【正文】 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。主要技術(shù)指標(biāo)如下：⑴連續(xù)變倍鏡頭： 。⑻再把煤樣進(jìn)行吸水飽和 12 小時(shí)，重復(fù) 2~6 的步驟。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。 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。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。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。 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。按上升鍵，使鉑金環(huán)深入到液體中 5~7mm 處，按停止鍵。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。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)。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（%） 。⑥取出飽和試件，用毛巾擦去表面水分，稱(chēng)重得 g′1。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。⑤24h 后將試件取出，用濕毛巾擦去表面水分，第一次稱(chēng)重。 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。按照前述測(cè)試步驟和方法，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，得出表 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)。22V，50Hz177。22v 額定頻率：50177。⑹根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)計(jì)算得到的最大質(zhì)量差即為煤樣中所含水的質(zhì)量。⑷從干燥箱中取出稱(chēng)量瓶，立即蓋上蓋，放人干燥器中冷卻至室溫(約 20 min)后稱(chēng)量。⑵在預(yù)先干燥并已稱(chēng)量過(guò)的稱(chēng)量瓶?jī)?nèi)稱(chēng)取粒度小于 的空氣干燥煤樣(1177。礦井水從陳四樓煤礦井下進(jìn)行煤層注水的管路系統(tǒng)進(jìn)行采集，裝好后帶上地面，然后到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行相關(guān)參數(shù)測(cè)定。在同一煤層的回采工作面全工作面長(zhǎng)度范圍均勻布點(diǎn)采樣（平均每 20m 一個(gè)） ，采樣點(diǎn)均多于 4 個(gè)，每點(diǎn)采取一個(gè)煤樣，其中包括尺寸不小于 100 mml00 mml00 mm 的塊煤至少 1 塊。注水壓力、流量和注水時(shí)間是注水主要參數(shù)，注水量或煤的水分增量既是煤層注水效果的標(biāo)志，也是決定煤層注水除塵率高低的重要因素，一般應(yīng)以在較低的注水壓力情況下保持足夠的流量和較長(zhǎng)的注水時(shí)間為宜。顯然，在瓦斯壓力較大的煤層，為了取得相同的注水流量，需要提高注水壓力，從而增加了注水的困難。不同種類(lèi)的濕潤(rùn)劑及其配制濃度具有不同的濕潤(rùn)效果，應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)選定。因而隨著礦井開(kāi)采深度的增加，要取得良好的煤體潤(rùn)濕效果，需要提高注水壓力。對(duì)于 109m 以下的細(xì)微孔隙，由于接近水分子的直徑 1010m，因此不在注水濕潤(rùn)考慮范圍之內(nèi) [25]。注水實(shí)踐表明，大的裂隙和孔隙中水的運(yùn)動(dòng)主要靠注水的壓力，而細(xì)小孔隙中水的運(yùn)動(dòng)主要靠毛細(xì)管作用，因此，水在各級(jí)孔隙中的運(yùn)動(dòng)速度差異很大。根據(jù)實(shí)測(cè)資料，當(dāng)煤層孔隙率小于 4%時(shí)，煤層的透水性較差，注水無(wú)效果；孔隙率為 15%時(shí)，煤層的透水性最高，注水效果最佳；而孔隙率達(dá) 40%時(shí)，煤層成為多孔均質(zhì)體，天然水分豐富則無(wú)需注水。 