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煤粒多尺度孔隙中瓦斯扩散机理及动扩散系数新模型 被引量：67
1
作者 李志强 刘勇 +1 位作者 许彦鹏 宋党育 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第3期633-643,共11页
为解决经典扩散模型不能准确描述煤粒瓦斯全时扩散的科学问题。采集我国典型矿区的代表性煤样,开展了各种条件下的煤粒瓦斯扩散实验。采用经典扩散模型拟合实验表明,某时刻前,扩散率的实验值大于理论值,此时刻后,实验值小于理论值,此规... 为解决经典扩散模型不能准确描述煤粒瓦斯全时扩散的科学问题。采集我国典型矿区的代表性煤样,开展了各种条件下的煤粒瓦斯扩散实验。采用经典扩散模型拟合实验表明,某时刻前,扩散率的实验值大于理论值,此时刻后,实验值小于理论值,此规律惟一。经典扩散模型不能准确描述瓦斯扩散全过程,误差极大,进而发现了煤粒瓦斯扩散系数随时间延长而衰减的特有现象。为此,提出了煤粒多尺度孔隙分布的新物理模型,新模型假设煤粒中孔隙呈非均质多尺度形态分布,并具有自相似分形结构,这种多尺度分形结构孔隙决定了煤粒扩散系数的多级分布,进而决定了瓦斯宏观扩散力学机理,即,煤体由表及里,孔隙由大到小分级分布,其扩散系数亦相应的由大到小逐级递减。扩散初期,瓦斯从扩散系数较大的大孔隙中快速逸出,扩散后期,从扩散系数较小的小孔隙中慢速逸出,直至深达微孔内部。正是这种逐级递减的孔隙形态及相应的多级扩散系数分布,形成了瓦斯扩散系数随时间延长而衰减的扩散机理。根据这一物理假设,引入初始扩散系数D0、扩散系数衰减系数β两个参数反映扩散系数动态衰减特征,提出了动扩散系数数学模型,经200余组数据检验,新模型能较准确描述各条件下的煤粒瓦斯(CH4,CO2,N2)扩散全过程。新模型涵盖了经典单孔隙扩散模型和双孔隙模型,将其推广到了多孔隙维度,并能解释经典单孔隙扩散模型出现的问题,新模型在准确性、简单性、解释性、预测性上优于国外双孔隙模型及其它经验公式。多尺度动扩散系数扩散模型为准确计算瓦斯(煤层气)含气量、储量、突出预测指标,解释各种条件下的瓦斯扩散机理提供了新物理模型和计算新方法。 展开更多
关键词 瓦斯 煤层气 扩散模型 扩散系数 动态
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新扩散模型下温度对煤粒瓦斯动态扩散系数的影响 被引量：42
2
作者 李志强 王登科 宋党育 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第5期1055-1064,共10页
升温促进煤基质中瓦斯快速大幅解吸/扩散是热激励法增产瓦斯机理之一,其首要关键科学问题是探明温度对扩散系数的影响规律和影响机理。采用恒温与升温方法进行了3种不同条件下的扩散实验:(1)初始同压不同温吸附后恒温扩散;(2)同初始吸... 升温促进煤基质中瓦斯快速大幅解吸/扩散是热激励法增产瓦斯机理之一,其首要关键科学问题是探明温度对扩散系数的影响规律和影响机理。采用恒温与升温方法进行了3种不同条件下的扩散实验:(1)初始同压不同温吸附后恒温扩散;(2)同初始吸附量条件下(高温高压、低温低压吸附后)恒温扩散;(3)同初始温压吸附后的升温扩散实验。实验结果表明:实验(1),(2)中用单孔隙经典扩散模型计算的常扩散系数随温度升高呈现无规律的波动形态,经典模型无法解释这一现象。原因是经典模型不能精确描述全时段扩散过程,误差极大,继而发现了扩散系数随时间延长而衰减的特有现象。为此,提出了能精确描述全时扩散过程的动态扩散系数新模型。新模型分析表明,煤基质中多尺度非均质孔隙形态决定了多级孔隙扩散系数分布,进而导致了扩散系数随时间延长而衰减。新模型下动扩散系数随温度升高单调递增,符合阿雷尼乌斯关系,规律惟一,经典模型常扩散系数是新模型动态扩散系数的平均值。新模型涵盖了经典模型,前者是后者的推广。 展开更多
关键词 瓦斯 扩散模型 扩散系数 温度 动态
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无烟煤微生物成气中间代谢产物组成及其转化 被引量：22
3
