矿井煤尘的分形特征及对其表面润湿性能的影响

基于光学接触角测量仪研究了不同煤质、不同粒度煤尘对去离子水以及添加羧甲基纤维素钠（CMC）、十二烷基硫酸钠（SDS）等表面活性剂时的润湿接触角,同时基于非线性的分形理论对煤尘粒度、表面孔隙结构等分形特征进行了研究,分析了粒度及表面结构分形维数对颗粒表润湿特性的影响。结果显示,细化煤尘表现为较强的疏水性,0.2%的表面活性剂可显著改善颗粒表面的润湿性能,其中以阴离子表面活性剂（SDS）为佳;煤尘的粒度分布、颗粒表面的孔隙结构均表现出典型的分形特征;随着粒度分形维数的增加,颗粒中位粒径降低,其表面的润湿接触角增加,特别是对于粒径小于10 μm的煤尘较为显著;随着表面孔隙分形维数的增加特别是对于分形维数大于2.5时,表面润湿接触角逐步减小并趋于稳定。     

物化型软岩块体崩解特性差异的试验研究

通过对以高岭石和蒙脱石含量为主的2种软岩崩解特性的对比试验,运用分形几何理论分析了不同初始块度和循环崩解次数的2种软岩崩解颗粒的粒径分布特性,并就2种软岩的崩解特性差异进行了探讨.研究结果表明：随初始块度S和循环崩解次数n的增加,软岩的崩解性增强,崩解颗粒小粒径化.以高岭石含量为主软岩崩解主要是由结构缺陷中空气被水挤压产生超张应力,使原结构缺陷扩容引起,崩解后以大粒径颗粒为主,其粒径分布的分维数D为0.873 1～1.764 2;而以蒙脱石含量为主软岩崩解则主要是由蒙脱石遇水膨胀造成岩体差异膨胀引起,崩解后以小粒径颗粒为主,其粒径分布的分维数D为2.223 1～2.716 2.     

基于MATLAB的筛分车间内煤尘运动轨迹模拟

为了掌握选煤厂筛分车间内煤尘的运动及扩散分布规律,在对煤尘颗粒在特定条件下的运动轨迹建立运动轨迹方程的基础上,借助于计算机软件MATLAB的计算及模拟仿真功能,通过编写程序分别对粒径为1,10和100 μm的煤尘运动轨迹进行计算及模拟仿真,得出了这3种粒径煤尘运动轨迹规律的可视化图形,模拟图形较好地体现了煤尘运动的轨迹及扩散分布的变化趋势:粒径越小的煤尘颗粒随气流上下波动的范围和弧度就越大;当粒径为1 μm时,煤尘可以完全随气流飘扬脉动,随着颗粒直径的增大,脉动运动受重力的作用而衰减,当煤尘粒径为100 μm时,煤尘基本上随气流脉动很小,在重力的作用下将慢慢沉降.     

SDS溶液改变无烟煤润湿性与冲击产尘粒径分布的实验研究

为了提高无烟煤层注水效果,采用不同浓度的十二烷基硫酸钠(SDS)溶液对无烟煤样进行了浸泡改性,并对浸泡改性前后煤样的表面基团、煤/水动态接触角、自然吸水率以及冲击产尘粒径分布规律进行了测试和分析。结果表明:SDS溶液浸泡改性使无烟煤样润湿性增强,煤/水动态接触角随SDS溶液浓度的增加呈指数规律降低;改性煤样的自然吸水率随着SDS溶液浓度的增加呈指数规律增加。自然煤样和改性煤样在饱水状态下的冲击破碎产尘粒径-质量分布具有分形特征,煤样的自然饱水率越高,受冲击产尘粒径-质量分布的分形维数越小;随着SDS溶液浓度的增大,其改性煤样的冲击产尘粒径-质量分布分形维数减小,即产生的微细粉尘总量减少。     

落锤冲击破碎能耗试验分析

为加深对冲击破碎机理的认识,同时为模拟冲击破碎过程提供试验支撑,采用实验室设计的落锤装置对单个钨矿进行了冲击破碎试验。以破碎后质量粒级分布、平均粒径、粒度分维数及新增表面积为衡量指标,分析了试验过程中冲击破碎能量与破碎效果之间的关系,并基于前人研究基础,对表面分维数与粒度分维数进行了定量分析。结果表明:在不同冲击高度下,钨矿破碎后的质量粒级分布,在细粒级区,具有一定的线性关系;在粗料区,呈曲线关系;破碎后粒径具有分形特性,粒度分维数与冲击破碎能呈线性关系,与平均粒径具有某种函数关系。利用试验数据验证了破碎能耗分形理论中表面分维数与粒度分维数取值范围重合(D≈Ds)的正确性,表面分维数也可用于表征冲击破碎效果。     

