摘要：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，本文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。研究结果对于揭示煤层注水润湿含瓦斯煤的机理奠定理论基础。
文章目录
引言
1 瓦斯氛围下煤-水接触角实验及水的表面张力分析流程
1.1 瓦斯氛围下煤-水接触角实验装备及实验流程
1.2 瓦斯氛围下水的表面张力分析流程
2 瓦斯氛围下水的表面张力及煤-水界面润湿特性分析
2.1 瓦斯氛围下水的表面张力分析
2.2 瓦斯氛围下煤-水界面润湿特性分析
3 煤分子模型的构建
3.1 煤的工业分析及元素分析
3.2 13C-NMR谱图测试及分析
3.3 FTIR红外光谱测试及分析
3.4 XPS电子能谱测试及分析
3.5 煤分子结构模型的构建
4 瓦斯氛围下煤-水界面润湿特性的影响机制
4.1 模拟方法
4.2 水分子的相对浓度分布及位置分布特征
4.3 水分子及甲烷分子的扩散系数
5结论
