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2023-2024年煤炭地下气化技术研究进展述评 被引量：3
1
作者 秦勇 易同生 汪凌霞 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第4期1-17,共17页
【背景】煤炭地下气化(UCG)技术产业化是保障清洁能源供给安全的一个可能解决方案,当前新一轮UCG技术探索热潮方兴未艾。【方法】系统梳理国内国际文献,评述2023-2024年期间UCG技术研究进展,分析UCG技术发展面临的主要挑战,提出未来重... 【背景】煤炭地下气化(UCG)技术产业化是保障清洁能源供给安全的一个可能解决方案,当前新一轮UCG技术探索热潮方兴未艾。【方法】系统梳理国内国际文献,评述2023-2024年期间UCG技术研究进展,分析UCG技术发展面临的主要挑战,提出未来重点探索方向。【进展】提出了基于UCG的煤炭能源开发利用变革性技术,认为发展UCG–煤层气资源–CO_(2)封存与利用(UCG–CBM–CCUS)协同高效联产工艺技术是推进UCG技术产业化的关键。UCG生产动态与过程控制研究重点范围有所扩大,完善了UCG传热传质模型和模拟方法并建立了UCG腔体生长过程主要参数数学模型,探讨了UCG生产行为对炉内温度、压力、气化剂配方、注气工艺的响应特点和变化规律,论证了UCG生产富氢气体的天然优势和成本优势,揭示声发射定位技术在UCG生产动态监控中的潜在多项功能。UCG安全研究关注重点集中在运行安全、地下水安全、地表沉降防控、碳减排4个方面,研究了UCG粗煤气爆炸特性、井筒喷淋降温措施和管材抗氢腐蚀特点,初步开发出耐高温回填新材料,提出了多种UCG地下水污染防控技术,形成多种UCG地面沉降及残余沉降预测方法,提出了UCG碳减排基本策略及“碳调减”主动减排策略。UCG地质约束与选区选址评价、井下关键装备与工具、技术经济性评价等方面研究进展显著,地质评价高度关注UCG工程行为对地层条件的响应,提出和论证了催化剂注入工艺、新型点火方式、外加电磁场激励加热、气化剂注入方式和工艺改进等新设想,成功研制可燃套管、连续管等关键装备工具,多种新工艺新技术设想颇具新意和潜在实用价值。研究展示了UCG粗煤气生产和利用的经济竞争力。首次实施UCGECBM(煤层气增产)高效联采新工艺现场技术验证。【展望】鉴于近期UCG现场实践揭示的重大问题,提出了UCG地质-工程一体化、施工技术水平提升、关键装备工具研发三大未来重点探索方向。 展开更多
关键词 煤炭地下气化 技术策略 控制与安全 现场试验 进展 未来探索
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煤炭地下气化选址决策系统研发及应用 被引量：1
2
作者 黄温钢 王国志 +5 位作者 王旭航 班万沄 黄润林 高哲 罗玮 王作棠 《采矿与安全工程学报》 北大核心 2025年第2期382-393,共12页
煤炭地下气化(UCG)是实现“双碳”目标的重要技术路径,构建科学的选址方法是其产业化进程中的首要任务。为此,构建了一种UCG选址决策理论模型,步骤如下:1)系统分析了UCG选址不当引发的潜在风险,从煤质特性、地质构造、水文地质、煤层赋... 煤炭地下气化(UCG)是实现“双碳”目标的重要技术路径,构建科学的选址方法是其产业化进程中的首要任务。为此,构建了一种UCG选址决策理论模型,步骤如下:1)系统分析了UCG选址不当引发的潜在风险,从煤质特性、地质构造、水文地质、煤层赋存和顶板岩性5个维度,选取23个主控因素作为评价指标,搭建了UCG选址决策评价指标体系,将其作为评价指标集;2)将评语等级划分为适宜、基本适宜和不适宜,并确定各指标的分级界定值;3)借助模糊数学理论计算各类指标的隶属度,并构造模糊判断矩阵;4)分别采用改进层次分析法、熵权法和博弈论确定指标的主观、客观和组合权重;5)利用指标组合权重和模糊判断矩阵计算评价结果。基于上述流程,采用Python语言开发了一款UCG选址决策系统,可基于预选区评价指标属性值直接获得其资源条件对UCG技术的适宜程度,并以文本和图表两种形式输出结果;将其用于评价3个UCG工业性试验区和7个可行性研究区的资源条件适宜性,评价结果与实际运行效果基本一致,证实了系统具有可靠性强、使用简便、运算速度快、结果直观等优点。研究成果可为UCG选址的便捷化、数字化、精准化提供技术支撑。 展开更多
关键词 煤炭地下气化(UCG) 选址 博弈论 评价模型 PYTHON 软件开发
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煤炭地下气化粗煤气爆炸极限及安全性研究 被引量：1
3
作者 袁淑霞 李荫虎 +2 位作者 王创业 吴松 李嘉豪 《煤炭技术》 CAS 2025年第1期160-166,共7页
