3.5活性磁化水湿润性评价

如图5所示，矿井静压水的接触角为74.2°.质量分数0.10%尘克C&C溶液的接触角为34°.相较于矿井静压水，其接触角减小了54.18%.质量分数0.10%尘克C&C磁化水的接触角为15.5°.相较于矿井静压水，其接触角减小了79.11%.由此可以看出，质量分数0.10%尘克C&C磁化水具有更好的润湿性能，提升了溶液对低水分无烟煤颗粒的浸湿能力。

质量分数0.10%尘克C&C溶液的表面张力为33.2 mN/m.相较于矿井静压水，其表面张力减小了43.82%.质量分数0.10%尘克C&C磁化水的表面张力为31.3 mN/m.相较于矿井静压水，其接触角减小了47.04%.由此可以看出，尘克C&C试剂和磁化相结合可更好地降低溶液的气~液界面张力，使得溶液与低水分无烟煤颗粒接触时，更容易排出固~气~液三相界面的气体，以减弱其湿润阻力。

图6展示了三种的溶液的粘附功、铺展功和浸湿功。这三种功可表征溶液雾滴捕集低水分无烟煤颗粒的能力。

图6溶液粘附功、铺展功以及浸湿功的改善情况

喷雾降尘抑尘的过程中，煤尘的润湿过程分为三个过程，即煤尘颗粒被沾湿，溶液在煤尘颗粒上铺展，煤尘颗粒完全被浸湿。

煤尘的沾湿是指液体与煤体从不接触到接触，变液~气界面和固~气界面为固~液界面的过程。这个过程使得系统（初始为固~气系统、液~气系统，最终为固~液系统）的表面自由能降低，其降低值通常用Wa来表示，称为粘附功，可用式（1）计算。粘附功越大，表明溶液湿润性越好。

式中：γsg为气~固界面张力（mN/m）；γlg为气~液界面张力（mN/m）；γsl为固~液界面张力（mN/m）。

铺展过程是固~液界面代替气~固界面，且扩展了气~液界面的过程，单位面积系统的自由能降低，降低值用S表示，称为铺展功。可用式（2）计算。铺展功越接近0，表明溶液越容易在煤尘颗粒表面铺展，当铺展功大于0时，溶液可在煤尘颗粒表面连续铺展，取代煤尘颗粒表面的空气。

式中：Wc为液滴的内聚功（mN/m），可由式（3）计算得出

煤尘的浸湿是指固体浸入液体，固~液界面变为固~气界面的过程。系统（初始为固~液系统，最终为固~气系统）自由能降低，其降低值通常用Wi表示，称为浸湿功，可用式（4）计算。浸湿功越大，表明溶液的湿润性越好。

式中θ为煤~溶液界面处的接触角（°）。

根据YANG氏方程，即γlgcosθ=γsg-γsl,Wa，S的计算公式可简化为式（5）式（6）

由图6（a）和图6（b）可以看出，矿井静压水的粘附功为75.23 mN/m，质量分数0.10%尘克C&C溶液的粘附功为60.73 mN/m，质量分数0.10%尘克C&C磁化水的粘附功为61.46 mN/m.矿井静压水沾湿低水分无烟煤颗粒的能力优于质量分数0.10%尘克C&C磁化水，而质量分数0.10%尘克C&C磁化水沾湿低水分无烟煤颗粒的能力优于质量分数0.10%尘克C&C磁化水。添加尘克C&C试剂削弱了溶液沾湿低水分无烟煤颗粒的能力，而对溶液进行磁化，可提升溶液沾湿低水分无烟煤颗粒的能力。

矿井静压水，质量分数0.10%尘克C&C溶液，质量分数0.10%尘克C&C磁化水的铺展功分别为~42.97，~5.67，~1.14 mN/m.由图6（b）可以看出，添加尘克C&C试剂和对溶液磁化，均可以提升溶液的铺展功。相较于矿井静压水，质量分数0.10%尘克C&C磁化水的铺展功最大，提升了97.35%，更趋近于0，更容易在低水分无烟煤颗粒表面铺展。

