中低阶煤官能团对煤润湿性影响试验研究

作     者：严敏 岳敏 林海飞 闫冬洁 魏嘉宁 秦雪燕 张瑾 YAN Min;YUE Min;LIN Haifei;YAN Dongjie;WEI Jianing;QIN Xueyan;ZHANG Jin

作者机构：西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054 教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室陕西西安710054 西安工程大学环境与化学工程学院陕西西安710600 

出 版 物：《煤炭科学技术》 (Coal Science and Technology)

年 卷 期：2023年第51卷第5期

页      面：103-113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] 0703[理学-化学] 

基　　金：陕西省教育厅青年创新团队建设科研计划资助项目(21JP073) 陕西科学技术厅联合培育重点资助项目(2019JLP-02) 陕西省自然科学青年基金资助项目(2019JQ-546) 

主　　题：中低阶煤 分峰拟合 润湿性 Zeta电位 接触角 

摘      要：煤层注水可有效抑制煤矿开采过程中瓦斯大量涌出,其抑制效果主要取决于煤层的润湿特性。煤的化学结构是影响煤体润湿性的重要因素之一,为研究中低阶煤体官能团与其润湿性之间关系,对典型中低阶煤样进行煤质特征分析,采用Nicolet iN10傅里叶变换显微红外光谱仪得到煤样官能团参数。以去离子水在煤表面固−液−气交界处接触角的大小来表征煤体润湿性强弱,采用JC2000D接触角测量仪得到煤样接触角大小;Zeta电位可反映煤样润湿性和煤表面官能团电离程度,以此建立煤样亲水性官能团(羟基官能团、其他含氧官能团)与接触角、Zeta电位的关系。试验结果表明:随着煤变质程度增加,煤样亲水性官能团强度逐渐减小,中阶煤亲水性官能团峰高较低阶煤降低0.13,吸收峰面积减小58.91;亲水性官能团与煤样接触角为负相关关系,即随着亲水性官能团吸收峰强度增大其接触角逐渐减小,从中阶煤艾维尔沟煤样到低阶煤屯堡煤样,接触角减小8.27°;亲水性官能团与煤样Zeta电位呈一阶指数衰减函数关系,其相关系数高达0.95以上,即随着亲水性官能团吸收峰面积增大其Zeta电位绝对值逐渐增大,煤样表面负电性强,煤体亲水性好。其中,羟基官能团对煤润湿性影响较大,自缔合羟基形成的氢键是主要影响煤体润湿的因素;其他含氧官能团中的羧基、醚键等亲水性官能团在分子间作用力下与水分子结合,表现出较强的活力,提高了煤体亲水性。