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失效钻孔单通道二次注浆精准堵漏技术与装备研究
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作者 张盼 潘博杰 +2 位作者 秦金辉 郝富昌 高保彬 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第1期103-109,共7页
目的针对钻孔漏气严重和瓦斯抽采体积分数较低等问题,开展失效钻孔单通道二次注浆精准堵漏技术与装备研究。方法研发钻孔漏气位置精准检测装置,通过测试管底不同位置瓦斯抽采体积分数查明钻孔漏气的具体位置,研制失效钻孔管底二次注浆... 目的针对钻孔漏气严重和瓦斯抽采体积分数较低等问题,开展失效钻孔单通道二次注浆精准堵漏技术与装备研究。方法研发钻孔漏气位置精准检测装置,通过测试管底不同位置瓦斯抽采体积分数查明钻孔漏气的具体位置,研制失效钻孔管底二次注浆精准堵漏技术与装备,对李雅庄煤矿2-803工作面23个低体积分数失效钻孔进行精准堵漏。结果结果表明:该装备二次注浆压力可达2.0 MPa,堵漏效果良好,且此装置封孔段长度和深度可自由调节,全段可回收,工艺简单快捷,方便现场施工;依据瓦斯抽采体积分数差确定2-803工作面钻孔距孔口17~23 m处漏气较为严重。采用管底二次注浆精准堵漏技术,注浆前平均瓦斯抽采体积分数29.01%,二次注浆1天、1周、1月后孔内瓦斯抽采体积分数增至81.35%,80.47%,70.66%,分别提高了1.8,1.77,1.44倍;注浆前钻孔平均瓦斯抽采纯量为0.05 m^(3)/min,注浆1天、1周、1月后的钻孔平均瓦斯抽采纯量增至0.161,0.158,0.141 m^(3)/min,分别提高了2.2,2.16,1.82倍。结论该技术与装备可对低体积分数失效钻孔进行精准堵漏,减少瓦斯治理成本,提高瓦斯治理效能。 展开更多
关键词 瓦斯抽采 失效钻孔 二次注浆 精准堵漏
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煤裂隙粗糙度和开度对注水渗流影响的实验研究 被引量:2
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作者 王刚 陈雪畅 +2 位作者 陈昊 隆清明 刘义鑫 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第1期92-101,共10页
【目的】煤层注水是矿井除尘、防治煤与瓦斯突出和冲击地压等灾害的关键技术措施,而裂隙粗糙度、开度等形态特征对煤层注水效果具有显著影响。【方法】借助砂纸和聚酰亚胺高温胶带制备了含有不同粗糙度和开度裂隙的煤样,利用激光光谱共... 【目的】煤层注水是矿井除尘、防治煤与瓦斯突出和冲击地压等灾害的关键技术措施,而裂隙粗糙度、开度等形态特征对煤层注水效果具有显著影响。【方法】借助砂纸和聚酰亚胺高温胶带制备了含有不同粗糙度和开度裂隙的煤样,利用激光光谱共聚焦显微镜精准计算裂隙粗糙度参数,测试裂隙煤样渗流量。【结果和结论】结果表明,表面高度偏差Ha、表面最大高度Hz和三维形貌分形维数Ds可以作为表征煤剖面粗糙程度的参数。煤体渗流量随Ha、Hz和Ds的升高呈指数降低趋势,随着剖面粗糙度从4.69提高到18.43,裂隙内的渗流量最高下降84.42%。裂隙开度在60~90μm时其粗糙度对渗流的阻碍效果达到最高,此后粗糙单元阻碍效果开始减弱,裂隙开度在渗流过程占据主导作用。煤体渗流量随裂隙开度的升高呈指数升高的趋势,裂隙开度由30μm提高到150μm,裂隙渗流量最高可增大355.88倍。通过对裂隙开度和粗糙度与渗流量关系的深入探究,明确了两者在煤层注水过程中的关键作用机制,强调在煤层注水实践中应充分考虑裂隙形态特征,依据不同的裂隙开度和粗糙度情况合理选择注水方式,以实现煤层注水效果的有效提升。 展开更多
关键词 裂隙开度 裂隙粗糙度 裂隙粗糙度表征 渗流量 矿井除尘
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不同爆炸条件下瓦斯−煤尘爆炸冲击波传播规律研究
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作者 张学博 温一凡 高建良 《工矿自动化》 北大核心 2025年第10期104-113,共10页
