羧甲基纖維素對表面活性劑泡沫性能及瓦斯解吸影響研究

嚴敏，王欣宇，閆冬潔，等.羧甲基纖維素對表面活性劑泡沫性能及瓦斯解吸影響研究[J].西安科技大學學報，2024，44（5）：835-845.

YAN Min，WANG Xinyu，YAN Dongjie，et al.Research on the effect of carboxymethyl cellulose on "surfactant foam properties and methane desorption[J].Journal of Xi’an University of Science and Technology，2024，44（5）：835-845.

摘要：為研究穩泡劑作用下表面活性劑泡沫性能對瓦斯解吸效應的影響，選取十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）、十二烷基硫酸鈉（SDS）和辛癸基葡糖苷（APG0810）3種不同表面活性劑與穩泡劑羧甲基纖維素（CMC）配置溶液；通過測定溶液表面張力、黏度、發泡能力和泡沫穩定性等參數，確定具有最佳泡沫性能溶液組成，并探討溫度和煤樣含水率等對該溶液泡沫穩定性的影響；利用高壓瓦斯吸附解吸裝置開展含穩泡劑的不同表面活性劑對瓦斯解吸效應影響試驗。結果表明：SDBS質量分數為0.15%的溶液泡沫半衰期與發泡體積最佳，分別為239.34 min和17.33 mL；添加CMC后，溶液泡沫半衰期與發泡體積有明顯上升，0.15%SDBS+0.50%CMC時達到最大值，分別為343.92 min和19.33 mL，此配比溶液為具有最佳泡沫性能溶液；當溫度降低或煤樣含水率增加時，煤體表面泡沫體積隨著時間的變化增幅較小，該條件下泡沫的穩定性增加；0.15%SDBS+0.50%CMC配比溶液浸潤煤樣后，較不添加CMC溶液浸潤煤樣瓦斯解吸時間延長5 min；添加CMC會加快水分子的形成，增加水層的厚度，延長泡沫在煤樣中存在時間

和覆蓋面積，有效延緩瓦斯釋放時間，為高效表面活性劑抑制瓦斯解吸規律及機理研究提供參考。

關鍵詞：瓦斯解吸；泡沫；穩定性；表面活性劑；表面張力

中圖分類號：TD 712

Research on the effect of carboxymethyl cellulose on surfactant foam properties and methane desorption

YAN Min1，2，WANG Xinyu1，YAN Dongjie1，2，LI Shugang1，2，

WANG Cheng1，WANG Yuben1，HE Jinmei3

（1.College of Safety Science and Engineering，Xi’an University of Science and Technology，Xi’an 710054，China；

2.The Western Coal Mine Gas Disaster Prevention and Control Key Laboratory of Higher Education in Shaanxi Province，

Xi’an University of Science and Technology，Xi’an 710054，China；

3.College of Chemistry and Chemical "Engineering，Xi’an University of Science and Technology，Xi’an 710054，China）

Abstract：

In order to examine the influence of surfactant foam performance on methane desorption under the effect of foam stabilizer，three different surfactants，sodium dodecyl benzene sulfonate（SDBS），sodium dodecyl sulphate（SDS）and alkyl glycoside surfactant（APG0810），as well as the stabilizing agent，carboxymethyl cellulose（CMC），were selected to configure solutions.The parameters of the solution，such as surface tension，viscosity，foaming ability and foam stability，were found out to determine the solution composition with optimal foam performance，and the influence of temperature and coal sample water content on the foam stability of the solution was explored.A high-pressure gas adsorption and desorption device was used to carry out the investigation of different surfactants containing stabilizer on foam stability.The study shows that： SDBS mass fraction of 0.15 of the solution foam half-life and foam volume is the best，respectively，239.34 min and 17.33 mL.After adding CMC，the solution foam half-life and foam volume has a significant increase in the 0.15%SDBS+0.50%CMC to reach the maximum value，respectively，343.92 min and 19.33 mL.When the temperature decreases or the moisture content of coal samples increases，the increase of foam volume on the surface of coal body with time is small，which indicates that the foam stability increase under this condition.0.15%SDBS+0.50%CMC ratio solution infiltrates the coal samples，and the time of methane desorption is extended by 5 min compared with that of infiltrates the coal samples without CMC solution.The addition of CMC accelerates the formation of water molecules，increase the thickness of water layer，and prolong the existence time and coverage area of foam in coal samples，and effectively delay the methane desorption time.The results could provide a reference for the study of the study of the law and mechanism of inhibition of methane desorption by high efficiency surfactants.

