SDS溶液改变无烟煤润湿性与冲击产尘粒径分布的实验研究

为了提高无烟煤层注水效果,采用不同浓度的十二烷基硫酸钠(SDS)溶液对无烟煤样进行了浸泡改性,并对浸泡改性前后煤样的表面基团、煤/水动态接触角、自然吸水率以及冲击产尘粒径分布规律进行了测试和分析。结果表明:SDS溶液浸泡改性使无烟煤样润湿性增强,煤/水动态接触角随SDS溶液浓度的增加呈指数规律降低;改性煤样的自然吸水率随着SDS溶液浓度的增加呈指数规律增加。自然煤样和改性煤样在饱水状态下的冲击破碎产尘粒径-质量分布具有分形特征,煤样的自然饱水率越高,受冲击产尘粒径-质量分布的分形维数越小;随着SDS溶液浓度的增大,其改性煤样的冲击产尘粒径-质量分布分形维数减小,即产生的微细粉尘总量减少。     

注入热活化过硫酸钠溶液增透松软低渗煤层的试验研究

煤层注水具有防突降尘、预防煤层自燃和冲击地压等作用,为提高煤层低压注水综合消突作用,增大煤层透气性,以河南省耿村煤矿13230综放工作面为工程背景,选取局部区域注50℃过硫酸钠(SPS)溶液进行化学增透后测定煤层透气性和瓦斯抽采纯量。使用Kruss DSA25光学测量仪测量煤样表面接触角θ,以考察SPS溶液质量分数、活化温度对煤样润湿性的影响,优选50℃作为SPS溶液的最佳活化温度;采用等温吸附实验测定煤样吸附常数a,b值,使用压汞实验测试孔隙特性并用分形理论计算孔隙粗糙度,采用扫描电子显微镜观察煤样表面形貌变化,采用TOC分析仪对返排液进行总有机碳(TOC)测试。分析结果表明:升温可有效活化SPS产生具有强氧化性能的硫酸根自由基(SO₄^-·)、并氧化水生成羟基自由基(·OH),质量分数为1%的50℃活化SPS溶液可将耿村煤样的接触角θ由106.80°降低至45.05°,接触角下降57.82%,显著改善煤样的润湿性,增强煤表面与注水溶液的作用;耿村矿13230工作面注活化过硫酸钠溶液后煤样对瓦斯的吸附能力显著降低,吸附常数a值下降17.27%...     

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。     

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。     

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.     

聚合氯化铝对选择性聚团法制备超纯煤的影响

为探索选择性聚团法制备超纯煤的工艺条件,以太西无烟煤为研究对象,分析了太西无烟煤的性质和矿物质的种类。采用选择性聚团法对超细粉碎后的煤粉进行分选实验,研究了研磨时间、煤油用量、仲辛醇用量和聚合氯化铝用量对精煤灰分和收率的影响,并对比了氯化铝、26%和29%的聚合氯化铝对分选效果的影响。通过Zeta电位仪测定添加不同用量的聚合氯化铝的煤样Zeta电位,利用光学接触角测量仪测定不同聚合氯化铝用量下的太西煤样和人工矿物表面的润湿性,采用DLVO理论计算揭示聚合氯化铝对煤中异类矿物质颗粒间相互作用机制。结果表明,当煤油用量为1.19 kg/t、仲辛醇用量为0.40 kg/t、聚合氯化铝用量为50 g/t、研磨时间为30 min时,分选出的超纯煤灰分达到0.64%,精煤产率为68.91%。相同药剂用量下,添加聚合氯化铝比氯化铝的浮选精煤产率高,与未添加聚合氯化铝分选效果相比,精煤灰分降低了0.18%,精煤产率提高了19.38%。当26%和29%聚合氯化铝用量为50 g/t时,两者精煤产率都达到最大,分别为68.91%和75.00%,精煤灰分分别为0.64%和0.71%,添加26%聚合氯化铝比29%聚合氯化铝脱灰效果好。随着聚合氯化铝用量的增加,煤的Zeta电位值不断增加,由-28.7 mV增加到-20.63 mV。添加聚合氯化铝后煤的接触角增加,疏水性增强,人工矿物表面亲水性增加,煤与人工矿物表面差异性增大。随着聚合氯化铝用量的增加,煤表面Zeta电位值不断增加,由-28.7 mV增加到-20.63 mV。添加聚合氯化铝后煤接触角增加,然而,人工矿物接触角减少,由于煤的疏水性和人工矿物亲水性增加,导致两者表面性质差异增大。根据DLVO理论计算,聚合氯化铝增强了煤与蒙脱石颗粒之间斥力作用,同时增加了煤中无机矿物质的团聚效果,减少了无机矿物质对煤颗粒表面罩盖和异质细泥夹带作用,降低了精煤灰分。聚合氯化铝和氯化铝对煤中矿物质脱除具有促进作用,低用量条件下聚合氯化铝分选效果优于氯化铝。     

