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矿井瓦斯“探-抽-调-采-用”全流程智能防治与利用体系构建
1
作者 赵鹏翔 张艺波 +5 位作者 李树刚 卓日升 金士魁 刘元嘉 金欢 常泽晨 《智能矿山》 2026年第1期117-123,共7页
在智慧矿山与“双碳”目标双重驱动下,煤矿瓦斯治理正由被动防控向精准化、智能化、资源化方向演进。笔者系统构建了涵盖瓦斯赋存精准探测、智能抽采、动态调控、数据平台与梯级利用的全流程综合治理体系,通过集成多源传感、数字孪生与... 在智慧矿山与“双碳”目标双重驱动下,煤矿瓦斯治理正由被动防控向精准化、智能化、资源化方向演进。笔者系统构建了涵盖瓦斯赋存精准探测、智能抽采、动态调控、数据平台与梯级利用的全流程综合治理体系,通过集成多源传感、数字孪生与人工智能技术,突破传统治理中“探测、抽采、利用”环节割裂的瓶颈,提升了从地质透明化到瓦斯利用各个治理环节的联系。研究成果为深部高瓦斯矿井的安全高效开采与瓦斯资源清洁利用提供了系统化解决方案,对推动煤炭行业绿色转型与能源安全保障具有重要理论与实践意义。 展开更多
关键词 动态调控 数据平台 智能抽采 全流程智能防治
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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
2
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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真三轴主应力加卸载对固态有机质多孔介质渗透特性的影响
3
作者 李作泉 苏学友 +3 位作者 曹仕学 郭武奎 马铭 马秉波 《有色金属(矿山部分)》 2026年第1期163-172,共10页
研究多孔介质在真三轴应力状态下的渗流演化特性,对低渗透储层瓦斯高效开发具有重要意义。本文基于中间主应力系数b=(σ_(2)-σ_(3))/(σ_(1)-σ_(3)),开展了各向异性主应力同步加卸载渗流实验,通过固定b值与某一主应力,研究其余两向主... 研究多孔介质在真三轴应力状态下的渗流演化特性,对低渗透储层瓦斯高效开发具有重要意义。本文基于中间主应力系数b=(σ_(2)-σ_(3))/(σ_(1)-σ_(3)),开展了各向异性主应力同步加卸载渗流实验,通过固定b值与某一主应力,研究其余两向主应力加卸载对渗透特性的影响。结果表明:渗透率随应力升高呈指数型下降,这与高应力条件下孔隙-裂隙结构的低应力敏感性相关;渗透率对各向应力的响应不同,例如同时降低σ_(1)与增加σ_(3)时渗透率下降,表明其对σ_(3)变化更敏感;随着b值与应力Lode角θσ增大,渗透率逐渐降低且降幅趋缓,偏应力与渗透率演化的关系受主应力加卸载路径调控,而非单一正相关;建立了真三轴应力-孔隙压力耦合的渗透率模型,可表征不同b值下渗透率与主应力的关系,与实验数据吻合良好。本研究为深部瓦斯灾害防治提供了新的理论依据。 展开更多
关键词 真三轴 渗透率 中间主应力系数 有机质多孔介质 灾害防治
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循环荷载作用下煤层瓦斯压力变化规律研究
4
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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近水力压裂孔区域瓦斯运移阻滞机制研究
5
作者 张林冲 李先峰 +3 位作者 石天祥 梁学健 孙立虎 郭鑫 《煤矿现代化》 2026年第1期100-103,111,共5页
水力压裂技术在压裂孔近场区域常出现瓦斯抽采浓度与流量阶段性“凹陷”或增长迟缓的阻滞现象。为揭示该现象的内在机制,本文基于流固耦合理论,建立了考虑气-水两相渗流与煤岩变形作用的耦合模型,采用COMSOL Multiphysics软件对近孔区... 水力压裂技术在压裂孔近场区域常出现瓦斯抽采浓度与流量阶段性“凹陷”或增长迟缓的阻滞现象。为揭示该现象的内在机制,本文基于流固耦合理论,建立了考虑气-水两相渗流与煤岩变形作用的耦合模型,采用COMSOL Multiphysics软件对近孔区域瓦斯运移过程进行数值模拟。结果表明,瓦斯运移阻滞主要由两大机制控制:一是“气-水两相流竞争机制”,压裂液侵入导致气液两相在裂隙-孔隙介质中竞争流动,形成局部水锁与气相滞留;二是“有效应力回弹与裂隙闭合效应”,即压裂后煤体应力重分布引起裂隙闭合,导致渗透率降低。模拟结果再现了瓦斯运移“阻滞区—竞争区—原状区”的三区分布特征。 展开更多
关键词 钻孔增渗 瓦斯运移 阻滞机制 两相流 有效应力
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深部小断层对煤层瓦斯运移特性影响研究
