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煤层注水对原煤孔隙及甲烷吸脱附性能的影响 被引量:22
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作者 蒋仲安 王龙飞 +2 位作者 张晋京 刘庆军 陈举师 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第10期2780-2788,共9页
煤层注水对防突具有显著效果,而煤层孔隙特性是影响瓦斯吸脱附及渗流的重要因素,为了从孔隙角度揭示不同注水压力对原煤体甲烷吸脱附性能的影响。选取首山矿己15-12070工作面进行煤层注水现场实验,使用氮吸附法得出各煤样孔隙特性并用... 煤层注水对防突具有显著效果,而煤层孔隙特性是影响瓦斯吸脱附及渗流的重要因素,为了从孔隙角度揭示不同注水压力对原煤体甲烷吸脱附性能的影响。选取首山矿己15-12070工作面进行煤层注水现场实验,使用氮吸附法得出各煤样孔隙特性并用分形理论计算孔隙粗糙度,使用静态容量法测出各煤样吸脱附参数。结果表明:注水后各孔径段孔隙量均有所增加,注水压力与比表面积、孔容及分形维数呈线性正相关关系;孔隙特征参数与甲烷吸脱附性能呈线性正相关关系;各煤样均出现甲烷吸脱附迟滞现象,且注水压力越高,甲烷吸附能力越强,脱附迟滞程度越大。煤层注水压力越大,煤的孔裂隙数量会增多且粗糙度增大,煤体倾向于保留更多的瓦斯。 展开更多
关键词 煤层注水 吸脱附性能 孔隙特性 氮气吸附 分形维数
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深部煤体注水过程中渗流通道演化特征 被引量:15
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作者 周宏伟 刘泽霖 +4 位作者 孙晓彤 任伟光 钟江城 赵家巍 薛东杰 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期867-875,共9页
在煤炭开采中,煤层注水可有效防突降尘和防治冲击地压。为了研究深部煤样注水过程中孔隙结构和渗流通道的演化过程,以平煤十二矿己15-31030工作面的深部煤体为研究对象,通过低场核磁共振成像设备在线测试了3个原煤试样在不同注水压力下... 在煤炭开采中,煤层注水可有效防突降尘和防治冲击地压。为了研究深部煤样注水过程中孔隙结构和渗流通道的演化过程,以平煤十二矿己15-31030工作面的深部煤体为研究对象,通过低场核磁共振成像设备在线测试了3个原煤试样在不同注水压力下的T_(2)谱和含水量分布情况。通过对不同注水压力下的T_(2)谱进行分析,获得了煤样注水过程中的孔径分布和孔隙结构的演化过程。通过核磁共振成像技术,初步实现了煤样注水过程中孔隙结构和渗流通道演化的可视化,可更直观地观测煤样注水过程中的动态演化过程,更深入地理解不同煤样T_(2)谱演化过程异同的内在原因。进一步提出了一种根据T_(2)谱进行不同孔径的孔的渗透率贡献度计算方法,定量分析了煤样注水过程中不同孔径的孔对水渗过程的贡献度。并对T_(2)谱进行了孔裂隙的分形维数计算,定量分析煤样孔裂隙的渗流空间含量和异质性。研究发现:平煤十二矿深部煤样注水过程中T_(2)谱表现出三峰特点,中孔、大孔和微裂隙的含量与连通性都大于微孔和小孔,注水过程中渗流通道主要由连通性较好的中孔、大孔和微裂隙构建。煤样注水过程中大孔和微裂隙贡献了99%以上的渗透率;微孔、小孔和连通性较差的孔主要参与储水而不参与运水。注水过程中当煤样孔隙连通性较差,不存在明显的优势渗流通道时,提高注水压力可以使更多的孔隙参与到渗流的过程中;但当煤样中部分孔隙连通性较好形成优势渗流通道时,提高注水压力也很难使更多的孔隙参与到渗流的过程中。在设计煤层注水参数时应特别关注这一现象。 展开更多
关键词 煤层注水 渗流通道 核磁共振成像 可视化 渗透率贡献度 分形维数
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大倾角煤层采动裂隙演化规律 被引量:13
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作者 冯锦艳 刘旭杭 于志全 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第8期1971-1978,共8页
