压力水溶液中煤体湿润性能试验与研究

煤层注水能有效降低煤炭开采过程中产生的粉尘量,提高煤体吸水性能对降低产尘率具有重要意义。文章通过自行设计制作的注水模拟装置,对不同煤样在不同水压条件下进行压力吸水试验,得到不同煤样的吸水方向性和注水压力参数;分析选取多种表面活性剂进行复配,得到多种表面活性剂配方,通过对活性剂配方的表面张力和与煤饼的接触角测试试验,得到最优表面活性剂配方;通过煤样在表面活性剂配方溶液和纯水中吸水情况的对比,验证所得到的表面活性剂配方能有效提高煤的湿润性能。     

不同类型表面活性剂对煤体的润湿性研究

为了提高现场煤层注水效果,针对润湿性较差煤体,提出采用添加表面活性剂的方法以提高煤体润湿性。以贵州百色集团六龙煤矿煤样为例,根据表面活性剂种类选出4种有代表性且廉价易得的表面活性剂,通过测定纯水和添加表面活性剂的溶液的表面张力及其与煤体的接触角,优选出磺化玻拍酸二辛酷钠盐(快速渗透剂T)作为最佳表面活性剂,最佳浓度为0.4%。     

烷基糖苷活性剂对煤体结构改性及甲烷解吸特性的影响

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...     

复配润湿剂提高煤层注水效果的实验研究

煤层注水是一项最积极有效的减少煤尘产生的措施。为了提高煤层注水的效果,根据润湿剂的复配原理,选取了5种不同类型的表面活性剂与一种中性无机盐进行复配,得到5种不同组分的润湿剂。采用毛细上法分别测量不同浓度下润湿剂的表面张力,测得5种润湿剂的最低表面张力与临界胶束浓度,经过对比,润湿剂A的综合性能优异。并选取了2个不同地区的煤样,采用HARKE-SPCA接触角测定仪测量纯水和润湿剂A溶液在煤样表面的接触角。实践证明,润湿剂A溶液在煤样表面的接触角比纯水要小得多,能够有效降低纯水的表面张力,提高纯水对煤体的润湿效果。     

表面活性剂对煤体孔隙结构影响的实验研究

为研究表面活性剂对煤体孔隙结构的影响,选用不同浓度的十二烷基苯磺酸钠溶液处理煤样,进行低温氮吸附实验。结果表明:表面活性剂处理后的煤样的平均孔径逐渐减小,两者呈负指数关系;表面活性剂处理后的煤样的总比表面积降低,与表面活性剂浓度呈幂函数关系,微孔的比表面积占比减小,中孔与过渡孔的比表面积占比增大;表面活性剂处理后的煤样的总孔体积也降低,两者符合幂函数关系,各孔径下孔体积占比变化不明显;表面活性剂处理后的煤样的分形维数增大,两者符合幂函数关系。     

有压源下煤层注水表面活性剂湿润煤体的研究

通过煤体在表面活性剂溶液中的浸润时间的长短选取适合的表面活性剂进行复配,对活性剂配方溶液的表面张力和接触角测定,得到煤体最优表面活性剂配方。通过煤样在表面活性剂配方溶液和纯水中吸水试验的对比,进一步验证表面活性剂配方对煤体润湿性能和降低粉尘浓度方面有一定的促进作用。最后采用Comsol Multiphysics多物理场耦合软件进行注入纯水与低浓度活性剂溶液润湿范围对比,得出结论:加入表面活性剂可以减低表面张力,提高润湿范围。     

煤临界表面张力测定及分析

临界表面张力是反映固体表面润湿性能的一个重要常数。利用自制的成型模具压制煤样试片,配制不同浓度(不同表面张力)的JFC溶液,利用FTA200表面张力仪及接触角仪测定了煤水接触角,获得了4组煤样的临界表面张力。结果表明:煤的临界表面张力为20.94～28.59mN.m-1,属于低能固体表面;在实际煤层注水过程中,普通矿井水表面张力大于煤的临界表面张力,煤体润湿效果差;在注入水中添加表面活性剂,将水的表面张力降低至煤的临界表面张力以下,煤体能够被充分润湿,取得良好的降尘效果。     

