煤炭学报

作者：岳基伟, 韩奇峻, 梁跃辉, 石必明, 申晓静, 郑梦浩, 张明月, 廖杰, 王辰,

关键词：煤层注水, 瓦斯压力, 接触动态演化, 水滴轮廓, 瓦斯粉尘协同治理,

煤层注水治理瓦斯及粉尘的效果与水分润湿煤体的效果密切相关，含瓦斯煤与水接触后形成一个动态的润湿过程，其对于揭示煤层注水的润湿机理及煤层注水的应用至关重要，然而目前关于含瓦斯煤与水之间接触动态演化特性及微观机制还不清楚。基于此，采用自开发的水与瓦斯之间表面张力分析软件、含瓦斯煤接触角实验设备及水滴轮廓线提取软件研究了含瓦斯煤与水之间接触演化特性，结合分子动力学模拟揭示了含瓦斯煤与水之间接触动态演化的微观机制。研究结果表明：表面张力与瓦斯压力满足负指数函数的关系；接触角是关于瓦斯压力及时间的函数，其与时间负相关，与瓦斯压力正相关；同一瓦斯压力条件下，随着润湿时间的增加，煤水界面能逐渐减小，煤的表面能逐渐增加，黏附功逐渐增加；随着瓦斯压力的增加，煤水界面能变大，煤的表面能变小，黏附功变小，水分在煤体表面铺展的难度增加；随着润湿时间的增加，水滴轮廓最高点下降的高度逐渐增加，水滴与含瓦斯煤接触面的宽度逐渐增加；瓦斯压力分别与水滴轮廓最高点下降的高度、水滴与含瓦斯煤接触面增加的宽度负相关，其与分子动力学模拟获得的含瓦斯煤–水之间的接触演化规律一致；在煤水交界面的上方，水分子的浓度出现峰值点，在峰值点上方一定距离处，水分子浓度分布规律由随着瓦斯压力的减小而增加逆转为随着瓦斯压力的增加而增加。对于高瓦斯煤层，可将煤层增透措施与注水措施联合使用，采取增透及抽采措施降低煤层瓦斯压力后再注水，从而增加润湿范围及润湿程度。研究结果为揭示水分对含瓦斯煤的动态润湿机理及煤层注水的应用提供理论支撑。

来源：2025年第4期

《煤炭学报》期刊编辑部

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