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煤塵結構及其反應性 版權信息
- ISBN：9787030679253
- 條形碼：9787030679253 ; 978-7-03-067925-3
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
煤塵結構及其反應性 本書特色
適讀人群 ：從事礦業工程、安全工程、熱能工程及相關專業的本科生、研究生、科研人員及現場工程技術人員本書可供從事礦業工程、安全工程、熱能工程及相關專業的本科生、研究生、科研人員及現場工程技術人員閱讀和使用。
煤塵結構及其反應性 內容簡介
本書深入研究了煤塵的取樣分析方法及其基本特性，探討了煤塵的微觀理化結構特征以及由煤塵結構所導致的其對氣體介質的吸附特性、對液體介質的潤濕特性，構建了氣固吸附及潤濕的耦合作用模型，系統分析了煤塵在低溫環境的自熱氧化特性、在慢速升溫條件及快速升溫條件下的燃燒特性以及煤塵爆炸特性，并深入分析了不同條件下煤塵微觀結構的動態演化過程，揭示了煤塵結構與其反應特性間相互影響的耦合作用機制。本書適用于從事煤塵（粉）燃燒與爆炸機理、爆炸災害防治理論與技術以及從事其他類粉塵防治理論與技術等方面的相關科研人員、工程技術人員及研究生、大學生等學習參考之用。
煤塵結構及其反應性 目錄
目錄
前言
第1章緒論1
1.1煤塵的產生及其危害1
1.2煤塵結構與反應性研究進展2
1.2.1煤塵結構特性2
1.2.2煤塵潤濕特性4
1.2.3煤塵反應性5
1.3本書的特色與創新9
參考文獻10
第2章煤塵特性及其表征14
2.1粉塵濃度監測與采樣14
2.1.1濃度監測方法14
2.1.2粉塵采樣方法19
2.2煤塵的物質組成24
2.2.1煤塵的元素組成24
2.2.2煤塵的礦物質組成24
2.3煤塵粒度及其形狀25
2.3.1煤塵粒度及其分布25
2.3.2煤塵粒度測試方法34
2.3.3煤塵顆粒形狀特征41
2.3.4煤塵顆粒的分形特征44
2.4煤塵荷電特性54
2.4.1煤塵比電阻及其測試方法54
2.4.2煤塵荷電特性的影響因素55
2.5煤塵密度與導熱性56
2.5.1密度表示及測試方法56
2.5.2煤塵導熱性及測試方法60
2.6煤塵的空氣動力學特性61
2.6.1粉塵運移描述方法61
2.6.2沖擊波作用下沉積煤塵層的卷揚特性62
2.7本章小結70
參考文獻71
第3章煤塵理化結構及其吸附特性73
3.1煤塵孔隙結構及其測試方法73
3.1.1孔隙分類73
3.1.2孔隙結構測試原理及方法74
3.2煤塵孔隙結構的吸附法測定76
3.2.1吸附等溫線的類型76
3.2.2吸附回線的形態及其分類77
3.2.3孔隙結構及其對吸附回線的影響78
3.3煤塵表面化學結構分析79
3.3.1煤塵表面結構的紅外分析79
3.3.2紅外光譜譜峰的擬合及光譜參數計算82
3.4煤塵對氣體的吸附作用特性87
3.4.1煤塵對常壓甲烷的吸附87
3.4.2煤塵對高壓甲烷的吸附91
3.4.3煤塵對甲烷吸附的影響因素分析94
3.5本章小結100
參考文獻100
第4章煤塵表面潤濕特性103
4.1煤塵表面潤濕及其測試方法103
4.1.1表面潤濕機理103
4.1.2潤濕測試方法及其表征110
4.2煤塵理化結構及其對潤濕的影響113
4.2.1粉體粒度113
4.2.2物質組成114
4.2.3孔隙結構126
