煤层注水防尘机理

煤体在开采时分为很多环节，这包括开拓、采煤、运输等环节，当煤体和岩体在开采中受到破坏时，就会导致大量的粉尘产生。原生矿尘的产生是因为各种作用力产生。这些粉尘本来就存在于内部煤体的裂隙之中，与开采前后没有关系，当在开采时，只是因为将煤体的裂隙打开才是粉尘飞向周围。另外，除了原生矿尘还有次生矿尘，它们是因为后来的开采时的外力由煤岩自身破碎而产生的。经过实际的测试发现，虽然原生矿尘是天然生成，却并不是矿尘的主要来源。在注水时，当水进入煤体时，会润湿煤层使煤体中浮游尘减少。

（1）煤体内的原生煤尘的湿润

原生煤尘存在于与煤体的各个裂隙之中，当煤体被破坏后，它们就会飞出裂隙，飘散到矿井之中。如果对煤体进行注水，当水进入煤体时就会润湿煤体，可以防治煤体在破坏时产生更多的可以飘散到空气中的矿尘，这样可以从源头进行对粉尘的消除。

（2）煤体吸附作用

在煤层注水时，必须保证水能够进入到煤体的裂隙中去，使注入的水可以与煤体的表面发生接触。只有当两种物质相互接时它们才会有所相互影响，也就是水会对煤层表面起到影响。所以，在煤层注水时第一步就是对煤层进行湿润，通过对煤层的湿润才能使水在煤体表面自动的铺展开来。这时，就会有一个吸附的力在煤—水界面形成，这就如同固—液界面中产生的吸附作用。

因为直径大的水分子直径大，它只能进入一些作用，大孔隙和小孔整个孔隙体积不到45%，这是很难进入微孔隙和微孔隙，这些孔隙的体积是只有大约2%的煤的体积的身体。但当煤层达到含水饱和度时，水重可达到煤重的4-5%。当转化为体积时，水的体积超过了进入煤体大小孔洞的水的总和。这是因为一部分水被煤的内表面吸收，将微孔推入其中，正是这部分水改变了煤的物理力学性质。水进入煤体内的各种裂隙。在孔隙中，水不仅存在于较大的结构裂缝、层理和节理中，而且存在于极小的孔隙中。即使在lum以下的微孔中，煤体也被水有效包裹。当开采煤炭的本身破碎时，因为有水在大多数破碎的表面，以消除细煤粉的飞行，即使煤自身孔隙率很好，水的渗透进入微孔可以让它润湿，达到最高的目标，降低煤尘的产生量。

（3）煤体物理力学性质的改变

煤是一种孔隙破裂介质。当水以孔隙网的形式注入煤层时，水在注水孔附近逐渐由近向远流动，然后渗透到小孔和微孔中。如果煤层被水润湿，水会软化煤体在煤-水界面上的表面，水的表面会膨胀到与煤表面相同的面积。在煤孔隙度，水在煤表面传播，实际上是在裂缝和孔隙水表面的扩散，水和煤的直接接触形成连续的润湿相，和非润湿相的孔隙、裂缝一起，形成孤立的水滴并存储在大孔隙中达到饱和，从而生产煤炭和水分子的吸附。由于煤是一种裂隙介质孔隙，其构造特征为煤层裂隙中大致垂直发育的两组（即煤层裂隙）天然裂缝网络，它将被分为许多煤层矩阵块，每一块矩阵包含许多微孔，块矩阵的规模（即距离夹板）通常厘米大小或更小，和矩阵和矩阵块包含在孔隙表面，由于矩阵块厘米数量级较小规模，甚至从工程的角度宏观的角度来看，在整个煤层体积中，是水的作用，它使水分子与煤分子相互混合在一起。

水分子和煤分子、煤分子和煤分子之间的力是不带电性的一种力，即范德华力。随着距离的增加，分子间相互作用的势能由范德华力将大大降低，也就是说，互相吸引将大大削弱。即煤经注水后，经水渗入煤中，产生煤的吸附作用，吸收水分，使煤分子对原有的吸引力（即吸附力）。而由于距离的减小，水分子的引力通常小于煤与煤分子之间的原始键合，此外还有水膜润滑，降低了煤与分子之间的耦合力。当过多的水分子进入煤分子之间时，体积膨胀，导致煤分子间所有的结合力丧失，煤发生水解，使煤变成颗粒状颗粒。水进入裂隙之后，脆性降低，塑性增强，从而大大降低了煤破碎成粉尘颗粒的可能性，降低了煤尘的产量。

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