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
岳基伟1
李文琪1
王辰1
石必明1
尚政杰2
申晓静1
娄振3
郑梦浩1
李永鹏4
梁跃辉1
李阳1
1.安徽理工大学安全科学与工程学院,安徽淮南 2320012.呼图壁县西沟煤炭有限责任公司,新疆昌吉 8311003.郑州轻工业大学建筑环境工程学院,河南郑州 4500014.河南庭源能源科技有限公司,河南郑州 450000
摘要：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.采用试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.
关键词：含瓦斯煤煤层注水润湿调控亲水基团电势
分类号：TD712(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(52304200)国家自然科学基金(U23A20601)安徽省自然科学基金资助项目(2308085QE152)
论文发表日期：2025-02-28
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：15( 975-989 )
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