不同煤阶煤样孔隙结构表征及其对瓦斯解吸扩散的影响 被引量：38

1

作者 李祥春 李忠备 +3 位作者 张良 高佳星 聂百胜 孟洋洋 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第S01期142-156,共15页

基于气体吸附理论,采用低温液氮吸附法(LT-N 2 GA),CO 2吸附法和扫描电镜法(SEM),从孔容、比表面积、孔径分布和孔隙形状4个方面,研究分析了8种不同变质程度煤样的孔隙结构。并结合煤粒瓦斯扩散实验,计算出煤样的迂曲度和瓦斯扩散通道长... 基于气体吸附理论,采用低温液氮吸附法(LT-N 2 GA),CO 2吸附法和扫描电镜法(SEM),从孔容、比表面积、孔径分布和孔隙形状4个方面,研究分析了8种不同变质程度煤样的孔隙结构。并结合煤粒瓦斯扩散实验,计算出煤样的迂曲度和瓦斯扩散通道长度,分析讨论了不同煤阶煤体孔隙结构对瓦斯解吸扩散规律的影响及机理。结果表明:不同煤阶煤样的吸附能力存在显著的差异。随变质程度的加深,吸附能力呈先降低后升高的U形规律;SEM观察结果与低温液氮吸附等温线分析的孔隙形态整体上较为一致,不同煤阶煤样的孔隙形态有很大差异,表明煤体表面的异质性;吸附分析显示中孔孔径呈多峰分布,孔容主要由2~15 nm的中孔贡献;煤体微孔段的吸附能力取决于0.6~0.9 nm和1.5~2.0 nm孔径段。煤质对瓦斯解吸扩散的影响主要与孔隙结构的差异有关。不同煤阶煤体孔隙率和迂曲度不同,瓦斯扩散通道长度不同,随着扩散通道长度的增加,瓦斯初始解吸速率呈指数形式减小;瓦斯在煤体孔隙中的扩散以微孔内的表面扩散为主,孔比表面积越大,表面扩散越显著;瓦斯解吸量和初始扩散系数与煤阶之间呈现不对称U形关系,在高阶煤阶段(V daf<15%),随着挥发分的增加,瓦斯解吸量和初始扩散系数显著减小。在中、低阶煤阶段(V daf>15%),随着挥发分的增加,二者缓慢增加。 展开更多

关键词 煤阶 孔隙结构表征 微孔 扩散通道 瓦斯解吸扩散规律

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煤与瓦斯突出微观机理探索研究 被引量：36

2

作者 聂百胜 马延崑 +6 位作者 何学秋 赵丹 柳先锋 邓博知 李祥春 孟筠青 宋大钊 《中国矿业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期207-220,共14页

为进一步研究煤孔隙结构对煤与瓦斯突出的影响,采用低温CO_(2)吸附法、低温N_(2)吸附法、压汞法以及小角X射线散射(SAXS)等方法,对8种不同瓦斯赋存条件下煤样全孔径(0.35~11000 nm)分布进行了测试和综合表征.结果表明:煤样的开孔纳米孔... 为进一步研究煤孔隙结构对煤与瓦斯突出的影响,采用低温CO_(2)吸附法、低温N_(2)吸附法、压汞法以及小角X射线散射(SAXS)等方法,对8种不同瓦斯赋存条件下煤样全孔径(0.35~11000 nm)分布进行了测试和综合表征.结果表明:煤样的开孔纳米孔隙(直径≤100 nm)占总孔容最高达92.7%,比表面积占总比表面积98%以上;SAXS测试对应孔隙范围内,闭孔孔隙比例占总孔容6.2%~80.9%,比表面积占总比表面积22.9%~87.5%.建立了煤体失稳条件下的孔隙破坏模型,分析了含瓦斯煤纳米孔隙结构破坏和骨架微破裂的条件,描述了微观上煤体的3种微观破坏现象:闭孔孔隙在采掘扰动下薄弱位置发生破坏导致高压瓦斯气体膨胀喷出造成的“闭孔微气爆”;开孔孔隙的非均匀及其受载的非均衡性以及瓦斯流动对多孔汇聚的孔隙喉道产生作用造成的“纳米开孔微损伤”;受采掘扰动或孔隙破坏瓦斯能量作用下的煤体骨架“微破裂”.由此提出煤与瓦斯突出发生的微观机制,并阐述了突出过程的4个阶段,即:在突出准备阶段,采掘扰动诱发3种微破坏同步或次序发生,产生复合连锁效应,导致突出能量积聚且阻力降低;当释放的瓦斯汇聚和应力共同产生的能量突破了突出屏障区域煤体的约束,突出就会发生;微破坏范围的扩大及其复合连锁的持续性推动了突出的发展;微破坏的减弱和能量供给的减少、突出路径阻力增大使得突出终止.基于突出发生的微观机制对突出过程中声音预兆、爆破诱导突出、延时突出和低指标突出的现象进行解释,并对煤与瓦斯突出的研究方向提出展望. 展开更多

