【正文】 表 34 礦井水和自來水與自然狀態(tài)下煤樣的接觸角 The contact angle between the natur。6mm 左右移動(dòng)：≥177。線方向視場 Φ18mm⑵測量精度：1176。其主要結(jié)構(gòu)由測量儀主機(jī)、液滴器、針頭、CCD、變倍光筒、工作臺(tái)組成。⑼把礦井水換成普通自來水重復(fù) 2~8 的步驟。⑺把測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。⑸點(diǎn)擊停止視屏，在大窗口視屏中用測量三點(diǎn)形成的角度來測量接觸角（每個(gè)樣品分別測四個(gè)點(diǎn)） 。⑶點(diǎn)擊開啟視屏，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。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。 礦井水接觸角測定 測試原理本次實(shí)驗(yàn)利用 JYPHb 接觸角測定儀，通過拍照然后在照片上測量，觀測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]。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，通常把垂直通過液體表面任一單位長度與液面相切的收縮表面的力叫做表面張力。其中，礦井水試樣的表面張力曲線圖見圖 31~圖 36；普通自來水試樣的表面張力曲線圖見 37~圖 312。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。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。用微控全自動(dòng)界面張力儀可以迅速、準(zhǔn)確地測出各種液體的表面、界面張力。⑸選用自來水再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，重復(fù)⑴~⑷的步驟。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)擊開始鍵進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。⑶把被測液體礦井水倒入玻璃杯中 20~25mm 高，將玻璃杯放入托盤中間位置。穩(wěn)定后，開始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 測定方法與步驟采用圓環(huán)法測定表面張力，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。 礦井水表面張力測試 測試原理本次實(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)與被測液體之間的膜被拉長，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)過微機(jī)處理轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的張力值，并自動(dòng)顯示出來。所以強(qiáng)制吸水率要高于自然吸水率。這表明，在強(qiáng)制吸水試驗(yàn)的過程中，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。⑵強(qiáng)制吸水率測定結(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。19 / 69 測試設(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。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。③接上抽氣系統(tǒng)，所有連接處均不得漏氣。⑵按照《中華人民共和國煤炭工業(yè)部部標(biāo)準(zhǔn)－巖石吸水性測定方法》（MT／T421987 ）中對煤的強(qiáng)制吸水率的測定方法的描述進(jìn)行測定，具體測定方法與步驟如下：①試件制備和烘干稱重按自然吸水率測定步驟①、②進(jìn)行。