摘要： 为揭示热烟气注入煤层过程中煤-水界面润湿性微观调控机制，基于Materials Studio/COMPASS Ⅲ分子力场构建了大尺度粗糙煤基底-水-气三相界面模型，在恒温NVT条件(423 K)下开展分子动力学模拟，系统考察了气体压力(5，10，15和20 MPa)与气体组分(纯CO2、纯N2、CO2∶N2=1∶9，3∶7，5∶5)对煤润湿行为的影响。结果表明：随压力升高，煤-水模拟接触角呈增大趋势，煤-水相互作用能和氢键数量呈下降趋势，润湿性被削弱；该效应在含CO₂体系中最为显著，且随CO₂分压增大而加剧，纯N₂体系影响较弱。水分子自扩散系数由11~12 nm²/ns下降至7~8 nm²/ns，表明水分子迁移受到限制；径向分布函数(RDF)曲线首峰位于2.7~2.8  Å，峰高小于1，且在高压或高 CO₂分压条件下进一步降低与展宽，说明界面有序性与结合强度减弱。密度分布与吸附热计算表明，水分子对煤表面具有本征亲和力，但在高分压条件下，CO₂凭借较强的竞争吸附性会占据煤表面吸附位点与微孔空间，挤占水分子迁移通道，导致其扩散能力下降，进而削弱润湿性。该研究从分子层面揭示了热烟气注入及高温高压环境下煤水界面润湿性的调控机理，为工程实践中热烟气注入压力与CO₂分压的优化提供理论依据与参考。

关键词: 煤, 热烟气, 润湿性, 分子动力学模拟

中图分类号: 

• TD 713