綜采工作面煤層注水防塵技術(shù)試驗研究

1、摘摘 要要隨著礦井機械化程度的不斷提高，煤礦塵害問題日趨突出。礦井粉塵不僅污染井下工作場所，危害礦工身體健康，而且能加速機械的磨損，在一定的條件下發(fā)生爆炸，釀成重大災(zāi)害。因此，制定有效的防塵、降塵措施對煤礦安全具有重大意義。其中，采用降低工作面回采時煤塵產(chǎn)生量的最根本、最有效的主動防塵手段綜采工面煤層注水防塵技術(shù)，能很好地幫助解決這一問題。本文針對永煤集團陳四樓煤礦回采工作面粉塵濃度一直居高不下的實際情況，開展綜采工作面進行煤層注水防塵技術(shù)試驗研究。首先在研究煤層注水機理的基礎(chǔ)上，對影響煤層注水效果的因素進行分析；然后現(xiàn)場取煤樣在實驗室試驗，對二2煤層注水相關(guān)基礎(chǔ)參數(shù)進行測試與分析，為注水水樣

2、的選取提供依據(jù)；再此基礎(chǔ)上，對煤層注水方式、注水設(shè)備、注水關(guān)鍵工藝及參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計，分別在綜采工作面開展了氣動高壓注水、脈動高壓注水和靜壓注水的煤層注水工業(yè)性試驗，并對注水效果進行考察，根據(jù)現(xiàn)場實測效果，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)。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：綜采工作面；煤層注水；靜壓注水；動壓注水 AbstractWith the improvement of the mechanization on the fully mechanized mining face，the problem of coal dust are becoming more pro

3、minent. Mine dust pollutes the workplace of underground and endangers the health of miners, also accelerates the wear and tear of machine and cause explosion in certain conditions. Therefore, it is signification for mine safety that we should make effective measures for dust and reduction. Among the

4、m, it would be very helpful to solve this problem by using the seam water injection technology for dust in fully mechanized mining face, because it is the most fundamental and effective methods to reduce dust generation during mining face. In this paper, the reality is that the dust concentration ha

5、s been actually high in mining face of Chen Si Lou mine of Yong Mei Group, we decide to study on seam water injection technology for dust in fully mechanized mining face to solve this problem. Firstly, we analysis the factors of affecting the effect of seam water injection that based on the study of

6、 mechanism of seam water injection. Then, taking coal samples and testing it in the laboratory. Testing and anglicizing the basic parameters of 二2 coal seam injection to provide the basis for the selection of water samples. On this basis, we make a optimization for the seam water injection method、in

7、jection equipment、the key injection technology and parameters, then the pneumatic high-pressure water injection、pulse high water injection and static pressure injection are carried out in fully mechanized mining face. The effect of seam water injection is inspected, and according to the results of f

8、ield measurement, after comparison to determine a reasonable seam water injection program. Finally, the seam water injection technology that suitable for Chen Si Lou mine is achieved.Key words: full-mechanized mining face; coal seam water injection; static water injection; dynamic pressure water inj

9、ection目目 錄錄摘要摘要 .I目錄目錄.1 緒論緒論.11.1 研究的背景和意義 .11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀.2綜采工作面防塵研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢.2煤層注水研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢.41.3 本文研究的內(nèi)容及技術(shù)研究路線.8研究內(nèi)容.8研究方法及技術(shù)路線.92 煤層注水降塵機理及影響因素分析煤層注水降塵機理及影響因素分析.112.1 煤層注水機理.112.2 影響煤層注水效果的因素 .12煤的裂隙和孔隙的發(fā)育程度.12上覆巖層壓力及支承壓力.13液體性質(zhì)的影響.13煤層內(nèi)的瓦斯壓力.13注水參數(shù).133 陳四樓煤礦煤層注水相關(guān)基礎(chǔ)參數(shù)測定陳四樓煤礦煤層注水相關(guān)基礎(chǔ)參數(shù)測定.153.1 煤樣及礦

10、井取水 .153.2 煤樣原始水分的測定 .15測試原理.15測定方法與步驟.15測試設(shè)備.16測定結(jié)果及分析.173.3 煤樣吸水性的測定 .17測試原理.17測定方法與步驟.18測試設(shè)備與儀器.19測定結(jié)果與分析.203.4 礦井水表面張力測試 .21測試原理.21測定方法與步驟.21測定儀器與設(shè)備.21測定結(jié)果與分析.223.5 礦井水接觸角測定 .29測試原理.29測試方法與步驟.29測試設(shè)備與儀器.31測試結(jié)果與分析.323.6 小結(jié) .334 21301 綜采工作面煤層動壓注水試驗綜采工作面煤層動壓注水試驗.354.1 試驗工作面概況 .35工作面位置及煤層情況.35地質(zhì)構(gòu)造及頂?shù)?/p>

11、板情況.35水文地質(zhì)情況及涌水量.36回采方式及工藝.374.2 煤層氣動高壓注水試驗 .38注水原理.38注水方案及工藝.39注水進程及效果.404.3 煤層脈動高壓注水試驗 .41脈動高壓注水概述.41注水設(shè)備.41注水進程及效果.444.4 小結(jié) .495 21309 綜采工作面煤層靜壓注水試驗綜采工作面煤層靜壓注水試驗.515.1 試驗工作面概況 .51工作面位置及煤層情況.51地質(zhì)構(gòu)造及頂?shù)装迩闆r.51水文地質(zhì)情況及涌水量.52回采方式及工藝.535.2 煤層靜壓注水試驗 .54注水方式及參數(shù).54施工方法.55注水效果.555.3 小結(jié) .576 結(jié)論結(jié)論.59參考文獻參考文獻.6