煤炭地下气化的产物为可燃气体,可能存在着火爆炸风险。因此,研究粗煤气的爆炸极限对确保煤炭地下气化安全有重要意义。但高温高压下可燃气体的爆炸极限实验极其困难,根据热自燃着火理论,通过计算常压下的着火界限并与常压下爆炸极限的... 煤炭地下气化的产物为可燃气体,可能存在着火爆炸风险。因此,研究粗煤气的爆炸极限对确保煤炭地下气化安全有重要意义。但高温高压下可燃气体的爆炸极限实验极其困难,根据热自燃着火理论,通过计算常压下的着火界限并与常压下爆炸极限的实验值进行对比,计算得到修正系数,用修正系数对高温高压下的着火界限进行修正,得到可燃组分的爆炸极限,再将各可燃气体的爆炸极限按组分加权平均得到粗煤气的爆炸极限。结果表明,高温高压下可燃气体的爆炸下限极低,空气中含有微量的可燃气体就可能引发着火爆炸。为防止着火爆炸需在启停阶段采用氮气置换气化通道中的空气,营造安全气化环境。而正常气化时,粗煤气中的氧含量很难达到高温高压下粗煤气的爆炸上限,反而比较安全。研究提供了一种高温高压下计算气体爆炸极限的方法,为煤炭地下气化爆炸安全性分析提供了参考。 展开更多
关键词 煤炭地下气化 爆炸极限 着火界限 温度 压力
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欠饱和煤层气藏储量平均地层压力和采出率计算方法
4
作者 石军太 张硕 +4 位作者 黄红星 曹运兴 陈明 王凯 吉义天宇 《煤炭学报》 北大核心 2025年第8期3991-4007,共17页
原始地质储量是煤层气开发的物质基础,平均地层压力和采出率是煤层气开采的主要评价指标。目前欠饱和煤层气藏原始地质储量评价方法多基于煤层气和水相物质平衡原理,考虑孔隙率和饱和度的变化,应用拟偏差系数Z^(*)将吸附气等效为游离气... 原始地质储量是煤层气开发的物质基础,平均地层压力和采出率是煤层气开采的主要评价指标。目前欠饱和煤层气藏原始地质储量评价方法多基于煤层气和水相物质平衡原理,考虑孔隙率和饱和度的变化,应用拟偏差系数Z^(*)将吸附气等效为游离气,所需参数众多,计算过程复杂;煤层气藏平均地层压力计算方法除了考虑气相的产出,还考虑了水相的产出,在计算过程中需要循环迭代计算气体偏差系数Z,计算过程繁琐。实际上,对于欠饱和煤层气藏,无需具备众多参数,计算过程也无需循环迭代计算气体偏差系数。首先基于欠饱和煤层气藏吸附气物质平衡原理,直接采用吸附气剩余储量与压力之间的关系,包括Langmuir-Freundlich(L-F)吸附模型和基于微孔填充的Dubinin-Astakhov(D-A)吸附模型,建立了欠饱和煤层气藏物质平衡方程;然后基于此物质平衡方程,进行线性化处理,形成了欠饱和煤层气藏中煤层气原始地质储量的评价方法、平均地层压力计算方法和煤层气采出率计算方法;最后进行方法验证和实例应用。研究表明:提出的欠饱和煤层气藏储量和平均地层压力计算方法仅需少量吸附模型参数和生产过程中2次以上的测压数据及对应的累计产气量数据,即可评价出欠饱和煤层气藏中煤层气的原始地质储量和平均地层压力,并预测给定废弃压力下的煤层气采出率,计算过程简便,所需参数较少,节省了运算所需时间,并且精度满足矿场要求,便于大范围推广应用。基于概念数值模拟模型生成的生产动态数据,应用提出的储量计算方法评价的储量与数值模拟输出结果的相对误差为–0.762577%,评价的拟稳态期平均地层压力与数值模拟输出结果的相对误差均在–0.60%~0.25%,验证了本方法的合理性和可靠性。对不同吸附模型的实例井进行应用并分析,储量评价结果与实际矿场认知相符;计算得到的平均地层压力曲线穿过了矿场实际关井测压压力点;给定煤层气藏废弃压力2、1.5、1 MPa,计算出煤层气井A的采出率分别为46.65%、55.54%和66.65%,煤层气井B的采出率分别为57.49%、65.05%和73.96%,对现场开发有重要指导意义。对于储量已知的欠饱和煤层气藏,无需实测平均地层压力数据即可计算出煤层气藏平均地层压力,相比于常规测量平均地层压力方法,本方法极大地提高了计算效率。研究成果可用于评估煤层气剩余储量、评价煤层气井产能和判断井间干扰情况,对气井生产动态分析、开发方式论证及排采制度优化等有非常重要的理论与现实意义。 展开更多
关键词 欠饱和煤层气藏 储量 平均地层压力 采出率 物质平衡原理 吸附模型
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深部煤炭地下气化产气机制及影响因素
5
作者 刘淑琴 王炜彬 +4 位作者 刘岳明 戚川 杨瑞召 刘金昌 畅志兵 《煤炭学报》 北大核心 2025年第8期3707-3719,共13页
深部煤炭地下气化(UCG)作为一种极具潜力的原位转化技术,通过将地下煤炭转化为富氢气体(如H_(2)、CH_(4)等),为能源低碳化转型提供了重要途径。随着我国煤炭开采深度的逐年增加,深部煤炭资源的高效开发成为保障能源安全的关键。然而,深... 深部煤炭地下气化(UCG)作为一种极具潜力的原位转化技术,通过将地下煤炭转化为富氢气体(如H_(2)、CH_(4)等),为能源低碳化转型提供了重要途径。随着我国煤炭开采深度的逐年增加,深部煤炭资源的高效开发成为保障能源安全的关键。然而,深部UCG面临高气化压力、高地应力及复杂水文地质条件等挑战,亟需深入探究其产气机制与稳定性控制因素。从深部煤炭地下气化产气反应、气化稳定产气影响因素、燃空腔发育演化及约束机制3个方面综合分析深部UCG产气机制及影响因素,并对未来研究方向进行展望。研究表明:深部UCG的产气过程具有非稳态、非均匀性及热量—质量反向传递特征,其产气反应由煤的热剥落、煤的热解、半焦还原及均相反应共同驱动。