作者 陈林勇 王保玉 +4 位作者 邰超 关嘉栋 赵晗 王美林 韩作颖 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第9期2305-2311,共7页
研究了煤生物成气过程中中间产物的变化规律与成气过程的相互关系。以10 kg沁水盆地山西寺河矿的无烟煤为底物,以寺河矿区煤层气井口出水为菌源,进行了煤生物成气模拟实验,利用气相色谱-质谱联用对不同成气阶段发酵液中间产物进行了分... 研究了煤生物成气过程中中间产物的变化规律与成气过程的相互关系。以10 kg沁水盆地山西寺河矿的无烟煤为底物,以寺河矿区煤层气井口出水为菌源,进行了煤生物成气模拟实验,利用气相色谱-质谱联用对不同成气阶段发酵液中间产物进行了分析。实验发现煤生物成气有2个主要的产气周期,芳香环、杂环化合物和苯衍生物在反应初期转化为VFA等,发生在第1个产气周期;而长链烷烃的生成有2个高峰期,分别对应2个产气周期。根据煤生物成气模拟实验中间代谢产物的实验结果,进一步选取乙酸钠、丙酸钠、丁酸钠、己酸为底物,仍以同一煤层气井口出水为菌源,进行产气实验模拟,结果显示乙酸、丙酸、丁酸可以产气,而己酸则对成气呈现抑制作用。以底物计算甲烷产生效率为丁酸>丙酸≈乙酸,丁酸约为乙酸和丙酸的4倍;而以碳数计算时甲烷产生效率则为丁酸>乙酸>丙酸,丁酸约为乙酸的2倍,说明不同的有机酸产甲烷时可能存在有机酸碳数奇偶性的差异。以上结果表明,VFA和长链烷烃在煤生物成气中发挥着重要的作用,而有关煤生物成气中VFA和长链烷烃的生成和转化以及其对成气的影响尚需进一步研究。 展开更多
关键词 煤 生物成气 代谢产物 VFA 长链烷烃
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低渗煤层CO_2气相压裂裂隙圈形态研究 被引量：17
4
作者 曹运兴 田林 +2 位作者 范延昌 刘建中 张帅 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2018年第6期46-51,共6页
为了揭示低渗煤层气相压裂裂隙圈形态,采用球形震源理论建立了地震应力降和裂隙圈形态关系,并对山西高河能源公司山西组3号煤层气相压裂作业过程进行了监测研究。结果表明:微地震监测作为一种地球物理手段可以有效揭示气相压裂裂隙卸压... 为了揭示低渗煤层气相压裂裂隙圈形态,采用球形震源理论建立了地震应力降和裂隙圈形态关系,并对山西高河能源公司山西组3号煤层气相压裂作业过程进行了监测研究。结果表明:微地震监测作为一种地球物理手段可以有效揭示气相压裂裂隙卸压圈形态;气相压裂裂隙卸压圈形态显示为不规则的椭球型,椭球的长轴和钻孔压裂段长度相当,短轴长度为8~20 m;气相压裂裂隙扩展的不规则性主要受控于高压气体破岩的不同步,煤(岩)的各向异性及脆性指数也对裂隙扩展形态有影响。 展开更多
关键词 瓦斯治理 气相压裂 微地震 球形震源理论 裂隙圈形态
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采动效应微震特征及其变化规律 被引量：15
5
作者 雷文杰 王兆丰 韩真理 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第4期795-803,共9页
依据采动应力是煤与瓦斯突出的外在动力,构建煤巷采动微震监测系统,分析煤壁崩落过程及其诱因,研究顶板、煤壁破裂微震动态响应特征,了解采动应力显现、调整变化规律。优选小波基函数,按照频率顺序将半小时内396次采动效应触发的微震事... 依据采动应力是煤与瓦斯突出的外在动力,构建煤巷采动微震监测系统,分析煤壁崩落过程及其诱因,研究顶板、煤壁破裂微震动态响应特征,了解采动应力显现、调整变化规律。优选小波基函数,按照频率顺序将半小时内396次采动效应触发的微震事件进行小波包4层分解、重构;根据采动顺序和信号优势频带,将采动微震响应信号划分为爆破、煤壁崩落、顶板和煤壁破裂4类信号,采用归一化频带能量分析顶板、煤壁破裂事件的变化趋势。爆破冲击和顶板压力导致煤壁崩落,顶板压力还会导致煤壁破裂,顶板和煤壁破裂是煤巷采动应力的具体显现。顶板压力初期显现剧烈,爆破结束1.6 s内煤壁发生5次崩落,1.933 s时达到峰值、24.89 min趋于稳定;顶板破裂事件主要集中在初期2 min内,相应的事件率为76.2%。煤壁压力滞后顶板压力5.8 s后显现,3.71 min后达到峰值、29.217 min稳定;煤壁破裂事件主要集中在初期5 min内,相应的事件率为45.9%。顶板、煤壁破裂事件及其优势频带能量变化趋势揭示采动应力转移、调整过程,采动效应稳定与否可用于煤与瓦斯突出预警,并值得进一步深入研究。 展开更多
