弱酸及添加表面活性剂对煤体孔隙的影响及分形特征研究 论文

以五轮山煤矿8号煤层为研究对象，经水、乙酸和在乙酸中添加不同表面活性剂对煤样进行浸泡实验，采用压汞法对各样品煤孔隙特征进行分析，并采用Menger海绵模型和Sierpinski垫片模型对孔隙分形进行计算分析。结果表明：所有样品的孔隙分布均呈“M”形；原煤及经水、乙酸处理后的煤样进退汞曲线产生较大的滞后环，在乙酸中添加不同表面活性剂后，煤样进退汞曲线滞后环减小；通过Menger海绵模型计算的分形维数，添加油酸钠的煤样品渗流孔隙和吸附孔隙分形维数为2.76和2.92，其他样品的分形维数均大于3；通过Sierpinski垫片模型计算的分形维数，经水处理后的煤样品分形维数增大，其他样品均减小。 《弱酸及添加表面活性剂对煤体孔隙的影响及分形特征研究》这篇论文主要探讨了弱酸和表面活性剂如何改变煤体的孔隙结构，并对其分形特性进行了深入分析。研究对象选取了五轮山煤矿8号煤层的煤样，通过水、乙酸以及含有不同表面活性剂的乙酸溶液进行浸泡处理，然后运用压汞法对处理后的煤样进行孔隙特征的检测。压汞法是一种常用的研究多孔材料孔隙结构的技术，通过测量汞在孔隙中的渗透压力，可以得到孔隙大小、形状和分布的信息。实验结果显示，所有样品的孔隙分布都呈现“M”形，意味着存在大、中、小三种不同尺度的孔隙。原始煤样以及经过水和乙酸处理的煤样，其进汞和退汞曲线出现明显的滞后环，这反映了孔隙结构的复杂性和不均匀性。当在乙酸中添加表面活性剂时，煤样的进退汞曲线滞后环明显减小，表明表面活性剂可能改变了煤体孔隙的表面性质，使得孔隙更为均匀或者部分孔隙被封闭。表面活性剂能够降低液体与固体表面间的张力，从而影响孔隙的润湿性，这对于理解煤体在开采过程中的渗透性和气体吸附性能具有重要意义。论文进一步利用Menger海绵模型和Sierpinski垫片模型对孔隙的分形特性进行计算。Menger海绵模型常用于描述三维复杂孔隙结构的分形特征，而Sierpinski垫片模型则适用于分析二维孔隙的分形行为。研究发现，添加油酸钠的煤样在渗流孔隙和吸附孔隙的分形维数分别为2.76和2.92，低于其他样品的分形维数。通常，分形维数越大，表示孔隙结构的复杂性越高。而经水处理的煤样品分形维数增加，其他样品的分形维数则减小，这提示了不同处理方式对煤体孔隙结构的精细影响。该研究对于理解煤层气的储存和迁移机制，以及优化煤炭开采和环境保护策略提供了理论依据。同时，对于改善煤炭资源的利用效率和减少开采过程中的环境风险具有实际应用价值。未来的工作可以进一步探索更多类型的表面活性剂和酸碱条件对煤体孔隙结构的影响，以及如何通过调控这些因素来优化煤层气的开采和储存。