通过离散元UDEC数值模拟计算,分析了大倾角煤层开采过程中,扰动岩体裂隙的演化规律,同时采用相似材料模拟实验结果验证了数值计算结果的可靠性。大倾角煤层采动岩体裂隙发展初期以平行于工作面倾向的离层裂隙为主,后期离层裂隙的高度基... 通过离散元UDEC数值模拟计算,分析了大倾角煤层开采过程中,扰动岩体裂隙的演化规律,同时采用相似材料模拟实验结果验证了数值计算结果的可靠性。大倾角煤层采动岩体裂隙发展初期以平行于工作面倾向的离层裂隙为主,后期离层裂隙的高度基本恒定,竖向裂隙扩展加速,直至延伸到地表,形成错断式裂缝和塌陷坑。在此基础上,建立了大倾角煤层采动裂隙分形维数D和采深的关系式,以及逾渗概率p和采深的关系式,实现了定量描述裂隙的演化规律。通过拟合分形维数D和逾渗概率p的关系式,可求得分形维数的峰值,进而可求得对应的采深,此采深即为破碎覆岩压密沿倾斜方向重新形成稳定结构所需的采深。计算结果可用于预先估算大倾角煤层开采埋深范围内是否可形成基本顶稳定结构,进而可采取不同的措施指导工作面的安全开采以及巷道的合理支护。 展开更多
关键词 大倾角煤层 裂隙 分形维数 逾渗概率 稳定结构
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考虑分形维数的注水模型及注水时间研究 被引量:10
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作者 汪文瑞 刘兆霞 +3 位作者 王刚 刘志远 杜昌昂 唐礼 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第4期817-825,共9页
为了研究煤层注水过程中注水时间的影响因素,考虑煤层孔裂隙的分形特征,从理论上分析注水过程,建立煤层注水力学模型。以南屯煤矿和东滩煤矿注水过程为例,检验此模型的合理性和适用性;通过建立的注水模型对分形维数、迂曲度和钻孔半径... 为了研究煤层注水过程中注水时间的影响因素,考虑煤层孔裂隙的分形特征,从理论上分析注水过程,建立煤层注水力学模型。以南屯煤矿和东滩煤矿注水过程为例,检验此模型的合理性和适用性;通过建立的注水模型对分形维数、迂曲度和钻孔半径的影响效果进行研究,并对影响因素的灵敏度进行分析。分析结果表明:1)水在煤层中的渗流速度和半径方向上的压力梯度呈正相关;2)建立的煤层注水力学模型分析结果与现场实测偏差较小,可为煤层注水工作提供理论参考;3)煤层条件一定,注水时间影响因素灵敏度是一定的,不随注水湿润半径变化而改变,煤层条件不同,注水时间影响因素的灵敏度也发生改变。本研究可为煤层注水时间确定提供理论依据。 展开更多
关键词 煤层注水 湿润半径 注水时间 分形维数 灵敏度
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Evolution of a mining induced fracture network in the overburden strata of an inclined coal seam 被引量:8
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作者 Wei Xiujun Gao Mingzhong +3 位作者 Lv Youchang Shi Xiangchao Gao Hailian Zhou Hongwei 《International Journal of Mining Science and Technology》 SCIE EI 2012年第6期775-779,共5页
The geological conditions of the Pingdingshan coal mining group were used to construct a physical model used to study the distribution and evolution of mining induced cracks in the overburden strata.Digital graphics t... The geological conditions of the Pingdingshan coal mining group were used to construct