关键词 采矿工程 采动微震响应 煤岩破裂 优势频带归一化能量 采动应力变化 煤与瓦斯突出预警
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柱状煤芯瓦斯扩散模型与扩散特征实验研究 被引量：14
6
作者 李志强 成墙 +2 位作者 刘彦伟 段正鹏 宋党育 《中国矿业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第5期1033-1040,共8页
采用Φ50mm×100mm的标准柱状原煤样开展了不同温压下的瓦斯扩散实验,同时开展了同种煤的颗粒煤瓦斯扩散对照实验.为描述大尺度柱状煤样的瓦斯扩散过程,建立了柱状煤芯瓦斯扩散方程,导出了其扩散率解析解.实验表明:相比颗粒煤样,柱... 采用Φ50mm×100mm的标准柱状原煤样开展了不同温压下的瓦斯扩散实验,同时开展了同种煤的颗粒煤瓦斯扩散对照实验.为描述大尺度柱状煤样的瓦斯扩散过程,建立了柱状煤芯瓦斯扩散方程,导出了其扩散率解析解.实验表明:相比颗粒煤样,柱状原煤瓦斯扩散缓慢,表现为同时间下瓦斯累计扩散量和扩散率远小于颗粒煤.柱状煤芯的扩散系数远大于颗粒煤的扩散系数,是后者的11.72倍,而柱状煤的有效扩散系数远小于颗粒煤的有效扩散系数,仅为后者的1.82%.原因是柱状原煤包含了更大的孔裂隙结构,使其扩散系数较大,但因扩散路径的加长和迂曲度的增大,使其有效扩散系数较小,最终导致其具有较小的瓦斯释放能力. 展开更多
关键词 柱状煤芯 瓦斯 煤层气 扩散 模型
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倾斜煤层采空区自燃“三带”划分及防灭火措施 被引量：11
7
作者 刘德宝 韩颖 《河南理工大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2023年第3期27-33,共7页
山西金晖瑞隆煤业有限公司主采的8+10号煤层具有自然发火危险性,为准确确定8115工作面自燃带位置,以便为采取防灭火措施提供靶位,以氧气体积分数作为划分指标,采用束管抽气法进行采空区自燃“三带”现场测定。构建采空区数值模型,采用FL... 山西金晖瑞隆煤业有限公司主采的8+10号煤层具有自然发火危险性,为准确确定8115工作面自燃带位置,以便为采取防灭火措施提供靶位,以氧气体积分数作为划分指标,采用束管抽气法进行采空区自燃“三带”现场测定。构建采空区数值模型,采用FLUENT软件进行解算,得出采空区氧气体积分数分布规律。基于此,对自燃“三带”进行划分,确定自燃带宽度,并提出防灭火对策。结果表明:8115工作面采空区散热带为0~51.2 m;自燃带为51.2~86.2 m;窒息带为86.2 m以里。建议采用埋管注氮或架间插管汽雾阻化防灭火措施,对采空区自燃带进行全方位防灭火控制。 展开更多
关键词 倾斜煤层 采空区 自燃“三带” 氧气体积分数 数值模拟
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煤层瓦斯抽采顺层钻孔偏斜规律及原因分析 被引量：12
8
作者 沈振 刘志文 +2 位作者 易伟欣 王恩营 谢洪波 《煤炭技术》 CAS 2020年第3期103-106,共4页
顺层钻孔抽采煤层瓦斯是矿井常用消突措施之一,但钻孔偏斜造成的消突空白带又给安全生产带来新的隐患。为了查明钻孔偏斜规律及原因,采用赤平投影及MATLAB滤波处理,再结合统计分析的方法,分别建立倾角-进尺、方位角-进尺2种数学模型。... 顺层钻孔抽采煤层瓦斯是矿井常用消突措施之一,但钻孔偏斜造成的消突空白带又给安全生产带来新的隐患。为了查明钻孔偏斜规律及原因,采用赤平投影及MATLAB滤波处理,再结合统计分析的方法,分别建立倾角-进尺、方位角-进尺2种数学模型。研究表明,顺层钻孔轨迹的倾角随钻进深度的增加总体是一个长周期或若干短周期。进尺小于50 m时,钻孔轨迹沿煤层向下偏斜,进尺大于50 m后,钻孔轨迹先向下偏斜,后向上发生偏斜;钻孔轨迹的方位角的变换呈左右摇摆的周期性变化,第1周期起始偏移的方向(向左或向右)总是向着地层的真倾向方向靠近,随进尺深度的增加周期变短。根据分析,造成钻孔偏斜主要原因为岩层产状、施工工艺和孔壁间隙等。 展开更多