综采工作面煤尘粒度分布特性分析

煤尘作为矿山的一大灾害,对生产现场的环境,职工的身体健康,机电设备的使用寿命等方面影响极大。为研究分析霄云煤矿煤尘粒径分布及其相关特性,通过winner3001干粉激光粒度分析仪对煤粉样品粒径进行统计,得出煤尘样品颗粒粒度分布结果,并对结果采用Rosin-Rammler(R-R)模型分布函数进行拟合。结果表明:霄云煤矿悬浮煤尘粒径范围在1~200μm内并且粒径符合Rosin-Rammler(R-R)模型分布,中位径为97.48μm,分散度为1.996。通过对霄云煤矿粉尘粒度分布规律的研究,为综采工作面的抑尘、除尘工作提供可靠的依据。     

冲击波引爆高灰分煤尘的试验研究

为研究冲击波作用下高灰分煤尘的爆炸特性，利用冲击波引爆煤尘的爆炸试验测试系统，对高灰分煤尘做了冲击波引爆试验研究；用电子显微镜对其爆炸前后特性进行微观研究并对其表面能谱做了分析。结果表明，对高灰分煤尘，在冲击波多次冲击下，煤尘的爆炸特性明显增强，且危险性大大增加。     

不同浓度煤尘云爆炸前后微观结构分析

运用20 L粉尘爆炸特性测试系统,实验研究了某一典型高挥发分煤尘的爆炸压力变化特性,并通过电镜扫描技术对其爆后残留物的微观结构进行了分析。通过研究得出:煤尘爆炸压力和压力上升速率随着煤尘云浓度的增加先增大后减小;平均粒径为19.45μm的煤尘,随着煤尘云浓度的增加,爆后残留物的孔隙率和粒径逐渐增加,且粒径随煤尘云浓度的增加呈指数增大的趋势变化。所得结论为认清煤尘爆炸机理及有效防治煤尘爆炸事故提供了重要的理论依据。     

煤尘润湿性能与粒径关系的实验研究

为深入研究不同粒径煤的润湿性,采用接触角测量、沉降实验和反渗透测定的方法,对5种粒径的无烟煤进行系统的实验研究.结果表明:(1)煤与液体的接触角随煤粒径的增大而减小;(2)影响煤尘在液体中沉降时间的主要因素是煤尘的粒径,煤尘粒径越小沉降的速度越慢;(3)煤尘的反向渗透速度与煤尘的粒径是正相关的,反向渗透速度越快的必要条件为煤尘的粒径较大;(4)煤在机械破碎后,不同粒径煤尘的亲水性不同,即煤尘的润湿性在煤尘的粒径不同时表现不同,粒径较大的煤尘润湿性好,粒径越小的煤尘润湿性越差.     

石墨多孔介质孔隙度与比表面积的分形描述

为准确描述石墨多孔介质的孔隙结构，从Menger海绵模型出发，建立了石墨多孔介质的分形模型，推导了孔隙度和比表面积的分形表达式。关系式表明，石墨多孔介质的孔隙度和比表面积与等分数（m）、去掉的立方体个数（n）、迭代次数（i）有关，合理选择m、n、i是准确模拟的关键。压汞实验的结果表明，石墨试样体积分形维数在268~292之间，与Menger海绵的分形维数273较为接近，实验值与理论计算值基本吻合，可以应用分形理论描述石墨多孔介质的孔隙度与比表面积。     

低级无烟煤冲击产尘特性的试验研究

煤体冲击产尘特性是指煤体受外界能量作用破碎过程中产生粉尘量及粉尘粒度的分布状况,它不仅取决于煤体本身的属性,而且与其含水量、破碎过程中所受外界能量等因素有关。以伯方煤矿3#煤为研究对象,进行了不同冲击能、不同含水率的冲击产尘试验。试验结果表明:低级无烟煤受冲击所产粉尘的重量和粒径之间存在明显的分形特征;随冲击能量的增加,煤样分形维数及产生微细粉末总量以不同关系递增;煤样分形维数及产生微细粉尘总量与其含水率呈负线性相关关系,当煤样的水分含量达到其饱和含水率时,产生微细粉末总量最低,存在最佳含水量。     

煤粉碎粒度分布的分形模型

从自相似分形几何原理出发,建立了煤粉碎粒度分布的分形模型,得到了煤粉碎的分形粒度分布公式。结果表明:煤粉碎的粒度分布维数取决于煤粒的粉碎概率和粉碎相似比,影响煤粉碎粒度分布的因素有煤粉碎的粒度分布维数和煤粉碎后煤粒的最大粒径,煤粉碎的粒度分布维数反映了煤粉碎后煤粉颗粒群粒级的粗细程度。通过分形粒度分布与实际粒度分布的比较,验证了本模型的正确性,可用于指导工程实际。     

