烷基糖苷活性剂对煤体结构改性及甲烷解吸特性的影响

作     者：李树刚 闫冬洁 严敏 白杨 岳敏 LI Shugang;YAN Dongjie;YAN Min;BAI Yang;YUE Min

作者机构：西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054 西安科技大学西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室陕西西安710054 煤炭行业西部矿井瓦斯智能抽采工程研究中心陕西西安710054 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2022年第47卷第1期

页      面：286-296页

核心收录：

学科分类：0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金重点资助项目(51734007) 陕西省教育厅青年创新团队建设科研计划资助项目(21JP073) 

主　　题：甲烷解吸 烷基糖苷活性剂 化学结构 EPR参数 含氧基团 

摘      要：煤层注水是减缓瓦斯解吸速率、降低煤体采动后瓦斯快速解吸涌出的有效方法之一,添加表面活性剂可改变煤体化学结构并增强瓦斯解吸抑制效应。选用典型高瓦斯矿井煤样,配制了不同质量分数烷基糖苷(APG0810)表面活性剂,利用红外光谱仪(FTIR)、顺磁共振波谱仪(EPR)及微电泳仪等,研究了烷基糖苷活性剂对煤体改性前后官能团、自由基及Zeta电位等影响规律,采用接触角测定试验台分析了烷基糖苷表面活性剂对煤体接触角的影响,利用自主研发的外侵溶液抑制甲烷解吸动态试验系统,研究煤样在干燥、注水和注烷基糖苷表面活性剂等条件下甲烷解吸规律。试验结果表明:煤体含氧官能团总量与APG0810质量分数呈指数函数关系,煤样Zeta电位与APG0810质量分数呈负指数函数关系;自由基相对含量(N_(g))随APG0810质量分数先增大后趋于平缓,样品中不成对电子摩尔浓度增加4.18倍;煤体接触角与APG0810质量分数呈负指数函数关系,接触角由79.15°降至25.63°,降幅为67.62%;甲烷最大解吸量、解吸速率与APG0810质量分数均呈负指数关系,甲烷解吸量最大降幅为31.59%,最大解吸速率降幅为78.23%;煤体接触角、甲烷最大解吸量、解吸速率与含氧官能团总面积、自由基相对含量呈负相关关系,与Zeta电位呈正相关关系;烷基糖苷活性剂与煤体接触发生物理化学反应,使煤体表面含氧官能团、氢键等增多,煤体表面负电性增加,自由基相对含量增大,接触角减小,改善了煤体润湿特性,从而减缓甲烷解吸速率,以期为预防甲烷超限或煤与瓦斯突出等灾害事故提供依据。