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 為止。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。 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。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。 煤樣吸水性的測定 測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。實(shí)驗(yàn)報(bào)告中，列出各單個(gè)試件測值及 3 個(gè)試件的算術(shù)平均值。1Hz⑨ 功率：⑩ 外形尺寸（長 寬高）：790mm650mm680mm⑶數(shù)字天平⑷XSB88 型 頂擊式震篩機(jī)（如圖 34 所示）浙江上虞市圣飛實(shí)驗(yàn)機(jī)械廠篩子直徑：200mm 篩座震幅：8mm搖動(dòng)次數(shù)：211 次/分 振擊次數(shù)：147 次/分轉(zhuǎn)速：2500 轉(zhuǎn)/分 回轉(zhuǎn)半徑：功率： 17 / 69 測定結(jié)果及分析測定結(jié)果按下式計(jì)算：w=( g1－g 2)/g2100%式中：w——煤樣的天然含水率； g1——保持天然水分的試件質(zhì)量，g； g2——烘干的試件質(zhì)量，g。10℃（在 25℃~1000℃范圍內(nèi)）④ 熱電偶：鎳鉻 —鎳硅熱電偶（分度號 K）⑤ 升溫時(shí)間：（室溫 ~920℃）≤25min⑥ 灰分測定精密度符合 GB/T212 中 規(guī)定⑦ 揮發(fā)分測定精密度符合 GB/T212 中 規(guī)定⑧ 電源：AC220V177。1Hz電機(jī)功率：460W 轉(zhuǎn)速：24000r/min執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：Q/12HQ34802022⑵馬弗爐① 測溫范圍： 0℃~1000℃② 測溫精度： 177。型號：FW100 型 粉碎室內(nèi)徑：Φ100mm工作電壓：220177。利用公式計(jì)算煤樣含水率并記錄數(shù)據(jù) [28]。水分在 %以下時(shí)，不進(jìn)行檢查性干燥。⑸進(jìn)行檢查性干燥，每次 30min，直到連續(xù)兩次干燥煤樣的質(zhì)量減少不超過 或質(zhì)量增加時(shí)為止。在一直鼓風(fēng)的條件下，干燥 h。)g，用電子天平稱準(zhǔn)至 ，平攤在稱量瓶中。 測定方法與步驟按照《中華人民共和國煤炭工業(yè)部部標(biāo)準(zhǔn)—巖石含水率測定方法》 （MT/T 432022）及《 煤的工業(yè)分析方法》 （GB/T 2122022）進(jìn)行測定，具體測定方法與步驟如下：⑴把從現(xiàn)場采回的煤樣用高速萬能粉碎機(jī)粉碎，用振動(dòng)篩篩取小于 的煤樣，裝入貼上標(biāo)簽的密封袋等待實(shí)用。 煤樣原始水分的測定 測試原理按照《GB/T 2122022 煤的工業(yè)分析方法》取一定量的空氣干燥煤樣，稱量后置于105~110 ℃干燥箱內(nèi)，于空氣流中干燥90min到質(zhì)量恒定。包裝外面貼上標(biāo)簽，然后再用普通包裝袋包裝，封好袋口。每個(gè)煤樣質(zhì)量不少于 3Kg。15 / 693 陳四樓煤礦煤層注水相關(guān)基礎(chǔ)參數(shù)測定 煤樣及礦井取水煤層煤樣采取方法按國標(biāo)《GB 4821995 煤層煤樣采取方法》的規(guī)定，在陳四樓煤礦 21301 綜采面采取有代表性的分層煤樣，且不包含夾石層。通常，注水量或煤的水分增量變化在 50%到 80%之間。 注水參數(shù)煤層注水參數(shù)是指注水壓力、注水速度、注水量和注水時(shí)間。在低瓦斯礦井，瓦斯含量和瓦斯壓力都很小，瓦斯壓力影響可以不考慮，而在高瓦斯礦井，瓦斯壓力往往高達(dá)數(shù)十個(gè)大氣壓，這就成為注水的主要影響因素之一。 煤層內(nèi)的瓦斯壓力煤層內(nèi)的瓦斯壓力是注水的附加阻力，水克服了瓦斯壓力的阻力后所剩余的壓力才是注水的有效壓力 [26]。陽泉一礦在注水時(shí)，水中加入 ％的洗衣粉，注水速度提高了 24％。為了降低水的表面張力，減小水的極性，提高對煤的濕潤效果，可以在水中添加表面活性劑。