Key words：methane desorption；foam；foaming stability；surfactant；surface tension

0引言

煤炭作為中國最主要的化石能源，開采過程中容易出現瓦斯異常涌出等現象。煤體潤濕性是決定瓦斯解吸抑制效果的主要影響因素之一[1-2]，添加表面活性劑溶液可有效改善煤體潤濕性，減緩瓦斯異常涌出機率。

近年來許多學者研究了表面活性劑對煤體結構和瓦斯解吸規律的影響。李樹剛、GUO、NIU等運用分子動力學模擬研究證明表面活性劑能夠顯著增加煤體潤濕性[3-5]；翟成、SU等研究表明表面活性劑可以改善水的潤濕性[6-7]；LI、HUANG等分析了表面活性劑溶液堵塞煤體孔隙抑制瓦斯解吸的機理[8-9]；YOU等研究發現與陽離子表面活性劑和非離子表面活性劑相比，陰離子表面活性劑可以更好抑制瓦斯解吸[10]；XI等研究發現離子型表面活性劑會通過增加煤樣中含氧官能團以提高煤體潤濕性[11]；季亮等研究發現相比于鏡煤，暗煤對表面活性劑的潤濕作用更加敏感[12]；LIU、ZHANG、ZHOU等發現復配溶液產生的協同作用對煤體潤濕性有較大影響[13-15]；翁安琦、張麗穎、王道涵等研究發現復配的混合表面活性劑比單體表面活性劑具有更好的潤濕效果[16-18]；肖鵬等研究發現SDBS與XTG的復配溶液有效提高了對煤粉的潤濕作用[19]。

為了更好地提高表面活性劑的作用效果，各專家對其泡沫性能進行了研究。嚴敏等利用自行研制的試驗裝置探究了表面活性劑泡沫性能對瓦斯緩釋效應的影響[20]；劉家進、劉朝文等研究發現穩泡劑與表面活性劑復配提高了泡沫穩定性[21-22]；楊兆中等利用分子模擬發現在表面活性劑和穩泡劑的共同影響下，甲烷自擴散系數降低超過80%[23]；王克亮等研究發現，水中添加穩泡劑后，泡沫的發泡能力略有減弱，但泡沫穩定性明顯增強[24]。

綜上所述，穩泡劑與表面活性劑復配在增加溶液泡沫穩定性研究方面已取得一定進展，但對添加穩泡劑后表面活性劑產生的泡沫抑制瓦斯解吸規律及機理還有待進一步研究。因此，選取十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）、十二烷基硫酸鈉（SDS）和辛癸基葡糖苷（APG0810）3種表面活性劑與穩泡劑羧甲基纖維素（CMC）配置溶液，研究添加CMC后表面活性劑泡沫性能對瓦斯解吸的影響。通過比較溶液表面張力、黏度、發泡能力和泡沫穩定性，確定具有最佳泡沫性能溶液配比，之后探討了溫度、煤樣含水率對該溶液泡沫穩定性的影響。最后，利用高壓瓦斯吸附解吸裝置開展不同溶液浸潤煤樣對瓦斯解吸影響試驗，揭示穩泡劑作用下表面活性劑泡沫性能對瓦斯解吸的作用機理。

1試驗方案

1.1試驗材料

選用黃陵1號井西二輔運巷煤樣，工業分析見表1。相關研究表明十二烷基苯磺酸鈉SDBS[25]、十二烷基硫酸鈉SDS[26]和辛癸基葡糖苷APG0810[27]抑制瓦斯解吸效果較好，故選取上述表面活性劑開展試驗；相關研究表明羧甲基纖維素可以使泡沫更穩定，故選取絮狀羧甲基纖維素CMC作為穩泡劑。

1.2試驗流程

當表面活性劑質量分數超過0.15%后溶液表面張力下降不明顯[25]，故本研究將SDBS、APG 0810和SDS分別配置質量分數為0.01%、0.02%、0.05%、0.10%和0.15%的溶液。使用QBZY全自動表面張力儀和NDJ-9S數顯黏度計測量表面活性劑溶液表面張力和黏度，測定試管中溶液發泡體積及泡沫半衰期來表征溶液泡沫性能，通過計算泡沫綜合指數表征表面活性劑溶液整體泡沫