基于主成分分析法的松软煤体煤尘润湿特性研究

矿井煤层产尘与煤体坚硬程度密切相关,而深部含瓦斯煤体往往呈现松软煤层的特征,为了研究松软煤层煤体润湿性的影响因素,以对粉化松软煤体产尘进行治理,以衡量煤样润湿性强弱和评价粉尘灾害的重要指标接触角为主线,从淮北煤田7个突出矿井选取了7种松软程度不同的煤样进行煤-水接触角测定,通过工业分析、煤与瓦斯基础参数测定、孔隙结构测定和红外光谱定量分析试验,采用主成分分析法系统探讨了松软煤体煤尘的润湿特性和主要控制因素。研究结果表明:松软煤体的润湿性主要取决于煤的灰分、水分、孔容、比表面积、坚固性系数、羟基含量,且影响程度依次减弱;其中灰分、水分、孔容、比表面积、羟基含量与接触角成负相关,是煤的亲水因素,而坚固性系数与接触角呈正相关,是煤的疏水因素;煤体强度越低,煤体越松软,煤-水接触角越小,煤的表面润湿性越好;通过主成分多元回归分析方法的结果得出灰分与煤-水接触角的相关程度最高,是煤表面润湿性的主控因素;瓦斯在煤层赋存过程中影响煤体的强度,瓦斯的吸附、放散作用促进原生裂纹的开裂和新生裂纹的产生,导致煤体物理化学性质的改变,间接影响了煤的润湿性。     

表面活性剂对煤润湿性的改性实验

表面活性剂对煤表面润湿性的改性处理广泛应用于煤矿防尘、防瓦斯以及煤层气的开采中。利用JC2000C1接触角测量仪测定不同种类、不同浓度及不同复配下煤的接触角和表面张力,研究了表面活性剂对煤润湿性的改性能力。     

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%。     

活化过硫酸铵溶液对煤样氧化增透的实验研究

为提高过硫酸铵(APS)水溶液氧化增透煤样的效果,采用自制的非均相钴基活化剂(Co-NCP)活化过硫酸铵对长焰煤、焦煤、无烟煤3种不同变质程度的煤样进行氧化改性,系统研究了Co-NCP/APS体系改性对煤样表面接触角θ(润湿性)、孔隙结构、气体吸附常数、瓦斯放散初速度及渗透率的影响规律。实验结果表明:经过Co-NCP/APS体系处理可显著降低煤表面接触角θ与吸附甲烷能力,改性后长焰煤、焦煤、无烟煤的吸附常数a值降幅分别为16.15%,10.21%,6.03%,b值降幅分别为44.97%,41.10%,28.32%,瓦斯放散初速度降幅分别为49.19%,33.33%,12.55%。同时,经Co-NCP/APS体系处理能改变煤样的孔隙结构,改性后煤样的孔隙度增大,其中大、中孔的孔容占比增加,小、微孔孔容占比减少,对于长焰煤、焦煤、无烟煤的孔隙度增幅分别为43.50%,35.50%,12.54%,孔容增幅分别为56.02%,45.54%,20.08%。活化的过硫酸铵体系可原位生成大量具有强氧化能力的硫酸根自由基(SO_4~(·-)),能对不同变质程度的煤样表面实现氧化溶蚀,使煤孔隙中有机小分子相被部分氧化溶出,疏通了被小分子物质占据或封堵的孔道,使煤样孔隙连通性变好;同时,产生大量新的裂隙与孔洞,表明煤样经Co-NCP/APS体系处理能起到"增孔"、"扩孔"、"疏孔"的作用,且对变质程度越低的煤样氧化增透效果越明显,处理后长焰煤、焦煤、无烟煤的渗透率平均增幅分别为620.15%,541.02%,334.42%。可见,非均相钴基活化剂活化过硫酸铵溶液能氧化改性不同变质程度的煤样,显著降低煤样的亲甲烷能力,改善煤体内孔隙连通性与瓦斯在煤体中的流动性,使得煤体赋存瓦斯能力显著降低,为过硫酸铵水溶液对煤层增透方面的应用提供理论依据和实验支撑。     

不同煤种润湿性影响因素分析

实验选用8种典型煤种的煤样,6种常用表面活性剂,通过接触角实验、煤质分析,研究了不同类型表面活性剂以及煤种的元素组成对煤润湿性影响.结果表明,表面活性剂对煤润湿性影响受煤尘的液-固表面张力、溶液的气-液表面张力2方面影响,煤质对煤润湿性影响是多方面的,通过对工业分析、元素分析得到表征煤尘的润湿性公式.     

