矿井煤尘的分形特征及对其表面润湿性能的影响

李庆钊^1,2,3，林柏泉^1,2,3，张军凯⁴，石俊俊^1,2,3，代华明^1,2,3

1. 中国矿业大学安全工程学院2. 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室3. 中国矿业大学煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室4. 徐州空军学院航空四站系

摘 要：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10μm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。

关键词：煤尘;分形特征;润湿特性;接触角;动力学模型;