性能。試驗過程中，制備的溶液性質會受到外部環境的影響，為減少誤差，采用現配現用的方法，每組試驗所用試劑均統一配置并將其存放在陰涼處。每組試驗測3次，求取平均值作為最終試驗數值。接著，將表面活性劑與不同質量分數CMC混合，CMC質量分數選取為0.10%、0.25%、0.50%、0.75%、1.00%、1.50%、1.75%和2.00%。通過預試驗發現，當CMC質量分數大于1.50%后，溶液發泡體積變化不明顯僅為2～3 mL且溶液中出現沉淀。因此CMC質量分數選取為0.10%、0.25%、0.50%、0.75%、1.00%和1.50%進行上述試驗，研究添加CMC對表面活性劑溶液發泡體積和泡沫半衰期的影響，確定具有最佳泡沫性能的穩泡劑和表面活性劑復配溶液配比。將在上一步確定的復配溶液倒入裝有0.8～1.6 mm煤樣的培養皿中，每隔10 min用相機記錄煤樣表面泡沫面積變化，通過觀察煤樣表面泡沫面積變化來研究溫度和煤樣含水率對溶液泡沫穩定性的影響規律。最后，利用高壓瓦斯吸附解吸裝置開展不同溶液浸潤煤樣泡沫性能對瓦斯解吸效應影響的試驗研究。試驗流程如圖1所示。

2試驗結果分析

2.1表面活性劑溶液發泡能力及泡沫穩定性

2.1.1

不同表面活性劑質量分數對溶液泡沫性能的影響

泡沫體系中最重要的2種性能是溶液發泡能力和泡沫穩定性。通常以產生的泡沫體積或產生的泡沫高度來表征溶液發泡能力，以泡沫半衰期來表征泡沫穩定性。

溶液泡沫性能試驗結果表明，SDBS、SDS和APG0810溶液發泡體積和泡沫半衰期均與其質量分數呈正相關關系，發泡體積和泡沫半衰期隨質量分數增加呈升高趨勢，發泡體積隨表面活性劑質量分數的變化如圖2所示，泡沫半衰期隨表面活性劑質量分數的變化如圖3所示。

表面活性劑質量分數小于0.05%時，加入少量表面活性劑即可使溶液發泡體積和泡沫半衰期有較大幅度升高；質量分數在0.15%時，3種表面活性劑溶液發泡體積和泡沫半衰期均達到最大值，SDBS、SDS和APG0810的最大發泡體積為17.33，17.33 mL和14.67 mL，分別是最小發泡體積的2.48，5.78倍和4.89倍；最大泡沫半衰期為239.34，220.32 min和232.56 min，分別是最小泡沫半衰期的7.21，18.55倍和12.23倍。

按綜合發泡能力公式計算泡沫綜合指數，評價溶液整體泡沫性能，其表達式為

IF，C=34V0T1/2

（1）

式中IF，C為泡沫綜合指數；V0為發泡體積，mL；T1/2為泡沫半衰期，min。

經計算可知，對比質量分數相同的3種表面活性劑，SDBS溶液泡沫性能更佳，在SDBS質量分數為0.15%時，溶液泡沫綜合指數達到最大值，為3 110.80，此時溶液具有較好的泡沫性能。

2.1.2CMC質量分數對表面活性劑泡沫性能的影響

為研究添加CMC對表面活性劑溶液泡沫性能的影響，在質量分數為0.15%的3種表面活性劑溶液中添加不同質量分數CMC，分析添加CMC對表面活性劑溶液泡沫性能的影響，發泡體積隨表面活性劑質量分數的變化如圖4所示，泡沫半衰期隨表面活性劑質量分數的變化如圖5所示。

3種復配溶液發泡體積和泡沫半衰期均與CMC質量分數的增加呈先升高后降低趨勢。CMC質量分數在0.5%時，3種復配溶液發泡體積和泡沫半衰期均達到最大值，0.15%SDBS+CMC、0.15%SDS+CMC和0.15%APG0810+CMC的最大發泡體積為19.33，18.67，16.33 mL，分別是0.15%SDBS、0.15%SDS和0.15%APG0810發泡體積的1.12，1.08倍和1.11倍；最大泡沫半衰期分別為343.92，334.38 min和322.32 min，分別是0.15%SDBS、0.15%SDS和0.15%APG 0810發泡體積的1.44，1.52倍和1.39倍。

計算綜合指數可知，0.15%SDBS+0-5%CMC溶液泡沫性能最佳，為4 985.980 2，是未添加CMC溶液的1.6倍，該配比溶液具有最佳泡沫性能，為最佳配比溶液。