6
作者 郭武奎 马铭 +3 位作者 李子龙 孙维尼 陈嘉俊 唐银虎 《有色金属(矿山部分)》 2026年第1期199-209,共11页
为深入探究深部不透气小断层对煤层瓦斯运移特性的影响,利用自主研发的瓦斯渗流装置,对全煤试样及含不同体积和倾角的小断层试样进行分析,并构建了含小断层煤层的等效渗透率理论模型。结果表明:在相同条件下,全煤试样和含小断层试样的... 为深入探究深部不透气小断层对煤层瓦斯运移特性的影响,利用自主研发的瓦斯渗流装置,对全煤试样及含不同体积和倾角的小断层试样进行分析,并构建了含小断层煤层的等效渗透率理论模型。结果表明:在相同条件下,全煤试样和含小断层试样的渗透因子变化趋势均为先减小后增大,且存在一个使渗透因子达到最小值的临界瓦斯吸附平衡压力值,同时,小断层试样的渗透因子始终小于全煤试样的渗透因子;随着小断层体积的增大,瓦斯的有效渗流区域会逐渐减小,煤层的渗流能力也会相应减弱;当煤层含小断层的倾角不同时,瓦斯分子的流动情况也会有所不同,具体可分为瓦斯集聚膨胀区、瓦斯集聚稳定区和上下有效渗流区四个影响区域。本研究可为深部煤层瓦斯抽采布孔优化、不利构造区识别及瓦斯灾害预测提供理论支持和实验依据,具有重要的工程应用价值。 展开更多
关键词 小断层 瓦斯治理 安全 渗透因子 等效表征
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煤层抽采钻孔封孔关键区域优化
7
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：12
8
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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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
10
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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不同瓦斯涌出条件下的穿煤隧道施工通风流场及瓦斯运移特性
11
作者 王琳庆 《国防交通工程与技术》 2026年第1期19-25,共7页
针对长距离煤层隧道施工过程中瓦斯涌出运移规律复杂且易诱发燃爆事故的问题,依托巴山村铁路隧道工程,采用三维数值模拟方法,对拱肩涌出、沿煤层涌出及全断面涌出三种典型工况下瓦斯的时空运移特性展开分析。研究结果表明:①拱肩涌出时... 针对长距离煤层隧道施工过程中瓦斯涌出运移规律复杂且易诱发燃爆事故的问题,依托巴山村铁路隧道工程,采用三维数值模拟方法,对拱肩涌出、沿煤层涌出及全断面涌出三种典型工况下瓦斯的时空运移特性展开分析。研究结果表明:①拱肩涌出时,瓦斯易在距掌子面5~10 m的下台阶左拱脚持续富集,并在15~25 m区间因旋涡流场形成次生聚集;②沿煤层涌出时,z=10 m截面右拱腰背风侧出现浓度峰值点;③全断面涌出工况下,0~10 m近掌子面区的拱顶下部与拱腰邻近区域因涡旋扩展形成高危聚集带。全断面涌出工况的防治难度最高,需投入抽采设备并重构通风系统;拱肩涌出需针对性解决台阶流场问题;煤层涌出可通过低成本导流措施有效控制;三者均需在涡旋区、背风区及近掌子面加密监测。 展开更多
关键词 隧道施工 瓦斯运移 长距离煤层 数值模拟
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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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煤矿瓦斯抽采系统优化与气水分离技术的研究与应用
13
作者 张亮 刘杰 +2 位作者 汪胜 简学才 陈云 《新潮电子》 2026年第2期133-135,共3页
文章针对煤矿瓦斯抽采现场中的气水分离难题,以绿水洞煤矿为研究对象,提出了基于“四条线”管理模式的瓦斯抽放管路优化方案。研究指出,传统瓦斯抽采系统因管路积水而存在抽采效率下降、设备腐蚀、安全隐患等问题,文章提出对主管路、检... 文章针对煤矿瓦斯抽采现场中的气水分离难题,以绿水洞煤矿为研究对象,提出了基于“四条线”管理模式的瓦斯抽放管路优化方案。研究指出,传统瓦斯抽采系统因管路积水而存在抽采效率下降、设备腐蚀、安全隐患等问题,文章提出对主管路、检测孔、汇流管路及放水器连接线路进行系统性改造,这实现了气水分离的关键突破。改造核心在于利用高位差实现瓦斯与水渣的重力分离,配合自动放水器实时排出水渣,有效解决了钻孔憋气、管路堵塞等问题。实施后,单孔瓦斯浓度提升10%~60%,主管浓度提高20%以上,抽采盲区减少,系统稳定性显著增强。经济测算显示,材料与人工成本合计节约2.7万元,同时降低了瓦斯超限风险,为矿井安全生产提供了可靠保障。该技术方案通过实施抽放管路结构优化,为同类煤矿瓦斯治理提供了可复制的技术范式,兼具技术创新性与工程实用性。 展开更多
