基于粗糙度的煤體表面接觸角數(shù)值模擬研究

張 健 ，許 博 ，魏建平 ，張鵬妍 ，蔡茂林 ，張凱旋

（1.河南省瓦斯地質(zhì)與瓦斯治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室—省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地, 河南 焦作 454000；2.河南理工大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)院, 河南 焦作 454000）

0 引 言

煤塵是煤礦生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中出現(xiàn)的細(xì)小顆粒，它的危害是多方面的，主要是影響作業(yè)工人的身體健康[1]，如塵肺病危害，其中2009-2018 年期間，中國(guó)塵肺病及其他呼吸系統(tǒng)疾病235 553 例，占職業(yè)病例總數(shù)87.16%[2]。如何有效防止煤塵產(chǎn)生和有效除塵是煤礦企業(yè)亟待解決的問(wèn)題。濕式防塵是煤礦企業(yè)使用最廣泛的手段之一，包括噴霧和煤塵注水等[3]。煤的潤(rùn)濕是濕式除塵的基礎(chǔ)，潤(rùn)濕是指溶液取代液體或固體表面空氣的過(guò)程。目前，學(xué)者主要從煤塵粒度方面來(lái)研究煤塵表面物理性質(zhì)對(duì)煤塵潤(rùn)濕效果的影響。李嬌陽(yáng)[4]分析煤表面潤(rùn)濕性的影響因素，發(fā)現(xiàn)煤的化學(xué)組成對(duì)煤潤(rùn)濕性的影響較大，隨著煤階的增高，接觸角變大，親水性減弱。李慶釗等[5]利用分形理論分析煤表面結(jié)構(gòu)對(duì)煤塵潤(rùn)濕性能的影響，結(jié)果顯示煤塵的潤(rùn)濕性隨著粒度分形維數(shù)的增加而變差。楊靜[6]在分析煤塵表面潤(rùn)濕機(jī)理時(shí)，發(fā)現(xiàn)煤塵的粒度越小，其孔隙體積越大，煤塵與空氣結(jié)合越穩(wěn)定，煤塵表面越難被水潤(rùn)濕。

數(shù)值模擬方面的應(yīng)用在固體物質(zhì)的表面潤(rùn)濕過(guò)程，王寶和等[7]利用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法研究了納米級(jí)別粗糙模型上的潤(rùn)濕行為，在粗糙度數(shù)值上相同的條件下，粗糙結(jié)構(gòu)的形狀對(duì)接觸角大小影響不大，且潤(rùn)濕模型都符合Wenzel 接觸模型，只是疏水性粗糙面會(huì)隨著粗糙度增加，接觸角會(huì)穩(wěn)定在一個(gè)值。……