高压条件促进产物中CH_(4)的生成而抑制H_(2)的产生;稳定产气过程主要受煤炭性质、煤层赋存特征、气化剂、燃空腔演化和地下水的影响,燃空腔的形成及地下水的侵入是影响深部UCG重要的因素。气化过程中干馏和氧化反应生成的水分以及渗入的地下水会使煤的结构特征发生改变,影响地下气化炉的连续稳定运行。燃空腔空间的动态演化,导致腔内的热量传递、质量传递及动量传递复杂多变,产气稳定性变差;燃空腔的扩展受煤体燃烧速率、氧气流速以及煤体剥落的显著影响,气化剂注入点后退可以约束燃空腔演化过程,多物理场耦合作用显著影响气化反应动力学、燃空腔扩展特征,并最终决定合成气的组分与产量。未来针对深部高压、高地应力特征,仍需系统研究深部高反应气体压力影响下典型多相反应的复杂动力学特征,深入揭示深部煤炭气化稳定产气影响因素及控制机制,以完善深部煤炭地下气化基础理论,为深部UCG工程运行及稳定产气提供理论指导。 展开更多
关键词 深部煤炭 煤炭地下气化(UCG) 产气机制 燃空腔演化 多场耦合
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煤炭地下气化顶板砂岩高温致裂规律实验研究 被引量：2
6
作者 辛林 王欣 +5 位作者 牛茂斐 杨敏 李华龙 徐伟豪 尚振杰 刁垌彤 《煤炭工程》 北大核心 2025年第2期163-170,共8页
煤炭地下气化过程中,随着气化工作面的扩展,燃空区产生的高温会对顶板岩石造成不同程度的结构损伤。为了研究不同温度(100、200、300、400、500、600℃)造成的热损伤对砂岩声发射特征及破裂机制的影响,利用自主研发的单向加热实验设备,... 煤炭地下气化过程中,随着气化工作面的扩展,燃空区产生的高温会对顶板岩石造成不同程度的结构损伤。为了研究不同温度(100、200、300、400、500、600℃)造成的热损伤对砂岩声发射特征及破裂机制的影响,利用自主研发的单向加热实验设备,对试验过程中声发射信号进行采集分析,研究表明:累计声发射事件数与内部裂纹数的正相关性能够较好地反映砂岩宏观破坏规模,400~500℃砂岩破裂最为明显。微观上,试样各个温度快速升温阶段裂纹发展速度快,随温度升高,低频占比减少56.02%,高频占比增加57.1%,主频由低频为主转为高频为主,即砂岩破坏由晶间滑移主导转变为裂隙扩展主导。砂岩热破裂是膨胀变形、裂纹的萌生、快速发展以及裂纹持续贯通到破坏的过程。砂岩裂纹萌生,裂纹发育及裂纹非稳定发育分别对应分形维数数值变化≥0.35、-0.15~0.35、≤-0.15,分形维数曲线不规则波动阶段和突降阶段之间的突变点,可作为预测岩石热破裂时内部宏观裂隙形成的信号,为煤炭地下气化设计合理的采宽提供理论支持。 展开更多
关键词 煤炭地下气化 砂岩 单向加热 声发射 裂隙演化 分形维数
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煤炭地下气化数值模拟技术框架与研究进展及展望 被引量：1
7
作者 东振 孔令峰 +7 位作者 陈艳鹏 张梦媛 薛俊杰 赵宇峰 任博 蔡承政 邓泽 陈浩 《煤炭学报》 北大核心 2025年第8期3797-3817,共21页
煤炭地下气化(Underground Coal Gasification,UCG)是一项具有发展潜力的煤原位转化清洁技术,数值模拟是研究复杂气化过程的有效手段。经过近50 a发展,UCG数值模拟技术取得了丰硕科研成果,但目前仍不成熟,成为制约UCG产业化的主要技术... 煤炭地下气化(Underground Coal Gasification,UCG)是一项具有发展潜力的煤原位转化清洁技术,数值模拟是研究复杂气化过程的有效手段。经过近50 a发展,UCG数值模拟技术取得了丰硕科研成果,但目前仍不成熟,成为制约UCG产业化的主要技术短板之一。为加快国内UCG数值模拟技术发展,更好地服务现场试验,提出了UCG数值模拟技术框架,阐述了气化过程的热物理化学行为,综述了国内外主要研究进展和最新成果,并指出了存在问题和攻关方向。研究表明:①气化过程涉及的物理化学反应多、时间和空间跨度大、传质传热过程复杂,导致UCG数值模拟技术极具挑战性,从研究时间看,UCG数值模拟技术的发展可划分为3个阶段,虽与现场试验相比具有一定滞后性,但气化过程并非不可预测的“黑盒子”。②UCG的科学本质是“变空间的三传一反”问题,气化产物与气化腔扩展预测是数值模拟的主要任务之一,气化腔扩展机制包括化学反应消耗、煤剥落和顶板破坏坍塌,气化腔内流体流动主要由温度差和浓度差引起的双扩散自然对流控制,辐射传热处于热量传递的主导地位,碎石与煤灰的渗透率比值对气化腔形态发育具有较大影响。③填充床模型、通道模型和煤块模型分别在产物预测、气化腔扩展预测和干燥锋面、燃烧锋面跟踪方面具有优势,过程模型将气化涉及的主要物理化学现象通过不同功能模块刻画,是实现复杂气化过程模拟的可行策略,计算流体动力学模型近年来发展较快,是目前主要的模拟手段。④未来UCG数值模拟技术会向着更精准、更系统、更高效、更智能的方向发展,亟须尽快解决大尺寸块煤化学反应动力学问题、多功能一体化集成问题,离散元方法和连续介质方法的耦合问题,矿场尺度的三维地质建模问题,数值模拟技术与人工智能的融合问题。随着数值模拟技术不断发展完善,必将在UCG产业化进程中发挥更大的技术支撑作用。 展开更多
