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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
瓦斯氛围下煤-水界面润湿特性及其影响机制
  • 59
  • 作者

    岳基伟王辰石必明王兆丰徐金林韩奇峻孙永鑫梁跃辉

  • 单位

    安徽理工大学安全科学与工程学院煤矿深井开采灾害防治技术科技研发平台安徽理工大学河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室-省部共建国家重点实验室培育基地河南理工大学

  • 摘要
    煤层注水被广泛用于煤层瓦斯治理,其治理瓦斯的效果关键在于水分对含瓦斯煤体的润湿效果,然而高瓦斯煤层中瓦斯严重干扰着水分对煤体的润湿。为弄清瓦斯氛围下水分对煤体的润湿特性,本文采用自研的瓦斯氛围下煤-水接触角测试装备及自开发的瓦斯氛围下水的表面张力测试软件,研究了瓦斯氛围下煤-水界面润湿参数,阐释了瓦斯氛围下煤-水界面的润湿特性,并揭示了其影响机制。研究结果表明:瓦斯氛围下随着瓦斯压力的增加,水的表面张力、煤的表面能及黏附功逐渐减小,煤-水接触角及煤-水界面能逐渐增加,水对煤的润湿效果变差;基于煤的工业分析、元素分析及微光谱图分析,建立了无烟煤的分子结构模型,分子式为C99H54N2O3S,煤分子模型的桥碳比为0.61,其与13C-NMR谱图的桥碳比一致;瓦斯氛围下煤水微观润湿体系中,煤水交界面以下,水分子的相对浓度随着瓦斯压力的增大而减小;煤水交界面以上,瓦斯压力越大,水分子相对浓度峰值越大;瓦斯氛围下煤水微观润湿体系中,随着瓦斯压力的增加,水分子的吸附程度减弱,煤中瓦斯被置换的程度减小,甲烷分子的扩散系数减小,水分子分散程度增加,聚集程度减弱,水分子的扩散系数增加。研究结果对于揭示煤层注水润湿含瓦斯煤的机理奠定理论基础。
  • 关键词

    瓦斯压力煤层注水润湿表面张力煤水接触角

  • 文章目录
    引言
    1 瓦斯氛围下煤-水接触角实验及水的表面张力分析流程
    1.1 瓦斯氛围下煤-水接触角实验装备及实验流程
    1.2 瓦斯氛围下水的表面张力分析流程
    2 瓦斯氛围下水的表面张力及煤-水界面润湿特性分析
    2.1 瓦斯氛围下水的表面张力分析
    2.2 瓦斯氛围下煤-水界面润湿特性分析
    3 煤分子模型的构建
    3.1 煤的工业分析及元素分析
    13C-NMR谱图测试及分析'>3.2 13C-NMR谱图测试及分析
    3.3 FTIR红外光谱测试及分析
    3.4 XPS电子能谱测试及分析
    3.5 煤分子结构模型的构建
    4 瓦斯氛围下煤-水界面润湿特性的影响机制
    4.1 模拟方法
    4.2 水分子的相对浓度分布及位置分布特征
    4.3 水分子及甲烷分子的扩散系数
    5结论
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