影響煤層注水效果的因素 煤的裂隙和孔隙的發(fā)育程度對(duì)于不同成因及煤巖種類(lèi)的煤層來(lái)說(shuō)，其裂隙和孔隙的發(fā)育程度不同，注水效果差異也較大。水在煤層中的運(yùn)動(dòng)，主要是注水壓力、毛細(xì)管力、和重力三種力綜合作用克服煤層裂隙面的阻力、孔隙通路阻力和煤層的瓦斯壓力。自重使水在裂隙與孔隙內(nèi)向下運(yùn)動(dòng)；化學(xué)作用是水作用于煤層內(nèi)的無(wú)機(jī)的和有機(jī)的組分，使之氧化或溶解；物理化學(xué)作用包括毛細(xì)管凝聚、表面吸著和濕潤(rùn)等。煤層的潤(rùn)濕過(guò)程實(shí)質(zhì)上是水在煤層裂隙和孔隙中的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，是一個(gè)復(fù)雜的水動(dòng)力學(xué)和物理化學(xué)過(guò)程的綜合。由于煤物質(zhì)具有可縮性和孔隙中氣囊的可縮性的特性，因此，采用不同的注水方式和參數(shù)，會(huì)導(dǎo)致不同的作用效果。其中每一種形式，在空間和時(shí)間上都不是共存的。首先在研究煤層注水機(jī)理的基礎(chǔ)上，對(duì)影響煤層注水效果的因素進(jìn)行分析；然后現(xiàn)場(chǎng)取煤樣在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，對(duì)二 2 煤層注水相關(guān)基礎(chǔ)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試與分析，為注水水樣的選取提供依據(jù)；再此基礎(chǔ)上，對(duì)煤層注水方式、注水設(shè)備、注水關(guān)鍵工藝及參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在綜采工作面開(kāi)展煤層注水工業(yè)性試驗(yàn)，并對(duì)注水效果進(jìn)行考察，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)效果，經(jīng)比較后，確定合理的煤層注水方案；最后形成適宜陳四樓煤礦的煤層注水技術(shù)。 9 / 69 本文研究的內(nèi)容及技術(shù)研究路線 研究?jī)?nèi)容本文以河南煤化永煤集團(tuán)陳四樓煤礦綜采工作面作為工程實(shí)例和研究背景，在認(rèn)真總結(jié)前人試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合陳四樓煤礦的具體情況，將開(kāi)展以下幾個(gè)方面研究工作：⑴在研究煤層注水機(jī)理的基礎(chǔ)上，對(duì)影響煤層注水效果的因素進(jìn)行分析，為提高煤層注水效果提供理論依據(jù)。但目前注水系統(tǒng)自動(dòng)化程度低，封孔、注水壓力流量調(diào)節(jié)基本靠手工操作，工作量大，準(zhǔn)確度低。分析廣大科研工作者和工程實(shí)踐人員的科技成果，展望煤層注水的研究方向。文獻(xiàn)[17]在通過(guò)對(duì)煤層注水滲透過(guò)程分析的基礎(chǔ)上，建立自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，然后建立控制模型，通過(guò)計(jì)算機(jī)和各種傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)煤層注水的有效控制。結(jié)果表明，添加粘塵棒可使煤層注水的水分增加 倍、潤(rùn)濕半徑達(dá)至 40m 以上、煤中蒸發(fā)量降低 ～ 倍、采煤機(jī)附近的降塵率達(dá)到 ～％。為了提高注水防塵效果，改善水對(duì)煤的濕潤(rùn)能力，開(kāi)展了煤層注水中添加了濕潤(rùn)劑的研究。m 的粉塵，但是也可以粗略的看出我們?cè)诘V塵治理方面與發(fā)達(dá)國(guó)家之間的巨大差距 [10]。