关键词 顺层钻孔 瓦斯抽采 偏斜 钻杆自重
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动扩散系数新模型下不同粒径构造煤的瓦斯扩散特征 被引量：11
9
作者 程小庆 王兆丰 李志强 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2016年第6期88-93,共6页
为揭示不同粒径构造煤的瓦斯扩散特征,采用瓦斯解吸仪分别在井下现场和实验室内开展了原煤样和不同粒径的构造煤瓦斯扩散实验,并采用低温氮吸附法测定其孔径分布,采用动扩散系数新扩散模型计算各类扩散实验的初始扩散系数D0及其衰减系... 为揭示不同粒径构造煤的瓦斯扩散特征,采用瓦斯解吸仪分别在井下现场和实验室内开展了原煤样和不同粒径的构造煤瓦斯扩散实验,并采用低温氮吸附法测定其孔径分布,采用动扩散系数新扩散模型计算各类扩散实验的初始扩散系数D0及其衰减系数β、有效初始扩散系数De0和有效动扩散系数De(t)。结果表明:各类粒径构造煤的瓦斯扩散率初期增长较快,但衰减迅速。同时刻下,粒径越大,D0越大,β越小,构造煤中孔隙由表及里孔径逐渐缩小,正是这种孔径特征控制了D0和β的大小。同时,粒径越大De0和De(t)越小。与之相反,井下构造煤原煤样具有更小的粒径,致使原煤样的瓦斯扩散速度更快,因此构造煤具有更严重的突出危险性。 展开更多
关键词 构造煤 扩散率 扩散模型 扩散系数 衰减系数
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不同温压下柱状煤芯瓦斯吸附饱和度和进扩散时间的确定 被引量：8
10
作者 李志强 成墙 +2 位作者 段正鹏 宋党育 温志辉 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2017年第7期92-99,共8页
为研究温度压力对吸附饱和度和进扩散时间的影响,以确定实验室内不同温压下原煤煤芯可接受的吸附饱和度和进扩散时间,建立了柱状煤芯瓦斯扩散模型,采用φ50mm×100mm的柱状煤芯开展了不同温压下的瓦斯扩散实验。经实验检验,模型能... 为研究温度压力对吸附饱和度和进扩散时间的影响,以确定实验室内不同温压下原煤煤芯可接受的吸附饱和度和进扩散时间,建立了柱状煤芯瓦斯扩散模型,采用φ50mm×100mm的柱状煤芯开展了不同温压下的瓦斯扩散实验。经实验检验,模型能很好描述原煤柱状煤芯的瓦斯扩散过程。计算了不同温压下柱状原煤煤芯达到不同吸附饱和度所需的吸附进扩散时间和不同时间的瓦斯质量浓度分布。结果表明:温度越高,扩散系数越大,吸附平衡时间越短;压力越高,扩散系数越小,吸附平衡时间越长。考虑实验精度要求和可接受时间,在30~40℃,瓦斯压力0.5~3MPa的范围内,建议渗流实验吸附饱和度为80%,吸附时间为6~8 d;精度要求较高的扩散实验,吸附饱和度为90%,吸附时间为10~12 d。 展开更多
关键词 瓦斯 柱状煤芯 扩散 吸附饱和度 模型
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煤生物成气过程中溶解性有机物的光谱特征研究 被引量：7
11
作者 赵同谦 李鹏 +5 位作者 邰超 象豫 李虹妍 马永霞 齐永安 张国成 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第S2期525-534,共10页
为进一步探讨煤生物成气过程中有机中间产物的变化特征,使用富集驯化后的底泥对3种煤样进行了煤生物成气模拟实验。对产气过程中产气量、液相样品中的可溶性有机质含量(总有机碳,TOC含量)、紫外和三维荧光光谱进行测定,并分析其耦合关... 为进一步探讨煤生物成气过程中有机中间产物的变化特征,使用富集驯化后的底泥对3种煤样进行了煤生物成气模拟实验。对产气过程中产气量、液相样品中的可溶性有机质含量(总有机碳,TOC含量)、紫外和三维荧光光谱进行测定,并分析其耦合关系。结果表明:3种煤样的产气过程均可分为3个产气周期:快速期、慢速期和产气停止期。成气过程中TOC含量总体下降,产气停止后含量有少量增高,TOC含量变化周期与产气时期具有一致性。紫外光谱及特征值显示产气过程中DOM分子量逐渐增大,芳构化程度增高,同时芳香环取代基上含氧官能团增多。荧光光谱显示成气过程中类蛋白荧光峰迅速降低,煤中的腐殖酸类物质转移到液相中,荧光基团中羰基、胺基和羟基含量增加。紫外和荧光光谱的变化与成气过程具有很好的耦合性,均表明煤中的有机质在微生物作用下进入液相并参与产气,但不同种类的物质对产气的作用不同。研究结论与此前GC-MS的相关研究结果相一致,且为煤生物成气过程中液相成分和性质的变化提供了参考。 展开更多