关键词 瓦斯抽放 气水分离 四条线
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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
14
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
15
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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煤层含水率对CO_(2)等压扩散置换CH_(4)效应的影响研究 被引量：2
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作者 陈立伟 王东杰 +2 位作者 边乐 刘媛 李晓华 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第S1期87-96,共10页
为了研究水分对煤层注CO_(2)置换CH_(4)效应的影响,采用自主研发的含瓦斯多元气体置换实验系统进行不同含水率煤对CH_(4)和CO_(2)的吸附实验,研究结果表明:煤中水分的存在不影响CH_(4)和CO_(2)等温吸附曲线的规律以及煤吸附CH_(4)和CO_... 为了研究水分对煤层注CO_(2)置换CH_(4)效应的影响,采用自主研发的含瓦斯多元气体置换实验系统进行不同含水率煤对CH_(4)和CO_(2)的吸附实验,研究结果表明:煤中水分的存在不影响CH_(4)和CO_(2)等温吸附曲线的规律以及煤吸附CH_(4)和CO_(2)能力大小的排序;相同吸附平衡压力下,随着煤样含水率的增加,CH_(4)和CO_(2)吸附量逐渐减小,水分对煤吸附CH_(4)的抑制率大于煤吸附CO_(2)的抑制率,这说明水分对煤吸附弱吸附性气体的抑制程度更大。在进行等压扩散条件下不同含水率煤的注CO_(2)置换CH_(4)实验时,发现,相同含水率条件下,随着吸附平衡压力的增加,CH_(4)的置换量和置换率不断增加,而CO_(2)注置比不断减小,CH_(4)的置换效果较好,而CO_(2)的利用率较低。同一吸附平衡压力下,随着煤样含水率的增加,CO_(2)储存量不断减少,与CH_(4)置换量对比发现,相同条件下,CO_(2)在煤体中的储存量始终高于CH_(4)的置换量;当煤样含水率不变时,吸附平衡压力升高,煤样中CO_(2)储存量和CH_(4)置换量均随之变大,且CO_(2)在煤体中的储存量也始终高于CH_(4)的置换量。同一吸附平衡压力下,随着煤样含水率的增加,CH_(4)的置换量和置换率及CO_(2)注置比表现出下降的趋势,水分对CO_(2)置换煤中CH_(4)起抑制作用,煤样含水率越大,置换效果越差,抑制程度越高;CO_(2)注置比下降梯度较小,程度不明显,水分对其影响较小。该研究成果进一步完善影响煤对气体吸附解吸因素的理论分析,将为注气抽采煤层气的工程应用提供理论依据。 展开更多
关键词 煤层气 等温吸附 等压扩散 水分 置换效果
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煤层注水渗流与润湿机制研究进展 被引量：1
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作者 王刚 陈雪畅 +3 位作者 程卫民 刘震 孙路路 徐浩 《山东科技大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期1-17,共17页
近年来,随着煤炭开采不断向深部发展,矿井所面临的冲击地压、煤与瓦斯突出等灾害日益严重。煤层注水在治理煤与瓦斯突出、防冲泄压等方面具有显著优势,成为广泛应用的矿井防灾手段。为系统总结煤层注水渗流与润湿机制相关研究,本文梳理... 近年来,随着煤炭开采不断向深部发展,矿井所面临的冲击地压、煤与瓦斯突出等灾害日益严重。煤层注水在治理煤与瓦斯突出、防冲泄压等方面具有显著优势,成为广泛应用的矿井防灾手段。为系统总结煤层注水渗流与润湿机制相关研究,本文梳理了国内外煤层注水发展脉络,从孔裂隙结构、渗流过程、渗流机理及润湿机制等方面综合分析相关成果。在孔裂隙结构研究方面,借助先进的微观观测技术已成功建立起了多种孔裂隙结构的定量表征模型,并准确描述其几何参数特征,有助于针对不同煤层特性制定更具针对性的注水方案。在渗流过程研究方面,构建了考虑多因素的渗流理论模型,并通过先进测量技术获取渗流数据,揭示注水参数影响规律,同时,数值模拟技术实现了渗流场的可视化。煤体润湿机制研究方面,揭示了润湿微观原理,明确了不同煤质润湿特性差异,并筛选有效润湿剂提高注水效果。现阶段的研究还存在局限性,如孔裂隙结构研究与宏观工程结合欠缺,渗流数值模型需进一步考虑流体对煤体结构的影响进行优化等。本研究为优化煤层注水效果提供了理论基础,对保障煤矿安全、推动灾害治理技术发展及能源安全稳定有借鉴意义。 展开更多
