟視屏，調(diào)試連續(xù)變倍鏡頭，工作臺(tái)及液滴器，使注射器針頭及煤樣平面在屏幕上達(dá)到最清晰。⑷順時(shí)針旋轉(zhuǎn)液滴器上方的旋鈕，緩緩滴下水滴到煤樣光滑的表面上。⑸點(diǎn)擊停止視屏，在大窗口視屏中用測(cè)量三點(diǎn)形成的角度來(lái)測(cè)量接觸角（每個(gè)樣品分別測(cè)四個(gè)點(diǎn)） 。⑹保存最終測(cè)量結(jié)果圖片（見(jiàn)圖 313~圖 315） 。⑺把測(cè)好煤樣在干燥箱中進(jìn)行干燥 12 小時(shí)，重復(fù) 2~6 的步驟。⑻再把煤樣進(jìn)行吸水飽和 12 小時(shí)，重復(fù) 2~6 的步驟。⑼把礦井水換成普通自來(lái)水重復(fù) 2~8 的步驟。實(shí)驗(yàn)過(guò)程截圖如下： 圖 313 實(shí)驗(yàn)過(guò)程截圖 Screenshot of experimental process 圖 314 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)讀取示意圖（礦井水試樣） The schematic diagram of experimental data (mine water)31 / 69 圖 315 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)讀取示意圖（自來(lái)水試樣） The schematic diagram of experimental data (tap water) 測(cè)試設(shè)備與儀器本次實(shí)驗(yàn)使用的測(cè)量?jī)x器是 JYPHb 接觸角測(cè)定儀。其主要結(jié)構(gòu)由測(cè)量?jī)x主機(jī)、液滴器、針頭、CCD、變倍光筒、工作臺(tái)組成。主要技術(shù)指標(biāo)如下：⑴連續(xù)變倍鏡頭： 。線方向視場(chǎng) Φ18mm⑵測(cè)量精度：1176。⑶物方向視場(chǎng)：⑷工作臺(tái)移動(dòng)范圍： 上下移動(dòng)：≥30mm 左右移動(dòng)：≥70mm 前后移動(dòng)：≥80mm⑸液滴器移動(dòng)范圍：下移動(dòng)：≥177。6mm 左右移動(dòng)：≥177。6mm⑹主軸旋轉(zhuǎn)速度：1 轉(zhuǎn)/分10 轉(zhuǎn)/分連續(xù)可設(shè)定⑺溫度范圍：常溫⑻色彩 1/3sonyCCD PAL：512（H）582 （V）像素 420 線⑼光源亮度連續(xù)可調(diào)⑽電源：220V (3A)⑾儀器外形尺寸：550（長(zhǎng)）*160（寬）*220（高）mm 測(cè)試結(jié)果與分析（1）測(cè)試結(jié)果按照前述測(cè)試步驟和方法，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表 34表 35。表 34 礦井水和自來(lái)水與自然狀態(tài)下煤樣的接觸角 The contact angle between the na