煤层注水中添加表面活性剂的研究

煤层注水是降低矿井粉尘浓度的有效措施之一。通过试验,分别测定了开滦集团荆各庄矿9煤层、唐山矿9煤层煤样与纯水的接触角,再根据所选表面活性剂不同浓度的溶液和接触角的关系,得到使接触角为0°的最低浓度。在此基础上通过对比2个煤层煤样在所选的最佳表面活性剂溶液和纯水中的吸湿增长率,得到了适合2个煤层的最佳表面活性剂及其浓度,从而为这2个矿的煤层注水提供了科学依据。     

表面活性剂溶液对突出煤层物理性质及其煤体状态的影响

通过对不同表面活性剂溶液吸水速度的测定,确定了表面活性剂能显著提高水对煤层的润湿性。研究确定了适应英岗岭煤层压注的最佳表面活性剂配方和最佳使用浓度。通过煤样强度—变形关系和瓦斯含量曲线的测定,得出表面活性剂能提高煤层吸附水分的结论。通过现场压注试验,证明采用表面活性剂溶液能提高单位压力下煤层的吸水速度、增加煤层的注水效果。在揭石门和煤层掘进中可采用压注表面活性剂溶液防治煤与瓦斯突出。     

不同温度及注水压力条件下瓦斯解吸特性实验

为了研究高压注水后含瓦斯煤体的恒温及升温解吸规律,采用自主研制的吸附-注水-加热-解吸成套实验系统,针对不同条件下含瓦斯煤体的解吸特性,从沁水煤田古城煤矿和高河煤矿现场取样,进行了相应的实验研究,得出含瓦斯煤体在不同注水压力、不同吸附压力和不同温度条件下,其解吸特性的变化规律。实验结果表明:相同吸附压力下的未注水自然解吸,高河煤样的解吸率高于古城煤样;随着注水压力的增加,恒温条件下含瓦斯煤体的解吸率呈非线性规律衰减,当到达一定高的注水压力时,衰减会趋于稳定;升温可以有效促进注水后含瓦斯煤体的解吸,并且随着注水压力的增加,加热的促进作用越明显。     

表面活性剂对煤体瓦斯解吸性能影响的实验研究

为明确表面活性剂对煤体瓦斯解吸特性的影响,实验测定了十二烷基苯磺酸钠(SDBS)与椰油酸二乙醇酰胺(CDEA)在不同浓度的表面张力、接触角,选择新疆硫磺沟4-504煤样测定SDBS、CDEA以及两者复配条件下煤体瓦斯解吸量及解吸速度。结果表明:煤体瓦斯解吸总量随解吸时间的增加而增加,最后趋于稳定,两者符合Langmuir关系;解吸速度随解吸时间增加逐渐减小,符合幂函数关系;随着表面活性剂浓度的增加,表面张力、接触角、煤体瓦斯解吸量和解吸速度均减小;接触角、表面张力与单一表面活性剂浓度都符合幂函数关系;瓦斯解吸量、解吸速度与单一表面活性剂浓度是负线性相关关系;与复配的表面活性剂浓度成非线性递减关系。     

用表面活性剂水溶液处理突出煤层

<正> 煤层注水对预防煤与瓦斯突出能起到一定作用,但效果好坏取决于能否使煤体得到均匀的湿润。煤科总院合肥所进行了在煤层注水时加入表面活性剂的试验。通过实验室试验及现场初步试用均证明,用表面活性剂水溶液处理突出煤层,改善了水对煤的润湿性能,提高润湿效果,使煤层注水防突效果更显著。 1 改善了水对煤的润湿性能,使煤体得到均匀的润湿在煤层注水的过程中,离注水孔一定距离注水压力和瓦斯压力等压线处,液体的渗透靠的是毛细运动和分子扩散。要使煤体的水分均匀分布,主要看毛细运动和分子扩散的结果。物理化学理论告诉我们:液体体现     