针对当前瓦斯−煤尘爆炸冲击波传播规律的实验与数值模拟研究多局限于实验室小尺寸管道或局部巷道的问题,采用分段接力模拟法,将瓦斯−煤尘爆炸冲击波传播的模拟过程分为2个区段,即瓦斯−煤尘爆炸区段和冲击波传播区段,并按照矿井实际巷道... 针对当前瓦斯−煤尘爆炸冲击波传播规律的实验与数值模拟研究多局限于实验室小尺寸管道或局部巷道的问题,采用分段接力模拟法,将瓦斯−煤尘爆炸冲击波传播的模拟过程分为2个区段,即瓦斯−煤尘爆炸区段和冲击波传播区段,并按照矿井实际巷道尺寸建立几何模型,利用Fluent软件模拟不同爆炸条件下瓦斯−煤尘爆炸冲击波传播规律。研究结果表明:①爆炸当量对爆炸冲击波超压变化曲线有一定影响,对超压峰值影响较大,冲击波超压峰值随爆炸当量增大而显著提高;在爆炸区段超压峰值因能量累积效应先升后降,在冲击波传播区段超压峰值呈幂函数形式衰减,且爆炸当量越大,超压衰减越快。②不同爆炸地点发生瓦斯−煤尘爆炸,冲击波传播路线长度、巷道尺寸及巷道连接形式对超压变化曲线影响不显著,超压变化曲线沿传播路径呈“多峰振荡→单峰→多峰振荡”的动态演化特征,但对超压峰值衰减具有重要作用,冲击波传播路线越长、分支巷道越多,超压衰减越显著,表明分支巷道具有良好的泄压效果。③不同爆炸地点、爆炸当量条件下冲击波超压沿程衰减规律基本一致,超压衰减速度随冲击波传播距离增大逐渐减小;爆炸当量越大,初始超压越高,压力梯度增大导致超压衰减更快;分支结构可显著促进超压衰减,冲击波经过第1个开口分支的超压衰减幅度最大,后续分支的超压衰减幅度依次递减。 展开更多
关键词 瓦斯−煤尘爆炸 冲击波传播 爆炸地点 爆炸当量 超压峰值
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煤储层改造背景下深部煤层气藏物质平衡方程的建立与应用 被引量:5
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作者 石军太 徐凤银 +9 位作者 曹运兴 李相方 黄红星 王凯 陈明 张硕 吉义天宇 王伟 孙政 李靖 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第3期200-217,共18页
近些年深部煤层气发展迅速,在多个深部煤层气区块都取得单井日产万方的突破,为了更加科学高效地开发深部煤层气,大幅提高煤层气的采收率,建立合理、可靠且考虑因素全面的煤层气物质平衡方程,并研究深部煤层气藏或气井控制储量、平均煤... 近些年深部煤层气发展迅速,在多个深部煤层气区块都取得单井日产万方的突破,为了更加科学高效地开发深部煤层气,大幅提高煤层气的采收率,建立合理、可靠且考虑因素全面的煤层气物质平衡方程,并研究深部煤层气藏或气井控制储量、平均煤储层压力、不同类型气体产量占比、产能评价指标和最终可采储量具有重要的理论与现实意义。目前考虑游离气、煤基质收缩、溶解气、吸附气富集的微孔与游离气和水占据的介孔之间的压差和煤储层改造影响的煤层气物质平衡方程鲜有报道。首先基于深部煤层气藏物质平衡原理,在常规物质平衡方程考虑应力敏感引起的孔隙压缩、基质收缩、水的膨胀和产水因素的基础上,进一步考虑吸附气富集的微孔与游离气和水占据的介孔之间的压差、煤储层改造引起的煤储层物性参数变化和溶解气的影响,建立了基于煤储层改造背景下的深部煤层气藏物质平衡方程;然后提出了深部煤层气线性拟合的吸附气−游离气−溶解气储量评价方法、平均地层压力显式计算方法、吸附气−游离气−溶解气产量占比评价方法、深部煤层气井产能评价方法和最终可采储量EUR预测方法;最后对提出的方法进行了实例应用,评价了实例井控制的吸附气−游离气−溶解气储量,揭示了深部煤层气井生产过程中吸附气−游离气−溶解气产量占比变化规律,剖析了产能指标变化特征并预测了不同废弃压力下的EUR和煤层气采收率。研究表明:提出的深部煤层气储量评价方法,仅需实测2次以上的平均煤储层压力和对应的累计产气量和产水量数据,即可采用线性拟合的方法,评价出深部煤层气井吸附气−游离气−溶解气的储量;提出的深部煤层气平均地层压力计算方法为显式表达式,避免了隐式求解方法中复杂的计算机编程计算;提出的深部煤层气井吸附气−游离气−溶解气产量占比评价方法,无需在井口安装碳同位素监测装置,可实时评价出不同气体产量占比;提出的综合流体、游离气、吸附气、溶解气和水井底采出指数可以用于识别深部煤层气井工作制度的合理性;提出的深部煤层气井EUR预测方法,可将生产数据整理成视压力p/Z^(*)与累计产气量Gp的直线表达式,给定某一废弃压力,即可预测出深部煤层气井的EUR;实例井生产初期游离气日产气量占比和吸附气日产气量占比相当,在生产过程中,游离气日产气量占比先快速上升后缓慢降低最后逐渐稳定在29%,吸附气日产气量占比则先快速降低后缓慢上升最后逐渐稳定在70%,而溶解气日产气量占比一直较低;当废弃压力分别为4、3和2 MPa时,该深部煤层气井的煤层气采收率分别为37.8%、44.2%和52.4%,降低废弃压力是提高深部煤层气藏采收率较为有效的手段。 展开更多
关键词 深部煤层气 物质平衡方程 游离气 储量评价 煤储层压力 产量占比 产能评价 最终可采储量EUR预测
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循环荷载作用下煤层瓦斯压力变化规律研究
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作者 张凡 王博 +1 位作者 李鹏飞 党亚斌 《陕西煤炭》 2026年第1期7-13,26,共8页