关键词 煤与瓦斯突出 纳米孔 闭孔 微气爆 突出微观机理

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煤矿安全监管监察研究现状及展望 被引量：18

3

作者 李祥春 郭帆帆 +1 位作者 聂百胜 龙昱臻 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2020年第6期246-250,共5页

传统的监察模式存在时空不连续、执法人员专业不能完全匹配煤矿所涉及专业、执法人员担当不够、煤监局和地方主管部门重复执法、职责不清、执法人员考核机制不健全等问题,在综述监管监察组织机构发展历程的基础上,重点从监管监察理论现... 传统的监察模式存在时空不连续、执法人员专业不能完全匹配煤矿所涉及专业、执法人员担当不够、煤监局和地方主管部门重复执法、职责不清、执法人员考核机制不健全等问题,在综述监管监察组织机构发展历程的基础上,重点从监管监察理论现状与方法等角度研究存在的问题,提出在"互联网+"、大数据、物联网等技术的快速发展下,研究"互联网+"背景下监管监察理论、工作模式、监管与监察的协同、第三方机构的参与是未来的发展方向。 展开更多

关键词 煤矿安全 监管监察 体制分析 工作模式 发展历程

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煤储层纳米孔隙结构及其瓦斯扩散特征 被引量：15

4

作者 聂百胜 伦嘉云 +4 位作者 王科迪 申杰升 琚宜文 张军 陆卫东 《地球科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期1755-1762,共8页

研究煤复杂发育的孔隙结构对揭示煤层气体赋存机理及扩散运移规律有重要意义.为了研究煤的纳米孔隙结构,利用SEM、液氮吸附、小角X射线研究了不同煤阶煤的纳米孔隙在形式和分布上的非均匀性.实验煤样煤基质中的孔呈多峰分布,且孔径范围... 研究煤复杂发育的孔隙结构对揭示煤层气体赋存机理及扩散运移规律有重要意义.为了研究煤的纳米孔隙结构,利用SEM、液氮吸附、小角X射线研究了不同煤阶煤的纳米孔隙在形式和分布上的非均匀性.实验煤样煤基质中的孔呈多峰分布,且孔径范围主要集中在2~10nm.煤样低温液氮吸附实验测得煤样的吸附量为3.676cm3/g,煤样的比表面积为1.416m2/g.以最可几孔径作为研究对象,在实验压力范围内,吸附压力越大,最可几孔径变大的越多;瓦斯气体在纳米级孔隙结构中的扩散模式以过渡型扩散为主,微孔更发达的煤样中,扩散更接近Knudsen型扩散,中孔更发达的煤样中,扩散更接近Fick型扩散;Knudsen数与温度呈负相关关系,温度高于250K后,Knudsen数趋于稳定,与压强呈正相关关系,压强越大,扩散越容易. 展开更多

关键词 孔隙结构 扩散方式 Knudsen数 小角X射线散射

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低瓦斯矿井封闭采空区“呼吸”现象特征及防控技术 被引量：14

5

作者 彭斌 聂百胜 +2 位作者 申杰升 刘鹏程 葛泽 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期490-501,共12页

低瓦斯矿井停采工作面进行封闭处理后,大量游离瓦斯会集聚在封闭空间内。当密闭质量下降到一定程度时,采空区外界空气压力的波动会引发封闭采空区"呼吸"现象,该现象会使密闭外侧存在瓦斯超限的安全隐患。以正利煤矿14-1103封... 低瓦斯矿井停采工作面进行封闭处理后,大量游离瓦斯会集聚在封闭空间内。当密闭质量下降到一定程度时,采空区外界空气压力的波动会引发封闭采空区"呼吸"现象,该现象会使密闭外侧存在瓦斯超限的安全隐患。以正利煤矿14-1103封闭采空区为研究对象,分析了不同大气参数条件下封闭采空区内、外气压以及密闭外侧瓦斯体积分数的变化规律。运用通风能量方程和理想气体状态方程分析了"呼吸"现象的产生机理,结合达西定律得到了密闭内外压差与密闭外瓦斯体积分数的关系表达式。结果表明,封闭采空区"呼吸"现象的产生是地面大气参数、井巷风流参数、井巷特征和采空区内气体状态参数综合作用的结果;在密闭内外压差的持续作用下,封闭采空区会与外界产生气体交换,当压差分别为正值和负值时,采空区内气体压力分别呈逐渐降低和逐渐升高趋势;封闭采空区内气压变化幅度很小,密闭内外压差产生正负交替的主导因素为密闭外空气静压的波动;当井巷特征和井巷风量稳定时,密闭外侧空气静压的变化趋势与地面大气压相似,与地面大气温度相反;在密闭渗透率和密闭外侧风量比较稳定的前提下,密闭内外压差为正值时,密闭外瓦斯浓度与密闭内外压差呈正相关关系,两者的变化趋势相似。为了预防密闭外侧瓦斯超限,设计了由监测信号采集子系统、现场自动控制子系统和管道抑爆子系统组成的瓦斯释放自动监测调控系统,确定了基于压差阈值和瓦斯浓度阈值的联合调控准则,提出了阀门开度的分级调控逻辑思路。 展开更多

