煤塵是煤礦井下開采的主要危害之一，主要表現(xiàn)在煤塵爆炸和塵肺病職業(yè)危害兩方面。其產(chǎn)生位置主要在采煤工作面和掘進(jìn)工作面。為了有效降低作業(yè)環(huán)境粉塵濃度，國內(nèi)外學(xué)者做了大量嘗試。目前在煤礦井下應(yīng)用最為廣泛的降塵措施為噴霧降塵，而傳統(tǒng)的噴霧降塵效果并不理想，其主要原因之一在于大多數(shù)情況下水滴難以濕潤煤塵形成大顆粒沉降。

許多學(xué)者通過添加表面活性劑改善煤的濕潤性，從而提高抑塵效率。關(guān)于表面活性劑的研究主要集中在離子表面活性劑、非離子表面活性劑、天然表面活性劑和復(fù)合表面活性劑的研究。而另一部分學(xué)者發(fā)現(xiàn)，采用磁場磁化方法可降低水的表面張力，從而改善水對煤塵的濕潤作用。NIE等研究發(fā)現(xiàn)采用磁場磁化方法可以降低礦井水的表面張力，在礦井水中添加適宜的表面活性劑，表面張力降低甚至大于磁化對礦井水的作用。從降低表面張力的角度來看，采用磁場磁化礦井水與表面活性劑的應(yīng)用結(jié)合，會(huì)發(fā)揮更加明顯的作用。WANG等研究了不同溶質(zhì)體積分?jǐn)?shù)和磁場作用時(shí)間處理對抑塵劑的作用，發(fā)現(xiàn)磁化處理對非離子表面活性劑溶液的影響比較明顯。ZHOU等為了有效提高降塵水的潤濕性能，開發(fā)了一種具有表面活性磁化水的新型防塵技術(shù)，可以明顯提高降塵效率。

上述關(guān)于表面活性劑、活性磁化水改善煤塵濕潤性研究，所選煤樣多為褐煤和煙煤。而YAO等通過核磁共振（NMR）和X射線光電子能譜（XPS）實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)無煙煤相較于褐煤、氣煤，煤樣多環(huán)芳香結(jié)構(gòu)緊湊，表面含氧官能團(tuán)幾乎全部脫除，潤濕性差。

為此，一些學(xué)者試圖通過添加非離子試劑或離子試劑來改善水對無煙煤塵的濕潤作用。因此，為了提高無煙煤塵的降塵效率，對活性磁化水的試劑、濃度、磁化強(qiáng)度、磁化時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，優(yōu)選最佳表面活性劑及其添加濃度、最佳磁化參數(shù)，將之用于產(chǎn)生活性磁化水并進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)用，對于無煙煤塵降塵具有較好的現(xiàn)實(shí)意義。

1實(shí)驗(yàn)材料

1.1煤樣

煤樣取自山西沁水煤田東南部15號(hào)煤，為無煙煤。將煤樣粉碎并篩至250目以下，由FW-4A型粉末壓片機(jī)以30 MPa壓力壓制，形成煤樣壓片，用于溶液的接觸角測量實(shí)驗(yàn)。

1.2溶液

用于本實(shí)驗(yàn)的溶液有4種，溶質(zhì)分別為：十二烷基硫酸鈉（SDS）、十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）、十二烷基磺酸鈉和塵克C&C礦用除塵劑，溶劑為水，水取自山西沁水煤田煤礦井下管道靜壓水。依據(jù)實(shí)驗(yàn)方案，以上溶液分別配備6種不同濃度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.05%，0.10%，0.15%，0.20%，0.25%，0.30%）。

2實(shí)驗(yàn)設(shè)備及實(shí)驗(yàn)方法

2.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備

2.1.1磁化儀器

磁化實(shí)驗(yàn)磁場由TY1000型永磁測量儀提供。該儀器可通過直流電源進(jìn)行勵(lì)磁，磁場穩(wěn)定可調(diào)。為了確定最佳磁化強(qiáng)度和磁化時(shí)間，本研究中采用TY1000型永磁測量儀分別為實(shí)驗(yàn)提供100，200，300，400，500 mT.

2.1.2表面張力測試儀

表面張力采用JYW-200B型微控全自動(dòng)液體表面張力儀進(jìn)行測試。采用脫環(huán)法測量液體的表面張力，可實(shí)時(shí)記錄脫環(huán)過程中液體薄膜的張力，直至薄膜破裂，取整個(gè)過程中的最大張力為液體的表面張力。

2.1.3接觸角測試儀

采用JY-PHb接觸角測定儀進(jìn)行實(shí)驗(yàn)液體的接觸角測量。測量時(shí)，先將待測液體滴于固體表面，待固~液~氣三相界面平衡后進(jìn)行拍攝，在影像中做液面的切線，并測量切線與固體界面的夾角，所得夾角就是接觸角。

2.2實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1最佳溶液和最佳濃度

為了選取濕潤性最好的溶液，分別采用礦井管道水配備了十二烷基硫酸鈉（SDS）溶液、十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）溶液、十二烷基磺酸鈉溶液和塵克C&C溶液。各溶液分別以6種濃度配備：質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.05%，0.10%，0.15%，0.20%，0.25%，0.30%.然后，對所配備溶液進(jìn)行表面張力測試，根據(jù)表面張力測試結(jié)果選取最優(yōu)溶劑及溶液濃度。

2.2.2最佳磁化強(qiáng)度

礦井水在磁化1——5 min時(shí)，其表面張力趨于穩(wěn)定。為了確定最佳磁化強(qiáng)度，分別對最優(yōu)表面活性溶液施加磁場磁化并測定不同磁化強(qiáng)度下溶液的表面張力。實(shí)驗(yàn)磁場強(qiáng)度依次為：100，200，300，400，500 mT.磁化時(shí)間為5 min.

2.2.3最佳磁化時(shí)間

為了確定最佳磁化時(shí)間，分別對最優(yōu)表面活性溶液施加不同時(shí)間的最優(yōu)磁場強(qiáng)度的磁場。磁化時(shí)間分別為：60，120，180，240，300 s.然后，選取最優(yōu)磁化時(shí)間區(qū)間，并在最佳磁化時(shí)間區(qū)間內(nèi)，分別對最優(yōu)表面活性溶液進(jìn)行磁化，磁化時(shí)間間隔為10 s，同時(shí)測試不同磁化時(shí)間下溶液的表面張力，以確定最佳磁化時(shí)間。

2.2.4活性磁化水優(yōu)化參數(shù)評(píng)價(jià)

為了評(píng)價(jià)活性磁化水的濕潤性，其在低水分無煙煤煤樣壓片表面的接觸角是一個(gè)很重要的參數(shù)。在本研究中，分別測試了礦井管道水、最優(yōu)表面活性溶液、最優(yōu)活性磁化水在低水分無煙煤煤樣壓片表面的接觸角，并計(jì)算了粘附功、浸濕功、擴(kuò)展功，以評(píng)價(jià)活性磁化水的優(yōu)化效果。

表面張力儀應(yīng)用：研究活性磁化水對無煙煤塵的濕潤作用（一）

表面張力儀應(yīng)用：研究活性磁化水對無煙煤塵的濕潤作用（二）

表面張力儀應(yīng)用：研究活性磁化水對無煙煤塵的濕潤作用（三）