徐百平

摘要：為了探究煤散體自然安息角與粒徑的變化關(guān)系，本文采用圓筒法對(duì)不同粒徑的煤散體做了實(shí)驗(yàn)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(dòng)圓筒，使散體自然堆落，測(cè)量煤散體堆積體的高度h與水平距離l，通過公式計(jì)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(xiàn)出隨粒徑增大，自然安息角逐漸變小的趨勢(shì)。

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(guān)鍵詞：煤散體；粒徑；安息角

Key words： coal dispersion；particle size；Rest Angle

中圖分類號(hào)：TD82 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(fù)雜并伴有一定的礦山災(zāi)害、事故發(fā)生。合理的煤炭開挖、減少煤炭事故的發(fā)生和事故救援對(duì)維持礦山穩(wěn)定和社會(huì)穩(wěn)定發(fā)展有著重要意義。

當(dāng)煤礦井下發(fā)生災(zāi)害事故時(shí)，應(yīng)急救援是幫助被困礦工脫離危險(xiǎn)的重要手段。據(jù)統(tǒng)計(jì)，煤礦井下發(fā)生重大事故時(shí)，第一現(xiàn)場(chǎng)瞬間死亡人數(shù)不到10%[1]，大多因?yàn)榫仍畷r(shí)間的延長(zhǎng)，用于逃生的通道阻塞，在井下呼吸有毒有害氣體、氧氣供應(yīng)不足，中毒或窒息身亡。在煤礦井下發(fā)生災(zāi)害后，救援通道迅速開挖形成，是減少被困人員傷亡的關(guān)鍵所在。

救援通道的迅速形成，就需要對(duì)散體的一些參數(shù)有所掌握。賈旭光[2]等人探究了不同粒度和錐載形態(tài)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(jié)論。李昌寧[3]對(duì)非均勻的礦石散體做了研究，確定了散體非均勻度的計(jì)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(guān)系方程。本文針對(duì)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(shí)驗(yàn)步驟及數(shù)據(jù)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(wěn)定的結(jié)構(gòu)，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(shí)會(huì)形成一定的坡度，該坡度不會(huì)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(xué)者都對(duì)自然安息角有各自的見解，對(duì)自然安息角的研究成果也各有不同。綜合這些研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)自然安息角的定義還是比較統(tǒng)一的，即是在自然的狀態(tài)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(fā)生改變，稱為自然安息角。測(cè)量安息角的裝置很多，例如，圓筒式測(cè)定裝置、旋轉(zhuǎn)式測(cè)定裝置、載壓式測(cè)定裝置、塌落式測(cè)定裝置和圓盤式測(cè)定裝置等。本文采用圓筒式測(cè)定裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（如圖2）。

根據(jù)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(xiàn)出先變大后變小的趨勢(shì)。

2 結(jié)論

通過公式（1）計(jì)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(xiàn)出先變大后變小的趨勢(shì)，差距較為明顯。導(dǎo)致這種現(xiàn)象的主要原因是粒徑小的煤散體，垮落堆積體的內(nèi)部空隙率相對(duì)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(duì)較大。通過對(duì)煤散體自然安息角的研究分析，總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論，使發(fā)生礦山災(zāi)害后，在第一時(shí)間開挖救援通道起到一定的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]郝傳波，于會(huì)軍，張國華，蒲文龍.井下斷層地質(zhì)破碎帶巷道垮落體力學(xué)特性[J].黑龍江科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，26（7）：351-352.

[2]賈旭光，陳曦，李鑫.不同粒度和堆載形態(tài)下散體瞬時(shí)自然安息角的實(shí)驗(yàn)研究[J].現(xiàn)代礦業(yè)，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(guān)系的研究[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，2002，22（2）：11-14.