中低阶煤官能团对煤润湿性影响试验研究

Experimental study on the influence of middle and low rank coal functional groups on coal wettability

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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.