4.2.4表面化學結構128
4.3煤塵潤濕性的改善132
4.3.1表面活性劑及其作用機理132
4.3.2表面活性劑單體優選136
4.3.3臨界膠束濃度的確定137
4.4煤塵潤濕表面活性劑優化138
4.4.1實驗試劑的原料選擇138
4.4.2正交實驗原理139
4.4.3正交實驗結果141
4.4.4*優配方的確定153
4.5煤塵潤濕過程及潤濕模型155
4.5.1煤塵潤濕過程的直接測定155
4.5.2煤塵潤濕過程動力學模型159
4.5.3煤塵潤濕影響因素控制模型163
4.6本章小結175
參考文獻175
第5章低溫條件下煤塵的絕熱自熱特性177
5.1絕熱自熱反應測試裝置及方法177
5.1.1絕熱自熱測試原理177
5.1.2絕熱自熱測試裝置177
5.2煤塵絕熱自熱溫升特性178
5.2.1煤低溫氧化交叉點溫度及反應活化能178
5.2.2典型煤低溫自熱氧化特性180
5.2.3煤低溫氧化反應的影響因素182
5.3煤塵絕熱自熱產氣特性187
5.3.1典型煤塵自熱氣體的逸出特性187
5.3.2煤塵自熱指標氣體的確定190
5.4本章小結193
參考文獻193
第6章慢速升溫條件下煤塵的燃燒特性194
6.1熱分析技術及方法194
6.1.1熱重技術194
6.1.2差熱分析技術196
6.1.3熱分析聯用系統198
6.2典型煤塵的燃燒反應歷程及其影響因素199
6.2.1程控升溫過程的預備性實驗199
6.2.2不同氣氛下煤塵熱分解的比較200
6.2.3煤塵燃燒的TG-DTA分析202
6.2.4不同氣氛下煤塵燃燒的TG-DTG曲線204
6.2.5煤塵著火與燃盡的影響因素分析206
6.2.6基于特性指數分析的煤塵燃燒評價208
6.3煤塵燃燒反應的動力學分析210
6.3.1燃燒反應動力學模型210
6.3.2反應動力學參數212
6.4基于TG-FTIR的燃燒氣態產物析出特性214
6.4.1FTIR三維譜峰解析及歸屬214
6.4.2不同條件下氣態產物的對比分析217
6.5本章小結220
參考文獻220
第7章快速升溫條件下煤塵的燃燒特性222
7.1基于沉降爐裝置的煤塵燃盡率分析222
7.1.1快速升溫粉體燃燒實驗系統222
7.1.2不同氣氛下煤塵的燃盡特性226
7.1.3不同氣氛下煤塵的燃燒速率的差異228
7.1.4燃燒溫度對兩種氣氛下煤塵燃盡特性的影響228
7.2煤焦孔隙結構演化及其受控因素分析229
7.2.1燃燒氣氛的影響231
7.2.2燃燒溫度的影響238
7.2.3燃燒時間的影響241
7.2.4煤焦孔隙結構與燃盡率245
7.3煤焦顆粒孔隙結構的非線性特征247
7.3.1分形理論簡介及其應用247
7.3.2煤焦顆粒的分形特征及其測定方法249
7.3.3孔隙結構分形特征及其演化252
7.4煤焦顆粒表面形態的非線性特征254
7.4.1煤焦顆粒SEM圖像的定性描述255
7.4.2煤焦表面SEM圖像的經典統計分析256
7.4.3煤焦顆粒表面孔隙的形狀因子及其分布265
7.5本章小結268
參考文獻268
第8章煤塵燃燒固相微結構演化特性270
8.1煤焦表面化學結構及其演化270
8.1.1表面化學結構的FTIR測試方法271
8.1.2煤焦表面FTIR的測試結果及其定性分析272
8.1.3紅外譜峰的歸屬及解析275
8.1.4芳氫與脂氫比及芳香度277
8.2基于XRD分析的煤焦微晶結構特征278
8.2.1XRD實驗儀器及測試方法278