表面活性剂对煤的润湿性影响

为了研究表面活性剂对不同煤的润湿性影响,以瘦煤、焦煤、无烟煤为研究对象,选择表面活性剂十二烷基硫酸钠,设计了6个不同浓度表面活性剂溶液分别针对3种煤的润湿性及沉降实验方案.通过对不同浓度溶液表面张力、接触角的测定以及不同煤样在各浓度溶液中的沉降现象对比,分析得出煤样对应的最佳表面活性剂溶液浓度,证明了在防尘用水中添加表面活性剂的必要性.结果表明:0.5%浓度的十二烷基硫酸钠溶液对煤尘具有较好的润湿效果;表面张力与接触角随润湿性的提高而减小,当浓度达到0.5%时,二者数值趋于稳定;不同煤样结构差异对润湿性有很大影响,3种煤样润湿性最好的为无烟煤,其次为瘦煤、焦煤;添加表面活性剂可以有效改善溶液润湿性.     

煤层注水时有效围压对煤体渗透性的影响

针对煤层注水渗流过程中,煤体所受的有效围压对煤体渗透性影响很大的问题,通过自行研制的煤岩样渗透率测试系统,对有效围压与煤样渗透率之间作用规律进行了试验测试分析,得到了试验煤样渗透率与有效围压之间相互影响的拟合方程,以及煤样渗透率对有效围压的敏感性系数。结果表明,随着有效围压的增加,不同煤样的渗透率均规律下降,且满足一元二次多项式的变化规律,不同煤样渗透率对有效围压变化的敏感性相似。     

马堡煤矿煤层注水参数优化及效果研究

采煤工作面在回采时粉尘浓度高影响作业环境,以马堡煤矿15201综采工作面为研究对象,分析煤层在采取注水措施后工作面粉尘浓度的变化。根据煤样物理化学特征,对纯水和密度为0.05%的润湿剂溶液与煤样的接触角进行测定,并绘制煤样的自然饱和吸湿曲线,同时优化煤层注水参数。结果证明,在注水时加入润湿剂能充分减小煤水接触角,煤样到达饱和吸湿的时间减少,提高了煤体的吸水量,煤体润湿效果得到增强。实施注水优化方案后,相比原注水方案,注水区域煤样的全水分提高2.28%,润湿半径扩大了3.5 m;在割煤时,工作面的全尘除尘效率提高26.38%,呼尘的除尘效率提高27.16%;推移液压支架时,工作面的全尘除尘效率提高24.13%,呼尘的除尘效率提高26.15%,除尘效果良好。     

有压水源下煤吸水性能的研究及分析

采取煤层注水可以有效降低采掘时煤尘的产生,因此,对于加强注水降尘技术的研究十分重要。研究以不同注水压力来改变注水参数,通过对煤样在不同参数下吸水情况的对比,得到合适的煤层注水压力。在常温下20℃下对煤在纯水中进行2.5、6和10 MPa压力下吸水试验,得出并非压力越大,煤的吸水效果越好的结论,高压可能改变煤内部的孔隙分布,使注水效果降低。试验1号煤样在10MPa条件下,依然达不到注水安全标准,必须对其进行表面活性剂配方的研究;试验2号煤样在6和10MPa条件下,注水效果可满足安全要求。因此在纯水条件下,需要对不同煤进行压力试验,得到最为合适的注水压力。本项研究应用于山西某矿,具有一定的实用价值。     

山西古交矿区马兰煤矿肥煤注水后煤体吸附膨胀行为

基于不同压力,室温下对山西古交矿区马兰煤矿的煤样进行注水及吸附膨胀实验,分析了煤体吸附膨胀规律和气、水介质对其的控制机理.研究发现：不同含水率的煤样吸附后,煤体的应变参数随着压力的变化均呈现类似于Langumir等温吸附曲线的变化规律,且平行于层理方向的应变大于垂直于层理方向的应变;气、水介质从不同的侧面对煤体的吸附应变特征进行影响,煤样中注入的气量越大,产生的膨胀能越大,变形程度也越大;水分的存在,使得气体吸附量减小,煤体吸附气体后产生的应变减小.     

