酸性SiO2纳米流体对煤体润湿性及瓦斯解吸的影响机理
柳先锋1
李闯1
聂百胜1
何学秋2
贾雪祺1
何承毅1
韩涵1
1.重庆大学资源与安全学院,重庆 400044;重庆大学煤矿灾害动力学与控制全国重点实验室,重庆 4000442.北京科技大学土木与资源工程学院,北京 100083;School of Civil,Mining,Environmental and Architectural Engineering,University of Wollongong,Wollongong NSW 2522
摘要：添加纳米流体可改变煤体化学结构进而增润煤体影响瓦斯解吸过程.为探究酸性SiO2 纳米流体对煤粉增润机理和对瓦斯解吸的作用规律,试验配置了不同质量浓度和pH的酸性SiO2 纳米流体改性煤样,利用接触角测量试验从宏观角度探究酸性SiO2 纳米流体作用对煤体润湿性的影响,采用甲烷解吸动态试验系统,研究不同pH及不同SiO2 纳米流体质量浓度的浸润溶液作用时改性煤样甲烷解吸规律;使用傅立叶红外光谱分析仪和扫描电镜从微观角度分析酸性SiO2 纳米流体对煤粉的增润机理及煤体瓦斯解吸促进机制.结果表明:选取合适的质量浓度的SiO2 纳米流体和弱酸性环境对煤体增润强化效果具有促进作用,浸润溶液处于SiO2 纳米流体质量浓度为 2.0%、pH为 3的弱酸性环境时,测量接触角为 25.2°,与原煤接触角相比减小 74.5°;瓦斯解吸量由6.9607 mL/g增加至 13.2794 mL/g;且伴随着试验中弱酸酸性环境的增强和SiO2 纳米流体质量浓度的增加,接触角逐渐减小,煤体由疏水性逐渐向亲水性转变,润湿作用效果增强,瓦斯解吸促进作用增强;含氧官能团作为影响煤体润湿性的主要基团,其吸收峰总面积与煤水接触角呈负相关关系、与煤体瓦斯解吸量和瓦斯解吸率呈正相关关系;且在不同条件下的改性煤样表面形貌也发生了变化.合理选择酸性SiO2 纳米流体浸润煤体,可增强煤体润湿性,易于实现煤尘高效降除,促进瓦斯解吸过程,强化瓦斯抽采效果.
关键词：酸性环境纳米流体增润瓦斯解吸含氧基团
分类号：TD712(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家重点研发计划(2023YFC300900301-03)国家自然科学基金(52274173)
论文发表日期：2025-07-31
在线出版日期：2025-08-22（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：15( 3307-3321 )
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