【目的】煤层瓦斯渗流是威胁煤炭开采安全的严重自然灾害之一,是煤矿发展中需要解决的主要问题之一。【方法】以型煤煤样为研究对象,通过数值模拟试验的方式来研究循环荷载作用下煤层瓦斯压力变化规律。数值模拟主要使用Comsol Multiphy... 【目的】煤层瓦斯渗流是威胁煤炭开采安全的严重自然灾害之一,是煤矿发展中需要解决的主要问题之一。【方法】以型煤煤样为研究对象,通过数值模拟试验的方式来研究循环荷载作用下煤层瓦斯压力变化规律。数值模拟主要使用Comsol Multiphysic软件进行研究,分别对循环荷载作用下不同初始瓦斯压力条件下、不同轴压下、不同围压下及不同稳定时间下瓦斯压力的演化进行研究。【结果及结论】研究发现,在循环荷载作用下,不同的稳定时间对煤体瓦斯压力的影响较小;在不同的初始气压下,煤体的气体压力变化规律并不明显;在相同的轴压下,气体压力的变化趋势是相似的;煤体循环扰动过程中,在不同轴压加载条件下,轴压加载上限值越大瓦斯压力的改变量也越大,且距离轴压加载区域越近,瓦斯压力改变量的增长率越高。在4 MPa和6 MPa不同轴压的卸载过程中,煤体各位置瓦斯压力的变化速度有所不同,但对煤体瓦斯压力的下限影响较小。 展开更多
关键词 煤与瓦斯渗流 瓦斯压力 数值模拟 含瓦斯煤 循环荷载
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煤层抽采钻孔封孔关键区域优化
6
作者 李德波 《中国科技信息》 2026年第1期142-144,共3页
1背景.煤矿瓦斯抽采是降低矿井瓦斯涌出量、防范瓦斯爆炸及煤与瓦斯突出等灾害的关键手段。但目前我国煤矿瓦斯抽采效率偏低,尤其是井下顺层瓦斯抽采,其效果好坏很大程度上取决于封孔区域的范围或封孔质量,因此,对煤层钻孔的封孔技术进... 1背景.煤矿瓦斯抽采是降低矿井瓦斯涌出量、防范瓦斯爆炸及煤与瓦斯突出等灾害的关键手段。但目前我国煤矿瓦斯抽采效率偏低,尤其是井下顺层瓦斯抽采,其效果好坏很大程度上取决于封孔区域的范围或封孔质量,因此,对煤层钻孔的封孔技术进行优化已成为亟待解决的重要课题。 展开更多
关键词 煤层抽采 钻孔封孔 优化 瓦斯抽采 关键区域
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深部高突煤层典型特征、诱突机制及防治对策 被引量:11
7
作者 林柏泉 杨威 刘统 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期311-325,共15页
我国煤炭开采已逐渐进入深部,随着采深的不断增加,煤层的突出风险显著升高,突出发生的频率和强度均明显增大,给深部煤炭资源的安全高效开发带来巨大挑战。首先剖析了深部不同深度下煤层开采面临的复杂应力环境,并系统研究了深部高突煤... 我国煤炭开采已逐渐进入深部,随着采深的不断增加,煤层的突出风险显著升高,突出发生的频率和强度均明显增大,给深部煤炭资源的安全高效开发带来巨大挑战。首先剖析了深部不同深度下煤层开采面临的复杂应力环境,并系统研究了深部高突煤层的典型特性,阐明了深部开采诱突机制,最后提出了深部开采突出灾害防治的对策建议。结果表明:对突出煤层开采而言,深部没有一个固定深度值,而是应力、瓦斯压力和煤体强度等因素综合影响下煤层所表现出的非线性力学状态。深部煤层应力高,采动煤体呈强塑性破坏;突出煤的孔隙率低且连通性差、高应力下煤层渗透率极低;高压瓦斯高饱和赋存、低压吸附能力强;煤的基质尺度大且通达性差、瓦斯跨尺度运移难;深部煤层最大水平主应力增大,强构造应力作用下构造煤破碎程度高,在构造应力集中带内形成高压瓦斯包,导致突出风险激增。当深部开采工作面前方遇到构造软煤时,工作面附近硬煤内更容易形成强应力集中,对构造软煤内高压瓦斯的封闭作用显著增强,造成工作面前方瓦斯压力高、梯度大,煤体内的瓦斯膨胀能显著高于浅部;同时高应力下工作面前方煤体更容易发生强塑性流变破坏,诱发变形能的猛烈释放。构造煤煤体发生大变形损伤,孔裂隙空间增大;基质尺度急剧减小,被封闭的大量瓦斯快速解吸。二者共同造成游离瓦斯存储空间和压力的同步迅速增大,引发游离瓦斯膨胀能的迅速升高,当瓦斯膨胀能高于突出阈值时,大量瓦斯将破碎并抛出煤体,导致突出事故发生。基于此提出深部突出灾害防治应通过合理化采掘布置,从整体上降低采掘过程中的局部应力集中;通过超前探测准确获取煤层隐蔽构造、煤岩力学参数以及瓦斯参数等关键信息,超前识别突出风险进而施行精准防控;强调了要通过深度卸压充分释放应力,降低煤层应力集中,提高煤层渗透率,同时诱导大量低压吸附瓦斯脱附解吸,通过强力造缝增透减小基质尺度并活化基质孔隙,加速瓦斯运移如有必要采用物理化学联合增透方法,构建基质孔隙-裂隙跨尺度流动通道,提高瓦斯抽采效果,充分降低煤层气含量,最终达到超前、精准和均匀消突的目的,实现深部煤层安全高效开采。 展开更多
关键词 深部开采 突出煤层 高应力 诱突机制 突出防控
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综放工作面“截—移—放”工序多源煤尘扩散运移规律及分布特征研究
8
作者 王治栋 邱进伟 《煤炭技术》 2026年第1期23-30,共8页
