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。     

无烟煤冲击产尘粒径分布规律的试验研究

运用分形理论分析了伯方煤矿3号煤层煤样冲击产尘的粒径分布特性，得出：冲击煤尘粒径-质量之间存在明显的分形特性.随着冲击高度和冲击次数的增加，产生微细粉尘的总量也在增多，反映在ln d-ln W曲线上即为直线的斜率变小，分形维数D在不断增大.从而为定量地描述煤尘粒径分布特性规律提供了一种新的方法.     

冲击载荷下煤样动态拉伸劈裂能量耗散特征实验

为研究煤样动态拉伸变形破坏过程中的能量耗散规律,利用分离式霍普金森杆冲击加载系统,对煤样进行冲击条件下巴西圆盘劈裂试验,探讨了冲击速度、层理倾角及饱和含水对煤样总吸收能密度、总耗散能密度和损伤变量的影响;同时将煤样破碎后产生粒径为0~0.2 mm和0.2~5 mm的碎屑进行收集,并对不同尺寸碎屑的分布特征进行了对比分析。研究表明:同一层理倾角的自然煤样损伤变量随着冲击速度的增加呈近似线性增加,饱水煤样损伤变量整体随冲击速度增大呈指数函数增加;相比于自然煤样,饱水煤样粒径为0~0.2 mm的碎屑量减少了14.1%~31.3%,粒径为0.2~5 mm的碎屑量减少了33.7%~53.0%;但当层理倾角为45°时,饱水煤样碎屑量质量百分比反而比自然煤样要大。     

水对煤压裂破碎粒径分布规律的影响分析

对自然含水煤样和饱水煤样进行控制压缩量的压裂对比实验,通过Rosin-Rammler模型分析煤样压裂破碎后碎块粒径分布及其与压缩量的关系。研究结果表明:自然含水煤样小粒径(小于1.25 mm)碎块量大于饱水煤样,随着压缩量的增加,自然含水煤样和饱水煤样小粒径碎块量都增加;随着压缩量的增大,自然含水煤样碎块分布趋于分散,饱水煤样碎块分布趋于集中,且饱水煤样碎块分布比自然含水煤样集中;饱水煤样碎块中位径d50比自然含水煤样碎块小。     

电化学强化无烟煤吸水性的实验研究

煤层注水是一种常见的降低工作面粉尘、防止瓦斯突出的方法,但无烟煤的疏水性强,煤层注水效果欠佳,电化学方法可以显著提高无烟煤表面润湿性和孔裂隙发育程度,达到强化煤层注水的目的。采用0.05 mol/L的Na_2SO_4电解液对山西晋城寺河煤矿无烟煤进行电化学改性实验,并对改性前后煤样的吸水性能、表面特性和孔隙特征进行测试和分析。研究结果表明:电化学改性后煤样的含水率较原煤的增幅随吸水时间呈现先增大后减小,最后逐渐趋于稳定的趋势,与无烟煤自然煤样相比,电化学改性后阳极、中间和阴极区域煤样自然吸水率分别提高了72.57%,87.14%和102.29%;电化学改性阳极区域发生氧化反应,使煤样中的芳烃和脂肪烃氧化为含氧官能基团,表面润湿性得到增强,煤-水动态接触角较改性前降低了25.96°,煤表面ζ电位为21.38 mV,中间和阴极区域均发生还原反应,使煤样中的烷基支链脱落,芳环发生裂解,氧的相对含量增加,煤-水动态接触角较改性前分别降低了20.40°和15.21°,煤表面ζ电位分别为-68.47,-80.01 mV;在电化学过程中产生的H~+和电泳的作用下,无烟煤孔隙内充填的部分碳酸盐类矿物被溶蚀并发生运移,最终脱离煤体,改性后无烟煤中部分微孔产生"扩孔效应",阳极、中间和阴极区域的平均孔径分别增大了3.77倍,3.67倍和5.02倍,增强了水的渗透性。     