12、1 1 緒論1.1 研究的背景和意義煤炭是我國重要的基礎(chǔ)能源，是國民經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱。我國煤炭資源豐富、品種齊全，在能源總量和已探明的儲量中，煤炭占 90左右。而且，煤炭在我國一次能源生產(chǎn)和消費構(gòu)成中始終占 70以上。我國煤炭資源總量為 5.57 萬億噸，是最可靠、最有保障的能源。這種狀況決定了我國以煤為主的能源生產(chǎn)和消費格局將在今后一個相當(dāng)長的時期內(nèi)不會改變1。據(jù)專家預(yù)測，到本世紀中葉我國以本的能源消費結(jié)構(gòu)不會改變，到 2020 年、2050 年，煤炭所占一次能源的比重仍然為 68和 50左右。因此，煤炭在我國國民經(jīng)濟發(fā)展中依然占據(jù)不可替代的重要位置，我國能源消費在未來相當(dāng)長時期內(nèi)仍以煤炭

13、為主，煤炭作為我國基礎(chǔ)能源的地位不會動搖2。近年來，隨著煤炭科技的進步，煤礦管理的科學(xué)規(guī)范，我國煤礦安全生產(chǎn)狀況得到不斷好轉(zhuǎn)，然而煤炭行業(yè)依然是我國的高危行業(yè)之一。據(jù)可靠資料記載，我國煤礦每年的死亡人數(shù)和百萬噸死亡率均大大超過了世界其他主要產(chǎn)煤國家，中國的煤炭產(chǎn)量約占全球的 35，事故死亡人數(shù)則占近 80。我國的煤炭百萬噸死亡率是美國的 100 多倍，南非的 20 多倍，印度的 10 多倍。據(jù)統(tǒng)計，全國576 處重點煤礦，具有煤與瓦斯突出危險和高瓦斯礦井 277 處，占 57.2，有煤層自然發(fā)火傾向的礦并占 54.9，有煤塵爆炸危險的礦井占 95，此外，煤礦還受到突水、頂板冒落、沖擊地壓、火、

14、CO2涌出等災(zāi)害的威脅。官方公布數(shù)據(jù)顯示僅 20002005 年礦難的死亡人數(shù)，幾乎是每年 6000 人。導(dǎo)致這些礦難事故的原因中瓦斯爆炸、煤塵爆炸、沖擊地壓、煤與瓦斯突出等占當(dāng)大的比例。而煤塵、瓦斯爆炸和煤與瓦斯突出對安全生產(chǎn)最為嚴重，對我國國民經(jīng)濟的發(fā)展和和諧社會的建設(shè)造成惡劣影響。我國煤礦由于煤塵引起的災(zāi)害主要有瓦斯煤塵爆炸和由煤塵引起的礦山工作人員的塵肺、矽肺職業(yè)病。近年來，瓦斯爆炸頻繁發(fā)生，而且大部分的爆炸事故都有煤塵參與，煤塵使得爆炸的破壞力增加，造成的損失加大；煤炭行業(yè)有塵肺患者約 40 多萬人，且每年以 8000 人的速度遞增，每年因矽肺病死亡 2500 人，而且每年新增塵肺病

15、人數(shù)占普查人數(shù)的 3以上。煤塵作為煤礦“五害”之一，一方面，它不僅污染井下工作場所，降低空氣能見度，容易造成工傷事故，而且礦工長期吸入煤塵將會導(dǎo)致煤肺病，煤肺病的發(fā)生和發(fā)展主要是由于煤塵本身的影響所造成的，煤塵能引起塵肺病和皮膚病，危害礦工生命健康。另一方面，它能加速機械的磨損，并且能在一定的條件下發(fā)生爆炸，釀成重大災(zāi)害。根據(jù)測定，綜采工作面?zhèn)€別瞬時煤塵濃度高達 810g/m3。因此，從根本上減少綜放工作面的煤塵產(chǎn)生量，對于保障正常生產(chǎn)、減少事故以及保障員工職業(yè)健康起著極其重要的作用。煤層注水是回采前在煤層中預(yù)先鉆孔，將壓水溶液注入煤體，增加煤體水分，從而改變其物理力學(xué)性質(zhì)及熱力學(xué)性質(zhì)，以預(yù)防

16、煤礦井下災(zāi)害的綜合性措施。實踐證明，通過煤層注水可以使開采過程中的產(chǎn)塵率降低 50%60%，有的甚至能夠降低 90%以上。煤體濕潤煤體后，可以有效減少采礦過程中煤塵的產(chǎn)生，防止井下工作人員因接塵導(dǎo)致的塵肺、矽肺職業(yè)病，防止煤塵爆炸事故的發(fā)生。同時，通過煤層注水可以降低煤體強度和彈性模量，增加煤體的塑性，使應(yīng)力分布比較均勻，減緩高應(yīng)力集中，對防止煤與瓦斯突出、沖擊礦壓等災(zāi)害的發(fā)生非常有利。另外，煤層注水可以軟化堅硬煤體，使綜采速度加快，減少設(shè)備磨損，提高生產(chǎn)效率；還可以預(yù)防煤層自然發(fā)火。本課題針對陳四樓煤礦綜采工作面生產(chǎn)過程中煤塵濃度一直居高不下的問題，開展煤層注水技術(shù)試驗，對二2煤層注水的難易

17、程度、注水工藝方式、注水裝備進行深入研究，對陳四樓煤礦的安全高效開采意義重大。同時，對于煤層注水技術(shù)的提高具有推動作用，對于類似地質(zhì)條件和開采工藝的綜采工作面具有借鑒意義。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 綜采工作面防塵研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢長期以來，煤礦“一通三防”是礦井安全管理的一項重要工作，而煤礦粉塵防治是礦井“一通三防”工作的重中之重，煤礦防塵問題一直是煤礦通防安全管理的重點和難點。煤塵災(zāi)害作為礦井五大災(zāi)害之一，其危害極大，除了掘進工和其他同巖石接觸的工人可能得矽肺病以外，其他長期和煤塵接觸的工種吸入煤塵，能引起煤肺病，嚴重影響職工的身體健康；同時還可能引起煤塵爆炸，造成大量人身傷亡和財產(chǎn)損失。煤礦