8.2.2X射線衍射原始譜圖的處理279
8.2.3煤焦XRD譜圖的定性分析281
8.2.4煤焦X射線衍射峰的歸屬與解析282
8.2.5煤焦XRD實驗結果的定量分析285
8.3煤塵燃燒特性的灰色關聯分析288
8.3.1灰色系統及灰色關聯分析簡介289
8.3.2灰色關聯分析的方法與步驟290
8.3.3煤焦結構與其反應性的關聯分析291
8.4本章小結293
參考文獻293
第9章煤塵爆炸及抑爆響應特性296
9.1煤塵爆炸及其發生條件296
9.1.1煤塵爆炸簡況296
9.1.2煤塵二次爆炸299
9.2煤塵爆炸特征參數及其受控因素300
9.2.1煤塵爆炸測試方法300
9.2.2煤塵爆炸特征參數302
9.2.3煤塵爆炸的影響因素303
9.2.4瓦斯煤塵多元多相體系的爆炸特性313
9.3煤塵爆炸固相產物特征315
9.3.1爆炸前后煤塵粒度變化315
9.3.2爆炸前后煤塵表面形態317
9.3.3爆炸前后煤塵表面官能團變化320
9.4煤塵爆炸氣相產物特征324
9.4.1煤塵爆炸氣相產物的生成分析324
9.4.2煤塵濃度與氣體產物生成規律325
9.4.3煤塵爆炸壓力和氣體產物生成規律329
9.5含煤塵氣固多相體系的抑爆響應特性332
9.5.1典型抑爆劑的特性及抑爆機理332
9.5.2瓦斯煤塵多相體系對抑爆劑的響應334
9.5.3煤塵爆炸抑爆效果分析341
9.6本章小結348
參考文獻348
前言
第1章緒論1
1.1煤塵的產生及其危害1
1.2煤塵結構與反應性研究進展2
1.2.1煤塵結構特性2
1.2.2煤塵潤濕特性4
1.2.3煤塵反應性5
1.3本書的特色與創新9
參考文獻10
第2章煤塵特性及其表征14
2.1粉塵濃度監測與采樣14
2.1.1濃度監測方法14
2.1.2粉塵采樣方法19
2.2煤塵的物質組成24
2.2.1煤塵的元素組成24
2.2.2煤塵的礦物質組成24
2.3煤塵粒度及其形狀25
2.3.1煤塵粒度及其分布25
2.3.2煤塵粒度測試方法34
2.3.3煤塵顆粒形狀特征41
2.3.4煤塵顆粒的分形特征44
2.4煤塵荷電特性54
2.4.1煤塵比電阻及其測試方法54
2.4.2煤塵荷電特性的影響因素55
2.5煤塵密度與導熱性56
2.5.1密度表示及測試方法56
2.5.2煤塵導熱性及測試方法60
2.6煤塵的空氣動力學特性61
2.6.1粉塵運移描述方法61
2.6.2沖擊波作用下沉積煤塵層的卷揚特性62
2.7本章小結70
參考文獻71
第3章煤塵理化結構及其吸附特性73
3.1煤塵孔隙結構及其測試方法73
3.1.1孔隙分類73
3.1.2孔隙結構測試原理及方法74
3.2煤塵孔隙結構的吸附法測定76
3.2.1吸附等溫線的類型76
3.2.2吸附回線的形態及其分類77
3.2.3孔隙結構及其對吸附回線的影響78
3.3煤塵表面化學結構分析79
3.3.1煤塵表面結構的紅外分析79
3.3.2紅外光譜譜峰的擬合及光譜參數計算82
3.4煤塵對氣體的吸附作用特性87
3.4.1煤塵對常壓甲烷的吸附87
3.4.2煤塵對高壓甲烷的吸附91
3.4.3煤塵對甲烷吸附的影響因素分析94
3.5本章小結100
參考文獻100
第4章煤塵表面潤濕特性103
4.1煤塵表面潤濕及其測試方法103
4.1.1表面潤濕機理103
4.1.2潤濕測試方法及其表征110
4.2煤塵理化結構及其對潤濕的影響113
4.2.1粉體粒度113
