[发明专利]一种提高煤尘润湿性的方法

说明书

本发明提供一种提高煤尘润湿性的方法，该方法通过计算表面活性剂相互作用参数，利用分子模拟方法得出针对某种特定煤尘的最优表面活性剂复配方案。该方法包括的步骤有：步骤1，通过工业分析、元素分析等煤尘分析实验获得煤分子成分及结构信息，合理构建煤尘分子模型；步骤2，根据表面活性剂相互作用参数计算公式，计算相互作用参数，确定表面活性剂复配方案；步骤3，应用Materials Studio8.0中Sorption模块对各复配方案模拟，比较各方案下体系吸附水量，优选一种最佳表面活性剂复配方案；步骤4，将最优表面活性剂复配方案应用于煤层注水工作中，提升煤尘润湿性。该发明提供了一种切实可行的优选表面活性剂复配方案的方法，在煤层注水工作中有相当可观的应用前景。

技术领域

本发明属于分子模拟领域，涉及一种针对某种特定煤分子，基于相互作用参数计算以及分子模拟方法，得出能够最大程度上提升其润湿性的复配方案的方法。

背景技术

煤层注水是在开采煤炭资源的过程中防止煤尘飞扬的主要方法之一，但是由于煤本身含有大量疏水官能团，这使得该方法效果并不理想。表面活性剂由亲水头部及疏水尾部两部分组成，其特点是可以将水与煤二者紧密连接在一起，进而起到提升煤尘润湿性的作用。且有相关研究表明，表面活性剂的合理复配可以进一步提升煤尘的润湿性，故研究表面活性剂的复配方式已经成为一项重大课题，如何合理的进行表面活性剂复配，也就成为了问题的关键。为此，发明一种充分利用两种表面活性剂之间的相互作用，且能通过分子模拟呈现该种复配方式提升煤尘润湿性的方法，可精确确定复配方案并显著提升煤尘润湿性。

发明内容

本发明所要解决的关键问题是难以确定哪两种表面活性剂复配可以最大程度上优化煤尘的润湿性。本发明提供了一种基于表面活性剂之间相互作用参数计算公式，并利用分子模拟将该种方案提升煤尘润湿性的效果呈现出来的方法，确定针对某种特定煤尘的最佳表面活性剂复配方案。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种提高煤尘润湿性的方法，该种方法包括以下步骤：

采集煤矿开采现场煤尘样品，经过工业分析、元素分析、核磁共振实验、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶红外光谱(FTIR)以及X射线衍射(XRD)等实验手段，定性定量分析得出煤尘元素、官能团及化学键的种类和数量并分析分子结构，依据上述实验结果表征其结构特征。

在上述步骤研究基础之上，利用Materials Studio8.0软件合理构建煤尘分子模型，该模型将作为后续阶段分子模拟的基础模型。

查阅相关文献及资料，了解针对某一特定煤矿在煤层注水过程中常用的表面活性剂种类，确定所要选择的表面活性剂，同时还需要了解各类表面活性剂的最佳浓度区间，利用Materials Studio8.0软件合理构建各类表面活性剂分子立体结构。

当两种或两种以上表面活性剂相互混合时，由于活性剂分子之间的相互作用，整个表面活性剂溶液体系便会产生增效作用或者对抗作用，致使新溶液的性质有别于单体表面活性剂溶液。若两种表面活性剂复配，所产生的润湿效果比单体溶液好，则称这两种表面活性剂具有协同效应，反之，称之为对抗作用。

混合表面活性剂的相互作用对于同系物或者同一类表面活性剂而言，绝大多数均属于理想混合，分子间相互作用力较小，而不同种类表面活性剂的混合，则属于或者接近非理想型混合。二元混合表面活性剂溶液存在如下关系式：

式(A)与(B)中：α为混合表面活性剂溶液中组分1的摩尔分数；x为混合单分子吸附层中表面活性剂组分1的摩尔分数；为表面活性剂组分1在溶液中的浓度；为表面活性剂组分2在溶液中的浓度；c₁₂为混合物在溶液中的浓度；β^σ为表面活性剂分子间相互作用参数。