关键词 低瓦斯矿井 封闭采空区 “呼吸”现象 地面大气参数 瓦斯超限 防控技术

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气体吸附过程中煤比表面Gibbs函数变化规律 被引量：12

6

作者 李祥春 张梦婷 +3 位作者 李忠备 聂百胜 陈志峰 岳超 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期509-519,共11页

煤体瓦斯吸附为放热过程,解吸为吸热过程,其温度能量变化的幅度与煤的变质程度、瓦斯吸附平衡压力等有关。以往的研究都采用等温吸附实验得出气体相关吸附数据,并通过其孔隙结构、相互作用力等来分析煤吸附气体的影响因素,但是鲜有学者... 煤体瓦斯吸附为放热过程,解吸为吸热过程,其温度能量变化的幅度与煤的变质程度、瓦斯吸附平衡压力等有关。以往的研究都采用等温吸附实验得出气体相关吸附数据,并通过其孔隙结构、相互作用力等来分析煤吸附气体的影响因素,但是鲜有学者从比表面Gibbs函数变化角度来探讨煤吸附气体机理。为此,研究了气体吸附过程中煤比表面Gibbs函数变化的相关特征参数计算公式,利用凤凰山矿和裴沟矿两种煤样进行等温吸附实验,得到了在4个不同温度(20,30,40,50℃)以及6个压力(0. 2,1. 2,1. 5,2. 5,3. 0,4. 0 MPa)下的等温吸附实验数据,利用单层吸附和多层吸附模型分别计算出不同煤样吸附气体过程中的比表面Gibbs函数变化。研究表明:采用两种不同方式计算煤样吸附甲烷的比表面Gibbs函数,随着温度的升高比表面Gibbs函数变化量减少,随着压力的升高比表面Gibbs函数变化增加。而应用单层吸附和多层吸附计算的能量相差较大,对这种现象分析了原因;计算了气体吸附解吸过程的热量,对比分析可知采用多层BET吸附模型得出的比表面Gibbs函数变化更接近实际;探讨了气体吸附能量变化的机理,表明气体吸附能量变化影响着吸附量的变化,而能量变化又同样受到煤样微观结构以及内部化学结构的影响。因此,煤样吸附解吸是一个复杂多变的过程,可以从改变能量的角度去探讨如何影响瓦斯解吸,达到提高瓦斯抽采效果的目的。 展开更多

关键词 气体吸附 煤 比表面Gibbs函数 吸附模型

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不同瓦斯压力下煤岩三轴加载时蠕变规律及模型 被引量：12

7

作者 李祥春 张良 +4 位作者 李忠备 蒋颖 聂百胜 赵艺良 杨春丽 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期473-482,共10页

岩石蠕变模型众多,其适用性及优缺点亟待总结,而且低瓦斯压力与煤岩蠕变间的关系尚不确定,为此,进行了低瓦斯压力下分级加载轴压时型煤蠕变实验。结果发现,随着瓦斯压力增大,型煤轴向应变增大,说明煤岩蠕变与瓦斯压力呈正相关。利用实... 岩石蠕变模型众多,其适用性及优缺点亟待总结,而且低瓦斯压力与煤岩蠕变间的关系尚不确定,为此,进行了低瓦斯压力下分级加载轴压时型煤蠕变实验。结果发现,随着瓦斯压力增大,型煤轴向应变增大,说明煤岩蠕变与瓦斯压力呈正相关。利用实验数据检验常见蠕变模型时发现经验函数(幂函数、指数函数、多项式等)均存在缺陷,只能拟合衰减蠕变或非衰减蠕变中的一种;Burgers模型及其改进模型均存在不足,西原模型不适用于非衰减蠕变,西原加速模型适用于砂岩,用于拟合煤岩非衰减蠕变时存在滞后性。经过优化后得到改进的西原加速模型,经证明其可靠性强。另外,提出了蠕变拐点的观点,岩石发生非衰减蠕变是蠕变曲线上至少存在1个蠕变拐点的充要条件。这不仅完善了蠕变的数学理论,而且能为预防岩石失稳破坏等工程实践提供借鉴。 展开更多