关键词 煤炭地下气化 数值模拟 传质传热 化学反应动力学 计算流体动力学 人工智能
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褐煤腐植酸的超临界CO_(2)萃取及增效作用机制 被引量：1
8
作者 樊玉萍 金伟 +3 位作者 马晓敏 付元鹏 董宪姝 朱本康 《煤炭学报》 北大核心 2025年第5期2679-2691,共13页
超临界CO_(2)(ScCO_(2))萃取技术是煤炭中可溶性有机质提取的有效途径之一,其强大的溶解及萃取能力可改变煤样形貌特征及孔隙结构。以内蒙古某地褐煤及用10%过氧化氢溶液预处理后的褐煤为原料,以乙醇为共溶剂,进行褐煤的ScCO_(2)萃取腐... 超临界CO_(2)(ScCO_(2))萃取技术是煤炭中可溶性有机质提取的有效途径之一,其强大的溶解及萃取能力可改变煤样形貌特征及孔隙结构。以内蒙古某地褐煤及用10%过氧化氢溶液预处理后的褐煤为原料,以乙醇为共溶剂,进行褐煤的ScCO_(2)萃取腐植类物质实验。利用ICP-MS电感耦合等离子体质谱仪、傅里叶红外光谱仪、扫描电子显微镜、紫外-可见分光光度计等对腐植类产物进行分析;利用扫描电子显微镜、比表面积及孔径分析仪等探究在ScCO_(2)萃取过程中煤样的形貌特征及孔隙的变化,揭示ScCO_(2)萃取技术对腐植类物质提取的作用机制。研究结果表明,过氧化氢溶液预处理后的煤样会让有乙醇共溶的ScCO_(2)更有效地渗透到褐煤的孔隙中,与黄腐酸官能团之间通过氢键等作用发生相互作用,使得黄腐酸从褐煤基质中大量溶解到超临界流体中,萃取后的煤样整体疏松孔隙更多有利于后续腐植酸的提取。萃取出的黄腐酸溶液中Mg、P、K和Fe等植物营养必需元素的离子质量浓度大幅度提高,分别为21432.77、148.83、8823.84、415.12μg/L。萃取后的煤样具有最大的总孔容为0.0179 cm^(3)/g及比表面积为3.3743 m^(2)/g,以其为原料制备出的腐植酸产率高(49.38%)、O/C高(0.74)、N/C高(0.12)、含硫量低(1.11%)、富含羰基和羧基、芳香度低、分子量较小、表面多孔粗糙。这表明ScCO_(2)萃取技术对黄腐酸及腐植酸的有效提取及品质提高具有重要启示作用。 展开更多
关键词 褐煤 ScCO_(2)萃取 黄腐酸溶液 腐植酸 作用机制
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煤炭地下气化过程中还原区煤焦-CO_(2)气化反应动力学研究 被引量：3
9
作者 辛林 徐伟豪 +4 位作者 牛茂斐 杨敏 李华龙 尚振杰 王欣 《山东化工》 2025年第4期6-11,共6页
煤炭地下气化可实现煤清洁利用,其产气的关键是发生在还原区中的煤焦与气化剂的反应。为探究煤炭地下气化过程中还原区煤焦与二氧化碳的气化反应动力学特性,采用Mettler TGA 2型热重分析仪研究了不同升温速率对煤焦气化特性的影响。通... 煤炭地下气化可实现煤清洁利用,其产气的关键是发生在还原区中的煤焦与气化剂的反应。为探究煤炭地下气化过程中还原区煤焦与二氧化碳的气化反应动力学特性,采用Mettler TGA 2型热重分析仪研究了不同升温速率对煤焦气化特性的影响。通过分析TG/DTG曲线,确定不同升温速率下的反应特征温度,并选取均相模型、收缩未反应芯模型和随机孔模型进行计算对比,确定最能描述煤焦-CO_(2)气化反应过程的模型。结果表明:最大失重速率点对应的温度随升温速率的增加而增加,同时快速脱挥发分阶段的温度区间有所扩大。均相模型和随机孔模型拟合值较高,并且反应活化能和指前因子呈现出较好的动力学补偿效应,能较好描述其反应过程。低温段的快速脱挥发分阶段拟合程度相对更好,反应活化能更高,整个反应过程中拟合度平均值随升温速率的增加而增加,平均活化能随升温速率的增加而下降。 展开更多
关键词 煤炭地下气化 热重分析 反应动力学 升温速率
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沁南郑庄区块煤层气直井压裂曲线特征及其成因 被引量：1
10
作者 潘雨梁 张小东 +2 位作者 韩磊 张硕 冀海军 《中国矿业》 北大核心 2025年第3期225-235,共11页
沁水盆地南部是我国煤层气规模化、商业化开发的先驱区块,研究该区煤层气井储层改造过程中的压裂施工曲线特征,揭示其成因机制对其他区块煤层气开发具有理论意义。本文选取沁南郑庄区块为研究对象,总结了二百余口煤层气直井的压裂曲线特... 沁水盆地南部是我国煤层气规模化、商业化开发的先驱区块,研究该区煤层气井储层改造过程中的压裂施工曲线特征,揭示其成因机制对其他区块煤层气开发具有理论意义。本文选取沁南郑庄区块为研究对象,总结了二百余口煤层气直井的压裂曲线特征,划分了不同曲线的成因类型,并剖析了其内在成因机制。研究发现:①依据压裂施工曲线形态,研究区煤储层压裂后其施工曲线可分为“正常型”“憋砂型”“固井污染型”“漏失型”“无明显破裂压力型”“C型”“波动型”“复杂型”八类。②地质因素主导:地层的孔隙度、渗透率、天然裂缝发育程度、地应力差异、岩石力学性质,以及煤岩的非均质性等地质条件对施工曲线影响显著。工程因素协同作用:压裂液配方、施工排量、支撑剂添加、固井工艺及设备性能等工程因素与地质条件相互作用,共同影响曲线形态。③工程应对措施。地质评估为基础:施工前全面深入对地质评估,为后续措施提供依据。优化压裂液体系:研发新型清洁压裂液,以适应不同地层需求。调整施工工艺:合理控制排量、压力、加砂速度,优化固井工艺,改进支撑剂输送等,确保施工过程稳定高效。实时监测与动态调整:利用多种监测手段实时掌握施工状态,依据压力变化等及时调整施工参数,保障压裂效果。 展开更多