a physical model used to study the distribution and evolution of mining induced cracks in the overburden strata.Digital graphics technology and fractal theory are introduced to characterize the distribution and growth of the mining induced fractures in the overburden strata of an inclined coal seam.A relationship between fractal dimension of the fracture network and the pressure in the overburden strata is suggested.Mining induced fractures spread dynamically to the mining face and up into the roof as the length of advance increases.Moreover,the fractal dimension of the fracture network increases with increased mining length,in general,but decreases during a period from overburden strata separation until the main roof collapses.It is a1so shown that overburden strata pressure plays an important role in the evolution of mining induced fractures and that the fractal dimension of the fractures increases with the pressure of the overburden. 展开更多
关键词 Inclined coal seam Fracture network EVOLUTION fractal dimension
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贵州地区突出煤层微孔结构及对瓦斯流动特性的影响 被引量:7
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作者 李希建 薛海腾 +3 位作者 陈刘瑜 沈仲辉 徐明智 许石青 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2020年第10期67-74,共8页
煤层瓦斯流动规律与煤的孔隙结构密切相关。为揭示贵州地区突出煤层微观孔隙结构特征及对其瓦斯流动特性的影响,以贵州地区6个典型矿井突出煤层为研究对象,采用高压容量法测试了6个煤样的吸附能力。同时,根据高压压汞试验,利用分形方法... 煤层瓦斯流动规律与煤的孔隙结构密切相关。为揭示贵州地区突出煤层微观孔隙结构特征及对其瓦斯流动特性的影响,以贵州地区6个典型矿井突出煤层为研究对象,采用高压容量法测试了6个煤样的吸附能力。同时,根据高压压汞试验,利用分形方法获得煤样分形维数,并分析样品的微观孔隙结构分形特征及其与煤质参数的关系。在此基础上,探讨多尺度孔隙中瓦斯流动规律,分析吸附作用对瓦斯流动特性的影响。结果表明,贵州突出煤层以微孔为主,微孔为比表面积和孔隙体积的主要贡献者。同一煤样微孔分形维数D1、小孔分形维数D2和中孔分形维数D3依次增大,且分形特征明显。D1和综合分形维数Dk与水分呈负相关,挥发分与D2、D3呈负相关,灰分和D3呈负相关。突出煤层中瓦斯扩散模式主要为Knudsen型和过渡型。在Knudsen扩散区和过渡扩散区,渗透率受温度和压力影响较小;Fick扩散区,在相同努森数Kn和温度条件下,渗透率随压力增大而减小,随温度增高而降低;压力越高,孔径越小,渗透率受吸附作用影响越大。 展开更多
关键词 突出煤层 瓦斯吸附 孔隙结构 煤层渗透率 煤层分形维数