以某煤矿14321综放工作面为研究对象,采用CCZ-20A型粉尘采样器,进行现场测试结合工业分析、红外光谱分析、激光粒度分析、润湿角分析等实验,分析“截—移—放”各个工序区域产尘质量浓度扩散规律及分布特征。结果表明:在截煤区域及架间... 以某煤矿14321综放工作面为研究对象,采用CCZ-20A型粉尘采样器,进行现场测试结合工业分析、红外光谱分析、激光粒度分析、润湿角分析等实验,分析“截—移—放”各个工序区域产尘质量浓度扩散规律及分布特征。结果表明:在截煤区域及架间区域顺、逆风截煤工序产尘呈现相似扩散规律,顺风截煤略大于逆风截煤,整体呈现先增大至峰值再迅速减小至稳定值的规律,质量浓度峰值出现在截煤机后滚筒处。移架工序产尘质量浓度呈现整体下降的趋势,随着距离增加,全尘下降趋势越来越大,呼尘下降趋势越来越小,最后趋于稳定值的规律,全尘质量浓度趋于18.33 mg/m^(3),呼尘质量浓度趋于7.78 mg/m^(3)。放煤工序整体产尘质量浓度呈现先上升后下降的趋势,尤其呼尘产尘量较为显著,质量浓度峰值出现在多口放煤区域后测点处,全尘峰值质量浓度为148.33 mg/m^(3),呼尘峰值质量浓度为94.5 mg/m^(3)。整体“截—移—放”工序区域内,煤样平均固碳量及挥发分总和为87.33%,具有高爆炸风险性,含有多种官能团结构,如—OH结构、芳香结构等,接触角平均58.7°,润湿性一般,架间区粒径尺寸,集中分布在0~31.829μm,放煤区煤样粒径,集中分布在0~56.835μm。研究为14321工作面防尘工作提供理论指导。 展开更多
关键词 综放工作面 粉尘运移 粉尘质量浓度 分布特征
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无线传感器网络在煤矿瓦斯监测与预警系统中的应用
9
作者 邹德龙 《煤矿机械》 2026年第1期226-230,共5页
针对煤矿瓦斯监测效果不佳和预警难度大的问题,基于传感器网络技术,设计了一种分布式煤矿瓦斯监测与预警系统。该系统使用无线通信网络将采集到的瓦斯浓度数据上传至地面监控中心。实验结果表明:传感器节点的采样精度误差不超过±0.... 针对煤矿瓦斯监测效果不佳和预警难度大的问题,基于传感器网络技术,设计了一种分布式煤矿瓦斯监测与预警系统。该系统使用无线通信网络将采集到的瓦斯浓度数据上传至地面监控中心。实验结果表明:传感器节点的采样精度误差不超过±0.5%LEL,重复性误差低于1%;该系统在确保报警响应及时的前提下,降低误报率60%以上;当瓦斯浓度超限时,该系统可在1 s内触发报警,且报警准确率高于98%。实际应用表明,该系统实现了对矿井瓦斯的全面实时监测,并将瓦斯事故预警的平均提前时间提升至30 min以上,切实增强了煤矿安全生产的管理。 展开更多
关键词 瓦斯监测预警 传感器网络 预警系统 ZIGBEE
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U型通风下煤矿综采工作面采空区瓦斯分布规律研究
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作者 申超 《陕西煤炭》 2026年第1期27-31,44,共6页
瓦斯是煤矿安全的最大威胁,采空区瓦斯是矿井瓦斯主要来源之一。【目的】为掌握U型通风下综采工作面采空区瓦斯分布规律,【方法】以阳泉新景矿3213综采工作面为研究对象,采用FLUENT软件对U型通风综采工作面采空区瓦斯分布进行了数值仿... 瓦斯是煤矿安全的最大威胁,采空区瓦斯是矿井瓦斯主要来源之一。【目的】为掌握U型通风下综采工作面采空区瓦斯分布规律,【方法】以阳泉新景矿3213综采工作面为研究对象,采用FLUENT软件对U型通风综采工作面采空区瓦斯分布进行了数值仿真模拟试验。【结果】受通风、漏风、气体密度、采空区孔裂隙特点等影响,采空区瓦斯在平面和垂直方向上具有显著的分布特征。平面上,进风巷瓦斯浓度低于回风巷,且越向远端,瓦斯浓度逐渐增大,上隅角瓦斯浓度局部聚集。垂直方向上,瓦斯浓度总体表现为上部高、下部低。【结论】研究成果对研究区及地质条件类似邻近矿区U型通风综采工作面采空区瓦斯抽采及防治具有重要理论指导和实践意义。 展开更多
关键词 U型通风 采空区综采工作面 瓦斯分布规律 Fluent数值仿真模拟
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突出矿井工作面突出危险性预测指标分布规律研究
11
作者 邵焱 覃佐亚 彭勍波 《煤炭技术》 2026年第1期126-130,共5页
为了研究1132采煤工作面突出危险性预测指标分布规律,跟踪考察30个预测循环的钻屑指标S值和钻屑瓦斯解吸指标K1值。结果显示:所有S值和K1值都未超过临界值,59.78%的S值集中在2.2、2.3、2.4 kg/m,39.45%的Smax值为2.6 kg/m;K1值主要集中... 为了研究1132采煤工作面突出危险性预测指标分布规律,跟踪考察30个预测循环的钻屑指标S值和钻屑瓦斯解吸指标K1值。结果显示:所有S值和K1值都未超过临界值,59.78%的S值集中在2.2、2.3、2.4 kg/m,39.45%的Smax值为2.6 kg/m;K1值主要集中在0.05~0.10 mL/(g·min^(1/2)),K_(1max)值主要分布在0.10~0.15 mL/(g·min^(1/2));随着取样深度的增加,K_(1max)值的频数和占比也相应提高,而在不同预测循环中K_(1max)值和取样位置呈现出较大的波动性;Smax值和K_(1max)值主要分布在4#钻孔和预测钻孔第10 m位置,为回采过程中瓦斯治理提供科学指导。 展开更多