4.2.2物質組成114
4.2.3孔隙結構126
4.2.4表面化學結構128
4.3煤塵潤濕性的改善132
4.3.1表面活性劑及其作用機理132
4.3.2表面活性劑單體優選136
4.3.3臨界膠束濃度的確定137
4.4煤塵潤濕表面活性劑優化138
4.4.1實驗試劑的原料選擇138
4.4.2正交實驗原理139
4.4.3正交實驗結果141
4.4.4*優配方的確定153
4.5煤塵潤濕過程及潤濕模型155
4.5.1煤塵潤濕過程的直接測定155
4.5.2煤塵潤濕過程動力學模型159
4.5.3煤塵潤濕影響因素控制模型163
4.6本章小結175
參考文獻175
第5章低溫條件下煤塵的絕熱自熱特性177
5.1絕熱自熱反應測試裝置及方法177
5.1.1絕熱自熱測試原理177
5.1.2絕熱自熱測試裝置177
5.2煤塵絕熱自熱溫升特性178
5.2.1煤低溫氧化交叉點溫度及反應活化能178
5.2.2典型煤低溫自熱氧化特性180
5.2.3煤低溫氧化反應的影響因素182
5.3煤塵絕熱自熱產氣特性187
5.3.1典型煤塵自熱氣體的逸出特性187
5.3.2煤塵自熱指標氣體的確定190
5.4本章小結193
參考文獻193
第6章慢速升溫條件下煤塵的燃燒特性194
6.1熱分析技術及方法194
6.1.1熱重技術194
6.1.2差熱分析技術196
6.1.3熱分析聯用系統198
6.2典型煤塵的燃燒反應歷程及其影響因素199
6.2.1程控升溫過程的預備性實驗199
6.2.2不同氣氛下煤塵熱分解的比較200
6.2.3煤塵燃燒的TG-DTA分析202
6.2.4不同氣氛下煤塵燃燒的TG-DTG曲線204
6.2.5煤塵著火與燃盡的影響因素分析206
6.2.6基于特性指數分析的煤塵燃燒評價208
6.3煤塵燃燒反應的動力學分析210
6.3.1燃燒反應動力學模型210
6.3.2反應動力學參數212
6.4基于TG-FTIR的燃燒氣態產物析出特性214
6.4.1FTIR三維譜峰解析及歸屬214
6.4.2不同條件下氣態產物的對比分析217
6.5本章小結220
參考文獻220
第7章快速升溫條件下煤塵的燃燒特性222
7.1基于沉降爐裝置的煤塵燃盡率分析222
7.1.1快速升溫粉體燃燒實驗系統222
7.1.2不同氣氛下煤塵的燃盡特性226
7.1.3不同氣氛下煤塵的燃燒速率的差異228
7.1.4燃燒溫度對兩種氣氛下煤塵燃盡特性的影響228
7.2煤焦孔隙結構演化及其受控因素分析229
7.2.1燃燒氣氛的影響231
7.2.2燃燒溫度的影響238
7.2.3燃燒時間的影響241
7.2.4煤焦孔隙結構與燃盡率245
7.3煤焦顆粒孔隙結構的非線性特征247
7.3.1分形理論簡介及其應用247
7.3.2煤焦顆粒的分形特征及其測定方法249
7.3.3孔隙結構分形特征及其演化252
7.4煤焦顆粒表面形態的非線性特征254
7.4.1煤焦顆粒SEM圖像的定性描述255
7.4.2煤焦表面SEM圖像的經典統計分析256
7.4.3煤焦顆粒表面孔隙的形狀因子及其分布265
7.5本章小結268
參考文獻268
第8章煤塵燃燒固相微結構演化特性270
8.1煤焦表面化學結構及其演化270
8.1.1表面化學結構的FTIR測試方法271
8.1.2煤焦表面FTIR的測試結果及其定性分析272
8.1.3紅外譜峰的歸屬及解析275
8.1.4芳氫與脂氫比及芳香度277
8.2基于XRD分析的煤焦微晶結構特征278