注水对无烟煤受压破坏及块度分布的影响规律

针对煤层注水是否会降低无烟煤综放工作面块煤产出率的问题,采用室内单轴压缩试验的方法,研究了自然含水率和饱和含水率无烟煤样在控制压缩量条件下的受压破坏及其破碎块度分布规律,结果表明：注水降低了无烟煤的峰值强度和弹性模量,增强了无烟煤峰值后的塑性流动性和残余强度|注水使煤受压破坏后的块度分布更加均匀,说明煤层注水可减少综放开采大块度煤量,增加了中块度煤量,小块度及粉煤的量基本无变化|无烟煤受压破碎块度-质量分布符合分形规律,且随着注水含水量的增加,试样破碎后的块度-质量分布的分形维数减小,即提高了煤破碎块度的均匀性。在综放工作面实施煤层注水不仅能软化煤体,提高顶煤放出率,同时也能增加销售价位高的中块度煤量,有助于提高无烟煤生产企业的经济效益。     

表面活性剂对煤的润湿性影响

为了研究表面活性剂对不同煤的润湿性影响,以瘦煤、焦煤、无烟煤为研究对象,选择表面活性剂十二烷基硫酸钠,设计了6个不同浓度表面活性剂溶液分别针对3种煤的润湿性及沉降实验方案.通过对不同浓度溶液表面张力、接触角的测定以及不同煤样在各浓度溶液中的沉降现象对比,分析得出煤样对应的最佳表面活性剂溶液浓度,证明了在防尘用水中添加表面活性剂的必要性.结果表明:0.5%浓度的十二烷基硫酸钠溶液对煤尘具有较好的润湿效果;表面张力与接触角随润湿性的提高而减小,当浓度达到0.5%时,二者数值趋于稳定;不同煤样结构差异对润湿性有很大影响,3种煤样润湿性最好的为无烟煤,其次为瘦煤、焦煤;添加表面活性剂可以有效改善溶液润湿性.     

不同冲击比能下煤岩颗粒破碎的分形演化

为研究不同冲击比能对矿岩粒度分布的影响,根据分形理论建立了粒度分形维数与冲击比能的理论模型。利用落重试验机对无烟煤和矸石进行不同冲击比能下破碎试验,结果表明:冲击比能对无烟煤和矸石破碎粒度分布规律影响较小,G-S分布可以很好的表征不同冲击比能下无烟煤和矸石的累积分布规律;粒度分形维数随着冲击比能的增加呈对数增长。通过试验和其他学者的试验数据验证该理论模型的正确性。     

煤表面润湿性的影响因素

为了深入研究煤表面润湿性的影响机理,选用16种不同变质程度的煤样,利用JC2000C1接触角测量仪表征润湿性大小。通过煤尘的镜质组反射率测定、工业分析、元素分析、红外光谱实验、激光粒度仪测定,研究了煤的变质程度(煤阶),化学组成,含氧官能团,粒度分形维数,比表面积等性质,并用最小二乘法与接触角建立线性拟合。研究表明:煤表面润湿性主要取决于氧含量、水分、灰分和含量官能团;亲水性含氧官能团主要为910~940 cm-1羟基变形振动和3 400~3 450 cm-1芳香羟基伸缩,在所测煤样中羰基和羧基表现不明显;同时随着煤阶,碳含量,固定碳的增大,其接触角逐渐增大,润湿性变差;利用分形维数表征粒度分布,随着煤粒径D10,D50,D90变小,分形维数增大,接触角变大,润湿性变差。     

不同冲击形式下煤样产尘粒径分布规律研究

对不同冲击形式下煤样冲击产尘粒径分布规律进行试验研究，运用Rosin—Rammler分布函数进行分析．研究表明，在双对数lnd—ln{-ln[1-F（d）]）坐标系下，粉尘粒径分布的回归曲线均为一条直线，并且线性回归良好．随着冲击次数的增加，回归直线的斜率即破碎性指标n，中位径d50均在不断减小，破碎程度指标λ总体趋势变大。并求得各个不同冲击次数下产尘粒径分布的具体函数表达式，使得对粒径分布规律有了一个量化的认识，从而为指导实际生产降尘、除尘提供了理论上的依据．     