关键词 突出危险性预测 钻屑指标 钻屑瓦斯解吸指标 分布规律
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高位钻孔在新田煤矿1903保护层首采工作面初采初放期间的应用研究
12
作者 裴胜强 邹禄 《陕西煤炭》 2026年第1期107-111,共5页
【目的】为了掌握首采工作面在Y型通风方式下初采初放期间瓦斯涌出规律,超前采取瓦斯治理工作,以防止在初采初放期间造成瓦斯涌出异常及瓦斯超限。【方法】以新田煤矿1903保护层首采工作面高位钻孔为研究对象,分析钻孔浓度变化曲线、工... 【目的】为了掌握首采工作面在Y型通风方式下初采初放期间瓦斯涌出规律,超前采取瓦斯治理工作,以防止在初采初放期间造成瓦斯涌出异常及瓦斯超限。【方法】以新田煤矿1903保护层首采工作面高位钻孔为研究对象,分析钻孔浓度变化曲线、工作面传感器浓度变化、钻场控制距离与回采工作面推进度的相对应关系。【结果】明确了首采工作面竖三带中裂隙带层位在15~26 m之间、高位钻场间距20 m及每7 d为抽采一循环等规律、初采初放期间直接顶初次垮落步距为12.2 m、基本顶初次垮落步距为25~31 m之间等可靠数据,【结论】结果表明,高位钻孔对1903保护层首采工作面初采初放期间起到重要作用,为矿井其他工作面初采初放期间提供了依据和数据支撑。 展开更多
关键词 高位钻孔 首采工作面 初采初放 裂隙带
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煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采技术研究进展、关键科学问题与展望 被引量:4
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作者 杨科 张寨男 +5 位作者 华心祝 刘文杰 吕鑫 池小楼 王长城 李彩青 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期944-964,共21页
煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采技术是指导深部高瓦斯松软低渗煤层瓦斯高效抽采的关键手段。据此提出煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采工程全生命周期开发思路,包括前期科学规划、中期工程施工和后期安全管理3个阶段。梳理了煤... 煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采技术是指导深部高瓦斯松软低渗煤层瓦斯高效抽采的关键手段。据此提出煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采工程全生命周期开发思路,包括前期科学规划、中期工程施工和后期安全管理3个阶段。梳理了煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采全生命周期开发研究进展,构建了煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采关键科学问题的总体研究框架,并概述了其未来发展方向。结果表明:煤层顶板水平井分段压裂裂缝扩展受地质因素、施工参数和物性参数等影响变得极其复杂,综合评价裂缝扩展多因素影响下的主次关系,揭示多因素影响下的煤层顶板压裂裂缝扩展机理是亟待解决的问题。探寻应力、水、温度与煤体因素耦合对煤层瓦斯吸附、解吸与运移的促进与抑制作用的临界关系,建立多因素临界指标下的煤层瓦斯吸附与解吸最优模型,是实现煤层瓦斯高效排采的关键。目前,煤层顶板压裂遗留水在污染水源、抑制瓦斯排采和危险性聚集方面的研究不足,且缺乏“中国化”的管理经验和技术支撑。以煤层顶板压裂工程全生命周期开发思路为导向,分析了其高耗水性、压裂液选择及潜在污染、支撑剂合理选择、空气污染和地震风险等人文环境问题,提出了与之相对应的政策法规制定思路。实现复杂环境中多裂缝竞争扩展实时精准监测,揭示多因素影响下煤层顶板分段压裂与跨界面裂缝扩展机理,构建煤层顶板水平井分段压裂裂缝扩展有效影响半径评价模型,探究三向应力与煤体结构双重异性条件下水气运移规律,实现煤层顶板水平井压裂水气聚合潜在危险区超前探测,建立煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采效果的精细化评价模型是目前亟待解决的关键科学问题。最后对煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采技术的精准化、协调化、智能化、综合化和示范化发展方向进行了展望。 展开更多