8.2.1XRD實驗儀器及測試方法278
8.2.2X射線衍射原始譜圖的處理279
8.2.3煤焦XRD譜圖的定性分析281
8.2.4煤焦X射線衍射峰的歸屬與解析282
8.2.5煤焦XRD實驗結果的定量分析285
8.3煤塵燃燒特性的灰色關聯分析288
8.3.1灰色系統及灰色關聯分析簡介289
8.3.2灰色關聯分析的方法與步驟290
8.3.3煤焦結構與其反應性的關聯分析291
8.4本章小結293
參考文獻293
第9章煤塵爆炸及抑爆響應特性296
9.1煤塵爆炸及其發生條件296
9.1.1煤塵爆炸簡況296
9.1.2煤塵二次爆炸299
9.2煤塵爆炸特征參數及其受控因素300
9.2.1煤塵爆炸測試方法300
9.2.2煤塵爆炸特征參數302
9.2.3煤塵爆炸的影響因素303
9.2.4瓦斯煤塵多元多相體系的爆炸特性313
9.3煤塵爆炸固相產物特征315
9.3.1爆炸前后煤塵粒度變化315
9.3.2爆炸前后煤塵表面形態317
9.3.3爆炸前后煤塵表面官能團變化320
9.4煤塵爆炸氣相產物特征324
9.4.1煤塵爆炸氣相產物的生成分析324
9.4.2煤塵濃度與氣體產物生成規律325
9.4.3煤塵爆炸壓力和氣體產物生成規律329
9.5含煤塵氣固多相體系的抑爆響應特性332
9.5.1典型抑爆劑的特性及抑爆機理332
9.5.2瓦斯煤塵多相體系對抑爆劑的響應334
9.5.3煤塵爆炸抑爆效果分析341
9.6本章小結348
參考文獻348
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煤塵結構及其反應性 節選
第1章緒論 煤塵是煤礦的五大災害之一，危害性極大，不僅污染井下作業環境，影響煤礦工人的身體健康，而且具有爆炸性，極易造成重大傷亡事故和財產損失，因此，礦井煤塵防治已成為當前煤礦安全生產亟待解決的重大科學技術難題。本章簡述了煤塵的產生及其危害，系統總結了煤塵結構特性、煤塵潤濕特性及煤塵反應性的*新研究進展，為深入探索煤塵結構與其反應性的耦合關系奠定了基礎。 1.1煤塵的產生及其危害 近年來礦井智能化、機械化、自動化水平的日益提高，增加了瓦斯、煤塵、火災等災害發生的潛在隱患，尤其是礦井的煤塵污染，已經嚴重影響了煤礦安全生產，長期暴露于煤塵環境中會引發嚴重的職業病。煤礦井下生產過程中煤巖的破碎作業主要包括采掘作業、支護作業、爆破作業、裝載作業和運輸作業等，均有煤塵的產生，煤塵伴生于煤炭生產、加工、運輸的整個過程。隨著開采強度和生產集中度大幅增加，產塵量和煤塵濃度急劇上升。 煤礦煤塵的危害主要體現在以下幾個方面。 1)煤塵的自燃性和爆炸性 煤塵爆炸是煤礦中致災性*嚴重的災害，與瓦斯爆炸相比，煤塵爆炸的強度和致災范圍更大、破壞性更強、造成的災難更嚴重。煤塵具有的潛在爆炸危險長期以來一直嚴重威脅著煤礦井下的安全生產，近年來，我國煤塵爆炸以及由煤塵參與而導致的爆炸事故時有發生，為中國煤炭的安全生產敲響了警鐘。