2.1.3溫度對最佳溶液泡沫穩定性的影響

將最佳配比溶液0.15%SDBS+0.5%CMC溶液倒入裝有0.8～1.6 mm煤樣的培養皿中，每隔10 min用相機記錄煤樣表面泡沫面積變化，利用AutoCAD測量泡沫面積并記錄試驗數據，煤樣表面泡沫面積數據處理過程如圖6所示。

不同溫度下煤樣表面泡沫面積隨時間的變化如圖7所示。煤樣表面泡沫面積在10～60 min內出現小幅度降低，泡沫面積變化小于300 mm2；在60～90 min內煤樣表面泡沫面積出現大幅度降低，泡沫面積變化小于500 mm2；在100～110 min內煤樣表面泡沫面積變化幅度有所減弱，泡沫面積變化小于300 mm2。

分析0～110 min內煤樣表面泡沫面積發現，25，30，35 ℃和40 ℃煤樣表面泡沫面積變化分別為1 528.65，2 715.78，4 926.39 mm2和5 928.01 mm2；在110 min時，4種溫度條件下煤樣表面泡沫面積均達到最小值，此時25 ℃和40 ℃作用下煤樣表面泡沫面積差值達到最大，為4 399.36 mm2；可以看出：溫度降低，煤樣表面泡沫面積隨時間變化越小，溫度對泡沫穩定性影響大小排序為40 ℃gt;35 ℃gt;30 ℃gt;25 ℃。圖7不同溫度條件下煤樣表面泡沫面積隨時間的變化

2.1.4煤樣含水率對最佳溶液泡沫穩定性的影響

不同含水率煤樣條件下，煤樣表面泡沫面積隨時間變化的趨勢大致相同，如圖8所示。在0～20 min內，煤樣表面泡沫面積出現小幅度降低，之后，煤樣表面泡沫面積出現大幅度降低，直至泡沫全部破滅。

含水率為0%、4%、8%的煤樣分別在40，60 min和80 min時煤樣表面泡沫面積降低為0 mm2；含水率12%的煤樣在80 min時煤樣表面泡沫面積為595.52 mm2；煤樣含水率增加，煤樣表面泡沫面積隨時間變化較小，因此，煤樣含水率泡沫穩定性影響排序大小為0gt;4%gt;8%gt;12%。

2.2表面活性劑溶液黏度

2.2.1表面活性劑質量分數對溶液黏度的影響

表面活性劑溶液黏度隨表面活性劑質量分數的變化如圖9所示。

APG0810溶液黏度隨質量分數的增加呈升高趨勢，SDS和SDBS溶液黏度隨質量分數的增加呈先降低后升高趨勢。質量分數在0.05%時，SDS、SDBS溶液黏度達到最小值，分別為1.221 MPa·s和1.225 MPa·s，此時APG0810與SDS、SDBS的黏度差值達到最大，分別相差0.662 MPa·s和0.658 MPa·s；質量分數在0.15%時，APG0810、SDBS和SDS溶液黏度都達到最大值，分別為1.256，1.254 MPa·s和1.296 MPa·s。

2.2.2穩泡劑CMC質量分數對溶液黏度的影響

為研究添加CMC對表面活性劑溶液黏度的影響，在質量分數為0.15%的3種表面活性劑溶液中添加不同質量分數CMC，分析添加CMC對表面活性劑溶液黏度的影響，結果如圖10所示。

3種復配溶液黏度均隨CMC質量分數的增加呈升高趨勢。CMC質量分數小于0.50%時，溶液黏度增加緩慢；CMC質量分數為0.25%時，3種復配溶液黏度在1.84 MPa·s左右；CMC質量分數大于0.50%時，溶液黏度增加迅速；CMC質量分數在1.50%時，3種復配溶液黏度達到最大值，0.15%SDBS+CMC、0.15%SDS+CMC和0.15%APG0810+CMC的最大黏度分別為3.453，3.545 MPa·s和3.626 MPa·s，分別是0.15%SDBS、0.15%SDS和0.15%APG0810溶液黏度的2.75，2.83倍和2.79倍。