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晋城3~#煤层渗流物理特征及其注水效果 被引量:3
7
作者 康天合 《山西矿业学院学报》 1995年第1期1-6,共6页
通过晋城3^#煤层的裂隙、孔隙分布特征及吸水率变化规律和润湿边角试验结果分析,得出了3^#煤层属于注水渗透性和注水效果差的煤层的结论,指出了改善3^#煤层注水效果应采取的方法。
关键词 煤层 裂隙 注水效果 煤矿
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煤的孔隙结构分形特征研究 被引量:1
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作者 位乐 王登科 +3 位作者 陈旭 沈建廷 宫玖朋 闫晓 《科技创新与应用》 2023年第9期53-56,共4页
为精确描述煤的微观孔隙结构特征,系统开展低温液氮吸附实验和压汞实验,将低温液氮吸附实验和压汞实验数据在孔径100 nm处进行拼接,结合分形理论,提出描述煤层孔隙结构非均匀特征的综合分形维数。研究结果表明,孔径大于2 nm范围内,煤的... 为精确描述煤的微观孔隙结构特征,系统开展低温液氮吸附实验和压汞实验,将低温液氮吸附实验和压汞实验数据在孔径100 nm处进行拼接,结合分形理论,提出描述煤层孔隙结构非均匀特征的综合分形维数。研究结果表明,孔径大于2 nm范围内,煤的总孔比表面积随煤的孔隙综合分形维数的增大而增大,较好地反映煤体孔隙结构的分形特征。 展开更多
关键词 煤层瓦斯 孔隙结构 综合分形维数 低温液氮吸附实验 压汞实验
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突出煤层表面裂隙特征与瓦斯吸附/放散特性关系实验研究
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作者 王晓东 于建军 +3 位作者 刘海东 刘应科 刘向忠 龙昭熹 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2023年第9期30-36,共7页
瓦斯吸附、放散特性对于煤与瓦斯突出灾害预测、检验与防治十分重要,且与煤体裂隙结构特征密切相关。选取东曲煤矿2#、4#、8#和9#煤层的煤体试样,利用分形维数表征煤体表面裂隙特征,研究了煤体裂隙分布与瓦斯吸附、放散特性参数之间的... 瓦斯吸附、放散特性对于煤与瓦斯突出灾害预测、检验与防治十分重要,且与煤体裂隙结构特征密切相关。选取东曲煤矿2#、4#、8#和9#煤层的煤体试样,利用分形维数表征煤体表面裂隙特征,研究了煤体裂隙分布与瓦斯吸附、放散特性参数之间的关系。结果表明:基于分形理论求解了煤体表面裂隙分布的分形维数,取值范围为1.4~1.5,原生裂隙发育程度为9#煤层>4#煤层>8#煤层>2#煤层;通过瓦斯吸附、放散实验测试分析了煤体等温吸附常数及瓦斯放散初速度,吸附常数a取值范围为34.180~36.920 m3/t,瓦斯放散初速度取值范围为12~18 mmHg,上述参数的大小顺序与分形维数值一致。统计分析了东曲煤矿煤体分形维数与瓦斯吸附、放散特性参数的相关性,结果表明二者呈显著正相关性,分形维数能够表征该煤矿煤体瓦斯吸附与放散的特性与能力。 展开更多
关键词 突出煤层 表面裂隙 分形维数 吸附常数 瓦斯放散初速度
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贵州省突出煤层孔隙分形特征研究 被引量:2
10
作者 徐林 袁梅 +3 位作者 杨萌萌 许石青 王玉丽 李闯 《工矿自动化》 北大核心 2017年第4期32-36,共5页
以贵州省富煤区6个突出煤层为研究对象,采用液氮吸附实验和压汞实验,分析了各煤层煤样的孔隙大小分级,计算了煤样分形维数,并分析了各煤层煤样孔隙分形特征及其与瓦斯吸附量、煤样渗透性的关系。结果表明:6个煤层煤样不同级别的孔隙具... 以贵州省富煤区6个突出煤层为研究对象,采用液氮吸附实验和压汞实验,分析了各煤层煤样的孔隙大小分级,计算了煤样分形维数,并分析了各煤层煤样孔隙分形特征及其与瓦斯吸附量、煤样渗透性的关系。结果表明:6个煤层煤样不同级别的孔隙具有良好的分形特征,能够显示孔隙大小及孔隙分布特征,验证了采用分形维数可以定量分析煤样孔隙特征;微孔分形维数与煤样瓦斯吸附量呈正相关关系,不同煤田煤样瓦斯吸附能力差异较大;小孔分形维数反映了煤样孔隙结构较简单,煤样间孔隙结构复杂程度相似;中孔、大孔、显微裂隙和微裂隙分形维数显示煤样孔隙分布趋势基本一致,存在某些级别孔隙发育很差的情况,需要增透以提高抽采效果。 展开更多