关键词 蠕变模型 瓦斯压力 改进的西原加速模型 蠕变拐点

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基于小角X射线散射技术计算不同孔形的煤孔隙特征比较研究 被引量：11

8

作者 聂百胜 王科迪 +3 位作者 樊堉 张乐同 伦嘉云 张佳斌 《矿业科学学报》 2020年第3期284-290,共7页

为了确定小角X射线散射(Small Angle X-ray Scattering,SAXS)测试中煤孔隙结构最适用的孔形,对河北邯郸大淑村煤矿的煤样进行小角X射线散射测试和氮气吸附测试。通过计算7个具有不同孔形和不同高径比下煤样的孔径分布、比表面积和孔隙率... 为了确定小角X射线散射(Small Angle X-ray Scattering,SAXS)测试中煤孔隙结构最适用的孔形,对河北邯郸大淑村煤矿的煤样进行小角X射线散射测试和氮气吸附测试。通过计算7个具有不同孔形和不同高径比下煤样的孔径分布、比表面积和孔隙率,并与氮气吸附测试结果比较,得出:①最适合大淑村煤矿煤样的孔形是高径比为0.1的圆柱形;②SAXS测得的比表面积和孔隙率比氮气吸附大,原因是SAXS可以测到煤样中封闭孔以及开口较小的锥形孔。测试确定最适用煤孔形对今后使用SAXS测试煤样孔隙结构具有重要参考意义。 展开更多

关键词 小角X射线散射 氮气吸附 孔径分布 孔隙形状

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高校实验室安全管理模式分析与本质安全化信息系统建设 被引量：6

9

作者 聂百胜 吴若宇 +2 位作者 柳先锋 张豪 凌明照 《实验室研究与探索》 CAS 北大核心 2022年第12期309-313,共5页

从多个角度深入分析了实验室安全管理难点,并从人、物、环、管4个角度对高校实验室的隐患进行了辨识;以本质化管理理念与PDCA闭环管理模式为基础,提出了包含4级组织管理、4级安全培训、4级风险管控、4级隐患排查的“4×4”管理体系... 从多个角度深入分析了实验室安全管理难点,并从人、物、环、管4个角度对高校实验室的隐患进行了辨识;以本质化管理理念与PDCA闭环管理模式为基础,提出了包含4级组织管理、4级安全培训、4级风险管控、4级隐患排查的“4×4”管理体系;以高校实验室的“0死亡到0伤害到0事故到0隐患”目标,构建了包含组织管理、安全培训、实验室管理、危化品管理、风险隐患“一张图”、隐患排查与整改6个模块的实验室本质安全化信息系统,切实提升了高校实验室安全管理信息化水平。 展开更多

关键词 实验室安全 管理模式 本质安全化 信息化建设

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瓦斯煤尘爆炸特性及抑爆方法研究进展 被引量：7

10

作者 聂百胜 王晓彤 +2 位作者 宫婕 尹斐斐 彭超 《安全》 2021年第1期1-13,15,共14页

为探究瓦斯煤尘爆炸特性及抑爆机理,本文通过一系列实验,研究瓦斯、煤尘爆炸的速度和温度等特征,提出利用图像相关系数法和辐射测温原理计算火焰传播速度及温度场变化,定量分析影响煤尘爆炸的因素以及产物变化规律,揭示煤尘爆炸的宏微... 为探究瓦斯煤尘爆炸特性及抑爆机理,本文通过一系列实验,研究瓦斯、煤尘爆炸的速度和温度等特征,提出利用图像相关系数法和辐射测温原理计算火焰传播速度及温度场变化,定量分析影响煤尘爆炸的因素以及产物变化规律,揭示煤尘爆炸的宏微观机制。结果表明:火焰分形维数可以用来反应瓦斯爆炸强度,即当分形维数更接近2.2937时爆炸反应最为强烈,其爆炸过程中自由基最终生成浓度与CH 4初始浓度呈倒U型关系;当量比对煤粉火焰爆炸压力及速度也有一定影响,在最佳当量比的2倍左右时可以达到最大爆炸压力和最大火焰传播速度。另外本文亦采用泡沫陶瓷对瓦斯的多次爆炸和连续爆炸进行抑爆,发现不同厚度和孔隙的泡沫陶瓷具有不同的抑制效果,孔隙较大的泡沫陶瓷对爆炸能量有较好的抑制作用。 展开更多