2005年11月27日，龍煤礦業控股集團有限責任公司七臺河分公司東風煤礦發生一起特別重大的煤塵爆炸事故，造成171人死亡，48人受傷；2005年12月7日，河北省唐山恒源實業有限公司(原劉官屯煤礦)發生一起特別重大的瓦斯煤塵爆炸事故，造成108人死亡，29人受傷；2006年2月23日，棗莊聯創實業有限責任公司16108采煤工作面發生一起特大煤塵爆炸事故，造成18人死亡，9人受傷；2007年12月5日，山西省臨汾市洪洞縣左木鄉紅光村瑞之源煤業有限公司原新窯煤礦發生瓦斯煤塵爆炸事故，105人遇難；2008年5月21日，盂縣南婁鎮萬隆煤業有限公司井底車場發生一起煤塵爆炸事故，致5人死亡，1人受傷；2010年5月18日下午山西省盂縣辰通煤業有限公司發生瓦斯爆炸事故，造成11人遇難；2012年4月23日，內蒙古烏拉特前旗興亞煤炭有限責任公司煤礦發生一起瓦斯爆炸事故，造成9人死亡，16人受傷；2013年12月13日，新疆昌吉回族自治州呼圖壁縣白楊溝煤炭有限責任公司煤礦發生重大瓦斯煤塵爆炸事故，造成22人死亡，1人受傷；2014年11月26日，遼寧省阜新礦業集團恒大煤業有限責任公司發生重大煤塵爆燃事故，造成24名礦工死亡，52人受傷；2015年10月9日，江西省上饒市楓嶺頭鎮永吉煤礦發生重大瓦斯爆炸事故，造成10人死亡。 盡管生產技術及安全管理水平不斷提高，煤塵爆炸或有煤塵參加的爆炸事故不斷減少，但由于煤塵爆炸的強破壞性，煤塵爆炸風險依然不可小視。據統計，我國87.37%的國有重點煤礦的煤塵具有爆炸危險性，具有煤塵爆炸危險的井工礦普遍存在[1]。因此，開展煤塵爆炸致災機理及其防治工作，特別是針對煤塵的爆炸特性、爆炸及火焰傳播機理及抑爆技術進行全面、深入的研究，將具有重要的實際意義。 2)煤塵導致塵肺病 對于產塵作業，一般以產塵強度作為煤塵生成量多少的評價指標。產塵強度又稱絕對產塵強度，是指生產過程中單位時間內的煤塵產生量，單位為毫克/秒。與其相對應的是相對產塵強度，是指每采掘1t或1m3煤巖所產生的煤塵質量，單位為毫克/噸或毫克/米3。井巷掘進工作面的相對產塵量和生產強度緊密相關，可用于比較不同生產情況下的產塵量。在全機械化采煤工作面，全塵濃度可達1500mg/m3以上，綜掘工作面的呼吸性粉塵(空氣動力學直徑＜7.07μm，屬PM10范疇)濃度常在300mg/m3。據統計，各生產環節所產生的浮游粉塵量占全部礦井的大致比例如下：采煤工作面50%，掘進工作面35%，噴漿作業點10%，裝、運、卸煤環節5%，其中采煤、掘進以及錨噴作業區的產塵量占礦井總產塵量的95%以上[2]。煤礦生產過程中產生的粉塵一部分通過噴霧降塵或通風排塵等措施進行消除，一部分粒度較小的塵粒飛揚懸浮在生產空間內，作業人員由于長期接觸呼吸性粉塵，吸入的粉塵會慢慢沉積在人體肺部，會在生理、病理上產生一系列的變化，導致塵肺病。 3)影響作業安全 煤塵產生后能夠長時間懸浮在空氣中，大大降低作業地點的可見度，影響生產效率，加快機械磨損，縮短設備壽命，影響作業安全運行。 1.2煤塵結構與反應性研究進展 1.2.1煤塵結構特性 煤是由有機大分子和礦物質組成的復雜結構的物質，其不同組分在煤塵細化過程中表現出不同的性質。長期以來，人類對煤性質的研究與認識從未間斷過，經過不斷研究與積累，目前對煤性質已經有了比較全面的了解和認識。然而，相對于塊煤而言，煤塵有著更小的分散度，隨顆粒粒徑的減小，其既保持了塊煤的性質，又具有更多粉體所特有的性質，如煤塵顆粒的表面微觀結構、表面電性、潤濕特性、吸附特性等，目前人們對這些細微顆粒的該類特性的研究明顯不足。由于機械截割的影響以及不同煤的硬度、截割參數的差異，煤體將產生不同粒徑分布(particle size distribution，PSD)的煤塵，煤塵在粉碎過程中將會發生機械化學反應，致使其微觀結構、表面化學特性及礦物晶格結構發生顯著差異[3]。研究發現，隨著煤塵粒徑的不斷減小，煤塵比表面積急劇增大，尤其是微孔數量急劇增加[4，5]。