18、粉塵是影響礦井安全高效生產(chǎn)，危害職工健康的主要災(zāi)害之一。一般而言，隨著采掘機械化水平的不斷提高和煤礦開采強度的不斷增大，加之生產(chǎn)的高度集中，礦井粉塵問題欲顯突出。據(jù)煤炭行業(yè)可靠資料顯示，在測定綜采工作面采煤機割煤時，司機及下風(fēng)側(cè) 10m 處人行道的瞬時原始總粉塵濃度曾達到 20004000mg/m3，礦井開采強度大，產(chǎn)塵源多，粉塵問題變得越來越嚴重。我國煤礦不僅發(fā)生過數(shù)十次煤塵爆炸事故，造成數(shù)千人死亡，而且更嚴重的是導(dǎo)致礦工患塵肺病，造成嚴重的經(jīng)濟、社會影響。因此，需總結(jié)前人經(jīng)驗，加大科研投入力度，利用現(xiàn)代科技成果，研究開發(fā)和控制綜采工作面粉塵新技術(shù)，加大我國煤礦綜合防塵的力度，對于改善礦工的

19、作業(yè)環(huán)境、保證煤礦安全高效開采、推動防塵技術(shù)的發(fā)展，具有重要的現(xiàn)實意義。采煤工作面是煤礦井下作業(yè)人員和電器機械設(shè)備高度集中的工作場所，也是連續(xù)產(chǎn)塵強度較大的作業(yè)場所。采煤的各項工序都會產(chǎn)生大量煤塵和巖塵，特別是在機械截割、運輸機械轉(zhuǎn)載震動、工作面支護等多工序平行作業(yè)時產(chǎn)生的粉塵量更大。一般來說，普采工作面粉塵濃度高于炮采工作面幾倍至幾十倍，而綜采工作面又高于普采工作面幾倍至幾十倍。阜新礦務(wù)局綜采面的粉塵濃度達20002500mg/m3，陽泉礦務(wù)局綜采工作面的粉塵濃度最高達 8888mg/m3。綜采工作面粉塵的來源較多，如進風(fēng)流的污染、采掘機械割煤、裝煤和破碎，液壓支架周期性移架，運輸機轉(zhuǎn)載點和

20、破碎機破煤處都會產(chǎn)生大量粉塵，其中采煤機、液壓支架移架處于風(fēng)流中隨時移動，產(chǎn)生的粉塵可隨風(fēng)流漂移和擴散，難以用密閉罩封閉塵源，增加了治理難度；而轉(zhuǎn)載點和破碎機處的塵源相對固定，可采用密閉罩控制粉塵的飛揚；采煤機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，更是如此)。因此，綜采工作面粉塵的控制應(yīng)以采煤機為中心3-4。 目前從國內(nèi)外所查到的資料表明：綜采工作面的粉塵控制技術(shù)主要采用煤層注水、采煤機高壓噴霧降塵技術(shù)、液壓支架自動噴霧灑水、轉(zhuǎn)載點密閉自動噴霧降塵、合理選擇采煤截割機機結(jié)構(gòu)參數(shù)及工作參數(shù)、泡沫除塵和除塵器除塵等凈化措施。其中，煤層注水是國內(nèi)外主要采用的降塵方式，一般

21、可降低粉塵濃度60%90%左右；泡沫除塵和除塵器除塵等凈化措施在國外主要產(chǎn)煤國家應(yīng)用，是一種新型高效的除塵方法，尤其是泡沫除塵的效果好一般可達 90%以上,特別是對5mm 以下的呼吸性粉塵,除塵率可達 80%以上,且泡沫除塵同噴霧灑水降塵相比,其耗水量減少 1/2 以上5。不過，其它除塵方法在應(yīng)用發(fā)現(xiàn)一些問題，主要是合理的注水參數(shù)和注水工藝難以確定(因為不同煤層和埋藏條件是不一樣的)、采煤機和液壓支架噴霧系統(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?？偨Y(jié)目前技術(shù)研究成果，雖然我國在煤礦粉塵防治技術(shù)方面取得了一定的進展和成績，但是還遠遠滿足不了日益嚴重的煤粉塵治理的需要。未來

22、的煤塵防治工作，應(yīng)在吸收國外煤塵防治先進技術(shù)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，重點發(fā)展適合我國煤炭生產(chǎn)的煤層注水技術(shù)、超高壓噴霧降塵、布袋除塵技術(shù)、聲波霧化除塵技術(shù)、磁化水噴霧降塵等技術(shù)，以期實現(xiàn)防塵技術(shù)的新突破，為我國煤礦的安全高效開采提供現(xiàn)實條件。 煤層注水研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢煤體注水作為一項防塵措施，早在上世紀 40 年代法國、西德、蘇聯(lián)、波蘭、英國、美國、比利時、捷克斯洛伐克等幾個主要產(chǎn)煤國家相繼進行了工業(yè)試驗，而且效果效果顯著，并逐漸推廣應(yīng)用。當(dāng)時已發(fā)現(xiàn)這樣的事實：工作面的空氣中的煤塵不只是來自采掘機械的破碎作用，而是來自，有時甚至主要是來自煤層中天然形成的無數(shù)裂縫中原來就已存在的大量微細煤塵。將水注入煤