关键词 水力压裂 地质因素 工程因素 工程措施 施工参数
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C_(12)H_(25)-(HG)亲水基团对无烟煤润湿影响的试验和分子模拟
11
作者 张江石 贾宏福 +4 位作者 任晓锋 王亚南 张琪 佟林全 王彦辉 《煤炭学报》 北大核心 2025年第4期2175-2187,共13页
表面活性剂被广泛应用于水基降尘技术,其润湿煤尘的主控因子为亲水基团(HG)。为明确表面活性剂中HG对煤尘润湿性的影响,通过宏观润湿性能测试、量子化学计算(DFT),并结合分子模拟,探究了十二烷基型表面活性剂(C_(12)H_(25)-[HG])常见亲... 表面活性剂被广泛应用于水基降尘技术,其润湿煤尘的主控因子为亲水基团(HG)。为明确表面活性剂中HG对煤尘润湿性的影响,通过宏观润湿性能测试、量子化学计算(DFT),并结合分子模拟,探究了十二烷基型表面活性剂(C_(12)H_(25)-[HG])常见亲水基团(SO_(4)^(-)、PO_(4)H、OH、COO^(-))在无烟煤表面润湿差异及固-液界面调控机制。结果表明:亲水基团对无烟煤的润湿效果排序为:SO_(4)^(-) > COO-> PO4H > OH;HG吸附至无烟煤表面,相对增加了疏水位点C—O质量分数,易形成氢键,有助于改善无烟煤润湿性;无烟煤中大部分正负电势区域都小于水分子之间的正负电势极值是无烟煤润湿性差的内在原因,HG与水分子的极值差(ΔESP)与接触角呈线性负相关,可作为评价表面活性剂润湿性能的参考指标;表面活性剂溶液-煤微观润湿界面中,根据径向分布函数(RDF)判断含不同HG的表面活性剂在无烟煤界面的吸附能力依次为:SO_(4)^(-) > COO^(-)> OH >PO_(4)H;相比于其他亲水基团,HG(SO_(4)^(-)),煤与水的相互作用能最大,氢键数目最多,水分子扩散系数提高了46.3%,吸附量增加了27.43%;HG一方面与水分子具有较强的相互作用,易形成强氢键,另一方面其吸附于煤-水界面,增强了水分子向煤表面的扩散系数,导致水分子吸附量增大,进而强化了煤尘润湿性;筛选或设计降尘剂时,可考虑引入强极性HG(SO_(4)^(-))以提高无烟煤润湿效率。研究结果为矿井粉尘治理中表面活性剂的应用提供理论依据和参考。 展开更多
关键词 无烟煤 润湿性 表面活性剂 亲水基团 分子模拟
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高西沟褐煤热风-红外干燥试验及其动力学模型拟合
12
作者 薛韩玲 孙思瑶 +3 位作者 陆泽华 拓雯 杨志远 张增保 《西安科技大学学报》 北大核心 2025年第4期804-814,共11页
为探究褐煤热风-红外对流辐射干燥的水分迁移规律,以高西沟褐煤为研究对象,采用单一热风、单一红外与热风-红外串联干燥方式进行对比试验,分析了不同温度、粒度对褐煤单一热风与单一红外干燥特性影响以及不同转换时间对褐煤热风-红外串... 为探究褐煤热风-红外对流辐射干燥的水分迁移规律,以高西沟褐煤为研究对象,采用单一热风、单一红外与热风-红外串联干燥方式进行对比试验,分析了不同温度、粒度对褐煤单一热风与单一红外干燥特性影响以及不同转换时间对褐煤热风-红外串联干燥特性影响,并通过干燥动力学模型拟合,选择适用于热风段与红外段的干燥动力学模型。结果表明:单一热风干燥以降速期为主,单一红外干燥存在明显恒速期,而热风-红外串联干燥无恒速期,且转换时间越早干燥效率越高,转换时间为5 min时对应最大干燥速率为0.082 9 g·g^(-1)·min^(-1);热风段和红外段的有效水分扩散系数分别为5.90×10^(-8) m^(2)/s和1.17×10^(-7) m^(2)/s,活化能分别为29.22 kJ/mol和1.439 W/g;Logarithmic模型和Weibull模型分别适用于热风段和红外段的水分比预测,R^(2)分别为0.999 6和0.993 5。研究为褐煤干燥工艺优化提供了理论依据,对褐煤资源高效利用具有重要的科学价值和实践指导意义。 展开更多
关键词 褐煤 热风-红外联合干燥 干燥特性 工艺优化 动力学
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二叠纪煤矸石中氮素和有机质释放规律对比研究
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作者 赵丽 胡鸿博 +4 位作者 魏伦行 孔伟芳 张庆 王世东 邢明飞 《煤炭工程》 北大核心 2025年第2期180-185,共6页