2.3表面活性劑溶液表面張力

2.3.1表面活性劑質量分數對溶液表面張力的影響

APG0810、SDBS和SDS溶液表面張力隨質量分數增加呈逐漸降低趨勢，如圖11所示。當質量分數小于0.05%時，加入少量表面活性劑便可使溶液表面張力發生較大幅度降低；質量分數為0.01%時，APG0810、SDBS和SDS溶液表面張力降幅最大，分別較純水降幅達26.35%、28.72%和25.06%；質量分數大于0.05%時，加入表面活性劑已不能使溶液表面張力發生較大幅度降低。對比3種表面活性劑表面張力，SDBS質量分數為0-15%時，溶液表面張力最小，為31.59 mN·m-1，較純水降幅達43.75%。

2.3.2

穩泡劑CMC質量分數對溶液表面張力的影響

為研究添加CMC對表面活性劑溶液表面張力的影響，在質量分數為0.15%的3種表面活性劑溶液中添加不同質量分數CMC，分析添加CMC對表面活性劑溶液表面張力的影響，結果如圖12所示。

3種復配溶液表面張力均隨CMC質量分數增加呈降低趨勢。CMC質量分數小于0.50%時，溶液表面張力降低迅速；CMC質量分數大于0.50%時，溶液表面張力降低緩慢；CMC質量分數為1-50%時，3種復配溶液表面張力達到最小值，0.15%SDBS+CMC、0.15%SDS+CMC和0.15%APG0810+CMC的最小表面張力為25.27，25.99 mN·m-1和27.75 mN·m-1，分別較0.15%SDBS、0.15%SDS和0.15%APG0810溶液降幅達20-01%、18.63%和17.97%。

2.4溶液泡沫性能對煤中瓦斯解吸效應的影響

為研究不同溶液泡沫性能對瓦斯解吸效應的影響，利用高壓容量瓦斯吸附解吸裝置，對干燥煤樣、純水浸潤煤樣、表面活性劑浸潤煤樣和穩泡劑作用下表面活性劑浸潤煤樣進行瓦斯解吸試驗測定，選取具有最佳泡沫性能時表面活性劑和穩泡劑的質量分數開展試驗（表面活性劑質量分數為0.15%，穩泡劑CMC質量分數為0.50%），分析不同溶液產生的泡沫性能對瓦斯解吸效應的影響。

不同溶液浸潤后煤樣瓦斯解吸量隨時間的變化如圖13所示，瓦斯解吸量隨時間的增加呈升高趨勢。在瓦斯放散初期，瓦斯解吸量增長較快，但隨時間增加，瓦斯解吸量增長進入平緩階段。從圖13（a）可以看出，3種表面活性劑中，0.15%SDBS浸潤煤樣瓦斯解吸量遠低于干燥煤樣，干燥煤樣最大瓦斯解吸量為2.659 6 mL·g-1，0.15%SDBS浸潤煤樣最大瓦斯解吸量為2.025 3 mL·g-1，較干燥煤樣瓦斯解吸量減少0.634 3 mL·g-1，較干燥煤樣瓦斯解吸量降幅達23.85%，對瓦斯完全解吸時間延長11 min。

從圖13（b）～圖13（d）可以看出，添加穩泡劑CMC后，0.15%SDS、0.15%SDBS和0.15%APG0810溶液浸泡煤樣，最大瓦斯解吸量較干燥煤樣分別減少0.637 1，0.654 4 mL·g-1和0.552 4 mL·g-1，瓦斯解吸量降幅達37.60%、24.61%和20.77%，瓦斯完全解吸時間分別延長16，15 min和13 min，對瓦斯完全解吸時間增幅為80%、75%和65%。0.15%SDBS+0.50%CMC具有最佳泡沫性能，該配比溶液浸潤后煤樣較不添加CMC的溶液瓦斯解吸時間延長5 min，抑制瓦斯解吸時間增幅為16-13%。添加CMC后的表面活性劑會在不同程度提高了煤中瓦斯解吸的抑制效果，瓦斯完全解吸時間延長，煤樣瓦斯解吸總量也出現小幅度降低現象。

瓦斯解吸速率隨時間的變化如圖14所示，在0～5 min內急劇降低，5～15 min時降低幅度逐漸變緩，在20 min左右解吸速率趨于0。從圖14（a）可以看出，干燥煤樣瓦斯解吸速率較大，干燥煤樣最大解吸速率為0.906 7 mL·g-1·min-1，0.15%SDBS浸潤煤樣最大瓦斯解吸速率較干燥煤樣最大瓦斯解吸速率減少0.302 9 mL·g-1·min-1，較干燥煤樣最大瓦斯解吸速率降幅達33.41%。