关键词 瓦斯爆炸 煤尘爆炸 相关系数法 辐射测温 泡沫陶瓷

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基于液电效应的高压电脉冲对煤体致裂实验研究 被引量：7

11

作者 卢红奇 聂百胜 +1 位作者 陈秀娟 许小凯 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2020年第10期83-88,共6页

为分析基于液电效应的高压电脉冲致裂煤体效果,采用电脉冲应力波实验和微观观测方法对潞安矿区煤样裂隙发展过程及其特征进行研究。结果表明:液电效应能明显致裂煤体,且作用次数越多,煤体裂隙密度越大、裂隙网络越贯通,同时煤体孔裂隙... 为分析基于液电效应的高压电脉冲致裂煤体效果,采用电脉冲应力波实验和微观观测方法对潞安矿区煤样裂隙发展过程及其特征进行研究。结果表明:液电效应能明显致裂煤体,且作用次数越多,煤体裂隙密度越大、裂隙网络越贯通,同时煤体孔裂隙等结构薄弱部位的存在能促进裂隙的发育;液电效应对煤体作用可分为4个阶段,其中裂隙快速发展阶段是适合现场作用阶段;高压电脉冲通过液电效应产生冲击波和其他次生作用,且对煤体组成成分无影响;在现场应用中,应充分考虑煤体性质、钻孔布局等,采用“单点多次、多次连续、分段进行、全孔作业”的作业方式。该实验研究为基于液电效应的高压电脉冲技术应用提供支撑。 展开更多

关键词 瓦斯抽采 液电效应 高压电脉冲 裂隙

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沿空留巷采空区自动化密闭系统

12

作者 聂百胜 夏晓峰 +1 位作者 周皓文 秦枫 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第6期16-22,共7页

现有的沿空留巷采空区密闭方法大多集中于构筑密闭墙及封堵墙体裂隙,施工周期较长且反复进行,消耗大量人力成本,自动化程度低,易发生二次破坏。针对上述问题,设计了一种沿空留巷采空区自动化密闭系统。该系统以柔性密闭气囊为载体,将未... 现有的沿空留巷采空区密闭方法大多集中于构筑密闭墙及封堵墙体裂隙,施工周期较长且反复进行,消耗大量人力成本,自动化程度低,易发生二次破坏。针对上述问题,设计了一种沿空留巷采空区自动化密闭系统。该系统以柔性密闭气囊为载体,将未充气的气囊置于采空区密闭墙和单体液压支柱之间,对气囊充气使其与沿空留巷顶底板及采空区密闭墙外侧贴合接触;智能感知矿压显现导致的巷道围岩变形,气囊随时变化形状柔性应对,即当气囊内部压力上升并超过安全泄压阀额定压力时,自动释放气囊气体缩小体积,以重新与顶底板围岩紧密贴合,达到持续密闭采空区的效果,抑制采空区危险气体泄漏。现场试验结果表明:安全泄压阀在柔性密闭气囊内部压力达到约4 kPa时正常开启,压力达到2.7 kPa左右停止泄气;柔性密闭装备感知压力变化后收缩体积以重新适应围岩形态,可长时间并持续性地密闭采空区;柔性密闭装备安装后与采空区密闭墙贴合度高,密闭墙墙体前瓦斯体积分数降低0.13%,有效抑制了瓦斯溢出。 展开更多

关键词 沿空留巷 瓦斯治理 采空区密闭 密闭墙 柔性密闭气囊

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基于液电效应的高强电爆震致裂页岩试验研究

13

作者 聂百胜 马正韬 +5 位作者 柳先锋 包松 李雄飞 何溪融 张喆浩 李孜健 《中国矿业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期623-633,共11页