关键词 煤 生物成气 溶解性有机物 紫外光谱 三维荧光光谱
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新密矿区低临界值瓦斯动力现象及机理 被引量：6
12
作者 李云波 姜波 张玉贵 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2015年第6期1-7,共7页
本文从区域构造演化及构造特征、"三软"煤层(顶、底板和煤层均破碎的煤层及组合)分布及瓦斯特性和构造煤瓦斯内能释放等方面探讨了新密矿区低临界值瓦斯动力现象发生的机理及地质控制作用。研究结果表明:新密矿区构造演化具... 本文从区域构造演化及构造特征、"三软"煤层(顶、底板和煤层均破碎的煤层及组合)分布及瓦斯特性和构造煤瓦斯内能释放等方面探讨了新密矿区低临界值瓦斯动力现象发生的机理及地质控制作用。研究结果表明:新密矿区构造演化具有多期叠加改造的性质,中、新生代拉张裂陷环境中形成的重力滑动构造对"三软"煤层的普遍发育具有重要控制作用,"三软"煤层的形成及组合形式影响井田瓦斯赋存和构造应力环境的非均衡性;顺煤层断层、煤层流变的规模及构造煤的发育程度是低临界值瓦斯动力发生的主控因素;高应力环境下"三软"煤层中构造煤的初期内能释放是激发低临界值瓦斯动力现象发生的关键;对低临界值瓦斯动力区域的预测可以通过对煤层流变和瓦斯初期解吸能的研究来实现。 展开更多
关键词 低临界值 煤与瓦斯突出 "三软"煤层 构造控制 构造煤 新密矿区
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多尺度煤粒与瓦斯多尺度动扩散系数模型特征参数关系研究 被引量：6
13
作者 段正鹏 李志强 +2 位作者 陈向军 成墙 李国红 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2018年第6期97-102,共6页
为研究煤基质尺度对瓦斯扩散运移能力的影响,在实验室内开展了0.18~0.25 mm,0.25~1 mm,1~3 mm,3~6 mm,6~10 mm等5种不同尺度煤粒在不同初始吸附平衡压力下的瓦斯扩散实验。基于多尺度动扩散系数新模型,研究了煤粒尺度与多尺度动扩散系... 为研究煤基质尺度对瓦斯扩散运移能力的影响,在实验室内开展了0.18~0.25 mm,0.25~1 mm,1~3 mm,3~6 mm,6~10 mm等5种不同尺度煤粒在不同初始吸附平衡压力下的瓦斯扩散实验。基于多尺度动扩散系数新模型,研究了煤粒尺度与多尺度动扩散系数模型特征参数的关系。研究结果表明:新模型对全扩散过程的描述精度要好于经典模型,经典模型最大相对误差达18.4%,而新模型仅为3.9%;相同条件下,初始扩散系数D0值随着粒径的增大呈递增趋势,最大增大了45.3倍;扩散衰减系数β值随着粒径的增大呈递减趋势,最大衰减了89.8%。实验揭示了多尺度煤粒内的瓦斯多尺度扩散特征,大尺度煤粒包含了更大的外在孔隙,导致煤粒尺度越大,初始扩散系数D0值越大,但因大尺度孔隙占比较大,导致孔隙尺度级差变化较小,因而有较小的衰减系数β值;小尺度煤粒因具有较小的外在孔隙,其D0值较小,但因微小孔隙占比较大,且微小孔隙尺度级差变化较大,因而有较大的衰减系数β值。不同煤粒尺度的扩散特征参数D0和β值的这种变化特征反映了当前低渗煤层瓦斯抽采过程中初期抽采量大但衰减迅速的现象,也为瓦斯(煤层气)增产及稳产提供了储层改造方向。 展开更多
关键词 多尺度 粒径 扩散模型 动态 扩散系数
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井下直流电法超前探测低阻区水与瓦斯视电阻率响应分析 被引量：6