從圖14（b）～圖14（d）可以看出，添加CMC后，最大瓦斯解吸速率較0.15%SDS、0.15%SDBS和0.15%APG0810溶液浸潤煤樣分別減少0.163 9，0.313 8 mL·g-1·min-1和0.124 0 mL·g-1·min-1，最大瓦斯解吸速率降幅分別達18.08%、34.61%和13.68%，瓦斯完全解吸時間分別延長16，15 min和13 min，對瓦斯完全解吸時間增幅為80%、75%和65%。添加CMC后，瓦斯最大解吸速率會出現小幅度降低，瓦斯解吸時間會延長。

3CMC作用下SDBS溶液對瓦斯解吸抑制機理

研究表明，0.15%SDBS+0.50%CMC溶液抑制瓦斯解吸效果最佳，選擇此配比溶液分析CMC作用下SDBS溶液對煤中瓦斯解吸抑制機理。當煤樣為干燥煤樣時，瓦斯正常擴散；當煤樣為純水浸潤煤樣時，水分子會與煤樣表面形成氫鍵，從而煤樣表面會形成水層，水層對瓦斯解吸有一定抑制作用。但由于煤樣具有一定疏水性，煤樣與水之間作用性不強，因此純水浸潤煤樣對瓦斯解吸抑制作用不顯著；當煤樣為0.15%SDBS浸潤煤樣時，0.15%SDBS會與煤樣發生物理化學反應，促進水分子的形成，從而增加水層的大小，抑制煤中瓦斯解吸；當煤樣為0.15%SDBS+0.50%CMC浸潤煤樣時，CMC分子中含有疏水基團和親水基團，會加快水分子的形成，從而增加水層的厚度，對瓦斯產生抑制作用，0.15%SDBS+0.50%CMC抑制瓦斯解吸機理示意如圖15所示。

在瓦斯釋放初期階段，通過向純水中添加表面活性劑，形成大量泡沫來阻擋瓦斯進入大氣，同時煤樣中的瓦斯會進入泡沫層中，并被泡沫包裹，減緩其向外釋放的速度；添加CMC后，泡沫的半衰期延長，增強了泡沫的穩定性，提高了在煤樣中存在的時間和覆蓋面積，有效促進瓦斯向泡沫的轉移，使得瓦斯能夠更有效地被束縛，延長了其釋放時間；此外，SDBS分子和CMC分子會形成一種泡沫分子層結構，阻礙瓦斯的流動和擴散，進一步延長瓦斯解吸時間。

4結論

1）表面活性劑溶液發泡體積和泡沫半衰期均與質量分數呈正相關關系；質量分數相同的3種表面活性劑，SDBS溶液泡沫性能更佳；添加CMC后，發泡體積和泡沫半衰期隨CMC質量分數增加呈先升高后降低趨勢；0.15%SDBS+0.5%CMC具有最佳泡沫性能，為最佳配比溶液，此時，泡沫半衰期與發泡體積分別為343.92 min和19.33 mL。

2）溫度對泡沫穩定性的影響大小排序為40 ℃gt;35 ℃gt;30 ℃gt;25 ℃；煤樣含水率對泡沫穩定性影響的大小排序為0%gt;4%gt;8%gt;12%；液體黏度高，溶液表面張力低，溶液發泡體積和泡沫穩定性更佳；0.15%SDBS浸潤煤樣較干燥煤樣瓦斯解吸量降幅達23.85%，對瓦斯完全解吸時間延長11 min；添加CMC后，SDBS溶液浸潤煤樣對瓦斯完全解吸時間延長5 min，對瓦斯完全解吸時間降幅達16.7%。

3）CMC分子中含有疏水基團和親水基團，會促進水分子的快速形成，從而增加水層的厚度，對瓦斯產生抑制作用；CMC的添加會通過增加泡沫的半衰期來提高其穩定性，從而延長泡沫在煤樣中存在的時間和覆蓋面積，有效地延緩瓦斯的釋放時間；表面活性劑分子和CMC分子會形成一種泡沫分子層結構，阻礙瓦斯的流動和擴散，延長瓦斯解吸時間。

參考文獻（References）：

[1]周宏偉，劉澤霖，孫曉彤，等.深部煤體注水過程中滲流通道演化特征[J].煤炭學報，2021，46（3）：867-875.

ZHOU Hongwei，LIU Zelin，SUN Xiaotong，et al.Evolution characteristics of seepage channel during water infusionin deep coal sample[J].Journal of China Coal Society，2021，46（3）：867-875.