为研究基于液电效应的高强电爆震致裂页岩规律及页岩气储层改造可行性,选取中国四川盆地长宁地区的黑色页岩为试验样品,利用团队自主研制的多地形可移动高强电爆震致裂岩体试验系统,预设放电参数为电压10~14 kV,电容500μF,辅以示波系... 为研究基于液电效应的高强电爆震致裂页岩规律及页岩气储层改造可行性,选取中国四川盆地长宁地区的黑色页岩为试验样品,利用团队自主研制的多地形可移动高强电爆震致裂岩体试验系统,预设放电参数为电压10~14 kV,电容500μF,辅以示波系统、应变测试系统和基恩士VHX-6000数码显微系统,分析了高强电爆震致裂页岩试样的电压电流及应变变化特征,阐明了不同放电参量下电爆震作用前后表面裂隙形貌及断面特征,初步揭示了电爆震致裂页岩机制.结果表明:高强电爆震可明显致裂页岩,峰值电流、压-拉应变最大峰峰值、应变第一高峰值、应变第二高峰值均与放电电压呈正相关;高强电爆震致裂后的试件表面裂隙主要包括贯穿裂隙、放射状裂隙和正交裂隙,在14 kV时出现不同裂隙之间沟通的现象,表面裂隙均呈现良好分形特征;高强电爆震作用试件后,作用面、断面的不平整度较大,表面有较多岩石碎屑;高强电爆震作用下页岩破坏主要形式为鳞片状、波浪状、台阶状等张拉破坏.该试验研究可为基于液电效应的高强电爆震技术应用于页岩气储层改造可行性论证提供支撑. 展开更多

关键词 页岩致裂 液电效应 高强电爆震 表面裂隙 电压电流 表面应变

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煤体微观力学特性的纳米压痕实验研究

14

作者 刘鹏 赵渝龙 +4 位作者 聂百胜 柳先锋 邓博知 何珩溢 曹明伟 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期3453-3467,共15页

煤体力学性质的测定与研究对煤炭高效开采和灾害预防具有重要的理论价值。煤较为松软破碎,强度较低,难以制备标准的力学测试煤样,也无法回收利用从而进行重复测试。亟需探索新的力学测试方法完善煤的力学特性研究。纳米压痕技术可以测... 煤体力学性质的测定与研究对煤炭高效开采和灾害预防具有重要的理论价值。煤较为松软破碎,强度较低,难以制备标准的力学测试煤样,也无法回收利用从而进行重复测试。亟需探索新的力学测试方法完善煤的力学特性研究。纳米压痕技术可以测定小尺度煤体微观力学特性,具有样品易制作、实验快速、样品无损的特点。结合矿物组分测试、形貌扫描和纳米压痕实验,研究了4种煤的物性特征及微观力学性质。结果表明,实验煤样矿物类别主要包括非晶态有机质和黏土、石英和碳酸盐类矿物,不同煤的矿物组分有显著差异。煤的3D形貌图显示不同煤表面粗糙度差异明显,煤中矿物分布具有显著非均质性。纳米压痕实验结果表明:①煤样中石英和碳酸盐类矿物质量分数越高,会导致煤样表面力学性质越强,压痕深度越小;②煤样表面的组分越复杂,煤的非均质性越明显,表面微观力学性质分布的离散程度越高;③煤的煤阶越高,变质程度越高,外部孔隙越发育,导致断裂韧度提高;④对压痕试验结果进行拟合,发现弹性模量与坚固性系数、弹性模量与断裂韧度均具有明显的线性关系,并且弹性模量与断裂韧度的线性关系受峰值载荷的影响。 展开更多

关键词 煤体力学性质 纳米压痕 表面形貌 峰值载荷 坚固性系数 弹性模量 断裂韧度

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含瓦斯煤体受载微破坏模型及失稳判识准则

15

作者 聂百胜 赵丹 +8 位作者 王孟霞 柳先锋 刘鹏 邓博知 朱熹阳 秦枫 马昕钰 赵九红 彭守建 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期707-719,共13页

煤体内孔隙和骨架分布对煤储层内气体运移及瓦斯动力灾害的发生具有重要的影响。为进一步探索含瓦斯煤体微观破坏机理,针对含瓦斯煤的微观破坏过程,对其微破坏形式展开详细的研究。采用原子力显微镜对加载前后突出煤样和非突出煤样表面... 煤体内孔隙和骨架分布对煤储层内气体运移及瓦斯动力灾害的发生具有重要的影响。为进一步探索含瓦斯煤体微观破坏机理,针对含瓦斯煤的微观破坏过程,对其微破坏形式展开详细的研究。采用原子力显微镜对加载前后突出煤样和非突出煤样表面进行了原位测试,结果表明:不同煤样受载后,煤样表面结构均会发生变化,闭孔孔径有所减小,部分孔隙遭到破坏,相邻闭孔之间有连通趋势。加载前煤样孔隙呈无规律分布,加载后孔隙连通性增强,开孔孔喉数量有所增加。煤样加载后由于孔隙的连通导致突出煤样煤骨架模量降低,而非突出煤样由于本身强度较高,施加载荷导致煤体内部结构被压实,弹性模量略有增加。定义了煤体微观破坏类型及概念,分析了煤体孔隙及煤骨架周边应力分布特征,揭示了不同情况下含瓦斯煤体微观破坏机制。同时,对闭孔微气爆的影响因素展开讨论,狭长型椭圆孔端部孔壁处所受应力更大,更容易发生闭孔微气爆。描述了开孔微损伤的2种发生形式,揭示了孔隙“瓶颈效应”的制约对微破坏发生的机理。明确了原生缺陷结构为煤骨架的薄弱环节,并对其发生破裂的演化规律进行分析。基于线弹性断裂力学、弹塑性力学以及渗流力学等理论知识,提出了应力扰动作用下孔隙破坏和煤体失稳判识准则,总结了含瓦斯煤体微观破坏特征及其诱导煤与瓦斯突出的机制,并对煤与瓦斯突出的研究方向提出展望。 展开更多