关键词 顶板水平井 全生命周期 卸压效果 水气运移 潜在危险区 排采效果
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我国废弃/关闭煤矿瓦斯抽采现状及发展趋势 被引量:3
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作者 华心祝 秦浩 +4 位作者 郝定溢 石必明 林柏泉 赵志根 张苗 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第4期15-28,共14页
在“双碳”目标的驱动下,我国能源结构迎来高质量发展。截至目前,已累计淘汰落后煤炭产能10亿t,废弃/关闭煤矿数量快速增加,据研究预计到2030年,我国废弃/关闭矿井将达到1.5万处,其中赋存非常规天然气近5000亿m3。为构建清洁低碳、安全... 在“双碳”目标的驱动下,我国能源结构迎来高质量发展。截至目前,已累计淘汰落后煤炭产能10亿t,废弃/关闭煤矿数量快速增加,据研究预计到2030年,我国废弃/关闭矿井将达到1.5万处,其中赋存非常规天然气近5000亿m3。为构建清洁低碳、安全高效的能源体系,加快发展新质生产力,亟需加大我国对废弃/关闭煤矿遗留瓦斯的抽采与开发力度。系统性地总结分析了我国现阶段废弃煤矿瓦斯地面抽采理论、技术及工艺设备的研究进展与存在问题,提出了未来研究的关键方向与潜在热点。首先,总结了废弃/关闭煤矿瓦斯赋存规律,归纳对比了遗留瓦斯资源量评估方法,分析了废弃煤矿地面抽采过程中瓦斯渗流及运移规律。其次,总结了2种常见的废弃/关闭煤矿瓦斯地面抽采技术,以及采用的钻井抽采工艺设备,对比分析了与生产矿井地面钻井瓦斯抽采工艺的异同。然后,从废弃/关闭煤矿瓦斯抽采理论、技术和工艺设备等方面分析了研究中存在的不足:①瓦斯资源赋存空间和机理不明;②瓦斯资源量评估不精准;③瓦斯次生运移及动态积聚规律不清;④瓦斯抽采渗流及运移规律研究不充分;⑤瓦斯抽采关键技术不成熟;⑥地面钻井工艺设备不全面;⑦瓦斯抽采系统不完善。最后,凝练提出了未来的研究方向:揭示不同影响因素下的遗留瓦斯资源赋存特征与运移机理,构建废弃煤矿瓦斯储量与资源精准预测理论模型,阐明遗留瓦斯次生运移聚集范围分布特征及演化过程,丰富完善地面抽采过程中遗留瓦斯渗流及运移规律研究理论,逐步优化废弃煤矿地面瓦斯抽采技术体系,系统升级废弃煤矿瓦斯地面钻井工艺设备,逐步实现废弃煤矿地面钻井工艺智能化,深入改进废弃煤矿地面瓦斯抽采工艺设备。废弃/关闭煤矿瓦斯资源的精准与安全开发研究,对于提升废弃/关闭煤矿安全水平、促进能源结构调整、保障国家能源安全和推动经济持续健康发展具有重大意义。 展开更多
关键词 废弃/关闭煤矿 遗留瓦斯 赋存特征 瓦斯抽采 工艺设备
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强突煤层地面丛式井造穴卸压辅助石门揭煤技术 被引量:3
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作者 刘厅 翟成 +4 位作者 童校长 徐鹤翔 邹全乐 林柏泉 徐吉钊 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第5期144-157,共14页
针对深部强突煤层石门揭煤危险性高,打钻过程易喷孔、效率低的难题,基于数值模拟和现场试验研究了强突煤层地面丛式井全覆盖造穴辅助石门揭煤降突机理及关键技术参数优化方法。首先开发了地面丛式井多级造穴技术及配套系统;其次揭示了... 针对深部强突煤层石门揭煤危险性高,打钻过程易喷孔、效率低的难题,基于数值模拟和现场试验研究了强突煤层地面丛式井全覆盖造穴辅助石门揭煤降突机理及关键技术参数优化方法。首先开发了地面丛式井多级造穴技术及配套系统;其次揭示了丛式井造穴卸压煤体物理场演化规律,提出了造穴关键技术参数优化方法;最后成功开展了石门揭煤控制区地面丛式井全覆盖造穴辅助消突工程试验,验证了技术的有效性。结果表明:提出了多场协同调控防突方法,揭示了地面丛式井区域全覆盖造穴强化卸压增透,辅助石门揭煤消突机理,开发了“机械扩孔-水力喷射-排水释压”多级造穴技术,并配套研发了“造穴-排渣-水渣分离”一体化系统。煤体塑性区体积与等效直径平方呈线性关系,研究条件下的比值为81.90;洞穴附近低渗透区瓦斯压力随着洞穴直径的增大先降低后升高,对应的最优洞穴直径为2.0 m;揭煤巷道沿着垂直于最大主应力方向布置时,造穴后巷道两侧煤体更容易消突。成功开展了石门揭煤控制区地面丛式井全覆盖造穴辅助消突工程试验,技术实施后,煤层透气性系数提高约10倍,残余瓦斯压力和残余瓦斯含量显著降低,试验地点井下揭煤措施孔数量减少了24%、钻孔工程量降低了21%。开发的技术可进一步拓展形成“地面井煤气共采”方法,有望实现难采-难抽煤层煤与瓦斯的协同高效共采。 展开更多
关键词 强突煤层 石门揭煤 地面井造穴 应力-渗流耦合 煤气共采
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流量控制式脉动水力压裂裂缝扩展特征试验研究 被引量:2