采煤工作面回风巷沉积煤尘分布规律的研究

沉积煤尘是产生煤尘爆炸的隐患,因此研究沉积煤尘的分布规律,对科学管理沉积煤尘,预防粉尘爆炸具有重要意义。通过对阳煤集团新景煤矿7206综采工作面回风巷沉积煤尘历时1月的测定,分析了煤尘沉积的特点和粒度分布规律,得出煤尘主要沉积在从工作面上风口到100 m处,沉积煤尘的粒径范围在1~100μm,中位径为20~30μm等重要结论。     

煤孔隙分形特性及其吸水性能的研究

利用压汞法测量了几种煤样的孔隙分布,分析了各煤样孔隙体积和表面积的分形规律和分形维数,以及两种分形维数的相关性。实验观测了各种煤样的吸水和失水速度,分析了吸、失水速度随时间变化的规律及其与孔隙分维数的相关性,建立了吸、失水速度随孔隙分维数和最大孔隙直径变化的回归方程,为煤层注水提供了必要的理论基础。     

基于数字分形原理的矿区粉尘时空分布与防治技术

为减少露天煤矿粉尘弥散对矿区环境及人员、设备的危害,本文以河曲露天煤矿为工程背景,开展了露天煤矿粉尘运移、分布及治理研究。结果表明:①利用现场监测手段分析了不同区域的粉尘浓度变化情况,确定了露天煤矿产尘主要区域。②将分形维数引入粉尘的运移和分布当中,研究了粉尘粒径、风速与分形维数之间的相互关系。③以高分子材料为主体进行化学抑尘剂的配比研究,研发了一种清洁高效、低成本的化学抑尘剂,该化学抑尘剂对于粉尘颗粒具有较好的捕捉效果并且能够在喷洒后形成薄膜防止二次起尘。     

冲击载荷作用下煤岩破碎与耗能规律实验研究

为了探索煤岩在冲击过程中的破坏特征和能量耗散规律,利用Φ75 mm霍普金森压杆(SHPB)实验装置,对煤岩试件进行不同应变率条件下的冲击压缩实验,分析了冲击加载速率对煤岩破碎耗能和块度分布的影响。实验结果表明:在实验应变率范围内,随着子弹速度的提高,应变率和应力波携带的能量均呈线性增长,而煤岩破碎耗散能则呈指数上升。通过对实验碎块进行块度分维,发现随着应变率的提高,试件的耗散能密度快速增大,煤岩碎块的分形维数就越大,块度越细,破坏的程度越剧烈。分形维数与应变率及耗散能密度之间呈对数增长的关系,即分形维数增大的趋势变缓。     

不同应变率下煤岩冲击动力试验研究

利用75 mm的分离式霍普金森压杆（SHPB）实验系统,对煤岩进行不同应变率下冲击压缩试验。实验结果表明：煤岩微细观特征复杂,离散性强;煤岩在低应变率下多呈轴向劈裂破坏,高应变率下呈现出压碎破坏;冲击过程中能量随着应变率的增大而增大,耗散能与应变率基本呈弱幂函数关系或线性分布关系;煤岩破碎块度分维与应变率呈线性相关,分形维数在1.7~2.2范围内,应变率越大,块度越小,分形维数越大,煤岩耗散能量越大。     

煤岩孔裂隙结构分形特征及渗透率模型研究

为探究煤岩孔裂隙结构与渗透特性的联动关系,采用扫描电镜、偏光和分形等手段分析煤岩孔裂隙结构分布特征,利用自主研发的出口端正压三轴渗流装置,开展恒定有效应力条件下孔隙压力升高的渗流试验。基于分形理论,考虑煤岩表面孔隙分布情况对煤岩渗透率的影响机理,建立考虑孔裂隙分形特征的煤岩渗透率模型,通过试验验证其合理性,对煤岩孔裂隙下分形维数和渗透率耦合进行定量分析。研究结果表明:①六盘水矿区煤岩表面含有一定数量的孔隙和裂隙,其中四角田7号煤层孔裂隙发育情况最好,具有2条清晰的宽度较大的裂隙,并伴有大量交叉微裂隙及孔隙发育,煤岩结构破坏严重;②通过盒维数法可得煤岩孔裂隙分布具有明显的分形特征,且煤岩孔隙率与分形维数呈正相关关系;③恒定有效应力条件下,煤岩渗透率随孔隙压力升高呈现先急剧降低后趋于平缓的趋势,受孔裂隙结构影响,在相同的孔隙压力下煤岩渗透率存在明显差异。煤岩表面孔裂隙结构越复杂其分形维数越大,有助于瓦斯运移,渗透率呈上升趋势;④考虑孔裂隙分形特征的煤岩渗透率模型计算值与实测值吻合度较高,与前人研究成果相比,无论理论机理的适用性还是对试验点的匹配方面都更加适用,且能较好地反映孔隙压力与渗透率的联动关系。