瓦斯氛围下煤水固液接触特征

摘要

为了探明瓦斯氛围下煤水固液接触机制,搭建了瓦斯氛围下煤水润湿角测试系统,测试了CZ(山西成庄矿无烟煤)及DW(陕西大湾矿烟煤)2种煤样在不同甲烷及氦气压力条件下的润湿角变化,结合煤表面形貌测试、低压CO_(2)吸附试验及XRD试验分析了瓦斯氛围下煤水接触角的变化规律。结果表明,随着气体压力的增加,煤润湿角逐渐增加,但在吸附性气体环境中,煤润湿角增加幅度更为明显,在0~2 MPa,CZ煤样的润湿角由72.99°增加到106.90°,从亲水性润湿过渡为中性润湿,最终转变为疏水性润湿,而DW煤样的润湿角由61.23°增加到85.14°,始终为亲水性润湿。分析认为,煤对甲烷的吸附能力是影响煤润湿角的主要原因。煤吸附甲烷后,在煤表面形成气膜,特别是在高压条件下,煤孔隙中的游离气体也会阻碍水对煤的润湿。而且吸附甲烷后,煤表面自由能降低,表面状态更加稳定,致使润湿性进一步减弱。气液竞争吸附也是影响煤水润湿性减弱的原因之一。进一步的,无烟煤的表面更加粗糙且具有更加发育的微孔结构,致使其具有较高的表面自由能,对甲烷的吸附能力更强,这是造成无烟煤在甲烷氛围下其润湿角变化更为明显的重要因素。此外,煤中矿物质可以影响煤的瓦斯吸附能力及表面润湿特性,也是影响含瓦斯煤润湿角的重要因素。