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作者 李全贵 王明杰 +6 位作者 余旭 倪冠华 宋明洋 程志恒 孙万杰 陈亮 赵政舵 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期178-189,共12页
脉动水力压裂技术在瓦斯抽采、页岩气开发及地热开发等储层改造领域中展现出起裂压力低、缝网复杂等优势。目前,通过控制流量实现脉动水力载荷输出是工程中的常用方法,但其裂缝扩展机制还不够明确。为此,以砂岩试件为对象,开展了真三轴... 脉动水力压裂技术在瓦斯抽采、页岩气开发及地热开发等储层改造领域中展现出起裂压力低、缝网复杂等优势。目前,通过控制流量实现脉动水力载荷输出是工程中的常用方法,但其裂缝扩展机制还不够明确。为此,以砂岩试件为对象,开展了真三轴流量控制式脉动水力压裂试验,分析了泵注频率和泵注速率对泵注压力、声发射能量、裂缝断裂类型及宏观破裂形态特征的影响。结果表明:流量控制式脉动水力压裂的起裂压力、跌落压力及起裂瞬态能量随泵注频率及泵注速率的增加而增大,裂缝扩展面积随泵注频率的增大而减小,随泵注速率的增大而先增大再减小。相较于常规水力压裂,其声发射能量更密集,起裂压力更低,起裂压力最大降低了21.9%,剪切裂纹占比增加5.6%~17.8%,裂缝扩展面积最大增加2.3倍。其脉动水力载荷变化复杂,起裂阶段表现为固定频率、升压力均值和幅值的坡形载荷,裂缝扩展时为固定压力上限、频率和幅值的水平循环形载荷;压力上限、下限和均值与泵注频率及泵注速率呈正相关,压力幅值与泵注频率呈负相关,随泵注频率的增大而先增大再减小。输出的脉动水力载荷类型不同,压裂产生的裂缝扩展特征差异明显。为了提高压裂效果,压裂参数设计要保证输出的脉动水力载荷具有足够的强度和幅值。 展开更多
关键词 脉动水力压裂 流量控制 脉动载荷特征值 能量响应 裂缝断裂类型
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煤中吸附态与游离态甲烷的串联扩散特征及理论表征 被引量:2
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作者 程远平 易明浩 王亮 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期326-339,共14页
厘清煤中孔隙结构对甲烷吸附以及扩散的内在联系是定量评价甲烷解吸量和解吸速度的基础。运用低压氮气和低压二氧化碳吸附法对煤中多尺度孔隙进行了定量表征,获得吸附态和游离态甲烷的赋存场所和运移通道分别为0.38~1.5 nm的填充孔和1.5... 厘清煤中孔隙结构对甲烷吸附以及扩散的内在联系是定量评价甲烷解吸量和解吸速度的基础。运用低压氮气和低压二氧化碳吸附法对煤中多尺度孔隙进行了定量表征,获得吸附态和游离态甲烷的赋存场所和运移通道分别为0.38~1.5 nm的填充孔和1.5~100 nm的扩散孔,在此基础上建立了填充孔吸附态扩散和扩散孔游离态扩散的双孔串联扩散模型,并通过对甲烷解吸实验数据的拟合获得了甲烷扩散参数和孔隙结构参数。结果表明:基于多尺度孔隙甲烷吸附模型计算的甲烷极限吸附量与实测值匹配程度较好,其中90%以上的吸附态甲烷以微孔填充形式赋存于填充孔内,表明煤对甲烷的吸附能力取决于填充孔结构;解吸过程中填充孔内发生吸附态甲烷扩散,并不断流入扩散孔中以游离态扩散的形式流出,其中吸附态和游离态甲烷扩散系数分别处于10^(-13) m^(2)/s和10^(-6) m^(2)/s量级,而填充孔和扩散孔当量孔长分别为0.109~2.855μm和0.525~3.106 mm,对应的当量孔数分别为10^(16)~10^(17)个/g和10^(10)~10^(12)个/g;由于填充孔数量更多、孔长更短,吸附态甲烷浓度更高,煤中吸附态甲烷的质量传输速度要远大于扩散孔内的游离态甲烷,煤中甲烷的解吸主要受到扩散孔中游离态甲烷扩散过程的控制。 展开更多
关键词 孔隙结构 微孔填充 扩散模型 甲烷赋存 煤粒解吸
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深部煤层瓦斯含量分阶赋存规律及其与突出危险的关联 被引量:6
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作者 赵伟 董虎子 +5 位作者 闫志达 王凯 舒龙勇 冯忠凯 卢守青 胡科 《煤炭学报》 北大核心 2025年第3期1555-1568,共14页