[2]蔣仲安，王龍飛，張晉京，等.煤層注水對原煤孔隙及甲烷吸脫附性能的影響[J].煤炭學報，2018，43（10）：2780-2788.

JIANG Zhongan，WANG Longfei，ZHANG Jinjing，et al.Influence of coal water injection on pore and methane adsorption/desorption properties of raw coal[J].Journal of China Coal Society，2018，43（10）：2780-2788.

[3]李樹剛，郭豆豆，白楊，等.不同質量分數SDBS對煤體潤濕性影響的分子模擬[J].中國安全科學學報，2020，30（3）：21-27.

LI Shugang，GUO Doudou，BAI Yang，et al.Effect of SDBS of different mass fractions on coal’s wettability by molecular simulation[J].China Safety Science Journal，2020，30（3）：21-27.

[4]GUO J Y，ZHANG L，LIU S Y，et al.Effects of hydrophilic groups of nonionic surfactants on the wettability of lignite surface：Molecular dynamics simulation and experimental study[J].Fuel，2018，231：449-457.

[5]NIU W J，NIE W，YUAN M Y，et al.Study of the microscopic mechanism of lauryl glucoside wetting coal dust：environmental pollution prevention and control[J].Journal of Hazardous Materials，2021，412：125223.

[6]鄭仰峰，翟成，倪冠華.基于表面活性劑解除水鎖效應的壓裂液性能研究[J].煤礦安全，2019，50（11）：1-5.

ZHENG Yangfeng，ZHAI Cheng，NI Guanhua.Study on performance of fracturing fluid based on surfactant releasing water locking Effect[J].Safety in Coal Mines，2019，50（11）：1-5.

[7]DWSU X B，WANG Q，SONG J X，et al.Experimental study of water blocking damage on coal[J].Journal of Petroleum Science and Engineering，2017，156：654-661.

[8]LI P，MA D M，ZHANG J C，et al.Wettability modification and its influence on methane adsorption/desorption：A case study in the Ordos Basin，China[J].Energy Science amp; Engineering，2020，8（3）：804-816.

[9]HUANG Q M，LIU S M，WANG G，et al.Evaluating the changes of sorption and diffusion behaviors of Illinois coal with various water-based fracturing fluid treatments[J].Fuel，2021，283：118884.

[10]YOU Q，WANG C Y，DING Q F，et al.Impact of surfactant in fracturing fluid on the adsorption-desorption processes of coalbed methane[J].Journal of Natural Gas Science and Engineering，2015，26：35-41.

[11]XI X，JIANG S G，ZHANG W Q，et al.An experimental study on the effect of ionic liquids on the structure and wetting characteristics of coal[J].Fuel，2019，244：176-183.

[12]季亮，王偉，楊宏濤，等.不同表面活性劑對鏡煤和暗煤的潤濕性影響[J].西安科技大學學報，2024，44（1）：144-154.

JI Liang，WANG Wei，YANG Hongtao，et al.Influence of different surfactants on wettability of vitrain and durain[J].Journal of Xi’an University of Science and Technology，2024，44（1）：144-154.

[13]LIU Z，ZHU M Y，YANG H，et al.Study on the influence of new compound reagents on the functional groups and wettability of coal[J].Fuel，2021，302：121113.

[14]ZHANG Y X，ZHAO Y，ZHU Y，et al.Adsorption of mixed cationic-nonionic surfactant and its effect on bentonite structure[J].Journal of Environmental Sciences，2012，24（8）：1525-1532.

[15]ZHOU G，MENG Q Z，XING Z Y，et al.Research on the wetting mechanism of coal dust by different surfactants：combination of experimental characterization and molecular dynamics simulation[J].Environmental Science and Pollution Research，2022，29（49）：1-14.

[16]翁安琦，袁樹杰，王曉楠，等.煤層注水降塵中表面活性劑復配應用研究[J].中國安全科學學報，2020，30（10）：90-95.

WENG Anqi，YUAN Shujie，WANG Xiaonan，et al.Study on application of surfactant compound in coal seam water injection for dust reduction[J].China Safety Science Journal，2020，30（10）：90-95.

[17]張麗穎.復配潤濕劑對改善煤塵潤濕效果的研究[J].礦業安全與環保，2017，44（1）：25-27，31.

ZHANG Liying.Study on Wetting effect improvement of coal dust with compound wetting agent[J].Mining Safety amp; Environmental Protection，2017，44（1）：25-27，31.