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。     

不同硬度块煤冲击破碎后粒度分布特征试验研究

为了探究不同硬度的块煤在冲击破碎作用下破碎后的粒度分布特征,利用坚固性系数实验装置,对4种不同硬度的块煤进行了冲击破碎试验研究,试验结果表明:破碎功与块煤破碎后的新增表面积成线性关系,折算直径与破碎功成反比。块煤破碎后具有自相似特征,其分形维数能够反映煤的破碎程度,分形维数越大,破碎效果越好,坚固性系数f与分形维数D呈线性关系。颗粒在破碎过程中,大颗粒因周边小颗粒的存在而受到缓冲作用,使得较小颗粒由于挤压作用而优先破碎,小颗粒的缓冲作用增强了大颗粒抵抗破碎的能力,因此较小颗粒反而更容易破碎。     

表面活性剂对无烟煤煤尘的抑尘效果研究北大核心

研究了脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO_(9))、十二烷基硫酸钠(SDS)和十二烷基三甲基溴化胺(DTAB)3种表面活性剂溶液对晋城无烟煤呼吸性粉尘的抑尘效果。在临界胶束质量分数(CMC)下,利用悬滴法和座滴法分别测定了表面活性剂溶液的动态表面张力和在无烟煤表面的动态接触角;利用分子动力学模拟研究了表面活性剂与无烟煤的吸附强度、胶束的稳定性以及单分子在水中的扩散系数。实验结果表明:AEO_(9)溶液对煤尘的降尘效果最好,SDS次之,DTAB最差;在临界胶束质量分数(CMC)以上,悬滴平衡态表面张力值依次是AEO_(9)相似文献   

单颗粒煤岩冲击破碎能耗与粒度分布特性试验研究

为研究原煤进入流化床锅炉前破碎的能量转化规律,在落锤冲击试验台上对淮北无烟煤和淮北烟煤进行单颗粒冲击破碎试验。分析了破碎能耗与原煤以及破碎产物粒度分布的关系,以及破碎产物的粒度分布特性。研究结果表明：随着破碎程度的加深,两种煤比冲击破碎能耗呈指数增大;煤岩颗粒的易碎性随着煤岩初始粒径的增大呈现先增大后减小的趋势;当破碎产物t10值相同时,存在一个最佳的初始原煤粒径,此时的比冲击能耗最小;同等条件下淮北烟煤较淮北无烟煤更容易破碎成细小颗粒;单颗粒冲击破碎产物的粒度分布符合tn曲线族规律,冲击功增大对破碎产物中等粗细颗粒的含量影响较为显著,对微小颗粒含量的影响不大。     

操作参数对立式辊磨机产品粒度分布特性的影响

利用实验室立式辊磨机对3种不同粒度级配的矿渣试样进行了粉碎试验,基于分形理论研究了粉碎后颗粒粒度分布的分形行为,结果表明,3种不同级配矿渣试样粉碎后的粒度分布具有自相似和分形特征。考察了不同操作参数(液压缸压力、电机转速和含水率)对矿渣粒度分布和分形维数的影响,结果表明,随着液压缸压力增加、电机转速降低,各矿渣试样粒度分布趋于分散分布,分形维数逐渐增大,最终趋向定值。在低压力和高转速下,初始颗粒级配对分形维数影响显著;含水率1%时粉碎效果较好,随着含水率增加,分形维数迅速降低。在实际生产中,分形维数可以粗略评价立式辊磨机的粉碎性能。     

煤矸破碎粒度分布规律的分形特征试验研究

为寻找煤矸破碎粒度的分布规律,根据分形理论建立了煤矸破碎粒度分布的分形表达式,并与威布尔分布比较,寻找煤矸破碎特性指数、破碎程度参数、分形维数与各影响参数的关系。首先对不同杆数的滚筒进行煤矸破碎试验,根据实验结果选择合适的杆数,并对参数间的关系进行探讨;其次,对不同杆形的滚筒进行煤矸破碎实验,根据实验结果确定杆形对煤矸破碎粒度分布的影响;最后对不同地质条件下的煤矸进行破碎实验,研究不同硬度的煤矸对煤矸破碎粒度分布的影响。研究结果表明：杆数为6、杆形为三角杆的滚筒破碎效果最好。威布尔分布、分形分布均可表示煤矸破碎粒度的分布规律,但用分形分布表示煤矸破碎粒度的分布规律,能更好地表达煤矸破碎粒度的的分布规律,可以更好地指导生产。