超細粉體的表面結構也呈現出典型的分形(fractal)特征，表面分形維數隨著粒徑的增加而增加，而結構分形維數隨著平均孔徑的減小而增大[6]。 在顆粒破碎過程中煤顆粒表面形態的變化將由脆性開裂向塑性開裂轉變，細顆粒煤的微觀斷裂形態呈撕裂狀[7]，且煤的表面電位顯著下降[8]。隨著煤塵的細化，其孔隙結構、化學結構及元素組成均發生變化，煤塵疏水性逐漸增強。經過超細粉碎后的煤顆粒形狀和表面粗糙度具有分形特征，Zeta電位隨粒度的變化與煤的變質程度密切相關[9，10]。Zhao等[11]借助FTIR從分子層面上探索了破碎過程中煤化學結構的選擇性富集情況，采用紅外結構參數方法半定量地描述了不同粒徑煤塵的官能團變化情況，發現隨著煤塵粒徑的減小，煤塵中灰分不斷降低，氫含量和脂肪烴/芳香烴先穩定后減小，*后趨于穩定，脂肪族側鏈或橋鍵逐漸變長，含氧官能團—C—O—和高度取代的芳環主要集中在80～106μm的顆粒中，C=O富集在*小的顆粒中。Hower[12]從粒徑對顯微組分分布的影響方面展開了研究，結果表明鏡質體傾向集中在小顆粒中，而硅酸鹽和惰性物質主要存在于大顆粒中。Lin等[13]研究發現，在煤的超細粉碎過程中，機械破碎等外力作用將使煤中的化學鍵發生斷裂，產生大量的自由基，使得煤中芳碳率及芳氫率增大，氧接脂碳含量降低，氧接芳碳含量升高。 傳統上對煤塵粒度和表面微觀結構特性的描述大多是定性分析，因為定量分析是基于經典的幾何學概念進行測量，而煤塵顆粒邊界復雜、表面粗糙、微觀結構起伏多變、極不規則、具有相當精細的結構，這些特性并不嚴格屬于經典幾何學的光滑的線、面、體的范疇。如果用傳統歐氏測量來描述煤塵顆粒的幾何特性，實際上則會忽略許多重要細節，從而也就抹掉了許多重要信息。為此，美國學者曾提出了分形理論(fractaltheory)，為研究用傳統的數學方法不能描述的煤塵粒度分布(PSD)提供了全新的數學手段和理論基礎[14，15]。 對于粉體顆粒粒度的分形研究，國內外文獻中已有許多報道，但其大多集中在對土壤、礦物顆粒粒度的分形描述，對煤塵的分形研究相對較少[16]。煤塵顆粒外形的不規則性和自相似性，以及顆粒群分布的自相似性使之成為分形理論所描述的對象，因此分形理論為研究像煤塵這樣的復雜系統提供了有利的工具。利用分形理論研究煤塵粒度分布有可能實現煤塵粒度參數的定量表征。 1.2.2煤塵潤濕特性 煤塵潤濕性是影響降塵的重要特性之一，煤塵潤濕是指其他流體介質(如液體)在毛細管力作用下附著在煤顆粒表面或滲透至煤顆粒內部，從而取代顆粒表面原有吸附介質的過程，其對于煤塵的沉降具有至關重要的意義。理想的潤濕是由*初的兩相(固-氣和液-氣)平衡狀態經過三相接觸狀態(固-液-氣)，*后達到兩相平衡(氣-液和固-液)。 在這方面，研究人員做了很多的工作，如李慶釗等[17]研究了超細煤粉表面的潤濕性，得到煤經超細化粉碎后，表面潤濕性發生了很大的變化，不同變質程度的超細煤粉表面都變成了強疏水表面。為了研究煤的浮選問題，村田逞詮[18]用化學法定量分析了煤的含氧官能團，得到了羧基含量是影響煤表面潤濕性*主要的因素，羥基對潤濕性的影響僅次于羧基，羰基、醚基對潤濕性的影響甚微。Gosiewska等[19]研究了煤塵的礦物質和潤濕接觸角的關系，得出礦物質決定煤塵本身的潤濕性。聶百勝等[20]根據煤大分子和表面結構特點，應用分子熱力學和表面物理化學理論分析了煤表面自由能的特征和煤吸附水的微觀機理，得到煤對水分子的吸附是多層吸附，吸附**層水主要是煤對水分子的氫鍵作用占主要地位的結果，對其余水分子層的吸附主要是分子間力引起的長程力作用的結果，為認識煤的潤濕性奠定了理論基礎。