我国目前采用的煤与瓦斯突出区域预测指标包括瓦斯压力和瓦斯含量2种,在不同矿区两者对突出危险的敏感性不一。煤与瓦斯突出机理是合理制定突出危险性预测指标的基础,“本源瓦斯主控说”突出机理暗示瓦斯含量在深部条件下对突出危险的... 我国目前采用的煤与瓦斯突出区域预测指标包括瓦斯压力和瓦斯含量2种,在不同矿区两者对突出危险的敏感性不一。煤与瓦斯突出机理是合理制定突出危险性预测指标的基础,“本源瓦斯主控说”突出机理暗示瓦斯含量在深部条件下对突出危险的敏感性要高于瓦斯压力。为了检验上述推论的正确性,对比选取了具有高地温、高压力特征的平煤八矿作为典型研究对象,其高地温与高压力特点使得深部煤层瓦斯赋存规律与浅部不同,瓦斯含量在某一“临界深度”以下产生负增长,导致瓦斯赋存规律呈现分阶特征,与瓦斯压力的线性递增赋存规律产生明显差别。采用理论计算、试验分析、数值模拟与现场验证相结合的方法,首先理论计算了平煤八矿瓦斯含量分阶赋存规律,并建立了考虑温度与压力竞争效应的固-流-热三场耦合模型,分析出现瓦斯含量随深度逆向减小的影响因素;然后对比地勘/采动时期的瓦斯含量和瓦斯压力的差异化赋存规律,验证了理论研究和数值模拟的研究结果;之后理论分析了研究矿区的突出能量纵向分布规律,并以现场瓦斯涌出量以及突出事故案例,对突出危险性分阶分布特征进行了正面和侧面验证;最后比较分析了深部条件下瓦斯压力与瓦斯含量对突出危险的敏感性差异,阐明了造成两者差异的内在原因。论文研究显示:深部逐渐增高的地温以及压力对瓦斯含量形成了竞争作用,使得瓦斯含量在某一深度以下可能产生负增长现象,形成临界深度。临界深度的大小受到地温梯度、吸附能力以及温度敏感系数等因素影响。“本源瓦斯主控说”强调吸附瓦斯在突出中的主控作用,在临界深度以深,瓦斯含量对突出危险的敏感性要大于瓦斯压力。尤其对于构造煤而言,瓦斯含量的区域预测指标要更为敏感可靠。论文研究成果从宏观角度验证了“本源瓦斯主控说”的正确性,对于深部煤岩瓦斯动力灾害防治具有一定的指导意义。 展开更多
关键词 瓦斯含量 临界深度 突出能量 突出敏感性指标 地温
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基于改进型YOLOv5的粉尘检测算法 被引量:2
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作者 陈清华 张俊伟 +2 位作者 程迎松 张旭 程建华 《煤矿安全》 北大核心 2025年第6期79-88,共10页
近年来,由于基于图像识别的粉尘检测方法不存在安装和检测范围局限性等问题,因此得到了充分重视和发展,但现有方法实时性和准确性仍需提升。为此,提出了一种基于改进YOLOv5算法的粉尘图像检测方法。首先,对现有YOLOv5算法主干网络以及N... 近年来,由于基于图像识别的粉尘检测方法不存在安装和检测范围局限性等问题,因此得到了充分重视和发展,但现有方法实时性和准确性仍需提升。为此,提出了一种基于改进YOLOv5算法的粉尘图像检测方法。首先,对现有YOLOv5算法主干网络以及Neck网络进行改进,将轻量化网络GhostNet替换原有主干网络,以降低网络参数,再输出3个特征层;然后,针对主干网络输出的3个特征层,施加注意力机制CA,增加网络精度;最后,设计消融实验和对比实验验证改进算法的有效性。结果表明:改进算法的平均检测精度mAP(mean Average Precision)能达到92.11%,检测速度达37帧/s。 展开更多
关键词 粉尘图像检测 改进YOLOv5算法 置信度 轻量化网络 CA注意力机制
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AEO^(5)/SLS二元泡沫抑尘剂复配与润煤性能研究 被引量:2
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作者 张江石 柳鹏程 +5 位作者 方磊 韩方伟 佟林全 刘建国 梁云飞 杨涓 《材料导报》 北大核心 2025年第22期261-267,共7页
为探究脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO_(5))/十二烷基磺酸钠(SLS)二元泡沫最佳配比以增强其降尘性能,采用物理实验和分子模拟相结合的方法对二元泡沫的稳定性和润湿性进行研究。通过泡沫稳定性和静态接触角评估二元泡沫抑尘剂的最佳配比与润湿长... 为探究脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO_(5))/十二烷基磺酸钠(SLS)二元泡沫最佳配比以增强其降尘性能,采用物理实验和分子模拟相结合的方法对二元泡沫的稳定性和润湿性进行研究。通过泡沫稳定性和静态接触角评估二元泡沫抑尘剂的最佳配比与润湿长焰煤性能,并通过实际工程应用证明其有效性。使用分子动力学(MD)和密度泛函理论(DFT)计算分子间相互作用、氢键性质和静电势等。研究结果表明,AEO_(5)/SLS最佳复配比例为6∶30,在该配比下消泡用时最短为156 min,溶液静态接触角最小为17.94°,全尘和呼吸性粉尘的降尘效率最高分别为94%和87%。通过对实验与分子模拟结果进行关联性分析,得出在最佳配比下表面活性剂分子和水分子间的相互作用能最大,泡沫液膜最厚,稳定性最好。同时,该配比下泡沫液膜张力最小,在SLS分子和长焰煤分子结合时可以给水分子提供更多吸附位点,增强其润湿性。本研究可为新型多元泡沫抑尘剂的研发提供理论参考。 展开更多
关键词 泡沫降尘 煤矿粉尘 复配比例 泡沫稳定性 泡沫润湿性
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