[18]王道涵，鄒佳霖.表面活性劑復配對煤塵潤濕性能的影響研究[J].礦業安全與環保，2019，46（2）：25-28，33.

WANG Daohan，ZHOU Jialin.Study on the effect of compound surfactant on coal dust wettability[J].Mining Safety amp; Environmental Protection，2019，46（2）：25-28，33.

[19]肖鵬，程玥穎，趙波，等.復合型煙煤抑塵劑應用效果試驗分析[J].西安科技大學學報，2022，42（5）：856-864.

XIAO Peng，CHENG Yueying，ZHAO Bo，et al.Experimental analysis on performance of compound agglomerated bituminous coal dust suppressant[J].Journal of Xi’an University of Science and Technology，2022，42（5）：856-864.

[20]嚴敏，楊婷，林海飛，等.表面活性劑泡沫性能對煤中瓦斯緩釋影響試驗研究[J].煤炭科學技術，2023，51（10）：129-139.

YAN Min，YANG Ting，LIN Haifei，et al.Experimental study on the influence of surfactant foam properties on the slow release of gas in coal[J].Coal Science and Technology，2023，51（10）：129-139.

[21]劉家進，鄔長福，陳祖云，等.露天礦山運輸路面泡沫抑塵劑的配方優選及性能試驗研究[J].中國安全生產科學技術，2022，18（5）：163-169.

LIU Jiajin，WU Changfu，CHEN Zuyun et al.Experimental study on formulation optimization and performance of foam dust suppressant for transport road surface of open pit mine[J].Journal of Safety Science and Technology，2022，18（5）：163-169.

[22]劉朝文，張青松，陸偉.防滅火阻化劑的載體——高性能泡沫的實驗研究[J].礦業安全與環保，2009，36（5）：3-5，97.

LIU Chaowen，ZHANG Qingsong，LU Wei.Expermental study of high-performance foam：A separate chemical agent carrier for coal spontaneous combustion[J].Mining Safety amp; Environmental Protection，2009，36（5）：3-5，97.

[23]楊兆中，韓金軒，張健，等.泡沫壓裂液添加劑對煤層甲烷擴散影響的分子模擬[J].煤田地質與勘探，2019，47（5）：94-103.

YANG Zhaozhong，HAN Jinxuan，ZHANG Jian，et al.Molecular simulation of the influence of foam fracturing fluid additives on coalbed methane diffusion[J].Coal Geology amp; Exploration，2019，47（5）：94-103.

[24]王克亮，杜姍.穩泡劑對泡沫性能影響室內實驗研究[J].內蒙古石油化工，2008，34（22）：4-5.

WANG Keliang，DU Shan.Indoor experimental study on the effect of foam stabilizers on foam properties[J].Inner Mongolia Petrochemical Industry，2008，34（22）：4-5.

[25]林海飛，劉寶莉，嚴敏，等.表面活性劑對煤體瓦斯解吸性能影響的實驗研究[J].煤炭工程，2017，49（12）：136-140.

LIN Haifei，LIU Baoli，YAN Min，et al.Experimental study on effect of surfactant on gas desorption of coal[J].Coal Engineering，2017，49（12）：136-140.

[26]陳炫來，嚴國超，陽湘琳，等.SDS/SDBS對無煙煤潤濕性影響的分子動力學模擬[J].煤炭科學技術，2022，50（12）：185-193.

CHEN Xuanlai，YAN Guochao，YANG Xianglin，et al.Molecular dynamics simulation of the effect of SDS/SDBS on the wettability of anthracite[J].Coal Science and Technology，2022，50（12）：185-193.

[27]李樹剛，閆冬潔，嚴敏，等.烷基糖苷活性劑對煤體結構改性及甲烷解吸特性的影響[J].煤炭學報，2022，47（1）：286-296.

LI Shugang，YAN Dongjie，YAN Min，et al.Effect of alkyl glycoside on coal structure modification and methane desorption characteristics[J].Journal of China Coal Society，2022，47（1）：286-296.

（責任編輯：劉潔）

收稿日期：2024-07-15

基金項目：國家重點研發計劃項目（2023YFC3009001）；國家自然科學基金項目（5227042662）；國家資助博士后研究人員計劃項目（GZC20232135）

通信作者：嚴敏，女，四川南充人，副教授，碩士生導師，E-mail：minyan1230@xust.edu.cn