煤体润湿抑制粉尘机理分析

由煤体的结构特性分析知，与岩石相比煤体是由孔隙、裂隙及节理等错综复杂结构的非均质不连续体，煤内部含有更加丰富的孔裂隙结构，这些孔裂隙结构生成过程中孔裂隙内部存有原生矿物、煤屑，孔裂隙表面会附着着粉尘，这些粉尘被称为“原生粉尘”，往往孔裂隙越发育，原生粉尘越多。这部分粉尘在煤炭开采过程中，在采掘机械的搅动和风流的扰动下，会形成飞扬的粉尘污染作业环境这是采掘活动产尘主要来源之一。

此外，采煤机割煤作业过程中，采掘机械截齿接触挤压煤体表面，在接触部分形成较高压应力并向煤体内部传递。煤是一种脆性材料，随着承受压应力的增大会发生变形破坏，形成压碎区。采掘机械截割齿侵入初期压碎区体积较小，这部分已经破碎的煤体随截齿的移动被持续压缩、积蓄能量，进而形成高密度粉化核。高密度粉化核能够将能量及应力传递至周围煤体，导致周围煤体的破碎、粉化，粉化核体积扩展。随着煤体破落形成新的与空气接触的自由面，粉化核的应力约束解除，聚集的能量被突然释放，粉化核被抛出，粉化核内的粉尘在气流的扰动下，飞扬扩散于空气之中，这是采掘活动中最主要的粉尘来源。

煤层注水通过钻孔将水通过一定的压力输送到煤体的孔隙、裂隙及节理中，此时一部分水通过吸附作用进入更细微的孔隙中，而剩余的水则储存在这些空间内。此过程中，水分通过吸附或者粘结作用存在于煤体孔隙、裂隙表面，润湿存在于孔隙、裂隙中的原生粉尘，原生粉尘在润湿作用下发生粘结和增重，失去飞扬能力，这是煤体润湿粉尘减少的主要原因之一。往往水分含量越高，煤体润湿效果越好，原生粉尘减少幅度越大。

煤层注水除了能够减少煤中存在的原生粉尘外，还能够减少开采过程中的产尘。这主要是由于煤体吸水后煤体内部结构发生变化，煤体的微观结构的改变导致力学性质发生变化，煤体吸水后强度和脆性降低，塑性增加，煤体强度及对外加能量的储存能力降低，煤体更容易被破坏，从而也就导致了采掘机械作业过程中煤体高密度粉化核的减小，从而减少破碎过程中的粉尘产生。

除润湿原生粉尘和减小破碎过程中的高密度粉化核外，煤层注水对于粉尘产生的抑制作用还表现在其破碎过程中的润湿作用。由煤层注水液体流动与润湿过程分析可知，随着注水压力的增大，水不断进入煤体内部，并在煤体内部的裂隙通道内滞留，煤层的贮水包括非弹性贮水和弹性贮水两种情况。煤炭开采的过程中煤体受到挤压破碎，破碎过程中储存在裂隙及节理中的水分与煤体充分搅动混合，对破碎的煤炭进行润湿并对细微的粉尘颗粒进行粘结和润湿增重，从而减少开采过程中粉尘产生及飞扬。

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参考文献：

[1]郑磊.难注水煤层水力逾裂增渗润湿抑尘机理与工程应用[D].重庆大学,2022.