表面活性剂溶液与含气煤在宏观和微观尺度上的相互作用特性

煤 seam 水注入用于抑尘及控气，高瓦斯煤 seam 中气体阻碍水湿润。采用表面活性剂BS-12改善湿润性：宏观显示气体压力降低及BS-12浓度升高使接触角减小；微观分析表明BS-12浓度升高及气体压力降低促进甲烷吸附位移。蒙特卡洛模拟证实BS-12浓度高和气体压力低时吸附水分子增多，电势差变化影响湿润性，为煤bed methane处理提供理论指导。

煤层注水技术被广泛用于预湿润以抑制粉尘和控制瓦斯。在高瓦斯含量的煤层中，瓦斯显著干扰了水（H₂O）对煤的润湿作用，导致含瓦斯煤的润湿性较差。十二烷基二甲基甜菜碱（BS-12）因其优异的润湿性能和生物降解性而常被用于提高煤的润湿性研究。水对煤的润湿过程实际上是一个宏观和微观相结合的过程，其在不同尺度上的特性尚未完全明了。宏观实验结果表明，随着气压的降低和BS-12浓度的增加，BS-12溶液与含瓦斯煤之间的接触角逐渐减小。微观分析显示，提高BS-12浓度有助于置换吸附在煤表面的甲烷。随着气压的升高，吸附在煤表面的BS-12分子数量及其平均键角减少；而随着BS-12浓度的增加，这些参数有所改善。蒙特卡洛吸附模拟结果显示，随着BS-12浓度的升高和气压的降低，吸附在水分子上的数量增加。吸附在煤表面的瓦斯分子越多，煤-瓦斯系统与水分子之间的静电势差越小，从而降低了煤的润湿性；相反，BS-12分子数量越多，BS-12-水系统与煤-瓦斯系统之间的静电势差越大，进而提高了含瓦斯煤的润湿性。这些发现为表面活性剂在煤层气处理中的应用提供了一些理论指导。