我国大量的煤矸石产生于二叠纪煤田。为了研究不同地区二叠纪煤矸石氮素和有机质的释放规律,以保德煤矿、九里山矿为研究对象,通过恒温振荡浸泡试验对比研究中、西部地区二叠纪煤矸石中氮素和有机质的释放规律。结果表明:两个矿区氮素... 我国大量的煤矸石产生于二叠纪煤田。为了研究不同地区二叠纪煤矸石氮素和有机质的释放规律,以保德煤矿、九里山矿为研究对象,通过恒温振荡浸泡试验对比研究中、西部地区二叠纪煤矸石中氮素和有机质的释放规律。结果表明:两个矿区氮素的溶出均以氨氮为主,且呈间歇性释放特征,其中保德煤矿的“三氮”及有机质溶出量要低于九里山矿,这与煤矸石自身物质含量及矿物结构有关。两种煤矸石浸泡液pH均呈弱碱性,这可能是由于氨氮对酸碱具有缓冲作用。整体上两种煤矸石有机质的腐殖化程度都较低、不饱和芳香族化合物含量较少,且其浸泡液的UV_(254)均呈降低趋势,与DOC相关性不大。研究结果有助于科学评价煤矸石的生态环境影响,也可为煤矸石的资源化利用提供重要理论依据。 展开更多
关键词 二叠纪煤矸石 生态环境 氨氮 亚硝酸盐 溶解性有机质
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煤炭地下气化关键特性多尺度研究进展
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作者 胡卓成 姚军 +4 位作者 孙海 李龙龙 安国强 武召辉 闫霞 《煤炭学报》 北大核心 2025年第8期3774-3796,共23页
煤炭地下气化(Underground Coal Gasification,UCG)作为一种清洁高效的煤炭开发利用技术,具有广阔的应用前景。从多尺度视角出发,系统探讨了UCG技术的“五多”特性(多相、多组分、多物理场耦合、多尺度、多流动模态)及其研究进展。在分... 煤炭地下气化(Underground Coal Gasification,UCG)作为一种清洁高效的煤炭开发利用技术,具有广阔的应用前景。从多尺度视角出发,系统探讨了UCG技术的“五多”特性(多相、多组分、多物理场耦合、多尺度、多流动模态)及其研究进展。在分子(纳米级)尺度上,通过试验和分子动力学模拟方法,揭示了煤炭热解和气化过程中的反应路径及机理,明确了气化剂类型、煤阶、灰分等因素对反应速率和产物组成的影响。在孔隙(微米~厘米级)尺度下,研究了高温和气化反应对煤体孔隙结构和物性演化的影响,在煤炭被加热的过程中,骨架逐渐软化,裂缝不断发育,孔隙相互连接,挥发分和焦油逐渐析出,强度持续降低。实验室(米级)尺度的研究通过构建与原位UCG相似的物理化学环境,开展物理模拟试验,重现了气化过程中的关键现象,如温度场、压力场变化、气化腔结构和气体产物生成,研究表明运行压力、气化剂注入方式、煤阶等因素对合成气热值和组分有显著影响。在矿场(百米~千米级)尺度下,数值模拟方法成为优化UCG方案的重要工具,热-力耦合和热-流-固-化耦合的数值模拟研究揭示了气化过程中气化腔体的稳定性、岩层变形、特征场发展、气化腔拓展以及合成气生成与运移规律,为优化UCG工艺参数、提高气化效率和安全性提供了理论支持。然而,UCG技术仍面临诸多挑战,包括“多相”“多组分”反应和赋存机理复杂、“多物理场”耦合特征的演化规律不清晰以及“多尺度效应”和“多流动模态”的综合影响。未来的研究应进一步加强多尺度下的基础研究,加强对超高温、高压、高应力环境下的多相多组分流体生成与运移过程探索,发展跨尺度关联方法,完善多物理场耦合机制,充分考虑多流动模态影响,综合考虑气化期高效生产与闭井期污染防控全周期协同影响,以推动UCG技术的工业化应用和可持续发展。 展开更多
关键词 煤炭地下气化 多尺度 关键物性 多物理场耦合 超高温高压高应力
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新鲜洗选煤矸石抹灰砂浆性能优化研究
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作者 孟文清 邓丙洋 +3 位作者 孟文芳 张亚鹏 李泽康 李岳 《金属矿山》 北大核心 2025年第5期290-297,共8页
为提高煤矸石利用率、改善煤矸石砂浆的综合性能,期望通过添加外加剂的方式解决煤矸石砂浆需水量大、泌水等问题。研究以新鲜洗选煤矸石为细骨料制备抹灰砂浆,采用单因素试验方法研究了聚羧酸减水剂和羟丙基甲基纤维素醚(HPMC)对新鲜洗... 为提高煤矸石利用率、改善煤矸石砂浆的综合性能,期望通过添加外加剂的方式解决煤矸石砂浆需水量大、泌水等问题。研究以新鲜洗选煤矸石为细骨料制备抹灰砂浆,采用单因素试验方法研究了聚羧酸减水剂和羟丙基甲基纤维素醚(HPMC)对新鲜洗选煤矸石抹灰砂浆工作性能和不同养护龄期硬化体力学性能的影响,分析了2种外加剂对洗选煤矸石抹灰砂浆性能的影响机理,对二者最佳掺量协同作用下的硬化体进行了SEM分析。结果表明:减水剂能够提高砂浆的稠度和抗压强度,HPMC可有效改善砂浆的和易性,但会降低硬化体的抗压强度,适量范围内两种外加剂均能提升砂浆的粘结拉伸性能。聚羧酸减水剂掺量1.6%、HPMC掺量0.10%时,可明显降低洗选煤矸石砂浆需水量和2 h稠度损失率,有效改善洗选煤矸石砂浆的和易性和硬化体的力学性能。洗选煤矸石砂浆形成的水化产物主要包括Ca(OH)_(2)、C-S-H凝胶和Aft,加入适量外加剂后,砂浆微观结构整体致密,砂浆界面粘结能力增强。 展开更多
