瓦斯氛围下煤-水界面润湿特性及其影响机制

• Published in: 煤炭学报 Vol. 49; no. 10; pp. 4325 - 4335
• Main Authors: 岳基伟, 王辰, 石必明, 王兆丰, 徐金林, 韩奇峻, 孙永鑫, 梁跃辉
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 安徽理工大学安全科学与工程学院,安徽淮南 232001 01.10.2024; 煤矿深井开采灾害防治技术科技研发平台,安徽理工大学,安徽淮南 232001; 煤矿深井开采灾害防治技术科技研发平台,安徽理工大学,安徽淮南 232001%河南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,河南焦作 454000; 河南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,河南焦作 454000%安徽理工大学安全科学与工程学院,安徽淮南 232001%安徽理工大学安全科学与工程学院,安徽淮南 232001
• Subjects: 表面张力; coal and water contact angle; 瓦斯压力; wetting; 润湿; gas pressure; coal seam water injection; 煤层注水; 煤水接触角; surface tension
• ISSN: 0253-9993
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2024.0313

TD712; 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,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.