14
作者 王恩营 李锐 +3 位作者 刘仰光 王红卫 李沛涛 刘山清 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2018年第3期168-171,共4页
视电阻率对于水的响应较为敏感,为使用井下直流电法探测煤层中的瓦斯赋存,需要对煤层赋水状况与煤体瓦斯含量进行综合分析。根据赵家寨煤矿12205工作面三极超前直流电法探测,工作面内存在6处低阻异常区,其中4处低阻异常区经钻探验证富... 视电阻率对于水的响应较为敏感,为使用井下直流电法探测煤层中的瓦斯赋存,需要对煤层赋水状况与煤体瓦斯含量进行综合分析。根据赵家寨煤矿12205工作面三极超前直流电法探测,工作面内存在6处低阻异常区,其中4处低阻异常区经钻探验证富水性较好,瓦斯小,另外2处低阻异常区瓦斯含量较高,富水性差。矿井低阻异常区反映了煤层水大或瓦斯大的特点,但水大瓦斯小,水小瓦斯大,二者呈现此消彼长的关系,符合一般煤层瓦斯赋存规律。 展开更多
关键词 直流电法 三极超前探测 矿井水 瓦斯 视电阻率
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煤层瓦斯强化抽采工程试验与多过程耦合渗流数值解 被引量：5
15
作者 李志强 成墙 《煤炭工程》 北大核心 2018年第11期74-78,共5页
为提高低渗透煤层的瓦斯抽采能力,采取了多种工程强化抽采煤层瓦斯,措施包括:高压水射流割缝卸压增渗、强化预抽、注气增压驱气、注水增湿抑制瓦斯解吸。首先在煤层底板岩巷中利用穿层钻孔实施高压水射流割缝,以提高煤体的渗透性,之后... 为提高低渗透煤层的瓦斯抽采能力,采取了多种工程强化抽采煤层瓦斯,措施包括:高压水射流割缝卸压增渗、强化预抽、注气增压驱气、注水增湿抑制瓦斯解吸。首先在煤层底板岩巷中利用穿层钻孔实施高压水射流割缝,以提高煤体的渗透性,之后进行预抽煤层高压瓦斯;达到抽采极限时间后,采用注空气增压的方法提高瓦斯的流动能力,以增加瓦斯的抽采能力;达到注气极限时间后,采用高压注水的方式湿润煤体,达到增加煤体水分,抑制残余瓦斯解吸的目的。试验结果表明:实施强化抽采措施后,煤层渗透性提高了100倍以上,瓦斯抽采率从措施前的16. 4%提高到了58. 6%。多个工程实施过程中,瓦斯—注入气—水等流体的流动具有前后继承性,即后一个工程流体的渗流是在前一个工程流体渗流的终态基础上进行的。为此,提出了多过程渗流的新概念,据此建立了多过程耦合渗流力学方程,将前一个流体的渗流压力——距离终态作为后一个渗流过程的初始条件,代入后一个渗流方程进行耦合数值计算,得到了符合实际的多过程、多流体的耦合渗流数值解。计算表明:第一过程的抽采压降曲线终态为抛物线形态,可用幂函数描述,第二过程注气压力曲线初态呈现先下降后上升的波谷曲线形态,末态可用幂函数描述,第三过程的注水压力曲线为幂函数下降形态。 展开更多
关键词 瓦斯 煤层气 水力割缝 注气 多过程 渗流
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基于CT扫描的CO_(2)相变致裂煤裂隙演化特征
16
作者 刘高峰 关文博 +3 位作者 张震 李宝林 刘欢 司念 《矿业科学学报》 CSCD 北大核心 2024年第3期342-350,共9页
为进一步揭示CO_(2)相变致裂煤的裂隙改造机理,开展了CO_(2)相变致裂煤体实验,基于CT扫描和三维裂隙重构,分析了CO_(2)相变致裂前后的煤样内部裂隙结构参数,查明了CO_(2)相变致裂煤的三维裂隙结构演化特征。结果表明,致裂后煤样的裂隙... 为进一步揭示CO_(2)相变致裂煤的裂隙改造机理,开展了CO_(2)相变致裂煤体实验,基于CT扫描和三维裂隙重构,分析了CO_(2)相变致裂前后的煤样内部裂隙结构参数,查明了CO_(2)相变致裂煤的三维裂隙结构演化特征。结果表明,致裂后煤样的裂隙总数量减少,裂隙总体积和裂隙总表面积增加;CO_(2)相变致裂产生了裂隙扩张转化效应,在致裂压力的扩张作用下,小尺度裂隙转化为更大尺度的裂隙;长度小于1000μm的裂隙数量减少、裂隙体积和表面积明显减小,长度大于1000μm的裂隙体积和表面积明显增大,且裂隙之间扩张贯通而引起其数量减少;CO_(2)相变致裂大幅度改善了煤体三维裂隙的连通性,有利于气体的运移和产出。此研究为CO_(2)相变致裂效果提供新的分析评价方法,也可为其他非常规天然气储层及其改造的裂隙演化特征研究提供参考和借鉴。 展开更多