23、層時，水就沿著煤的層理面、節(jié)理面以及其他無數(shù)的構(gòu)造裂隙流動，使整個煤體變的潮濕，同時也使這些裂隙中原來就有的煤塵得到濕潤，在開采過程中不至于揚起，進入空氣流中。 我國的煤體注水防塵工作始于 60 年代中期，先在本溪、陽泉、開灤、萍鄉(xiāng)等礦區(qū)進行了長孔和短孔的注水試驗，后來相繼在大同、西山、石嘴山、中梁山、松藻、北京等局礦進行了工業(yè)試驗和推廣。在 1976 年我國的科研部門研制成功我國第一臺煤層注水專用水泵(5D-2/150 型注水泵)及煤層注水自動封孔器 (2YY-501 型封孔器)，注水專用機具及測試儀表的研究工作也同時取得進展。據(jù) 1989年統(tǒng)計，統(tǒng)配煤礦總公司所屬的統(tǒng)配煤礦，注水工作面數(shù)占

24、總采煤工作面數(shù)的40。其中，石炭井礦務(wù)局已達到 90(包括采空區(qū)灌水)，降塵率達 6095；新汶礦務(wù)局不僅做到了中厚煤層逢采必注，不注不采，而且孫村、華豐、西港、泣南、南冶五個煤礦對薄煤層注水也取得了較好的效果，1988 年全局有 75 個采煤工作面注水，注水工作面的產(chǎn)量占原煤總產(chǎn)量的 73，降塵率達 7585；兗州礦務(wù)局主采煤層為 3 號煤層，煤質(zhì)堅硬，孔隙率僅為 2.24.3，屬于難注水煤層，但在南屯煤礦綜采工作面采用高壓脈沖、中壓濕潤及高、中壓交替注水的方法，取得了良好的效果，陷塵率達 4762；興隆莊煤礦對難注水煤層利用濕潤劑也取得了好的效果，降塵串達 51.4；陽泉煤礦的 3 號煤層

25、(七尺煤層)是中厚煤層，煤質(zhì)較硬，裂隙與孔隙都極不發(fā)育，采用長鉆孔注水方式注不進水，而改為短鉆孔方式注水，取得了可喜的結(jié)果。這幾個煤礦為解決難注水煤層的注水問題開辟了新途徑，提供了寶貴經(jīng)驗。此近年來，采用煤層注水防塵的工作面越來越多，也取得了較好的效果6-7。煤層注水作為國內(nèi)外煤礦廣泛采用的最積極、最有效的防塵措施。我國煤礦安全規(guī)程第一百五十四條第二項明確規(guī)定，采煤工作面必須采取煤層注水防塵措施。我國煤礦主要常用的煤層注水方式見表 1-1，表表 1-11-1 我國煤礦主要常用的煤層注水方式我國煤礦主要常用的煤層注水方式Tab.1-1 Main seam water injection meth

26、ods commonly used in chinese coal mines注水方式鉆孔地點鉆孔長度特點長鉆孔注水工作面回風(fēng)或運輸巷道30m在原始應(yīng)力區(qū)的煤層中注水短鉆孔注水工作面6m在降低應(yīng)力區(qū)的煤層中注水，裂隙發(fā)育，透水性強，注水壓力低。深孔注水工作面620m在升高應(yīng)力區(qū)的煤層中注水，裂隙不發(fā)育，透水性弱，注水壓力高。巷道鉆孔注水(遠距離鉆孔注水)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。長鉆孔注水方式具有煤體濕潤均勻、濕潤范圍大、對生產(chǎn)干擾小、能適應(yīng)高強度采煤等優(yōu)點，在煤層厚度大于 1.3m、沒有或只有較小的定向斷層、煤層傾角穩(wěn)定、頂?shù)装逦鬅o嚴重影響、煤

27、(煙煤)的孔隙率大于 4時，應(yīng)優(yōu)先考慮采用。短鉆孔注水方式具有對地質(zhì)條件及圍巖性質(zhì)適應(yīng)性強的優(yōu)點，對煤層厚度小于1.3m 及不適用于長鉆孔注水條件的煤層可考慮采用。深孔注水方式不僅具有短鉆孔注水方式所具有的優(yōu)點，適用于中厚與厚煤層，而且鉆孔數(shù)量較少，濕潤范圍較大不影響采煤工作。但注水壓力較高。如果煤(煙煤)的孔隙串大于 4并能在采煤循環(huán)中安排出注水時間，可考慮采用。目前，我國煤礦廣泛采用超前長孔注水法，即利用工作面前方卸壓區(qū)的本煤層瓦斯抽放鉆孔，代替注水孔，進行長孔注水。不僅減少了打鉆孔工作量，而且實現(xiàn)了一孔兩用，取得了可觀的經(jīng)濟效益8。國內(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

28、一的手段，很少綜合注水方式的優(yōu)點。文獻9在基于煤層注水及防塵機理進行分析基礎(chǔ)上，提出混合式煤層注水方式，即脈沖動壓注水與靜壓注水相結(jié)合進行注水。通過對現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)分析得到了注水量與注水壓力及注水時間的關(guān)系，并得到了煤層注水與降低現(xiàn)場的粉塵(全塵與呼塵)含量間的關(guān)系。現(xiàn)場試驗發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場的粉塵濃度有了較大的減少，現(xiàn)場的粉塵含量減少了 40以上，呼吸性粉塵含量減少量在20以上。表表 1-21-2 我國部分礦井煤層注水降塵效果我國部分礦井煤層注水降塵效果Tab.1-2 Effects of coal dust injection in some of chinese coal mines空氣中煤塵含量

29、 mg/m3礦名注水方式加壓方式注水前注水后降塵率(%)石炭井各礦長孔靜壓8001501003.56095撫順龍鳳礦長孔靜壓504046072806187.5大同同家梁礦長孔靜壓1320300584645678.7井徑三礦長孔靜壓8211632406070陽泉二礦長孔動壓1829532661466492軒崗六畝地礦長孔動壓40413267.3棗莊陶村礦長孔動壓2277865.6新汶孫村礦長孔動壓12846040806989北京門頭溝礦長孔動壓2857.57.69.77383雙鴨山礦務(wù)局長孔動壓9023021487779撫順勝利礦長孔動壓725631089520.67094.8中梁山礦南井長孔動