关键词 深部开采 煤层注水 孔裂隙结构 注水渗流 润湿机制
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不同多孔介质布置下低浓度甲烷燃烧特性 被引量：1
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作者 张建国 翟成 +4 位作者 张国川 曹运齐 刘方 仝艳军 苏童 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第16期6752-6759,共8页
为了解决传统直燃式多孔介质燃烧器存在火焰稳定性差、燃烧效率低和贫极限高的问题,通过构建5种排布方式的多孔介质燃烧器用于低浓度甲烷(low-concentration methane,LCM)燃烧实验,研究不同多孔介质排布方式、当量比和流量对LCM燃烧特... 为了解决传统直燃式多孔介质燃烧器存在火焰稳定性差、燃烧效率低和贫极限高的问题,通过构建5种排布方式的多孔介质燃烧器用于低浓度甲烷(low-concentration methane,LCM)燃烧实验,研究不同多孔介质排布方式、当量比和流量对LCM燃烧特性的影响,并分析贫燃工况下的CH4转化率、污染物排放和烟气温度。结果表明:渐变E型多孔介质燃烧器具有最佳的LCM燃烧适应性,可部分弥补LCM燃烧过程中的界面温度扰动,提高LCM燃烧稳定性。在当量比0.39、流量50 L/min的条件下,LCM驻定燃烧时间超过140 min,火焰位置始终维持在60 mm处。LCM在E型燃烧器中燃烧的CH4转化率为99.99%,CO和NOx排放分别为531×10^(-6)和23×10^(-6),产生平均温度588℃以上的高品质烟气可用于工业生产。研究成果为提高煤矿低浓度瓦斯利用效率、降低甲烷排放提供重要参考。 展开更多
关键词 多孔介质燃烧 低浓度甲烷 渐变排布 燃烧特性 可燃极限
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基于FEDformer-LGBM-AT架构的采煤工作面上隅角瓦斯浓度预测 被引量：3
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作者 梁运培 李赏 +4 位作者 李全贵 郭亚博 孙万杰 郑梦浩 王程成 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期360-378,共19页
在煤矿智能化升级的大环境下,从海量的工作面监测数据中挖掘高质量的信息来构建科学的模型从而提高预测时长和精度是防范上隅角瓦斯浓度超限的关键。然而,上隅角瓦斯浓度影响因素众多,海量数据利用匮乏,瓦斯浓度预测精度高但时长较短,仅... 在煤矿智能化升级的大环境下,从海量的工作面监测数据中挖掘高质量的信息来构建科学的模型从而提高预测时长和精度是防范上隅角瓦斯浓度超限的关键。然而,上隅角瓦斯浓度影响因素众多,海量数据利用匮乏,瓦斯浓度预测精度高但时长较短,仅为0~30 min,而中长时30~60 min预测精度低、泛化能力差。为了解决这个问题,以山西某矿回采工作面为研究对象,对该工作面的煤层瓦斯含量进行动态提取,组建煤层瓦斯含量、瓦斯浓度、采煤机、风速的特征集合,并对该特征集合进行预处理,通过相关性分析对不同特征进行筛选,进一步构造相关特征的短时趋势、长时趋势、周期趋势以及拼接特征,首先构建基于频率增强分解Transformer(FEDformer)的瓦斯浓度预测层,构建基于轻量梯度增强机(LGBM)的残差修正层,然后引入自适应阈值(AT)技术构建阈值感知层,最终组成3层瓦斯超限预测模型架构,对未来60 min内上隅角瓦斯浓度进行预测,并通过召回率(TPR),误报率(FPR),平均绝对误差(MAE)以及平均绝对百分误差(MAPE)对预测性能进行考察。结果表明:所构建的基于FEDformer-LGBM-AT架构的上隅角瓦斯浓度预测模型的短时TPR为0.956,FPR为0.035,MAE为0.033,MAPE为0.183;长时预测的TPR为0.940,FPR为0.035,MAE为0.047,MAPE为0.262;与传统的灰色模型(GM)、支持向量机(SVM)、反向传播(BP)、门控循环单元(GRU)、粒子群优化的长短期记忆(PSOLSTM)、Transformer等模型的长时预测能力相比,FEDformer-LGBM-AT架构模型具有更好的长时预测精度和泛化能力,自适应阈值感知使得模型对高值瓦斯浓度敏感。该架构模型弥补短期预测局限性和泛化性,支撑现场瓦斯超限防治措施,可为回采工作面瓦斯浓度智能预测提供一定的借鉴和参考。 展开更多
关键词 瓦斯浓度 深度学习 特征构造 自适应阈值 长时预测
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