关键词 CO_(2)相变致裂 CT扫描 煤储层 三维裂隙演化
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基于差分进化算法的旧采空区水分质利用优化配置
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作者 郑立军 岳俊超 +3 位作者 魏亚辉 郭水涛 罗文骏 王心义 《河南理工大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2024年第2期68-76,共9页
大部分矿井水污染程度低,稍加处理即可供饮用、工业、农业、生态等使用。焦作煤田吴村矿旧采空区水可供水量为718 m^(3)/h,矿区周围饮用、电厂、灌溉、养殖、生态等用户需水量为1073.74 m^(3)/h,旧采空区水仅能满足66.87%的用水需求;旧... 大部分矿井水污染程度低,稍加处理即可供饮用、工业、农业、生态等使用。焦作煤田吴村矿旧采空区水可供水量为718 m^(3)/h,矿区周围饮用、电厂、灌溉、养殖、生态等用户需水量为1073.74 m^(3)/h,旧采空区水仅能满足66.87%的用水需求;旧采空区水需处理达标后才能供给用户,不同用户的水处理工艺和费用差异较大,依据水质优化配置旧采空区水量具有重要意义。目的为了实现矿井排水综合利用效益最大化,方法以焦作煤田吴村矿旧采空区水为研究对象,在计算其供水量和分析水质基础上,结合矿区周围饮用、电厂、灌溉、养殖、生态需水量及水质要求,构建718 m^(3)/h旧采空区水分质利用优化配置数学模型,并利用差分进化算法求解。结果结果表明:灌溉期分配饮用水6.00 m^(3)/h、电厂用水334.95 m^(3)/h、灌溉用水353.89 m^(3)/h、养殖用水19.76 m^(3)/h、生态用水3.40 m^(3)/h;非灌溉期分配饮用水6.00 m^(3)/h、电厂用水688.84 m^(3)/h、灌溉用水0 m^(3)/h、养殖用水19.76 m^(3)/h、生态用水3.40 m^(3)/h时,旧采空区水分质利用年收益最大。结论研究结果可为类似矿井旧采空区水和矿井排水资源化利用提供借鉴。 展开更多
关键词 差分进化算法 旧采空区水 分质利用 优化配置
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垃圾渗滤液DOM在砂土中的迁移转化规律研究
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作者 赵丽 张薏旸 +4 位作者 金毅 张庆 刘靖宇 卫杰 和世昌 《河南理工大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2024年第1期88-95,共8页
目的针对焦作市城市生活垃圾卫生填埋场运行年限长(10 a以上)、防渗层趋于老化、渗滤液渗漏到地下水风险大的问题,方法以稀释5倍的老龄垃圾渗滤液为注入淋滤液,以填埋场粉砂土为岩土介质,在水力停留时间32 h下开展室内土柱模拟试验,分... 目的针对焦作市城市生活垃圾卫生填埋场运行年限长(10 a以上)、防渗层趋于老化、渗滤液渗漏到地下水风险大的问题,方法以稀释5倍的老龄垃圾渗滤液为注入淋滤液,以填埋场粉砂土为岩土介质,在水力停留时间32 h下开展室内土柱模拟试验,分析老龄垃圾渗滤液中溶解性有机质(dissolved organic matter,DOM)的迁移转化规律。结果结果表明:0~2618 h内,溶解性有机碳(dissolved organic carbon,DOC),化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)和波长254 nm单位比色皿光程下的紫外吸光度(UV254)在地下水中变化规律相似,且三者线性相关性显著,说明DOM组分以芳香族化合物为主;CXTFIT 2.1软件拟合得到DOC和COD的阻滞系数(3.01和1.96)及衰减系数均处于较低水平,说明砂土对有机质吸附作用有限;试验前期,淋出液的荧光指数(fluorescence index,FI)一直高于淋滤原液的,说明试验前期微生物生长快速;所有样品的FI均大于1.9,说明淋出液中DOM主要为生物源;垃圾渗滤液DOM含有较多富里酸(峰A、峰C)和腐殖酸类物质(峰E)及少量类蛋白物质(峰T2);淋出液S1中的微生物代谢产物(峰B)来源于试验所用砂土,S1中峰B和S2中峰T2随时间变化消失,剩下难降解的峰A、峰C和峰E,淋出液有机组分变化明显,结构简单的类蛋白物质逐渐消失,复杂难降解的腐殖类物质逐渐累积,试验过程中淋出液单位有机碳的总荧光峰强均高于淋滤液的,说明淋滤液在迁移转化过程中芳构化程度和腐殖化程度均有所提高。结论研究结果可为垃圾渗滤液处置与环境风险评估提供参考。 展开更多