关键词 孔隙 失稳判识 微破坏 煤骨架 煤与瓦斯突出

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沿空留巷Y型通风瓦斯运移规律及风量调控研究

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作者 邓博知 夏晓峰 +2 位作者 聂百胜 周皓文 靳崇亮 《矿业安全与环保》 CAS 北大核心 2024年第3期16-27,35,共13页

沿空留巷Y型通风“两进一回”工作面和采空区尾巷存在瓦斯涌出问题,当瓦斯超限时,易诱发瓦斯爆炸等灾害。以山西东瑞煤矿沿空留巷工作面为研究对象,利用Fluent数值模拟软件,模拟沿空留巷Y型通风瓦斯运移基本规律,分析不同通风条件对瓦... 沿空留巷Y型通风“两进一回”工作面和采空区尾巷存在瓦斯涌出问题,当瓦斯超限时,易诱发瓦斯爆炸等灾害。以山西东瑞煤矿沿空留巷工作面为研究对象,利用Fluent数值模拟软件,模拟沿空留巷Y型通风瓦斯运移基本规律,分析不同通风条件对瓦斯浓度分布的影响。结果表明:增加运输巷道风量使沿空留巷瓦斯浓度降低,增加辅运巷道风量使工作面瓦斯浓度降低;当总风量不变时,2条进风巷道的风量配比对工作面瓦斯浓度影响较大,对采空区瓦斯浓度影响相对较小。随着采煤工作面推进距离的增加,沿空留巷和工作面的瓦斯治理难度上升,最佳通风配比量由运输巷道向辅运巷道倾斜。在煤矿开采过程中,应不断调节进风巷风量配比来预防工作面和尾巷的瓦斯浓度升高,同时,还应提高采空区密闭程度、加强采空区的漏风管理。 展开更多

关键词 沿空留巷 瓦斯运移规律 Y型通风 瓦斯防控 数值模拟 风量配比

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煤粉爆炸宏细观四阶段反应机理 被引量：1

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作者 聂百胜 张豪 +4 位作者 宫婕 彭超 杨龙龙 颜宏伟 何学秋 《中国矿业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1129-1145,共17页

煤尘爆炸的突发性和不稳定性严重制约了我国矿井的安全开采水平,研究煤粉爆炸反应机理,揭示爆炸各阶段宏细观反应本质,对指导爆炸预防和控制具有重要理论意义.本研究总结了煤粉爆炸宏观特性和微观机理发展现状,并从宏细观角度讨论了煤... 煤尘爆炸的突发性和不稳定性严重制约了我国矿井的安全开采水平,研究煤粉爆炸反应机理,揭示爆炸各阶段宏细观反应本质,对指导爆炸预防和控制具有重要理论意义.本研究总结了煤粉爆炸宏观特性和微观机理发展现状,并从宏细观角度讨论了煤粉爆炸全过程,提出了包括热激发、气-固-液三相耦合、煤粒间能量传导连锁以及反应终止四阶段煤粉爆炸机理,得到了各阶段爆炸反应特征.研究结果表明:热激发阶段煤粒吸收热量裂解,生成小分子烃类气体和自由基片段;气-固-液三相耦合阶段发生气-气、气-液、气-固、固-液及固-固基元反应,释放热量并以冲击波气流和高温火焰的方式向四周热辐射扩散,引起未燃煤粒循环热激发和气-固-液耦合过程,加快反应进程,引起爆炸.随着反应进行,体系内未燃煤粒数量与氧气含量下降,反应所需自由基产量和放热量减少,基元反应中断,爆炸过程趋于结束.本研究可为完善煤粉爆炸反应机理提供理论基础和科学指导,以实现爆炸能量防控与利用的目标. 展开更多

关键词 煤粉爆炸 爆炸反应机理 宏观特性 微观机理 气-固-液三相耦合

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水平管道内褐煤煤尘爆炸传播特性 被引量：5

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作者 宫婕 聂百胜 +2 位作者 樊堉 张乐同 葛泽 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第S02期156-161,共6页