关键词 煤炭开采 突出煤层 孔隙 瓦斯吸附 分形维数
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刘桥二矿六煤层断裂复杂程度的分形评价 被引量:1
11
作者 杨永林 吴基文 +2 位作者 孙本魁 贺兆礼 李运成 《淮南职业技术学院学报》 2005年第1期3-5,共3页
煤矿中的断裂网络是一种具有统计自相似性的分形体系,其结构的复杂程度可用分维来定量描述,对皖北局刘桥二矿6煤顶板的构造复杂程度进行了评价,并对未采区进行了初步预测。
关键词 六煤层 断裂网络 分形 分维 刘桥二矿
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城郊煤矿二水平煤层底板突水危险性综合评价研究 被引量:12
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作者 段李宏 张金陵 《煤炭工程》 北大核心 2021年第1期128-132,共5页
为了探究城郊煤矿深部延伸二水平主采二_(2)煤层底板突水危险性,根据矿区二水平底板地层及断层构造特征,采用突水系数法和分形分维方法对二水平底板的断层构造复杂程度及突水危险性分别进行了量化分区与综合分区评价。结果表明,虽然两... 为了探究城郊煤矿深部延伸二水平主采二_(2)煤层底板突水危险性,根据矿区二水平底板地层及断层构造特征,采用突水系数法和分形分维方法对二水平底板的断层构造复杂程度及突水危险性分别进行了量化分区与综合分区评价。结果表明,虽然两种方法的计算过程和量化分区参数不同,但所进行的量化分区具有较好的一致性,断裂构造复杂程度分维值与突水系数值存在明显的正相关性,断裂构造复杂区域对应的突水系数值明显偏大,综合对比得到二水平煤层底板在东部和西部突水危险性均较大,中间区域偏安全。研究结果对城郊煤矿二水平二_(2)煤层安全带压开采具有重要的参考价值。 展开更多
关键词 城郊煤矿 底板突水 突水危险性 断层 分形分维 突水系数
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瓦斯压力影响下煤岩力学性质与冲击能量指数演化规律及机制 被引量:3
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作者 丁鑫 肖晓春 潘一山 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2022年第7期98-106,共9页
深部煤层冲击地压诱发瓦斯涌出、突出事故频繁发生,对井下安全生产带来了巨大威胁,厘清瓦斯对煤岩力学性质、冲击倾向性演化规律是建立有效防治手段的基础。运用物理试验方法,基于自主研发的可视化煤岩流−固耦合试验系统,研究瓦斯压力... 深部煤层冲击地压诱发瓦斯涌出、突出事故频繁发生,对井下安全生产带来了巨大威胁,厘清瓦斯对煤岩力学性质、冲击倾向性演化规律是建立有效防治手段的基础。运用物理试验方法,基于自主研发的可视化煤岩流−固耦合试验系统,研究瓦斯压力影响的煤岩吸附、力学性质及碎块分布规律,分析瓦斯影响的煤岩冲击能指数演化特征与机制。结果表明:具有强冲击倾向性煤岩的瓦斯等温吸附曲线符合Langmuir模型,随瓦斯压力升高,煤岩软化特性越发明显,弹性模量、软化模量均呈阶段性降低,瓦斯对二者在煤岩峰值前后具有不同的影响效果且存在临界压力,试样破坏形式呈“脆性张拉→剪切→张拉+塑性流动”过渡,冲击能指数与试样碎块尺度均呈先减小后增大的“V”形变化特征,破碎后具有更多盈余能;含瓦斯煤岩小尺度碎块是灾害发生的客观条件,瓦斯膨胀能为煤体动态失稳提供了额外的能量,增大了冲击地压发生过程的强动力性和破坏性,这种煤岩基质骨架与瓦斯运移的固−流耦合降低了冲击地压发生的临界指标且具有更高的致灾潜能。研究成果与启示为进一步判定深部高瓦斯煤层灾变倾向并建立行之有效的防治手段提供了试验基础和研究思路。 展开更多
关键词 煤岩力学性质 冲击能量指数 冲击地压 高瓦斯煤层 瓦斯吸附特征 分形维数
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