由數學中的不定式性質可知，若在相同的吸附量的條件下，未處理煤樣的解吸量和解吸速率小於處理後的煤樣，則表明處理後的煤樣解吸效果較好；而實際的吸附試驗中，氣潤濕反轉劑處理前煤樣的吸附量大於處理後煤樣的吸附量，則表明氣潤濕反轉劑處理後的煤樣解吸率更高、解吸效果更加顯著。為了定量的分析氣潤濕反轉劑對煤樣解吸效果的影響，在下述進行的解吸量和解吸速率的比較中，均假定在相同的吸附量條件下進行定量比較。

為了得到氣潤濕反轉劑處理前後幹燥煤樣的解吸規律，根據2.4節試驗步驟中的5)～7)，依次對不同吸附平衡壓力條件下的煤樣進行解吸試驗，如圖4所示。

由圖4a可知，隨著甲烷吸附平衡壓力的增加，3種處理方式的煤樣解吸量均逐漸增加，且增加量均呈現逐漸減小趨勢。經過氣潤濕反轉劑FC117和FC134處理後的煤樣解吸量始終大於未處理的煤樣。在甲烷吸附平衡壓力為0.5 MPa條件下，表麵活性劑FC134的表現更加優異；在其餘的甲烷吸附平衡壓力，表麵活性劑FC117的效果均更加顯著。

圖4在1 h內幹燥煤樣的解吸規律

對幹燥煤樣進行解吸試驗的測定，其目的主要是從定量的角度分析氣潤濕反轉劑通過降低煤體表麵自由能，增加遊離瓦斯量，進而促進瓦斯解吸。其中，在不同吸附平衡條件下，氣潤濕反轉劑處理後的煤樣解吸量均有所增加，增長率基本上呈先增加再降低的趨勢。在吸附平衡壓力達到1.5 MPa時，增長率達到最大值，分別達到近48%和34%，見表3。

表3幹燥煤樣解吸量的增長率

低表麵能是表麵活性劑促進甲烷解吸的重要特征，其作用原理為：具有低表麵自由能的表麵活性劑分子通過物理吸附的方式有序的吸附在煤體內部的孔隙、裂隙表麵，降低煤體表麵對甲烷的吸附能力，增加遊離瓦斯量。同時，煤體表麵吸附能力的下降，減弱瓦斯流動過程中的阻力，有利於甲烷的解吸和運移。

甲烷氣體在煤體內部孔隙、裂隙中解吸和運移過程中，主要受到煤體表麵自身產生的摩擦阻力和氣體本身解吸產生的動力共同作用。當甲烷吸附平衡壓力較小時，煤體表麵的摩擦阻力占主導作用。表麵活性劑通過物理吸附的方式吸附在煤體表麵，降低了煤體表麵的吸附能力，增加了遊離瓦斯量和氣體在煤體表麵運移的流平性。因此，當吸附平衡壓力處於0.5～1.5 MPa時，隨著平衡壓力的增加，表麵活性劑處理後的煤樣解吸量增長率呈現增加的趨勢。當吸附平衡壓力處於1.5～2.5 MPa時，氣體本身產生的動力占主導作用。隨著吸附平衡壓力的增加，甲烷解吸產生的動力逐漸增強，未處理的煤樣受摩擦阻力產生的影響逐漸減小，因此，氣潤濕反轉劑處理後的煤樣解吸量增長率呈現逐漸減小的趨勢。

通過對幹燥煤樣解吸量和解吸速率的分析，經過氣潤濕反轉劑FC117和FC134處理後的煤樣解吸量和解吸速率均有所提升。定量地分析了氣潤濕反轉劑通過物理吸附的方式吸附在煤體表麵，降低煤體表麵自由能，增加煤樣解吸量，為氣潤濕反轉劑提高瓦斯抽采效果提供理論依據。

3.3含水煤樣解吸特征的結果與分析

根據2.4節試驗步驟中的8)～9)，依次對氣潤濕反轉劑處理前後的含水煤樣進行不同吸附平衡壓力條件下的吸附試驗。利用式(2)—式(5)，通過計算得到氣潤濕反轉劑處理前後含水煤樣在不同吸附平衡壓力條件下的吸附量，如圖5所示。

圖5含水煤樣吸附量

由圖5可知，隨著甲烷吸附平衡壓力的增加，氣潤濕反轉劑處理前後煤樣的吸附量均逐漸增加，且增加量均呈現逐漸減小趨勢。經過氣潤濕反轉劑FC117和FC134處理後的煤樣吸附量始終小於未處理的煤樣，其變化規律與幹燥煤樣的吸附量一致。其中，含水煤樣的吸附量略小於幹燥煤樣的吸附量，其主要原因是在含水率為1%的煤樣中，少量的水滯留在煤體內部。一方麵，由於水的體積侵占了原本甲烷分子存在的空間；另一方麵，由於煤樣自身的親水性，水在煤體表麵的吸附能力強於甲烷氣體，使得部分吸附狀態的甲烷分子被置換和驅替。因此，含水煤樣的甲烷吸附量略小於幹燥煤樣的吸附量。

為了得到氣潤濕反轉劑處理前後含水(1%含水率)煤樣的解吸規律，依次對不同吸附平衡壓力條件下的煤樣進行解吸試驗，通過對比幹燥與含水煤樣的解吸量和解吸速率，進而定量分析氣潤濕反轉劑消除水鎖效應，如圖6所示。

