煤微观结构化学调控及注水驱替瓦斯规律
杨威
罗黎明
王一涵
白海鑫
中国矿业大学煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室,江苏徐州 221116
摘要：为揭示煤微观结构变化对瓦斯解吸的影响,以河南省平顶山八矿的煤样为研究对象,选取1-丁基-3甲基咪唑四氟硼酸盐、十二烷基硫酸钠对煤样进行浸泡处理,结合低温液氮吸附、红外光谱、X射线衍射、吸附常数a测量、接触角测量以及瓦斯驱替和卸压解吸实验进行研究.结果表明:表面活性剂可以显著改变煤的孔隙特征、分子基团以及微晶结构.煤样微孔的比表面积减少、平均孔径增大,孔裂隙网络更加畅通.煤样的化学官能团发生变化,平均链长和脂芳比减少、富氧程度比值增大.芳香环层片层间距和芳香度增加,芳香层片堆砌高度和芳香堆砌层数减小,芳香层结构排列更紊乱疏松,芳香环缩合程度降低,煤分子排列被打乱,有序结构范围减小.这些孔隙特征、分子基团以及微晶结构发生的变化,大幅改善了煤体的润湿性,使得溶液侵入煤样内部的难度减小,有助于强化瓦斯驱替,增强瓦斯抽采效率,同时滞留在煤体孔隙中的溶液增多,所以卸压后,煤样瓦斯解吸和排出受阻,瓦斯解吸速率降低,水锁效应增强.本研究结果为煤层瓦斯资源开采提供理论指导,通过添加表面活性剂等方式人为改变煤的微观结构,进而定向改变瓦斯解吸特性,提高瓦斯抽采效率,同时在煤层开采时,避免大量瓦斯的突然涌出,从而实现煤层气高效、安全抽采.
关键词：微观结构润湿性瓦斯驱替瓦斯解吸水锁效应
分类号：TD713(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(52274239)中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2021ZDPYYQ008)
论文发表日期：2023-08-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：11( 3091-3101 )
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