2、烟煤性质分析

烟煤中的无机物质、有机物质组成及粒径分布会直接影响煤尘的物理及化学性质，从而影响其润湿性。

2.1煤尘粒径分布

利用激光粒度分析仪对实验用的煤尘粒径分布特征测试，结果见表2。

由表2可以看到，实验用的烟煤粒径较小，可吸入尘所占比例较高，粒径在10μm以下煤尘的累积量超过34.8%，粒径在2.5μm以下的煤尘累积量超过了11.7%，对井下矿工的职业健康安全有较大威胁。此外，有研究表明，煤尘粒径分布特征会影响煤尘润湿性，煤尘粒径越小，煤尘表面越容易与空气形成一层“气膜”将其包裹，而水的表面张力较高，较难取代空气后在煤尘表面铺展，因此实验所用煤尘较难被水直接润湿。

2.2煤尘工业分析和元素分析

根据GB/T 212—2008《煤的工业分析方法》和GB/T 31391—2015《煤的元素分析方法》对实验用煤煤样进行工业和元素分析，结果见表3。

从煤样的工业分析可以看出，该烟煤中的水分及灰分等无机组分含量都较低，分别仅占872%和2.71%，煤尘的润湿性较差。而挥发分含量高达33.72%，说明该烟煤煤样容易挥发出甲烷、乙烯、乙炔等气体，表面存在大量性质活泼、稳定性差的有机物质，容易阻挡溶液对煤尘的润湿。从元素分析中可以看到，煤尘元素中煤样中的固定碳含量为54.85%，说明煤化程度较低，该烟煤的氧碳比和氢碳比分别仅为0.16和0.06，低的氧碳比和氢碳比也不利于煤尘被润湿。因此，可以推断该煤样较难被水直接润湿，必须加入表面活性剂作为添加剂提高煤尘润湿性。

3、实验结果与分析

3.1表面活性剂溶液的表面张力

表面张力通常用来描述液体与空气的性质差异，差异越小，表面张力也越小，煤尘与溶液接触时能障越小，越有利于煤尘进入溶液。

3.1.1浓度对表面活性剂溶液表面张力的影响

在25℃条件下，测定溶液表面张力随浓度变化的结果如图1所示。纯水的表面张力为73.48 mN/m。

由图1可以看出，向水中加入实验所选取的8种表面活性剂，都能有效降低溶液表面张力。8种表面活性剂溶液的表面张力随浓度的增大先增大，达到临界胶束浓度后趋于稳定，此时的表面张力称为临界胶束浓度时的表面张力，用于衡量表面活性剂降低表面张力的能力，也是评价溶液表面活性的重要指标。8种表面活性剂均可在较低浓度下，快速降低溶液表面张力，当表面活性剂浓度为0.05 g/L，8种溶液的表面张力降至25.43～46.76 mN/m，当浓度为0.2 g/L时，8种溶液的表面张力降至25.22～40.64 mN/m，当浓度为2.0 g/L时，8种溶液的表面张力均降至35 mN/m以下，比自来水的表面张力下降了一倍多。但同一浓度下，8种表面活性剂降低表面张力的能力存在一定差异，当浓度为0.1 g/L时，APG溶液表面张力为25.41 mN/m，比自来水下降了6542%，而SDBS溶液表面张力为45.82 mN/m，只比自来水下降了不足40%。

3.1.2表面活性剂性质对表面张力的影响

图2分别是8种表面活性剂溶液表面张力随浓度的变化曲线，在曲线上作出两条直线，一条与发生突变前的曲线相切，另一条与发生突变后的曲线相切，在交叉点得到其临界胶束浓度及表面张力。

由图2可见，8种表面活性剂溶液表面张力随浓度变化的趋势大体上相同，但其临界胶束浓度及表面张力有较大差别。溶液临界胶束浓度越小，说明表面活性剂分子在溶液中形成胶束的能力越强。8种表面活性剂的临界胶束浓度主要集中在浓度为0.1～0.4 g/L左右，其中APG的临界胶束浓度最小为0.04 g/L，SDBS的最大为0.53 g/L，8种表面活性剂形成胶束能力由强到弱排序为：APG>BS-12>1631>OA-12>JFC>DTAB>AOT>SDBS，总体呈现出两性型>非离子型>阳离子型>阴离子型的规律。溶液的γcmc值越小，表面活性剂降低表面张力的能力越强，阴离子和非离子型的4种表面活性剂γcmc值均较低，其中APG降低表面张力能力最强，γcmc值仅为25.61 mN/m，比水降低了65.15%。而阳离子和两性型的表面张力较高，均在31.00 mN/m以上，1631降低表面张力的能力最弱，表面张力为34.79 mN/m。8种表面活性剂降低表面张力的能力由强到弱依次排序如下：APG>JFC>AOT>SDBS>OA-12>CTAB>BS-12>1631，总体而言，非离子型>阴离子型>两性型>阳离子型。APG的临界胶束浓度和表面张力都最低，这可能是因为APG分子为环状结构，环状结构的碳原子上连接有醇羟基，这些醇羟基与水分子之间存在强相互作用，且在水溶液中溶解度很高，因此有效降低了溶液的表面张力，也更易形成胶束。

表面活性剂溶液的表面张力与浓度及自身性质密切相关。在达到临界胶束浓度之前，溶液浓度越大，表面张力越小。在8种表面活性剂中，阳离子及两性型表面活性剂虽然具有较低的临界胶束浓度，但是降低表面张力的能力较差;阴离子表面活性剂的临界胶束浓度值最高，但在降低溶液表面张力方面性能优越;非离子表面活性剂APG形成胶束能力、降低表面张力能力均为最强。