表 12 我國(guó)部分礦井煤層注水降塵效果 Effects of coal dust injection in some of chinese coal mines空氣中煤塵含量 mg/m3礦名 注水方式 加壓方式注水前 注水后降塵率 (%)石炭井各礦 長(zhǎng)孔 靜壓 800~150 100~ 60~95撫順龍鳳礦 長(zhǎng)孔 靜壓 5040~460 72~80 61~大同同家梁礦 長(zhǎng)孔 靜壓 1320~300 584~64 56~井徑三礦 長(zhǎng)孔 靜壓 82~116 32~40 60~70陽(yáng)泉二礦 長(zhǎng)孔 動(dòng)壓 1829~532 661~46 64~92軒崗六畝地礦 長(zhǎng)孔 動(dòng)壓 404 132 棗莊陶村礦 長(zhǎng)孔 動(dòng)壓 227 78 新汶孫村礦 長(zhǎng)孔 動(dòng)壓 128~460 40~80 69~89北京門(mén)頭溝礦 長(zhǎng)孔 動(dòng)壓 28~ ~ 73~83雙鴨山礦務(wù)局 長(zhǎng)孔 動(dòng)壓 90~230 21~48 77~79撫順勝利礦 長(zhǎng)孔 動(dòng)壓 7256~310 895~ 70~中梁山礦南井 長(zhǎng)孔 動(dòng)壓 1300 620~328 52~75雞西東海三井 長(zhǎng)孔 動(dòng)壓 673 187 平頂山礦務(wù)局 長(zhǎng)孔 靜壓 420 59 平頂山八礦 短孔 靜壓 512 64 75陽(yáng)泉三礦 短孔 動(dòng)壓 69通過(guò)查閱煤層注水相關(guān)資料，總結(jié)煤層注水的研究和應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)主要集中在以下幾個(gè)方面：1)運(yùn)用數(shù)學(xué)工具對(duì)注水工藝參數(shù)優(yōu)化選擇：2)水在具有裂隙和孔隙的雙孔介質(zhì)中的流動(dòng)運(yùn)移方式、煤體吸濕速度；3)針對(duì)高變質(zhì)煤表面憎水基團(tuán)而添加表面活性劑；4)針對(duì)降塵提高浮游微塵捕獲率而添加粘塵棒；5)耦合固體變形與液體在雙孔介質(zhì)中流動(dòng)運(yùn)移的固流耦合理論等。國(guó)內(nèi)煤層注水方面的文章中談到的注水方式，大多是采用比較單一的手段，很少綜合注水方式的優(yōu)點(diǎn)。但注水壓力較高。巷道鉆孔注水(遠(yuǎn)距離鉆孔注水)上部煤層巷道或底板巷道不定在降低應(yīng)力區(qū)的煤層中，或瓦斯卸壓煤層中注水。煤層注水作為國(guó)內(nèi)外煤礦廣泛采用的最積極、最有效的防塵措施。據(jù) 1989年統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)配煤礦總公司所屬的統(tǒng)配煤礦，注水工作面數(shù)占總采煤工作面數(shù)的40％。當(dāng)時(shí)已發(fā)現(xiàn)這樣的事實(shí)：工作面的空氣中的煤塵不只是來(lái)自采掘機(jī)械的破碎作用，而是來(lái)自，有時(shí)甚至主要是來(lái)自煤層中天然形成的無(wú)數(shù)裂縫中原來(lái)就已存在的大量微細(xì)煤塵。不過(guò)，其它除塵方法在應(yīng)用發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題，主要是合理的注水參數(shù)和注水工藝難以確定(因?yàn)椴煌簩雍吐癫貤l件是不一樣的)、采煤機(jī)和液壓支架?chē)婌F系統(tǒng)布置形式和噴霧參數(shù)不太合理，從而一定程度上影響了煤礦降塵效果。綜采工作面粉塵的來(lái)源較多，如進(jìn)風(fēng)流的污染、采掘機(jī)械割煤、裝煤和破碎，液壓支架周期性移架，運(yùn)輸機(jī)轉(zhuǎn)載點(diǎn)和破碎機(jī)破煤處都會(huì)產(chǎn)生大量粉塵，其中采煤機(jī)、液壓支架移架處于風(fēng)流中隨時(shí)移動(dòng)，產(chǎn)生的粉塵可隨風(fēng)流漂移和擴(kuò)散，難以用密閉罩封閉塵源，增加了治理難度；而轉(zhuǎn)載點(diǎn)和破碎機(jī)處的塵源相對(duì)固定，可采用密閉罩控制粉塵的飛揚(yáng)；采煤機(jī)割煤是工作面最主要的塵源，移架居第二位(特別是當(dāng)工作面頂板破碎時(shí)，更是如此)。采煤工作面是煤礦井下作業(yè)人員和電器機(jī)械設(shè)備高度集中的工作場(chǎng)所，也是連續(xù)產(chǎn)塵強(qiáng)度較大的作業(yè)場(chǎng)所。一般而言，隨著采掘機(jī)械化水平的不斷提高和煤礦開(kāi)采強(qiáng)度的不斷增大，加之生產(chǎn)的高度集中，礦井粉塵問(wèn)題欲顯突出。同時(shí)，對(duì)于煤層注水技術(shù)的提高具有推動(dòng)作用，對(duì)于類(lèi)似地質(zhì)條件和開(kāi)采工藝的綜采工作面具有借鑒意義。煤體濕潤(rùn)煤體后，可以有效減少采礦過(guò)程中煤塵的產(chǎn)生，防止井下工作人員因接塵