30、壓13006203285275雞西東海三井長孔動壓67318772.9平頂山礦務(wù)局長孔靜壓4205979.3平頂山八礦短孔靜壓5126475陽泉三礦短孔動壓924.6286.669通過查閱煤層注水相關(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方面：1)運用數(shù)學(xué)工具對注水工藝參數(shù)優(yōu)化選擇：2)水在具有裂隙和孔隙的雙孔介質(zhì)中的流動運移方式、煤體吸濕速度；3)針對高變質(zhì)煤表面憎水基團而添加表面活性劑；4)針對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)中流動運移的固流耦合理論等。毫無疑問，前人所做的大量的工作極大地提高了礦山安全生產(chǎn)水平，改善了井下作業(yè)環(huán)境，為我國

31、現(xiàn)代化建設(shè)做出了貢獻。但對比表 1-2 中數(shù)據(jù)和先進國家井下的煤塵的數(shù)據(jù)，雖然這些數(shù)據(jù)統(tǒng)計的是全塵，也就是包含了 100m 以下的全部粉塵，而呼吸性粉塵只包含小于 5m 的粉塵，但是也可以粗略的看出我們在礦塵治理方面與發(fā)達國家之間的巨大差距10。為了正確評價掘進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)掘進工作面風(fēng)流流場結(jié)構(gòu)特點，探討掘進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)濕度計算模型，得出了壓入式通風(fēng)掘進工作面三區(qū)濕度分布不均勻的規(guī)律，為進一步研究通風(fēng)過程中掘進工作面空氣濕度的分布，正確評價掘進工作面作業(yè)環(huán)境及防塵措施，提供了新的理論依據(jù)。煤炭科學(xué)

32、研究院重慶分院張廷松對煤體水份、風(fēng)速和產(chǎn)塵量之間的關(guān)系及其噴霧引射降塵效果進行了研究，得出了煤體的濕度及風(fēng)速對產(chǎn)塵的影響。神華集團神東公司安監(jiān)局孫小平等對連采機掘進巷道的氣幕控塵技術(shù)進行了研究，氣幕控塵裝置在掘進面國外連采機上的成功使用，為我國機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，將我國機掘工作面粉塵治理提高到一個新的水平，開創(chuàng)了氣幕控塵技術(shù)在國內(nèi)使用的先例11。為了提高注水防塵效果，改善水對煤的濕潤能力，開展了煤層注水中添加了濕潤劑的研究。文獻12通過實驗室和現(xiàn)場實際煤層注水的研究，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

33、減小，提高了水溶液的毛細和擴散運動能力，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 17.422.4，同時還促使了煤層中水的均勻分布。文獻13研究了在煤層注水時，加入不同濃度的表面活性劑考察煤層的濕潤角，改善了水對煤的潤濕性能參數(shù)，可以使煤體得到均勻的潤濕，提高了注水效果。文獻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)場進行的對比試驗。結(jié)果表明，添加粘塵棒可使煤層注水的水分增加 1.76 倍、潤濕半徑達至 40m 以上、煤中蒸發(fā)量降低 4.29.8 倍、采煤機附近的降塵率達到 86.488.2。研究發(fā)現(xiàn)，在利用降塵

34、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16采用理論分析的方法，研究了磁化水的理化特性和進行煤層注水時的增注機制結(jié)果表明，磁化水的水分子鏈(團)中的氫鍵會發(fā)生彎曲和局部斷裂，水分子問的引力常數(shù)變小，水分子得到活化，導(dǎo)致水的表面張力降低，加大了煤體對水分子的吸附能力，提高了煤體的潤濕效果；水的粘度系數(shù)的降低，加快了水在煤體中的滲流速度，提高了水在煤體中的滲透率分析表明，磁化水在煤層注水方面的應(yīng)用具有良好的應(yīng)用前景。 在利用現(xiàn)代科技，實現(xiàn)煤層注水自動化控制方面。文獻17在通過對煤層注水滲透過程分析的基礎(chǔ)上，建立自動控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)

35、模型，然后建立控制模型，通過計算機和各種傳感器及執(zhí)行機構(gòu)來實現(xiàn)對煤層注水的有效控制。近幾年來，我國大部分學(xué)者對煤塵注水煤體潤濕機理探究及其參數(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。他們運用數(shù)值模擬及計算機模擬技術(shù)，對煤層注水過程進行細致分析18-19，揭示了煤層注水時水滲透特性20及水-氣兩相流體的非線性滲流規(guī)律21，提出了煤體潤濕機理18、注水防突理論22，從而為注水設(shè)計及施工現(xiàn)場注水工藝參數(shù)的合理確定提供了理論指導(dǎo)。山西煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院李金龍運用預(yù)先危險性分析(PHA)方法，全面細致地分析了在煤層注水作業(yè)中存在的主要危險因素及

36、危害后果做了全面細致的深刻分析，提出了具有全面性、針對性的安全技術(shù)對策，填補了國內(nèi)研究煤層注水方面對對危險性因素預(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踐指導(dǎo)意義。分析廣大科研工作者和工程實踐人員的科技成果，展望煤層注水的研究方向。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。因此對于煤層結(jié)構(gòu)的分析與技術(shù)應(yīng)用將是未來煤層注水技術(shù)的研究重點。提高注水設(shè)備的可靠性與自動化程度，為煤層注水的快速、方便、有效實施創(chuàng)

37、造有利條件。但目前注水系統(tǒng)自動化程度低，封孔、注水壓力流量調(diào)節(jié)基本靠手工操作，工作量大，準確度低。因而自動化打鉆、封孔、注水系統(tǒng)的研究將是今后的主要科研方向。磁化水表面張力和粘度的降低，可以增加水在煤體中的滲透性和潤濕性，對于防止煤塵產(chǎn)生、防止煤與瓦斯突出等災(zāi)害的發(fā)生具有重要的實用價值。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24。 1.3 本文研究的內(nèi)容及技術(shù)研究路線研究內(nèi)容本文以河南煤化永煤集團陳四樓煤礦綜采工作面作為工程實例和研究背景，在認真總結(jié)前人試驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合陳四樓煤礦的具體情況，

