煤散體安息角受粒徑大小的變化研究

徐百平

摘要：為了探究煤散體自然安息角與粒徑的變化關系，本文采用圓筒法對不同粒徑的煤散體做了實驗研究。將四種不同粒徑的煤散體分別裝入圓筒中，緩慢垂直向上移動圓筒，使散體自然堆落，測量煤散體堆積體的高度h與水平距離l，通過公式計算出安息角的大小。研究表明，煤散體自然安息角受粒徑的大小呈現出隨粒徑增大，自然安息角逐漸變小的趨勢。

Abstract： In order to explore the relationship between the natural rest angle and the particle size of coal particles， an experimental study of coal particles with different particle sizes was conducted in this paper. Four kinds of coal granular bodies with different particle sizes are loaded into the cylinders respectively， and the cylinders are slowly moved vertically upwards so that the loose bodies fall naturally. The height h and the horizontal distance l of the coal bodies are measured and the angle of repose is calculated by the formula. Studies have shown that the natural rest angle of coal particles is affected by the size of the particle size， and the natural repose angle gradually becomes smaller with the increase of particle size.

關鍵詞：煤散體；粒徑；安息角

Key words： coal dispersion；particle size；Rest Angle

中圖分類號：TD82 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）21-0251-02

0 引言

我國能源利用方面主要以煤炭為主，煤炭的開采過程比較復雜并伴有一定的礦山災害、事故發生。合理的煤炭開挖、減少煤炭事故的發生和事故救援對維持礦山穩定和社會穩定發展有著重要意義。

當煤礦井下發生災害事故時，應急救援是幫助被困礦工脫離危險的重要手段。據統計，煤礦井下發生重大事故時，第一現場瞬間死亡人數不到10%[1]，大多因為救援時間的延長，用于逃生的通道阻塞，在井下呼吸有毒有害氣體、氧氣供應不足，中毒或窒息身亡。在煤礦井下發生災害后，救援通道迅速開挖形成，是減少被困人員傷亡的關鍵所在。

救援通道的迅速形成，就需要對散體的一些參數有所掌握。賈旭光[2]等人探究了不同粒度和錐載形態下散體的安息角，得出了顆粒尺寸影響散體邊坡安息角的結論。李昌寧[3]對非均勻的礦石散體做了研究，確定了散體非均勻度的計算方法，建立了礦石散體的放出安息角與礦石的非均勻度的關系方程。本文針對煤散體做了研究，探究不同粒徑的煤散體安息角是如何變化。

1 實驗步驟及數據處理

散體作為一種顆粒的集合體，其顆粒之間相互作用可以形成較穩定的結構，使散體在堆積過程中保持一定的形狀（見圖1）。然而散體堆積時會形成一定的坡度，該坡度不會超過某一極限角度，此極限角度βc即為散體的自然安息角。很多專家學者都對自然安息角有各自的見解，對自然安息角的研究成果也各有不同。綜合這些研究發現，對自然安息角的定義還是比較統一的，即是在自然的狀態下，堆積體的坡面與水平方向所能形成的最大的角度，且隨著堆積體高度的變化，該角度不發生改變，稱為自然安息角。測量安息角的裝置很多，例如，圓筒式測定裝置、旋轉式測定裝置、載壓式測定裝置、塌落式測定裝置和圓盤式測定裝置等。本文采用圓筒式測定裝置進行實驗（如圖2）。

根據表1煤散體自然安息角和圖3粒徑與安息角曲線圖可知，煤散體安息角隨粒徑的增大而變小。在變化過程中，變化速率呈現出先變大后變小的趨勢。

2 結論

通過公式（1）計算得知，煤散體的自然安息角隨煤散體粒徑的變大而逐漸變小，變化速率呈現出先變大后變小的趨勢，差距較為明顯。導致這種現象的主要原因是粒徑小的煤散體，垮落堆積體的內部空隙率相對小，散體接觸面更大一些，相互作用摩擦力更大，所以安息角相對較大。通過對煤散體自然安息角的研究分析，總結實驗結論，使發生礦山災害后，在第一時間開挖救援通道起到一定的作用。

參考文獻：

[1]郝傳波，于會軍，張國華，蒲文龍.井下斷層地質破碎帶巷道垮落體力學特性[J].黑龍江科技大學學報，2016，26（7）：351-352.

[2]賈旭光，陳曦，李鑫.不同粒度和堆載形態下散體瞬時自然安息角的實驗研究[J].現代礦業，2015，549（1）：25-27.

[3]李昌寧.礦巖散體的非均勻度與放出安息角關系的研究[J].礦業研究與開發，2002，22（2）：11-14.