矿井静压水的浸湿功为16.13 mN/m，质量分数0.10%尘克C&C溶液的浸湿功为27.53 mN/m，质量分数0.10%尘克C&C磁化水的浸湿功为30.16 mN/m.添加尘克C&C试剂，对溶液磁化可逐步提升溶液的浸湿功，增强溶液浸湿低水分无烟煤颗粒的能力。相较于矿井静压水，质量分数0.10%尘克C&C磁化水的浸湿功最大，增大了87.01%，使溶液更容易捕集低水分无烟煤颗粒。

综上所述，质量分数0.10%尘克C&C磁化水的湿润性能最好。其接触角为15.5°.相较于矿井静压水，其接触角减小了79.11%.表面张力为31.3 mN/m.相较于矿井静压水，其表面张力减小了47.04%.就其捕集低水分无烟煤颗粒的能力而言，尽管质量分数0.10%尘克C&C磁化水使得溶液的粘附功降低了18.3%，降低了溶液的粘附能力，但极大程度地提升了溶液的铺展能力和浸湿能力。表现为，铺展功提升了97.35%，浸湿功提高了87.01%.而在溶液湿润特性评价中，周群等更以溶液的铺展功和浸湿功为基础评价溶液的湿润性能。因此，质量分数0.10%尘克C&C磁化水可更好地捕集低水分无烟煤颗粒。

4现场应用

根据实验结果，最佳溶剂是尘克C&C，最佳质量分数为0.10%，最佳磁化强度是300 mT，最佳磁化时间是50 s.基于以上参数，将质量分数0.10%尘克C&C磁化水应用于山西晋城采煤工作面采煤机内外喷雾、各转载点以及防尘网等装置的喷雾用水。此工作面走向长947 m，倾斜长178 m，煤层厚度为1.2——2.1 m，煤层倾角为4°——7°.工作面采高为1.6 m.主要除尘措施有：工作面进回风巷安设净化风流水幕；采煤机、液压支架及破碎机、转载地点安装防尘罩及喷雾装置。

为了了解活性磁化水的现场降尘效果，在采煤司机处设置了粉尘监测点，粉尘采样仪器选用AKFC-92A型矿用粉尘采样器，采样时间为3 min，采样时采煤机处于运转状态。采用矿井静压水作为喷雾用水时，其全尘浓度为212.12 mg/m3，采用质量分数0.10%尘克C&C磁化水后，其全尘浓度为132.52 mg/m3.降尘效率提高了37.53%.

5结论

①试剂及其浓度可降低溶液的表面张力，改善溶液的湿润性。通过测试6种浓度的十二烷基硫酸钠（SDS）、十二烷基苯磺酸钠（SDBS）、十二烷基磺酸钠和尘克C&C矿用除尘剂溶液，发现质量分数0.10%的尘克C&C溶液其表面张力最小且环境友好，相较于矿井静压水，可使表面张力下降43.83%（至33.2 mN/m）。

②不同的磁化参数（磁化强度以及磁化时间）会影响水分子簇的破裂，氢键的断裂以及溶液分子表面亲水基团的密度，进而影响溶液的表面张力。通过改变质量分数0.10%尘克C&C溶液的磁化强度及磁化时间，并测试其表面张力，获得了质量分数0.10%尘克C&C溶液最优磁化参数，最优磁化强度为300 mT，最优磁化时间为50 s.

③质量分数0.10%尘克C&C磁化水生成的雾滴对低水分无烟煤颗粒具有更好的捕集作用。相较于矿井静压水，质量分数0.10%尘克C&C磁化水接触角减小了79.11%（至15.5°）。表面张力减小了47.04%（至31.3 mN/m）。溶液的粘附功降低了18.3%，降低了溶液的粘附能力，而铺展功及浸湿功分别提升了97.35%，87.01%.极大提升了溶液的铺展能力和浸湿能力。

④通过现场应用试验，使用质量分数0.10%尘克C&C磁化水作为采煤工作面的喷雾降水，可提高采煤工作面喷雾降尘效率，相较于使用矿井静压水喷雾降尘，其降尘效率提高了37.53%.

表面张力仪应用：研究活性磁化水对无烟煤尘的湿润作用（一）

表面张力仪应用：研究活性磁化水对无烟煤尘的湿润作用（二）

表面张力仪应用：研究活性磁化水对无烟煤尘的湿润作用（三）