2.2表麵張力和接觸角的測試原理

采用芬蘭Kibron公司生產的Delta-8全自動高通量粉色视频黄色网站對不同種類的水在室溫下進行測定，鉑金環浸入到水中一定的位置，隨著鉑金環與水之間的膜被拉長，使鉑金環受到一個向下的力，差動變壓器的磁芯隨鉑金環的下降而上升，使差動變壓器的線圈感應出一定的電壓值，這樣將被拉伸的薄膜變形量轉化為電壓量，經微機處理轉化為相應的張力值，並自動顯示出來。隨薄膜逐漸被拉長，張力值逐漸增大，直至薄膜破裂，記下的最大值即水的實時張力。

采用JY－PHb接觸角測定儀測定6種不同水對煤樣的接觸角，拍照後在照片上測量，觀測與固體平麵相接觸液滴的外形，再用量角器直接量出三相交界處流動界麵與固體界麵的夾角。

2.3測試結果及分析

室溫下，對6種不同水的表麵張力分別測試4次，取平均值，結果見表1。每種水與煤的接觸角均測試4個不同位置的接觸角，煤樣不同位置處的平整度和粗糙度不同，測試結果也不同，見表2。結果表明，礦井水和自來水的表麵張力接近，純淨水和蒸餾水的表麵張力接近，這是因為礦井水和自來水，純淨水和蒸餾水的主要成分相似。磁化水水分子鏈(團)的氫鍵發生畸變、斷裂，分子間的平衡距離變大，引力常數變小，水分子得到活化，導致磁化水的表麵張力降低；肥皂是一種表麵活性物質，表麵活性物質通過減小液體表麵自由能從而減小其表麵張力係數，所以磁化水和肥皂水的表麵張力較低，對應的與煤的接觸角也較小。

表1表麵張力測定結果

表2各種水與煤的接觸角測定結果

3臨界表麵張力計算及其對煤層注水作用

固體表麵可分低能固體表麵與高能固體表麵。區別高能固體表麵與低能固體表麵的主要依據是表麵能的大小，一般以表麵能0.001 J/m2為界，表麵能高於此值的為高能表麵，低於此值的為低能表麵。為了分析固體表麵潤濕特征，經常采用臨界表麵張力來表征。由前述分析可知，煤的表麵結構對於煤吸附水的能力有重要的影響，煤表麵結構越不均勻，懸鍵越多，極性越大，表麵能越高，對水的吸附能力也就越大。所以，影響煤吸附水能力有多種因素:煤的表麵性質、溫度、水中所含的表麵活性劑的濃度、煤的表麵性質等。如何衡量煤表麵潤濕性質，在此引入臨界表麵張力進行評價。

文獻測定了一些具有不同表麵張力的同係物液體對同一種固體表麵的接觸角θ，結果發現，將cosθ對液體表麵張力σL作圖，對於同係物液體可得一直線;對於非同係物液體可得一窄帶，直線或窄帶下線，表達式為

cosθ=aσL+b(2)

式中:a、b為係數，其值與煤樣及試驗測試位置有關。將直線或窄帶下線外推到cosθ=1，就可以得到一個表示該固體表麵特征的數值，Zisman定義此值就為液體對固體潤濕的臨界表麵張力γc。

γc=(1－b)/a(3)

在該液體同係物中凡是表麵張力小於γc的液體，都能以零度接觸角鋪展在該固體表麵上。根據表1、表2，每個測點位置cosθ與液體表麵張力σL的擬合情況(窄帶下線)如圖4所示。

圖2煤樣的潤濕臨界表麵張力

由圖2可知，煤樣不同位置處的臨界表麵張力不同，按照式(3)計算得到位置1—4的臨界表麵張力依次為:17.1、10.5、19.9、21.1 mN/m，分析其原因主要有2點:一是係統本身所具有的人為誤差的可能;二是測點位置煤樣表麵粗糙度不同。因此，成莊礦煤樣的總體臨界表麵張力取4個不同位置臨界表麵張力值的算術平均值為17.15mN/m。因此，凡是表麵張力低於17.15 mN/m的水都能以零度接觸角潤濕在成莊礦煤體表麵上;表麵張力大於17.15 mN/m的不同種類水，表麵張力越逼近該值的，其對該煤樣的潤濕效果越好，越有利於煤層注水。

臨界表麵張力計算能夠對煤層注水起到指導作用，在煤層注水前，可先在實驗室測定不同種類水溶液的表麵張力及其與煤樣的接觸角，計算得到煤樣的臨界表麵張力，評價煤的潤濕特征。采用向水中加入粘塵棒、表麵活性劑、將水磁化等方法調配較低表麵張力的水，對水改性，使煤層注水達到最佳效果。

4結論

1)水對煤體的潤濕能力可由水的表麵張力和與煤的接觸角大小來體現，表麵張力越小，與煤的接觸角越小，水對煤體的潤濕能力越強。

2)成莊礦煤樣的臨界表麵張力為17.15mN/m，表麵張力低於17.15 mN/m的水能夠對該煤樣完全潤濕和鋪展;表麵張力大於17.15 mN/m的不同種類水，表麵張力越逼近該值，其潤濕效果越好。

3)臨界表麵張力可以評價煤表麵潤濕的難易程度，對煤層注水起到指導作用。