关键词 垃圾渗滤液 溶解性有机质 地下水 三维荧光 生物降解 吸附
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鄂尔多斯盆地东缘山西组煤系页岩孔隙结构特征及其演化规律研究
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作者 乔雨 宋党育 +1 位作者 刘惟庆 余震 《河南理工大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2024年第5期53-66,共14页
目的为了解煤系页岩中孔隙结构特征及其演化规律,方法采用X射线衍射、岩石热解、扫描电镜、低压CO_(2)/N_(2)吸附和高压压汞等实验,对鄂尔多斯盆地东缘山西组煤系页岩不同岩相孔隙结构进行表征,分析成岩作用对各岩相孔隙演化的影响。结... 目的为了解煤系页岩中孔隙结构特征及其演化规律,方法采用X射线衍射、岩石热解、扫描电镜、低压CO_(2)/N_(2)吸附和高压压汞等实验,对鄂尔多斯盆地东缘山西组煤系页岩不同岩相孔隙结构进行表征,分析成岩作用对各岩相孔隙演化的影响。结果结果表明,山西组主要发育富硅泥质页岩岩相(A-1)、泥质/硅质混合页岩岩相(M-2)和富黏土硅质页岩岩相(S-3);介孔是储层孔容的主要来源,贡献度达65%以上,微孔是储层比表面积的主要来源,贡献度达62%以上;S-3页岩总孔容和总比表面积均较大,均值分别为0.0362 cm^(3)/g,35.15 cm^(2)/g,A-1页岩总孔容和总比表面积均较小,均值分别为0.0266 cm^(3)/g,21.39 cm^(2)/g;有机质通过控制微孔发育对页岩比表面积起控制作用,另外,黏土矿物对页岩比表面积有一定促进作用,黄铁矿对M-2页岩和S-3页岩孔隙结构均有一定促进作用;A-1页岩孔隙演化受压实作用、黏土矿物转化作用最为明显,S-3页岩孔隙受胶结作用、有机质生烃作用和溶蚀作用影响均较显著,M-2页岩孔隙兼具A-1和S-3页岩的成岩演化特点。结论研究结果可为鄂尔多斯盆地煤系页岩孔隙结构研究提供借鉴与参考。 展开更多
关键词 岩相类型 孔隙结构 成岩作用 煤系页岩 鄂尔多斯盆地东缘
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成庄井田西部15号煤储层物性对煤层气井产气量影响研究 被引量：3
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作者 郭强 曹运兴 《煤》 2019年第2期1-5,71,共6页
基于成庄井田西部15号煤储层物性资料和煤层气生产资料,开展了煤储层物性对煤层气井产气量影响研究。结果表明:煤储层物性对煤层气产出特征和煤层气井产气量具有重要影响,不同的煤储层物性参数对煤层气井产气量的影响和作用机理各异。... 基于成庄井田西部15号煤储层物性资料和煤层气生产资料,开展了煤储层物性对煤层气井产气量影响研究。结果表明:煤储层物性对煤层气产出特征和煤层气井产气量具有重要影响,不同的煤储层物性参数对煤层气井产气量的影响和作用机理各异。煤层厚度越大、煤层气含量越高,煤层气资源量、资源丰度及含气饱和度越高,有利于煤层气井高产和提高累计产气量;煤储层压力、煤层渗透率越高,越有利于驱动煤层气渗流高效产出、煤层气井高产和提高采收率;煤的高变质,提高了煤的孔渗性、吸附性和煤层气储集性能,有利于煤层气井高产稳产。但延迟了煤层气井产气高峰期时间,对缩短煤层气开发周期亦不利。 展开更多
关键词 成庄井田西部 15号煤层 煤储层物性 产气量
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