由圖6a可知，隨著甲烷吸附平衡壓力的增加，3種處理方式的含水煤樣解吸量均逐漸增加，且增加量均呈現逐漸減小趨勢。經過氣潤濕反轉劑FC117和FC134處理後的含水煤樣解吸量始終大於未處理的煤樣，與幹燥煤樣解吸量的規律基本一致。同時，在3種不同處理方式條件下，幹燥煤樣的解吸量均大於含水條件下的解吸量，其結果表明在含水煤樣解吸過程中存在一定程度的水鎖效應。

對含水煤樣進行解吸試驗的測定，其目的主要是從定量的角度分析氣潤濕反轉劑通過將煤體潤濕性由親水性轉變為疏水性，消除因毛細管作用所引起的水鎖效應，進而提高甲烷解吸效果。

其中，在不同吸附平衡條件下，氣潤濕反轉劑處理後的含水煤樣解吸量均有所增加，增長率基本上呈先增加再降低的趨勢。在吸附平衡壓力達到1.0 MPa時，水鎖損害程度最大，表麵活性劑消除水鎖效果最好，表麵活性劑增加煤樣解吸量最佳，增長率達到最大值，分別達到近38%和25%，見表4。煤樣解吸量的變化規律與上述3.2節幹燥煤樣解吸量的變化規律基本上是一致的，作用機理亦與之相同。

表4含水煤樣解吸量的增長率

由圖6b可知，隨著甲烷吸附平衡壓力的增加，3種處理方式的含水煤樣解吸速率均有所增加。經過氣潤濕反轉劑FC117和FC134處理後的煤樣解吸速率也始終大於未處理的煤樣。其中，表麵活性劑FC117處理後的煤樣解吸速率始終保持著顯著的效果。同時，由於水鎖效應產生的影響，不同處理方式的含水煤樣解吸速率均小於幹燥煤樣的解吸速率。

圖6在1 h內含水與幹燥煤樣解吸規律的對比

通過對幹燥與含水煤樣解吸量和解吸速率的分析，經過氣潤濕反轉劑——FC117和FC134處理後的煤樣解吸量和解吸速率均有所提升，其中FC117的效果更加顯著。同時，經過表麵活性劑處理後，煤樣的潤濕性發生轉變，水鎖效應得到緩解和消除。含水煤樣的解吸量和解吸速率也均大於未處理的幹燥煤樣。定量地分析了表麵活性劑改變煤體表麵潤濕性，由親水性向疏水性轉變，緩解水鎖損害，進而增加煤樣解吸量。

3.4氣潤濕反轉前後煤樣解吸量預測

通過上述試驗數據的對比，經過氣潤濕反轉劑處理後，在1 h內煤樣的解吸量和解吸速率均顯著提高。為預測煤樣的極限解吸量，可以根據煤樣解吸量隨時間的變化規律，利用擬合曲線得到最終的解吸量。

通過利用解吸公式——王佑安式對前1個小時的累計煤樣解吸量與時間的關係曲線進行擬合，得到極限解吸量和擬合度，見表5和表6。

表5氣潤濕反轉前後煤樣解吸量

表6擬合度(R2)

由表5可知，利用王佑安式擬合不同平衡壓力條件下的解吸量與時間關係曲線，擬合得到累計解吸量。其中，幹燥煤樣的解吸量大於對應含水煤樣的解吸量，氣潤濕反轉劑處理後的煤樣解吸量大於處理前的煤樣解吸量，擬合結果與1 h內解吸量的變化規律是一致的。同時，根據擬合結果可以預測氣潤濕反轉劑處理前後的極限解吸量。

由表6可知，利用王佑安式擬合不同平衡壓力條件下的解吸量與時間關係曲線，得到曲線的擬合度。其中，氣潤濕反轉劑處理前後含水煤樣的擬合效果最好，擬合度均大於0.99。在幹燥煤樣中，FC134處理後的煤樣擬合度最好，不同吸附平衡壓力條件下的擬合度均大於0.99；其次是未處理和FC117，擬合度也比較好，除去未處理煤樣中吸附平衡壓力為1.0 MPa,其餘均在0.98以上。

4結論

1)分別對FC117和FC134處理後的煤樣進行接觸角和表麵張力進行測定。其中，接觸角從未處理的30°增加至90°以上，實現了煤體潤濕性由親水性向疏水性轉變；表麵活性劑溶液的表麵張力由初始的72.8 mN/m下降至25 mN/m以下，較大幅度地降低了煤體表麵張力。

2)通過接觸角和表麵張力的測定，當表麵活性劑濃度為0.5%時，兩種表麵活性劑處理後的煤樣可實現潤濕性的轉變和表麵張力大幅度地降低。將吸附解吸試驗中所用的煤樣在該濃度下的表麵活性劑溶液中進行處理，並將其作為最佳使用濃度。

3)通過對氣潤濕反轉劑處理前後煤樣吸附量的計算，對比兩種表麵活性劑處理前後的煤樣吸附量變化情況。其中，經過FC117和FC134處理後的幹燥/含水煤樣均小於未處理煤樣的吸附量。

4)對經過FC117和FC134處理後的幹燥/含水煤樣進行解吸量和解吸速率的測定，兩種表麵活性劑處理後煤樣的解吸效果均有顯著的效果。在氣潤濕反轉劑處理後的煤樣吸附量小於未處理的，而解吸量和解吸速率大於未處理的，則表明氣潤濕反轉劑處理後的煤樣可以消除水鎖效應，增加解吸率，提高解吸效果。

5)利用解吸公式對解吸量進行擬合，得到極限解吸量和擬合度。其中，采用王佑安式擬合的效果較好，擬合度基本上都在0.98以上。