本研究也探索了煤塵微觀理化特性與其潤濕性關聯機制，通過系統分析煤塵的物理性質及其潤濕行為，研究了不同表面活性劑對煤塵潤濕性的影響，并與去離子水進行了比較。結果發現，煤的粒度越細、煤的微觀結構越復雜，煤的潤濕性越差。在3種不同的煤塵樣品中，揮發分含量較高的煤的潤濕性能較差，因為揮發分更容易釋放，顆粒周圍更容易形成氣膜[21]。因此，研究認為細顆粒表面復雜的微結構可能導致其具有強疏水性，同時煤顆粒所含揮發物質的高低也影響著煤塵潤濕性。此外，隨著表面分形維數的增大，潤濕接觸角逐漸增大，煤塵疏水性增強。Kollipara等[22]發現液滴與煤顆粒間的接觸時間是改善煤塵潤濕性的重要因素，接觸時間從10s增加到25s，煤塵潤濕性提高3%～27%，且較粗糙的煤顆粒需要更多的時間來完全潤濕。 總體而言，煤塵性質、潤濕流體的種類和特性、煤塵與液體間的相互作用是影響潤濕性能的重要因素[23]。對于不同變質程度的煤，隨著變質程度的增加，煤所含化學組分發生變化。低級煤具有較高氧含量和豐富的含氧官能團，如羥基、羧基、羰基等，而高級煤的含氧官能團較少，導致煤的疏水性隨變質程度的增大而增強[24]。程衛民等[25]提出芳香族C—H含量與煤塵表面潤濕性顯著相關，C—H含量的增加將導致液滴與煤塵之間的潤濕接觸角更小。Xu等[26]使用Walker法分析了煤塵化學成分與其潤濕性之間的關系，認為煤塵表面羥基是決定其潤濕性的主要原因，高羥基含量的煤塵比羥基含量較低的煤塵具有更快的潤濕速率。此外，煤塵中無機礦物質含量已被證明對煤塵顆粒的潤濕性有著顯著的影響[27]。 研究表明，添加表面活性劑可以顯著改善煤塵顆粒的潤濕特性，但所添加的表面活性劑對潤濕能力的改善則主要取決于其表面張力和化學結構[28，29]。表面活性劑由于具有特殊的結構，能有效地降低液體表面張力，許多科學工作者對水溶液中添加表面活性劑后如何提高煤塵潤濕性做了大量的實驗和理論研究工作，發現煤塵的潤濕速率主要受溫度、煤塵的尺寸組成以及特殊表面活性劑的濃度和分子結構的影響。在10～40℃的溫度范圍內，潤濕速率隨溫度的升高而增加，大致呈線性關系，在特定溫度下潤濕速率隨煤塵平均粒度的增加而線性增加。錢瑾華和涂代惠[30]通過研究表面活性劑潤濕煤塵的能力，討論了無機電解質及溫度對表面活性劑潤濕能力的影響，陰離子型表面活性劑中添加適量無機鹽可大大提高溶液對煤塵的潤濕性，而非離子型表面活性劑對煤塵的潤濕性影響較小。Pahlman[31]發現在陰離子型表面活性劑溶液中添加鈉鹽和鉀鹽可以改善潤濕性，煤中的礦物質與煤的潤濕性有直接的關系。徐英峰和馮海明[32]認為不同的表面活性劑對煤塵的潤濕性能
煤塵結構及其反應性 作者簡介
李慶釗，中國礦業大學教授、博士生導師。江蘇省333高層次人才培養工程中青年科學技術帶頭人、江蘇高校“青藍工程”很好青年骨干教師、中國礦業大學青年學術帶頭人、江蘇省工程熱物理學會理事。主要從事安全科學與技術相關的教學與科研工作，主持國家自然科學基金項目、國家重點研發計劃重點專項子課題、江蘇省重點研發計劃項目、江蘇省自然科學基金項目、高校博士學科點專項科研基金項目等省部級以上科研項目10余項。獲教育部技術發明獎、教育部科技進步獎等省部級一等獎6項，發表學術論文30余篇，獲國內外授權發明20余項。
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