为获得褐煤在水平管道空间内的爆炸特性参数,开展了煤尘爆炸实验研究。选取5种褐煤煤样为研究对象,对管道内爆炸火焰传播特性和压力变化展开分析,分析当量比对煤尘爆炸的影响。结果表明:不同煤样在当量比φ=2和φ=1时,各个测点最大爆炸... 为获得褐煤在水平管道空间内的爆炸特性参数,开展了煤尘爆炸实验研究。选取5种褐煤煤样为研究对象,对管道内爆炸火焰传播特性和压力变化展开分析,分析当量比对煤尘爆炸的影响。结果表明:不同煤样在当量比φ=2和φ=1时,各个测点最大爆炸压力变化和火焰速度分布规律类似;5种煤样在各个测点的最大压力变化都经历了短暂减小又逐渐上升、直到第5个测点处达到最大的过程;火焰传播速度都在第2个测点处达到最大,然后逐渐减小;当量比φ=2时各个测点的爆炸压力和火焰速度均大于φ=1时。 展开更多

关键词 褐煤 煤尘爆炸 爆炸特性 爆炸压力 火焰传播速度

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大淑村矿工作面回采巷道变形规律研究 被引量：4

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作者 赵俊生 张琪 +1 位作者 聂百胜 李祥春 《中国矿业》 北大核心 2019年第12期94-99,共6页

针对工作面回采巷道变形问题,以冀中能源峰峰集团大淑村矿172104工作面回采巷道围岩作为研究背景,应用理论分析和现场监测的方法,揭示了回采工作面巷道围岩的变形规律,阐述了围岩变形的主要影响因素,同时结合煤体力学性质实验深层次阐... 针对工作面回采巷道变形问题,以冀中能源峰峰集团大淑村矿172104工作面回采巷道围岩作为研究背景,应用理论分析和现场监测的方法,揭示了回采工作面巷道围岩的变形规律,阐述了围岩变形的主要影响因素,同时结合煤体力学性质实验深层次阐释了巷道围岩变化的力学机制。结果表明,工作面煤体受原岩应力和采动扰动应力的叠加作用,加速了煤体损伤、变形、破坏过程,增加了巷道围岩形变量;此外,回采巷道围岩在挤压作用力的影响下,巷道断面中心对称点形变量最大,围岩变形规律最为明显;除此之外,周期来压是巷道围岩变形的主要影响因素,距离工作面越近,巷道围岩变形量越大;围压的增大在一定程度上改变了煤体围岩的力学性质,增大了巷道围岩的变形量,改变了围岩的变形速度和变形规律。 展开更多

关键词 回采巷道 形变量 采动扰动 周期来压

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不同磁性金属丝对氢气爆炸的影响机理研究

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作者 胡守涛 洪子金 +4 位作者 杨喜港 聂百胜 李如霞 王乐 高建村 《高压物理学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期149-158,共10页

为探索氢气爆炸防治新技术,开发新型阻隔防爆材料,开展了抗磁性铝丝和铁磁性镍丝对预混氢气-空气爆炸压力影响实验,利用CHEMKIN-PRO软件对氢气爆炸过程中的反应路径和温度敏感性变化进行模拟。实验结果表明,两种金属丝对氢气-空气混合... 为探索氢气爆炸防治新技术,开发新型阻隔防爆材料,开展了抗磁性铝丝和铁磁性镍丝对预混氢气-空气爆炸压力影响实验,利用CHEMKIN-PRO软件对氢气爆炸过程中的反应路径和温度敏感性变化进行模拟。实验结果表明,两种金属丝对氢气-空气混合气体爆炸具有双重作用:当混合气体中氢气的体积分数低于20%时,金属丝材料抑制氢气爆炸,且材料填充量越大,抑制作用越强;当混合气体中氢气的体积分数高于25%时,两种金属丝促进氢气爆炸,且填充量越大,促进作用越强。在促进爆炸阶段,镍丝的促进效果弱于铝丝;在抑制爆炸阶段,镍丝的抑爆效果优于铝丝。模拟结果表明,R2对氢气的生成速率影响最大,R1对氢气及爆炸过程中的温度影响最大,影响温度敏感性变化的主要基元反应对爆炸均具有促进作用。通过实验和数值模拟综合分析,揭示了不同磁性金属丝对氢气爆炸的影响机理,可为氢气爆炸防治和开发新型阻隔防爆材料提供理论指导。 展开更多

关键词 氢气爆炸 磁性 温度敏感性 填充量 自由基 防爆材料

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