褐煤微生物对细粒煤的表面改性作用

研究开发作用力强、选择性好和无毒的药剂是当前细粒煤洗选研究的重要方向之一。研究采用传统微生物分离法,与模式菌株相对比,从褐煤中筛选到一株酵母菌株Y21,并研究了其对细粒煤的表面改性作用。菌落形态、生理生化特征和分子序列片段分析表明,菌株Y21为胶红酵母;菌株Y21处理前后煤样表面Zeta电位和接触角的变化表明,菌体Y21与细粒煤之间通过静电作用和疏水相互作用可有效吸附于细粒煤表面,从而改变了细粒煤的表面电位和润湿特性;当煤样A的pH值在3.0～4.0之间、煤样B的pH值在2.0～4.0之间时,两煤样接触角显著增大,菌株Y21的作用使得煤表面更加疏水,并在改变细粒煤表面特性的同时,实现了对其选择性浮选。     

含水率对不同宏观煤岩类型甲烷吸附/解吸特征的影响

为研究低阶煤中含水率对不同宏观煤岩类型甲烷吸附/解吸的影响,采集大佛寺井田延安组4号煤样品并分离光亮煤与暗淡煤样品,分别采用液氮吸附、扫描电镜、接触角测定以及等温吸附/解吸等试验手段,分析煤样的物质组成、孔隙结构特征、润湿性特征、吸附/解吸等特征;并基于等量吸附热、表面自由能等热力学参数计算结果,从能量角度分析低阶煤中不同宏观煤岩类型的润湿性对甲烷吸附/解吸特征的影响。结果表明:①光亮煤的灰分、水分及氢、氧、氮元素含量低于暗淡煤,而挥发分及碳、硫元素含量高于暗淡煤;光亮煤的表面结构相对简单,接触角为56.3°,暗淡煤的接触角为51.7°,光亮煤的润湿性较暗淡煤差;②升压阶段,空气干燥基煤样的等量吸附热值大于平衡水煤样,且光亮煤的等量吸附热大于暗淡煤;降压阶段,平衡水煤样的等量吸附热小于空气干燥基煤样,暗淡煤的等量吸附热大于光亮煤。此外,无论光亮煤还是暗淡煤,降压阶段的等量吸附热均大于升压阶段的等量吸附热,表明甲烷解吸还需要从外界环境中吸收更多的能量,且降压不能促使甲烷完全解吸,甲烷解吸存在滞后性,本质是吸附和解吸过程能量的差异;③水分子易与煤基质表面断裂的化学键及煤基质内部的亲水性官能团结合,在一定程度上降低了煤的表面自由能,使甲烷-煤吸附系统达到平衡状态所释放的热量更少,并且,水与煤的分子作用力强于甲烷,可以占据煤表面的有效吸附位,使煤吸附甲烷能力变弱。研究结果可为区内后续煤层气高效开发工作提供理论依据。     

粗糙度对贫瘦煤表面润湿性的影响

表面粗糙度对煤的可浮性起着重要作用。为了研究捕收剂和粗糙度协同作用对煤表面润湿性的影响,采用四种不同目数的砂纸对煤表面进行粗糙化处理,并使用粗糙度测量仪表征其表面特性。采用接触角与相互作用测量仪分析表面粗糙度对煤天然润湿性和油酸钠改性后润湿性的影响。结果表明,随着天然煤表面粗糙度的增加,接触角减小。由于接触线的增加,水滴与煤表面之间的扩散力增大。当粗糙度分别为0.32、1.02、1.82、2.38μm时,水与煤表面之间的扩散力分别为159.00、177.82、200.99、209.60μN。而经低浓度(120 mg/L)油酸钠改性后,随着粗糙度的增加,煤表面的接触角增大,扩散力减小,扩散力分别为149.11、146.40、134.06、124.27μN。但当油酸钠浓度达到320 mg/L时,随着粗糙度的增加,接触角反而迅速减小,扩散力迅速增大,扩散力分别为174.21、211.05、244.37、288.51μN。粗糙度的增大会增加天然煤表面的润湿性,低浓度的油酸钠改性和表面粗糙化可提高煤表面疏水性,然而,过量的药剂会增强煤表面的润湿性。     