38、將開展以下幾個方面研究工作：在研究煤層注水機理的基礎(chǔ)上，對影響煤層注水效果的因素進行分析，為提高煤層注水效果提供理論依據(jù)。在實驗室進行煤樣的含水率、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)。對綜采工作面煤層動壓注水和靜壓注水的參數(shù)和工藝進行研究，考察不同注水參數(shù)的煤層潤濕效果和降塵效果，并對比分析動壓注水和靜壓注水效果，提出最佳注水工藝和方案。 研究方法及技術(shù)路線本文采用現(xiàn)場測試與分析、實驗室試驗以及理論分析等多種手段相結(jié)合的方法開展研究工作。首先在研究煤層注水機理的基礎(chǔ)上，對影響煤層注水效果的因素進行分析；然后現(xiàn)場取煤樣在實驗室試驗，對二

39、2煤層注水相關(guān)基礎(chǔ)參數(shù)進行測試與分析，為注水水樣的選取提供依據(jù)；再此基礎(chǔ)上，對煤層注水方式、注水設(shè)備、注水關(guān)鍵工藝及參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計，在綜采工作面開展煤層注水工業(yè)性試驗，并對注水效果進行考察，根據(jù)現(xiàn)場實測效果，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)。技術(shù)路線如下圖所示： 現(xiàn)場調(diào)研及基礎(chǔ)資料分析實驗室試驗理論依據(jù)煤層注水方案的制定現(xiàn)場試驗改進和完善形成技術(shù)成果圖圖 1-1 論文研究技術(shù)路線論文研究技術(shù)路線Fig.1-1 Technology route of study2 煤層注水降塵機理及影響因素分析2.1 煤層注水機理煤是一種裂隙-孔隙介質(zhì)，流體可以在其中流動

40、，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()。水在不同孔隙中的運動形式也不相同，滲透運動是在大的裂隙和孔隙中發(fā)生，毛細運動是在較小的孔隙中發(fā)生，而分子擴散運動則是在煤的超微結(jié)構(gòu)的孔隙中發(fā)生。其中每一種形式，在空間和時間上都不是共存的。其搬運水分的速度也有很大的差別，當(dāng)向煤體注水時，水首先是在裂隙和大孔中運動，之后才在毛細力的作用下進入較小的空隙中，而在擴散作用下，水才可能更深地進入煤的微孔中。因此，煤層注水開始主要是在大的裂隙和孔隙中滲透，而毛細運動和擴散運動往往要在注水完畢后才繼續(xù)完成，并且是在滲透運動已經(jīng)波及的容積中進行，所以毛細運動和擴散運動不會擴大潤濕

41、區(qū)的范圍，而是水分的均勻分布。只有當(dāng)能經(jīng)常滲透裂隙和孔隙補給液體時，則可進一步增加煤的水分。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)，會導(dǎo)致不同的作用效果。高壓注水時，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，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。低壓注水時，煤的結(jié)構(gòu)不會發(fā)生明顯的變化，而煤體得到相當(dāng)均勻的濕潤。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，并降低煤的強度和脆性，增加塑性，減少采煤時煤塵的生成量

42、；同時將煤體中原生細塵粘結(jié)為較大的塵粒，使之失去飛揚能力。煤層的潤濕過程實質(zhì)上是水在煤層裂隙和孔隙中的運動過程，是一個復(fù)雜的水動力學(xué)和物理化學(xué)過程的綜合。水在煤層中的運動可以分為壓差所造成的運動和它的自運動。壓差所造成的運動是水在煤層中沿裂隙和大的孔隙按滲透規(guī)律流動。自運動與注水壓力無關(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。自重使水在裂隙與孔隙內(nèi)向下運動；化學(xué)作用是水作用于煤層內(nèi)的無機的和有機的組分，使之氧化或溶解；物理化學(xué)作用包括毛細管凝聚、表面吸著和濕潤等。壓差和重力造成的水滲透流動，時間不長，范圍不大，濕潤效果不高，一般只能達到 10%40%。物理化學(xué)作用是煤層濕潤的主導(dǎo)

43、作用，可以持續(xù)很長時間，并能使煤體均勻、充分地濕潤，將濕潤效果提高到 70%80%。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，這個體系內(nèi)各個介質(zhì)間發(fā)生著相互作用。水在煤層中的運動，主要是注水壓力、毛細管力、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。注水后的煤層，在回采及整個生產(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。采煤工作面產(chǎn)量占全礦井煤炭總量的 90%。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。2.2 影響煤層注水效果的因素2.2.1 煤的裂隙和孔隙的發(fā)育程度對于不同成因及煤巖種類的煤層來說，其裂

44、隙和孔隙的發(fā)育程度不同，注水效果差異也較大。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 29439810kPa，高壓大于 9810kPa)；否則需采用高壓注水才能取得預(yù)期效果。但是當(dāng)出現(xiàn)一些較大的裂隙(如斷層、破裂面等)時，注水易散失于遠處或煤體之外，對預(yù)濕煤體不利7。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。根據(jù)實測資料，當(dāng)煤層孔隙率小于 4%時，煤層的透水性較差，注水無效果；孔隙率為 15%時，煤層的透水性最高，注水效果最佳；而孔隙率達 40%時，煤層成為多孔均質(zhì)體，天然水分豐富則無需注水?？梢?，煤層注水