在長壁工作面的超前集中應(yīng)力帶以及其它大面積采空區(qū)附近的集中應(yīng)力帶，因承受的壓力增高，其煤體的孔隙率與受采動(dòng)影響的煤體相比，要小60%~70%，減弱了煤層的透水性。一般而言，煤層埋藏越深地層壓力越大，裂隙和孔隙變小，導(dǎo)致透水性能降低。13 / 69 上覆巖層壓力及支承壓力煤層由于埋藏深度所承受的地層壓力也不同，從而使煤層內(nèi)各裂隙的嚴(yán)密程度及微孔隙容積的壓縮程度有很大的差異。注水現(xiàn)場也證實(shí)，濕潤煤體的層理、節(jié)理面只需數(shù)小時(shí)到數(shù)天，而使煤體大部分細(xì)微孔隙濕潤則需要十余天到數(shù)十天。煤體開始注水后，水可以較快地到達(dá)一些裂隙中，但細(xì)小的孔隙則需要較長時(shí)間。毛細(xì)作用力隨孔徑變細(xì)而增加?？梢?，煤層注水效果與煤層的裂隙和孔隙有直接關(guān)系。煤體的孔隙發(fā)育程度一般用孔隙率表示，系指孔隙的總體積與煤的總體積的百分比。煤體的裂隙越發(fā)育則越易注水，可采用低壓注水(根據(jù)撫順煤研所建議：低壓小于 2943kPa，中壓為 2943~9810kPa，高壓大于 9810kPa)；否則需采用高壓注水才能取得預(yù)期效果。因此煤層注水對減少煤塵的產(chǎn)生有著極其重要的意義 [25]。注水后的煤層，在回采及整個(gè)生產(chǎn)流程中都具有連續(xù)的防塵作用，而其它防塵措施則多為局部的。此外，煤層注水破壞了煤體內(nèi)原有的煤瓦斯體系的平衡，形成了煤瓦斯水三相體系，這個(gè)體系內(nèi)各個(gè)介質(zhì)間發(fā)生著相互作用。壓差和重力造成的水滲透流動(dòng)，時(shí)間不長，范圍不大，濕潤效果不高，一般只能達(dá)到 10%~40%。自運(yùn)動(dòng)與注水壓力無關(guān)，它取決于水的重力和水與煤炭的化學(xué)的、物理化學(xué)的作用。水在煤層中的運(yùn)動(dòng)可以分為壓差所造成的運(yùn)動(dòng)和它的自運(yùn)動(dòng)。煤層注水是回采工作面最重要的防塵措施，它是在回采前預(yù)先在煤層中打若干鉆孔，通過鉆孔注入壓力水，使其滲入煤體內(nèi)部，增加煤的水分和塵粒間的粘著力，并降低煤的強(qiáng)度和脆性，增加塑性，減少采煤時(shí)煤塵的生成量；同時(shí)將煤體中原生細(xì)塵粘結(jié)為較大的塵粒，使之失去飛揚(yáng)能力。高壓注水時(shí)，可能使煤中裂隙和孔隙的容積以及煤的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，甚至造成煤的破裂和松動(dòng)，起到水力疏散煤體的作用，使煤層近工作面部分的卸壓和排放瓦斯。只有當(dāng)能經(jīng)常滲透裂隙和孔隙補(bǔ)給液體時(shí)，則可進(jìn)一步增加煤的水分。其搬運(yùn)水分的速度也有很大的差別，當(dāng)向煤體注水時(shí)，水首先是在裂隙和大孔中運(yùn)動(dòng)，之后才在毛細(xì)力的作用下進(jìn)入較小的空隙中，而在擴(kuò)散作用下，水才可能更深地進(jìn)入煤的微孔中。水在不同孔隙中的運(yùn)動(dòng)形式也不相同，滲透運(yùn)動(dòng)是在大的裂隙和孔隙中發(fā)生，毛細(xì)運(yùn)動(dòng)是在較小的孔隙中發(fā)生，而分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)則是在煤的超微結(jié)構(gòu)的孔隙中發(fā)生。技術(shù)路線如下圖所示： 現(xiàn) 場 調(diào) 研 及 基 礎(chǔ) 資 料 分 析實(shí) 驗(yàn) 室 試 驗(yàn) 理 論 依 據(jù)煤 層 注 水 方 案 的 制 定現(xiàn) 場 試 驗(yàn) 改 進(jìn) 和 完 善形 成 技 術(shù) 成 果圖 11 論文研究技術(shù)路線 Technology route of study11 / 692 煤層注水降塵機(jī)理及影響因素分析 煤層注水機(jī)理煤是一種裂隙孔隙介質(zhì)，流體可以在其中流動(dòng)，但煤中有大小不同的各種孔隙，大的直徑可到數(shù)毫米，小的微孔直徑小于 100(197。 