关键词 洗选煤矸石 外加剂 抹灰砂浆 性能分析
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基于模糊评价-BP神经网络的煤炭地下气化选址模型研究——以新疆阜康矿区为例
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作者 蔚雨 杨曙光 +8 位作者 张娜 李鑫 王海超 桑树勋 曾志伟 田继军 来鹏 陶建 刘韫碹 《煤炭学报》 北大核心 2025年第8期3830-3842,共13页
煤炭地下气化(Underground Coal Gasification,UCG)技术作为我国天然气增储升产的战略替代方案,其安全高效开发高度依赖于精准的地质评价与选址,但传统UCG选址方法主观性强、时效性差。针对上述问题,以新疆阜康矿区26个煤矿的162组煤层... 煤炭地下气化(Underground Coal Gasification,UCG)技术作为我国天然气增储升产的战略替代方案,其安全高效开发高度依赖于精准的地质评价与选址,但传统UCG选址方法主观性强、时效性差。针对上述问题,以新疆阜康矿区26个煤矿的162组煤层数据为研究对象,在全面总结前人概括的UCG地质影响因素基础上,构建了涵盖建炉可行性、过程易控性等4项一级指标;井壁稳定性、轨迹可控性等9项二级指标和坚固性系数、煤层厚度等30项三级指标的评价指标体系;同时利用层次分析法和模糊评价法对各组煤层进行了综合地质评价,识别出了各煤矿中具备UCG开发潜力的最有利煤层;基于各组煤层的评价结果,引入BP神经网络构建了模糊评价-BP神经网络UCG选址模型;最终为验证模型的可靠性与高效性,进一步选取阜康矿区康龙煤矿作为典型案例进行实证分析。结果表明:煤层厚度(权重占比17.99%)、煤层倾角(7.33%)、褶皱复杂程度(7.26%)等地质因素是影响UCG选址的关键指标;35-36号煤在研究区UCG有利煤层中占比最大,达19.23%;模糊评价-BP神经网络模型通过输入标准化的地质参数数据,可快速生成选址适宜性评估结果,实现对其他复杂地质条件的空白评价区域进行快速准确的UCG选址。研究结果有望丰富UCG选址体系与选址方法,并为新疆难开采煤炭资源的清洁开发提供思路。 展开更多
关键词 煤炭地下气化 模糊综合评价 BP神经网络 阜康矿区 机器学习
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屯兰区块水平井压裂后产能影响因素分析
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作者 陈伟东 宋晓夏 +4 位作者 杜立强 阎纪伟 刘彦飞 郭浩 王昱 《矿业研究与开发》 北大核心 2025年第2期106-115,共10页
根据屯兰区块7口水平井的排采资料,分析了水平井的产能特征,发现水平井的产水、产能出现较大的差异。从煤层埋深、煤层厚度、顶底板岩性等方面分析了地质因素对产能的影响,从压裂曲线特征、平均排量、压裂液用量和加砂量等方面分析了工... 根据屯兰区块7口水平井的排采资料,分析了水平井的产能特征,发现水平井的产水、产能出现较大的差异。从煤层埋深、煤层厚度、顶底板岩性等方面分析了地质因素对产能的影响,从压裂曲线特征、平均排量、压裂液用量和加砂量等方面分析了工程因素对产能的影响,以及从井口套压、排采连续性和产水量等方面分析了排采因素对产能的影响。结果表明:水平井的产气量受产水量影响,一般情况下,二者呈正相关关系,但产水量过大会导致产气量降低;水文地质条件对部分水平井的产能存在影响,煤层埋深、煤层厚度、顶板泥岩厚度的增加,均有利于煤层气的抽采;低排量压裂的水平井产气量低,压裂液用量与加砂量也应保持在一定范围,用量过大会导致产气量降低;下降型和稳定型压裂曲线占水平井压裂曲线的81.4%,曲线占比越高,产气量越大。在排采过程中,卡泵检修时间长、井口套压降低、产水过高均会导致产气量降低。采用灰色关联分析法分析得出,煤层含气量是水平井产能的主控因素。研究结果可为屯兰区块水平井开发提供参考。 展开更多
关键词 水平井 煤层气 水力压裂 产能特征 灰色关联分析法
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电荷耦合频响多光谱反演网络的煤矸石检测方法
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作者 赵栓峰 王力 +1 位作者 李小雨 邢志中 《西安科技大学学报》 北大核心 2025年第1期117-128,共12页