45、效果與煤層的裂隙和孔隙有直接關(guān)系。水注入煤體后，先沿阻力較低的大裂隙以較快的速度流動，注水壓力增高可使在裂隙中的運動速度加快。毛細作用力隨孔徑變細而增加。注水實踐表明，大的裂隙和孔隙中水的運動主要靠注水的壓力，而細小孔隙中水的運動主要靠毛細管作用，因此，水在各級孔隙中的運動速度差異很大。煤體開始注水后，水可以較快地到達一些裂隙中，但細小的孔隙則需要較長時間。國外理論研究表明，在同樣壓力下，水在半大孔隙中的運動速度要比在細微孔隙中大 1000 多倍。注水現(xiàn)場也證實，濕潤煤體的層理、節(jié)理面只需數(shù)小時到數(shù)天，而使煤體大部分細微孔隙濕潤則需要十余天到數(shù)十天。對于 10-9m 以下的細微孔隙，由于接近水

46、分子的直徑 2.610-10m，因此不在注水濕潤考慮范圍之內(nèi)25。2.2.2 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)各裂隙的嚴密程度及微孔隙容積的壓縮程度有很大的差異。因此，埋藏深度或在開采時地壓的集中程度成為影響煤層注水難易的主要因素之一。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。因而隨著礦井開采深度的增加，要取得良好的煤體潤濕效果，需要提高注水壓力。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影響的煤體相比，要小60%70%，減弱了煤層的透水性。 液體性質(zhì)的影響煤是

47、極性小的物質(zhì)，水是極性大的物質(zhì)，兩者之間極性差越小，越易濕潤。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。不同種類的濕潤劑及其配制濃度具有不同的濕潤效果，應(yīng)通過試驗選定。陽泉一礦在注水時，水中加入 0.5的洗衣粉，注水速度提高了 24。在實驗室中試驗煤樣透水性時，在水中加入濕潤劑可使透水性系數(shù)成倍增長6。 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。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。在低瓦斯礦井，瓦斯含量和瓦斯壓力都很小，瓦斯壓力影響

48、可以不考慮，而在高瓦斯礦井，瓦斯壓力往往高達數(shù)十個大氣壓，這就成為注水的主要影響因素之一。通常，煤層透氣性差，瓦斯壓力大，在這些難以抽放瓦斯的煤層中進行注水時，通常都實行中高壓注水。 注水參數(shù)煤層注水參數(shù)是指注水壓力、注水速度、注水量和注水時間。注水壓力、流量和注水時間是注水主要參數(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的注水時間為宜。通常，注水量或煤的水分增量變化在 50%到 80%之間。注水量和煤的水分增量都和煤層的滲透性、注水壓力、注水速度和注水時間有關(guān)25。3 陳四樓煤礦煤層注水相關(guān)基礎(chǔ)參數(shù)

49、測定3.1 煤樣及礦井取水煤層煤樣采取方法按國標(biāo)GB 482-1995 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。在同一煤層的回采工作面全工作面長度范圍均勻布點采樣（平均每 20m 一個） ，采樣點均多于 4 個，每點采取一個煤樣，其中包括尺寸不小于 100 mml00 mml00 mm 的塊煤至少 1 塊。每個煤樣質(zhì)量不少于 3Kg。煤樣采取后應(yīng)立即密封包裝，確保不透氣。包裝外面貼上標(biāo)簽，然后再用普通包裝袋包裝，封好袋口。礦井水從陳四樓煤礦井下進行煤層注水的管路系統(tǒng)進行采集，裝好后帶上地面，然后到實驗室進行相關(guān)參數(shù)測定。3.2 煤樣原始水

50、分的測定3.2.1 測試原理按照GB/T 212-2001 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105110干燥箱內(nèi)，于空氣流中干燥90min到質(zhì)量恒定。根據(jù)煤樣的質(zhì)量損失即可計算出水分的質(zhì)量分數(shù)27。3.2.2 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)準巖石含水率測定方法 （MT/T 43-2005）及煤的工業(yè)分析方法 （GB/T 212-2001）進行測定，具體測定方法與步驟如下：把從現(xiàn)場采回的煤樣用高速萬能粉碎機粉碎，用振動篩篩取小于 0.2mm 的煤樣，裝入貼上標(biāo)簽的密封袋等待實用。在預(yù)先干燥并已稱量過的稱量瓶內(nèi)稱取粒度小于 0.2mm 的空氣干燥煤樣(10.1)g

51、，用電子天平稱準至 0.0002g，平攤在稱量瓶中。打開稱量瓶蓋，放人預(yù)先鼓風(fēng)并已加熱到 105-110的馬弗爐中。在一直鼓風(fēng)的條件下，干燥 1-1.5 h。從干燥箱中取出稱量瓶，立即蓋上蓋，放人干燥器中冷卻至室溫(約 20 min)后稱量。進行檢查性干燥，每次 30min，直到連續(xù)兩次干燥煤樣的質(zhì)量減少不超過0.001g 或質(zhì)量增加時為止。在后一種情況下，采用質(zhì)量增加前一次的質(zhì)量為計算依據(jù)。水分在 2.00%以下時，不進行檢查性干燥。根據(jù)測得的數(shù)據(jù)計算得到的最大質(zhì)量差即為煤樣中所含水的質(zhì)量。利用公式計算煤樣含水率并記錄數(shù)據(jù)28。 測試設(shè)備高速萬能粉碎機天津市泰斯特儀器有限公司。型號：FW10

52、0 型 粉碎室內(nèi)徑：100mm工作電壓：22022v 額定頻率：501Hz電機功率：460W 轉(zhuǎn)速：24000r/min執(zhí)行標(biāo)準：Q/12HQ3480-2003馬弗爐 測溫范圍：01000 測溫精度：3配用級精度 K 型熱電偶 控溫精度：10（在 251000范圍內(nèi)） 熱電偶：鎳鉻鎳硅熱電偶（分度號 K） 升溫時間：（室溫920）25min 灰分測定精密度符合 GB/T212 中 4.4 規(guī)定 揮發(fā)分測定精密度符合 GB/T212 中 5.6 規(guī)定 電源：AC220V22V，50Hz1Hz 功率：3.5kW 外形尺寸（長寬高）：790mm650mm680mm數(shù)字天平XSB-88 型 頂擊式震篩