研究方法及技術(shù)路線本文采用現(xiàn)場測試與分析、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)以及理論分析等多種手段相結(jié)合的方法開展研究工作。⑵在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行煤樣的含水率、吸水性能、礦井水的表面張力、礦井水與煤接觸角等基本參數(shù)的測定，為現(xiàn)場煤層注水方案的選擇奠定基礎(chǔ)。深入研究磁場對水的作用效果、磁化水在不同煤種中的潤濕性、滲透性的影響規(guī)律，以及研制出方便、適合的磁化裝置，將是今后煤層注水技術(shù)研究的一大亮點(diǎn) [24]。因而自動(dòng)化打鉆、封孔、注水系統(tǒng)的研究將是今后的主要科研方向。⑵提高注水設(shè)備的可靠性與自動(dòng)化程度，為煤層注水的快速、方便、有效實(shí)施創(chuàng)造有利條件。⑴煤是一種多孔性物質(zhì)，煤體中的孔隙、裂隙的分布密度，延展方向以及連通狀況等性質(zhì)對注水在煤體中的分布具有重要的意義，對于不同成因及煤巖種類的煤層來說，其裂隙和孔隙的發(fā)育程度不同，注水效果差異也較大。山西煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院李金龍運(yùn)用預(yù)先危險(xiǎn)性分析(PHA)方法，全面細(xì)致地分析了在煤層注水作業(yè)中存在的主要危險(xiǎn)因素及危害后果做了全面細(xì)致的深刻分析，提出了具有全面性、針對性的安全技術(shù)對策，填補(bǔ)了國內(nèi)研究煤層注水方面對對危險(xiǎn)性因素預(yù)先分析的空白，對于減少礦井事故發(fā)生、防止職業(yè)病、提升礦井安全保障能力有著積極的實(shí)踐指導(dǎo)意義。近幾年來，我國大部分學(xué)者對煤塵注水煤體潤濕機(jī)理探究及其參數(shù)合理選擇作了大量的研究工作，取得了可喜的成績，其中著名代表有李宗翔、康天合、趙陽升、金龍哲、俞啟香等。 在利用現(xiàn)代科技，實(shí)現(xiàn)煤層注水自動(dòng)化控制方面。研究發(fā)現(xiàn)，在利用降塵劑增加與煤的吸水性、添加粘塵棒增加煤層注水的效果等，這些措施能夠提高注水效果，但是容易污染地下水資源 [15]。文獻(xiàn)[14] 中介紹一種具有降低注入水表面張力和防止注入水分蒸發(fā)雙重功效的注水添加劑一粘塵棒，并在煤礦現(xiàn)場進(jìn)行的對比試驗(yàn)。文獻(xiàn)[12] 通過實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場實(shí)際煤層注水的研究，提出：表面活性劑提高煤層注水效果是由于水中加入濕潤劑后水的表面張力和濕潤邊界減小，提高了水溶液的毛細(xì)和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)能力，從而提高了煤層注水的效果：濕潤劑水溶液與清水注水相比，可使水份增加提高 ％~％，同時(shí)還促使了煤層中水的均勻分布。神華集團(tuán)神東公司安監(jiān)局孫小平等對連采機(jī)掘進(jìn)巷道的氣幕控塵技術(shù)進(jìn)行了研究，氣幕控塵裝置在掘進(jìn)面國外連采機(jī)上的成功使用，為我國機(jī)掘工作面粉塵治理開辟了新的技術(shù)途徑：該裝置能有效地控制連采工作面粉塵，將我國機(jī)掘工作面粉塵治理提高到一個(gè)新的水平，開創(chuàng)了氣幕控塵技術(shù)在國內(nèi)使用的先例 [11]。為了正確評價(jià)掘進(jìn)工作面防塵措施對作業(yè)環(huán)境的影響，湘潭礦業(yè)學(xué)院劉榮華等結(jié)合壓入式通風(fēng)掘進(jìn)工作面風(fēng)流流場結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，探討掘進(jìn)工作面噴霧降塵對工作面三區(qū)空氣濕度分布的影響，建立了三區(qū)濕度計(jì)算模型，得出了壓入式通風(fēng)掘進(jìn)工作面三區(qū)濕度分布不均勻的規(guī)律，為進(jìn)一步研究通風(fēng)過程中掘進(jìn)工作面空氣濕度的分布，正確評價(jià)掘進(jìn)工作面