浸润环境下煤体多态水分布及运移规律

掌握煤水两相体系中多态水分布及动态运移特征对评价煤层注水效果和煤层气开发利用有重要意义。利用低场核磁共振实验系统，在标定多孔介质中不同状态水分弛豫时间的基础上，对试验煤样进行了浸润实验和核磁共振CPMG序列测试，基于煤体多态水分布结果建立了煤体自由态水弛豫特征与润湿性的定量关系，依托动力学理论研究了煤体吸附态水峰面积随时间变化的规律，揭示了煤储层与水分子间微观作用机制。研究结果表明：吸附态水峰对应的弛豫时间在0.1～10 ms,纯自由态水峰对应的弛豫时间在800～10 000 ms,多孔介质中自由态水的弛豫速率会加快，束缚态水峰位于吸附态水和自由态水峰中间；不同煤样的自由态水弛豫特征与其自身润湿性有紧密联系，润湿能力越强的煤样自由态水弛豫速率越快，弛豫时间越短，对应峰的左移能力越强；接触角θ与煤样的自由态水峰闭合所需浸润时间t及对应时刻自由态水峰值对应的弛豫时间T₂存在定量关系，符合θ=51lg T₂+2.4t^0.3-87;煤体吸附态水峰面积可以用来评估煤层注水降尘效果，其随浸润时间的变化规律符合一级动力学模型，煤粉表面...     

成庄矿煤层可注水性探讨

为了分析成庄矿煤层水的可注性,采集了成庄矿内开采的3#煤层煤样和矿井水,在实验室进行煤样原始水分、吸水性、矿井水表面张力及其与煤接触角的测定。结果表明,煤样的含水率平均为3.01%,自然吸水率和强制吸水率分别为3.43%和4.01%,矿井水的表面张力为80.9 mN/m,与自然状态的煤样接触角平均值为61.2°,与干燥状态的煤样接触角平均值为62.7°,与饱和状态的煤样接触角平均值为53.7°。结合煤层注水可注性鉴定标准,初步断定成庄矿可以采用矿井水对煤层注水的方法防治粉尘灾害。     

基于改性表面活性剂的煤储层表面物理改性增产机理分析

以五里堠煤矿煤样为研究对象,采用表面活性剂压裂液(1.5%KCl+0.05%AN),通过表面张力和接触角测试实验,揭示了煤储层表面物理改性增产机理。研究结果表明:表面活性剂压裂液中的表面活性剂成分能够在煤储层表面进行物理吸附,使得煤储层表面的润湿性、接触角等物理性质发生改变;表面活性剂压裂液能够降低煤层气产出的临界孔径,促进煤层气解吸,实现增解增产;能够降低煤储层孔喉毛细管压力,促进压裂液的排出,有效减少水锁对煤储层渗透率的伤害,实现防水锁增透增产;能够增强煤粉的水润湿性,促进煤粉沉降,有效减少速敏对煤储层渗透率的伤害,实现防速敏增透增产。     

电化学改性对贫煤瓦斯吸附解吸特性的影响

电化学方法应用于强化煤层瓦斯抽采的效果主要取决于工程设计与参数选取的合理性。采用实验室实验的方法,用H2SO4、Na2SO4和NaOH 3种电解液分别对贫煤进行电化学改性,对改性前后煤样的瓦斯吸附解吸特性进行了测试,并通过低温液氮吸附测试和红外光谱测试分析了改性对贫煤煤样孔隙结构和表面基团的改变。结果表明:未改性煤样的饱和吸附量为30.03 mL/g,Langmuir压力为0.88 MPa,最终解吸率为83.20%;经H2SO4、Na2SO4和NaOH 3种电解液电化学改性后,煤样的饱和吸附量分别为23.70、26.67、32.79 mL/g,煤样的Langmuir压力分别为1.15、1.05、0.80 MPa,煤样的最终解吸率分别为90.10%、87.84%和81.71%;用H2SO4电解液电化学改性后的贫煤,比表面积最小,平均孔径最大,含氧官能团数量最多,故抑制瓦斯吸附、强化瓦斯解吸的效果最好。     

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。