53、機（如圖 3-4 所示）浙江上虞市圣飛實驗機械廠篩子直徑：200mm 篩座震幅：8mm搖動次數(shù)：211 次/分 振擊次數(shù)：147 次/分轉(zhuǎn)速：2500 轉(zhuǎn)/分 回轉(zhuǎn)半徑：12.5mm功率：0.35KW 測定結(jié)果及分析測定結(jié)果按下式計算：w=( g1g2)/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。平行測定 3 次，取算術(shù)平均值，計算結(jié)果取兩位小數(shù)。實驗報告中，列出各單個試件測值及 3 個試件的算術(shù)平均值。按照前述測試步驟和方法，經(jīng)過實驗室測試，得出表 3-1 煤樣含水率的數(shù)據(jù)：表表 3-13-1 煤樣含水率測定結(jié)果煤樣含水率測定結(jié)果Tab

54、.3-1 Determination results of coal sampless moisture content試件編號試件天然質(zhì)量 g1(g)試件烘干質(zhì)量 g2(g)試件含水率 w(%)11.75011.69113.4922.40092.32113.4431.95361.893.3741.64091.58763.3652.11292.04583.2862.25102.19852.3972.02961.96523.2882.10792.05872.3992.17142.11252.79101.11391.0892.29試驗數(shù)據(jù)分析通過試驗測得煤樣的自然含水率，可以為后續(xù)的煤樣吸水性試驗

55、奠定基礎(chǔ)，同時也可用作比較，從而作為鑒定煤層注水的一個鑒定指標(biāo)。3.3 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制吸水率表示。煤樣的自然吸水率為試件在大氣壓力作用下吸入水分的質(zhì)量與試件的干質(zhì)量之比。煤樣的強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。 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)準巖石吸水性測定方法（MT/T42-2005）中對煤的自然吸水率測定方法的描述進行測定29，具體測定方法與步驟如下：從煤樣中選取具有代表性的邊長約 224cm 左右的近似長方體煤塊 6 個作為試件，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。 將試件放

56、在 105110下干燥 12h 后取出，放在干燥器中冷卻至室溫，稱重得 g。在盛水容器中放置幾根直徑相同的玻璃棒，每根玻璃棒間距 12cm，將煤塊架在玻璃棒上，每個試件間距 12cm。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 12cm 為止。24h 后將試件取出，用濕毛巾擦去表面水分，第一次稱重。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 0.05g 為止。最后一次的稱重即為試件吸水后的質(zhì)量 g1。按照中華人民共和國煤炭工業(yè)部部標(biāo)準巖石吸水性測定方法（MTT42-

57、1987）中對煤的強制吸水率的測定方法的描述進行測定，具體測定方法與步驟如下：試件制備和烘干稱重按自然吸水率測定步驟、進行。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 3-5 所示，間距不得小于 2cm。接上抽氣系統(tǒng)，所有連接處均不得漏氣。開動真空泵，抽氣 2030min，然后打開三通活塞，慢慢將水注入抽濾瓶內(nèi)，至水面高出試件 23cm，再繼續(xù)抽氣，直至試件便面不再有氣泡冒出，關(guān)閉真空泵，打開止水夾，使抽濾瓶與大氣相通，抽氣真空度應(yīng)保持在 0.098MPa（約740mm Hg）負壓。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。取

58、出飽和試件，用毛巾擦去表面水分，稱重得 g1。 測試設(shè)備與儀器主要儀器、設(shè)備名稱：天平(最大稱量 110g，感量 0.0001g)真空干燥箱干燥器盛水容器真空抽氣裝置主要儀器、設(shè)備參數(shù)如下：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+10200（RT 指環(huán)境溫度）溫度波動范圍：1.0達到真空度：133Pa擱板：1 層內(nèi)膽材料：不銹鋼內(nèi)膽尺寸（mm）：300300275外形尺寸（mm）：6004904502XZ-4 真空泵，主要技術(shù)指標(biāo)如下：相數(shù)：單相/雙相 (可任意選用) 240 升 抽氣率：4L/s極限壓力（pa)： 6.70.0 功率：0.55K

59、W 轉(zhuǎn)速：1400 轉(zhuǎn)/分 測定結(jié)果與分析自然吸水率測定結(jié)果按下式計算： （1）11100%xgwg式中： 煤樣的自然吸水率；xw 試件自然飽和吸水后的質(zhì)量，g；1g 試件烘干后的質(zhì)量，g。g強制吸水率測定結(jié)果按下式計算： （2）11100%qgwg式中： 煤樣的強制吸水率；qw 試件強制吸水后的質(zhì)量，g；1g 試件烘干后的質(zhì)量，g。g表表 3-23-2 煤樣吸水性測定結(jié)果煤樣吸水性測定結(jié)果Tab.3-2 Determination results of coal sampless water absorption自然吸水率 wz(%)強制吸水率 wq(%)試件編號干質(zhì)量 g(g)自然飽和吸水

60、后的質(zhì)量(g)1g強制吸水后的質(zhì)量(g)1g實測平均實測平均167.455870.259170.29574.164.21266.347568.647269.04783.474.07371.126273.680973.94283.593.96A81.843084.611885.01033.383.87B55.799157.430157.99202.923.93C62.234264.124064.72983.043.434.014.01實驗結(jié)果分析通過觀察表 3-2 煤樣吸水率的數(shù)據(jù)，可以看出煤樣的自然吸水率（3.43%）要低于煤樣的強制吸水率（4.01%） 。這表明，在強制吸水試驗的過程中，由于