复合表面活性剂对疏水煤体协同润湿效应研究

为提高煤层注水减尘效率，选取了2种非离子与2种阴离子表面活性剂，研究了不同质量分数下单体与复合表面活性剂溶液表面张力及其对疏水煤尘润湿特性的变化规律（接触角与自然沉降速率），对比分析了复合表面活性剂溶液对疏水煤体的协同润湿效应，探讨了协同润湿机理，并对其开展了煤层注水现场验证试验。实验结果表明：4种表面活性剂在超过临界胶束浓度后对煤尘的润湿性仍不断增强，非离子表面活性剂TX-100与阴离子表面活性剂DSS之间具有显著协同润湿效应，且该效应随溶液浓度增加呈增强趋势，复合表面活性剂在1%质量浓度时较TX-100、DSS单体表面活性剂协同润湿率分别达60.06%、132.03%，即高浓度复合表面活性剂溶液对疏水煤体具有显著协同润湿效应。利用界面化学理论对该协同润湿机理分析得到：在高浓度复合表面活性剂溶液中，表面活性剂胶束解离速率的大幅提升是其对疏水煤尘具有协同润湿效应的关键原因。为验证该协同润湿效应，在杨柳煤矿1076综掘工作面进行煤层注水现场试验，试验结果发现：利用添加1%质量分数的TX-100:DSS复合表面活性剂溶液进行注水后，综掘巷减尘率达71.04%，较仅添加0.05%TX-100...     

煤体渗透性试验研究

针对水压力对煤体渗透性的影响问题,采用相对渗透系数Kr作为主要参照量,运用实验方法,研究了煤体在不同水压力下的渗透系数Kr,以及轴向应力σ与水压力H的关系。实验结果表明:在静水压低压注水过程中,试验各煤样的渗透系数Kr均较小,煤层注水压力H对煤注水渗透性Kr有显著影响;在注水压力H从低压到高压的连续加载过程中,各组煤样的渗透系数Kr随之呈现连续增加的趋势,煤样轴向压力σ在减小,并且存在临界注水压力H临界;煤体破坏时,临界水压力H临界大于轴向围压,试件出现拉伸破坏,发生裂隙扩展导通泄水现象;以水压力H为基本变量的指数函数σ=a2H+b2和多项式函数Kr对渗透系数σ及轴向应力的变化有较好的拟合性。     

低阶煤中含氧官能团含量对浮选吸附概率的影响规律

为了提高低阶煤的疏水性和可浮性,实现低阶煤的高效浮选提质,本研究用3种不同类别的表面活性剂(CTAB、SDS和Span-80)对平朔长焰煤和胜利褐煤煤样进行改性处理,采用离子交换法测定改性前后煤样中含氧官能团的含量,测定了各煤样在气泡上的吸附概率,并对表面活性剂改性低阶煤的规律和机理进行了分析,认为含氧官能团含量是影响煤的疏水性和可浮性的重要因素,通过表面活性剂改性可以对低阶煤表面的含氧官能团产生有效的掩蔽作用,提高低阶煤的疏水性,促进其在气泡上的吸附;氢键对表面活性剂在低阶煤表面的吸附起最主要的作用,表面活性剂极性端官能团的种类及其与煤中含氧官能团之间的氢键作用强弱对表面活性剂的改性效果起决定性作用。