煤矸石作为煤炭开采的副产品,其处理与监测对环境保护和资源利用具有重要意义。传统的煤矸石检测方法存在效率低下、资源消耗大等问题。为解决这些问题,提出一种基于电荷耦合频响多光谱反演网络的煤矸石检测方法。该方法利用无人机搭载... 煤矸石作为煤炭开采的副产品,其处理与监测对环境保护和资源利用具有重要意义。传统的煤矸石检测方法存在效率低下、资源消耗大等问题。为解决这些问题,提出一种基于电荷耦合频响多光谱反演网络的煤矸石检测方法。该方法利用无人机搭载高分辨率相机拍摄煤矸堆图像,首先,通过构建光谱重建网络模型MST++,实现对光谱数据的高效重建,弥补了RGB图像在光谱信息上的不足;然后,利用Faster R-CNN模型处理重建后的光谱数据;最后,对矸石堆中的煤炭含量进行预测。结果表明:与原始RGB数据集相比,多光谱重建后的煤矸石与煤炭图像的检测准确率显著提升至91.2%,将真实含碳量与预测结果进行比对,两者误差控制在5%以内,为煤炭资源的回收利用提供了科学依据。该方法充分利用了无人机遥感技术与深度学习算法的优势,通过光谱重建与目标检测的有机结合,实现了煤矸石的精准识别与定量分析,为煤矸石的高效处理与资源化利用提供了新的技术路径,具有良好的应用前景。 展开更多
关键词 光谱重建 多光谱图像 卷积神经网络 目标检测 煤矸石
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油页岩自生热原位转化井组模式注采工艺参数研究
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作者 曾壹坚 朱超凡 +2 位作者 李彦伟 水浩澈 郭威 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第9期76-87,共12页
【背景】井组作为“多井协同单元”,其模式直接决定注采工艺的优选,地层条件的利用效率,最终影响资源的整体开采效果。【方法】采用数值模拟方法,评价“一注一采”“一注四采”与“一注六采”3种垂直井组模式自生热原位转化开发效果,进... 【背景】井组作为“多井协同单元”,其模式直接决定注采工艺的优选,地层条件的利用效率,最终影响资源的整体开采效果。【方法】采用数值模拟方法,评价“一注一采”“一注四采”与“一注六采”3种垂直井组模式自生热原位转化开发效果,进一步揭示井组配置对能量效率的协同机制。【结果和结论】“一注四采”井组模式考虑钻井成本的综合原位转化利用效率较高。在自生热原位转化的热激发阶段,预热气体温度和时间一定的条件下,400 m^(3)/h预热气体流量的能效较优。自生热控制阶段,注气流量200 m^(3)/h以下无法触发自生热裂解反应,1000 m^(3)/h以上流量过高中断自生热反应推进;在触发范围内,400 m^(3)/h自生热气体流量能量回报率最优。研究“一注四采”井组模式下不同井间距的开发效果,注采井距25 m条件下综合能量效率较好。4%低含油率地层就可实现自生热原位转化技术开采,并且具有理想的能量投入产出比。通过井距与注气参数联动优化进行矿场尺度油页岩原位转化开发,第3.7年达回报率峰值8.85,4 a累计产油10519.5 t,桶油运行平均成本具有较高经济性,并留存大量潜在可利用余热资源。研究成果为油页岩原位转化工业化应用提供井组模式设计理论依据与经济性评估范式。 展开更多
关键词 油页岩 自生热原位转化 井组模式 工艺参数 数值模拟 桶油运行成本
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地下煤气化区前缘煤岩渗透率的温度-应力敏感性实验研究
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作者 彭岩 汪大伟 +2 位作者 张敏 崔健 路庆洋 《中国矿业》 北大核心 2025年第4期225-233,共9页
地下煤气化(UCG)是一种环保的煤炭资源利用方式,利用效率取决于气体在煤岩中的渗流特征,应力条件下煤岩的渗透特征是UCG高效实施的关键。燃烧区(温度高于500℃)煤岩的应力相关渗透率特性已得到广泛研究,针对气化炉前部边缘位置(温度低于... 地下煤气化(UCG)是一种环保的煤炭资源利用方式,利用效率取决于气体在煤岩中的渗流特征,应力条件下煤岩的渗透特征是UCG高效实施的关键。燃烧区(温度高于500℃)煤岩的应力相关渗透率特性已得到广泛研究,针对气化炉前部边缘位置(温度低于500℃,煤岩主要发生热解反应)煤岩的渗透特性研究较少,但其显著影响注入井到生产井的气体流动效率。通过测试不同围压下煤岩渗透率随温度(25~500℃)的演化规律,基于煤岩渗透率模型研究温度对煤岩渗透率的影响机制。主要结果表明:①煤岩渗透率随温度升高先减小后增大。煤岩渗透率在300℃以下显著增大400%,高于300℃时增大幅度减弱。②煤岩渗透率的应力敏感性随温度升高而降低,300℃时降低幅度达60%。③煤岩样品渗透率具有显著各向异性,且各向异性随着温度升高而增大。水平90°取向煤岩的渗透率是垂向煤岩的4.56倍,且随温度升高增大至6.14倍。④渗透率模型与实验结果的平均误差小于4.3%,随着温度升高基质膨胀对煤岩渗透率的贡献增强而热损伤的贡献率降低。本文研究结果明确了气化前缘煤岩的渗透率演化特征,可为UCG可行性评价及工艺优化提供指导。 展开更多
关键词 地下煤气化 渗透率 高温 应力敏感性 各向异性
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