表面活性剂润湿煤体的实验研究

论文摘要

润湿煤层是治理煤矿井下灾害的综合性指标,但效果好坏取决于能否使煤体得到均匀的润湿。润湿煤层对预防煤与瓦斯突出以及预防瓦斯在采空区、采掘工作面等的浓度值超限问题,具有一定作用。但由于煤自身的成因、构成组分、变质程度、裂隙发育等因素的不同,导致其润湿效果差异较大。为了有效防治瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出等矿井灾害事故的发生,可通过在水中添加表面活性剂,降低水的表面张力,采用注入或喷洒溶液的方式与煤体接触,增强溶液在煤体界面的渗透与扩散,以达到均匀润湿煤层来实现。本文选取了平顶山、赵各庄、唐山、淮北芦岭、鑫龙红岭这五个矿井的煤样和六种适合用于矿山的表面活性剂作为本次研究的对象。由于单一表面活性剂的功能相对简单,为此将选用的表面活性剂在遵循复配原则的前提下,进行复配试验,得到性能更优的表面活性剂。利用FTA200视频测定仪测出各溶液的表面张力及与各煤样的接触角,对比分析得出了使所有煤样润湿效果最好的是浓度值稍大于临界胶束浓度的F7-c3溶液。根据毛细理论,计算出喷洒了自制表面活性剂溶液的煤样比喷洒水的煤样在其毛细煤孔壁内产生的润湿驱动力值至少提高1.7倍,使其润湿更充分、更均匀,并且产生的动力值能在一定程度上将瓦斯封堵在孔隙内,降低或延缓瓦斯的释放量,对防治工作面瓦斯浓度超限问题具有积极地作用。对表面张力、接触角、润湿速度、润湿驱动力这四个参数指标进行分析,得出用于评价煤体润湿效果的最佳指标是润湿速度。通过瓦斯的吸附解吸试验,对比分析喷洒水和喷洒自制表面活性剂溶液的煤样瓦斯解析量得出,赵各庄煤矿的煤样在不同吸附瓦斯压力下阻碍瓦斯涌出的效果最好,最差的是平顶山煤样。在0.3MPa、0.5MPa和0.7MPa这三个瓦斯吸附压力中,润湿煤体对瓦斯的封堵效果是不相同的,随吸附压力值的减小,煤样瓦斯解析量的降低百分比越大,即阻碍瓦斯涌出的效果越好。说明经自制表面活性剂F7溶液润湿后的煤样在低压力时对瓦斯的封堵效果较好,在高压力时,封堵效果相对较差。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 研究目标和技术路线
• 第2章 煤体润湿理论
• 2.1 基本理论
• 2.1.1 润湿
• 2.1.2 表面活性剂
• 2.1.3 煤与瓦斯
• 2.2 煤体润湿的影响因素
• 2.2.1 表面活性剂的影响
• 2.2.2 煤的影响
• 2.3 煤体润湿的机理与作用
• 2.3.1 煤体润湿的机理
• 2.3.2 煤体润湿的作用
• 2.4 表面活性剂的复配与确定
• 第3章 表面张力与临界胶束浓度
• 3.1 基本定义与影响因素
• 3.1.1 表面张力
• 3.1.2 临界胶束浓度
• 3.2 表面张力的测定
• 3.2.1 实验仪器
• 3.2.2 测定方法
• 3.2.3 实验结果与分析
• 3.4 临界胶束浓度的确定
• 3.4.1 测定方法
• 3.4.2 结果及分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 接触角的测定
• 4.1 接触角的基本理论
• 4.1.1 接触角的分类
• 4.1.2 接触角的影响因素
• 4.2 接触角的测定
• 4.2.1 实验准备
• 4.2.2 测定方法
• 4.2.3 实验现象分析
• 4.3 实验结果与分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 润湿动力的理论计算与分析
• 5.1 毛细现象
• 5.2 润湿动力计算
• 5.2.1 公式推导
• 5.2.2 结果与分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 煤体润湿效果的指标分析
• 6.1 各指标分析
• 6.1.1 表面张力
• 6.1.2 接触角
• 6.1.3 润湿速度
• 6.1.4 润湿动力
• 6.2 结果分析
• 6.3 本章小结
• 第7章 润湿煤体降低瓦斯涌出的应用
• 7.1 瓦斯解吸装置
• 7.1.1 原理
• 7.1.2 实验装置
• 7.2 瓦斯解吸实验
• 7.2.1 实验准备
• 7.2.2 实验方法与步骤
• 7.2.3 注意事项
• 7.2.4 解吸值确定
• 7.3 结果分析
• 7.4 本章小结
• 第8章 结论与展望
• 致谢
• 参考文献