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摘要
为揭示煤微观结构变化对瓦斯解吸的影响，以河南省平顶山八矿的煤样为研究对象，选取1-丁基-3甲基咪唑四氟硼酸盐、十二烷基硫酸钠对煤样进行浸泡处理，结合低温液氮吸附、红外光谱、X射线衍射、吸附常数a测量、接触角测量以及瓦斯驱替和卸压解吸实验进行研究。结果表明：表面活性剂可以显著改变煤的孔隙特征、分子基团以及微晶结构。煤样微孔的比表面积减少、平均孔径增大，孔裂隙网络更加畅通。煤样的化学官能团发生变化，平均链长和脂芳比减少、富氧程度比值增大。芳香环层片层间距和芳香度增加，芳香层片堆砌高度和芳香堆砌层数减小，芳香层结构排列更紊乱疏松，芳香环缩合程度降低，煤分子排列被打乱，有序结构范围减小。这些孔隙特征、分子基团以及微晶结构发生的变化，大幅改善了煤体的润湿性，使得溶液侵入煤样内部的难度减小，有助于强化瓦斯驱替，增强瓦斯抽采效率，同时滞留在煤体孔隙中的溶液增多，所以卸压后，煤样瓦斯解吸和排出受阻，瓦斯解吸速率降低，水锁效应增强。本研究结果为煤层瓦斯资源开采提供理论指导，通过添加表面活性剂等方式人为改变煤的微观结构，进而定向改变瓦斯解吸特性，提高瓦斯抽采效率，同时在煤层开采时，避免大量瓦斯的突然涌出，从而实现煤层气高效、安全抽采。
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单位煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室; 中国矿业大学; 中国矿业大学（北京）
