瓦斯和煤尘是制约煤矿安全生产、危害矿工生命健康的两大杀手。煤层注水被广泛用于煤尘防治和瓦斯治理，高瓦斯煤层中瓦斯严重干扰着水分对煤体的润湿，导致含瓦斯煤润湿效果差。十二烷基型表面活性剂(C12H25-[HG])常被用于不含瓦斯煤的增润研究，C12H25-[HG]常见的亲水基团（[HG]）有-OH、-COOH及-SO3H，但其对含瓦斯煤润湿的调控行为及机制不清楚。本文采用实验及分子动力学模拟的方法展开了研究，C12H25-[HG]溶液与瓦斯之间的表面张力、与含瓦斯煤之间的接触角、界面能，C12H25-[HG]溶液及纯水浸润煤样后官能团的演化规律，疏水位点与水分子的电势差表明，-OH、-COOH及-SO3H亲水基团对含瓦斯煤润湿的调控效果逐渐增加；在表面活性剂溶液-含瓦斯煤微观分子结构模型中，-OH、-COOH及-SO3H亲水基团分别与水分子中氧原子之间的相互作用逐渐增强，其径向分布函数及配位数逐渐增加；-OH、-COOH及-SO3H亲水基团的存在，使得疏水基团与煤分子之间的径向分布函数及配位数呈现出增加的趋势；对于含有-OH、-COOH及-SO3H基团的C12H25-[HG]溶液，水分子的吸附程度逐渐增强、扩散系数逐渐降低，而聚集程度逐渐提高，甲烷分子被置换的程度逐渐增加、甲烷分子扩散系数逐渐增加；水中引入-SO3H亲水基团有助于提升含瓦斯煤的润湿效果。研究结果为高效筛选适用于煤矿瓦斯灾害防治的表面活性剂及揭示煤层注入表面活性水治理瓦斯的机制提供理论指导。

引言
1 实验材料及润湿调控行为实验测试
12H25-[HG]溶液的制备'>1.1 C12H25-[HG]溶液的制备
12H25-[HG]溶液与瓦斯之间的表面张力测试流程'>1.2 C12H25-[HG]溶液与瓦斯之间的表面张力测试流程
12H25-[HG]溶液与含瓦斯煤之间接触角测试流程'>1.3 C12H25-[HG]溶液与含瓦斯煤之间接触角测试流程
1.4 FTIR测试
12H25-[HG]的[HG]对含瓦斯煤润湿的调控行为'>2 C12H25-[HG]的[HG]对含瓦斯煤润湿的调控行为
12H25-[HG]溶液与瓦斯之间表面张力的调控行为'>2.1 [HG]对C12H25-[HG]溶液与瓦斯之间表面张力的调控行为
12H25-[HG]溶液与含瓦斯煤之间接触角的影响规律'>2.2 [HG]对C12H25-[HG]溶液与含瓦斯煤之间接触角的影响规律
12H25-[HG]溶液之间界面能的变化规律'>2.3 含瓦斯煤与C12H25-[HG]溶液之间界面能的变化规律
2.4 FTIR测试结果
12H25-[HG]的[HG]对含瓦斯煤润湿行为的调控机制'>3 C12H25-[HG]的[HG]对含瓦斯煤润湿行为的调控机制
3.1 静电势分析
3.2 煤吸附瓦斯微观构型
3.3 含瓦斯煤-表面活性剂溶液微观模型的构建
3.4 [HG]对径向分布函数的影响分析
3.5 水及甲烷分子的扩散系数
4 结论

岳基伟,李文琪,王辰,等.十二烷基型表面活性剂亲水基团对含瓦斯煤润湿的调控行为及机制[J/OL].煤炭学报,1-14[2025-01-16].https://doi.org/10.13225/j.cnki.jccs.2024.1174.