我国煤层气矿井中—长期抽采规模情景预测
摘要：基于情景分析,探讨了我国矿井煤层气抽采规模的中—长期发展趋势。约束我国矿井煤层气抽采规模进一步提高的情景要素包括原煤产量、抽采率和吨煤抽采量,其中提高抽采率是增大抽采规模的惟一途径,仍有极大的提升空间,但需要抽采工艺与技术的进一步创新予以支撑。基于我国矿井煤层气抽采水平现状,参考相关机构对我国中—长期煤炭生产与消费量预测成果及美国主要煤矿抽采率状况,将全国矿井煤层气平均抽采率设置为30%,40%,50%,60%和70%五种情景,全国原煤产量设计为低、中、高3种情景。模拟分析了15种交叉情景下全国矿井煤层气抽采规模的中—长期发展趋势,探讨了各类情景出现的可能性,认为未来4个五年计划末期全国矿井煤层气抽采规模的最有可能情景分别为162亿,223亿,244亿,198亿m3。其中,2025年之前抽采规模将会大幅度持续上升,然后可能趋于下降,＂天花板＂在245亿m3左右。基于含瓦斯煤岩固气耦合模型的钻孔抽采瓦斯三维数值模拟
摘要：通过在多孔介质的有效应力原理中引入瓦斯吸附产生的膨胀应力,得出适用于含瓦斯煤岩的有效应力计算公式。同时利用含瓦斯煤岩的孔隙率和渗透率的动态模型,建立了能描述含瓦斯煤岩固气耦合情况下的骨架可变形性和气体可压缩性的固气耦合模型。以平顶山十矿的相关物性参数为基础进行了数值模拟,首先对建立的三维模型进行了开挖处理,得到了开挖后煤层的应力分布状态,而非简单的均布载荷,然后利用所建立的数学模型进行钻孔抽采瓦斯三维数值模拟。从数值模拟结果得到：①抽采负压对钻孔抽采瓦斯的影响不明显;②随着抽采时间的增长,煤层的孔隙率逐渐减小;③随着时间的推移,钻孔抽采瓦斯的有效抽采半径均逐渐增大,最后会迫近一个定值。矿井电磁波辐射能量对瓦斯安全性的影响
摘要：利用天线理论分析电磁波与金属结构之间的能量耦合,得出金属结构在谐振条件下匹配负载可获取最大功率的计算模型。使用设计的射频能量刮擦放电火花点火实验装置测得射频辐射场中刮擦放电火花点燃瓦斯的门限功率。实验结果表明,点燃瓦斯所需门限功率不受电磁波频率影响,且随极板移动速率提高略微降低但不低于0.168 W。结合辐射场中金属结构能量耦合计算模型,进而得到门限场强和电磁波频率关系图,指导矿井射频设备的安全使用。受载煤体电阻率变化规律的实验研究
摘要：通过建立受载煤体电阻率变化实时测试系统,分别测试了不同煤体在不同加载方式下不同方向的电阻率变化特征,并对电阻率变化机制进行了探讨。研究结果表明：在加载初期不同煤样电阻率随压力的变化趋势有所不同,但在煤体发生破裂后电阻率均呈现上升趋势;对于同一煤样而言,电阻率随压力的变化趋势是一致的,在不同加载方式下电阻率与应力保持良好的对应性;煤体电阻率呈现明显的各向异性特征,在受载过程中不同方向的电阻率中呈现不同的变化规律;煤体的导电特性和孔隙结构的演化共同决定了电阻率的变化特征。掘进工作面冲击射流换热特性
摘要：针对高温矿井掘进工作面的通风和换热特点,运用量纲分析法,得出掘进工作面射流冲击换热系数的关联式,结果表明,射流冲击换热无量纲Nu与Re、巷道特征直径D、风筒直径d和风筒出口距工作面断面的距离H有关。采用ANSYS软件对特定巷道的不同风流雷诺数Re、风筒直径d和风筒出口距工作面断面的距离H的216种组合方式下的换热情况进行了模拟。模拟结果回归分析表明：当D/d为5.60时,Nu与Re,H/d之间的关系式符合Lorentzian模型;当D/d为4.20和3.36时,Nu与Re,H/d之间的关系式符合抛物面模型,相关系数R2分别为0.882 2,0.699 0和0.875 4。矿井水害类型划分及主要特征分析
摘要：在构建矿井水害分类依据（即充水水源、矿层与充水含水层彼此位置和接触关系、导水通道、危害形式、经济损失与人员伤亡、时效特征等）基础上,对基于不同分类依据的矿井水害类型进行了系统划分,即天然充水水源型矿井水害、人为充水水源型矿井水害;顶板充水型矿井水害、底板充水型矿井水害、周边充水型矿井水害;天然通道型矿井水害、人为通道型矿井水害;常温矿井水害、中高温矿井水害和腐蚀性矿井水害;一般型、较大型、重大型和特别重大型矿井水害;即时型、滞后型、跳跃型和渐变型矿井水害。在此基础上,对各主要类型矿井水害的成灾机制和典型特征作了重点分析。深井软岩破碎巷道底臌原因及处置技术研究
摘要：根据顾北煤矿南翼（11-2）胶带机巷道工程实际,依据长期的现场调查和变形监测,对顾北矿区深井软岩破碎巷道底臌影响因素、特性进行了分析,得出了底臌主要原因,认为底臌主要是由于巷道底板处于敞开状态而成为巷道变形和应力释放的主要场所,软弱破碎的围岩在地应力作用下挤压流入到巷道内,形成较大的挤压流动性底臌。在此基础上,提出了采用混凝土反拱地坪、深浅孔注浆、高预应力组合锚索的针对深井软岩破碎巷道底臌综合处置技术,同时研制开发底板锚索钻机,解决了底板组合锚索孔施工的困难。现场的跟踪监测表明,该技术能有效治理底臌还能加强两帮稳定性。深部断层破碎带竖井围岩与支护系统稳定性分析
摘要：将收敛-约束法应用于煤矿竖井支护结构稳定性分析当中,通过现场勘察与数值模拟手段,采用Hoek-Brown准则计算得出竖井围岩特征曲线与纵剖面变形曲线,结合现场采用的支护结构参数,绘制出支护结构特征曲线,分析围岩-支护相互作用关系,揭示该竖井支护结构破坏机理。引入高强预应力锚索进行高阻让压的思想,通过建立三维数值模型计算出围岩-支护相互作用关系曲线,确定合理的围岩位移释放量,指导混凝土二次支护时机。研究结果表明：Hoek-Brown模型计算结果与现场实际情况相符,收敛-约束法能够直观地评价支护系统的稳定性,提出的设计方案在现场实际应用中取得了理想的效果。适于弱胶结软岩的新型冻结孔封孔材料性能及微结构研究
摘要：我国西部地区的弱胶结软岩,岩石强度低,遇水泥化,当采用全深冻结时,冻结壁解冻后时常出现下部冻结管串水,导致工作面涌水和淹井的安全事故。针对这些问题,本文研究适于这种地层的新型冻结孔封孔材料的工作性、强度以及受冻后的抗渗性,并从受冻后的材料的孔结构和SEM形貌来探讨其机理。结果表明：新型冻结孔封孔材料具有很好的流动性,且流动度损失小,浆体的保水性好,无泌水;其3,28 d的抗折、抗压强度都明显高于普通水泥浆,且经受-30℃的低温受冻28 d后的强度损失小;新型冻结孔封孔材料受冻后,开始出现渗水的水压以及渗水范围扩大时的水压要比普通水泥浆封孔材料提高1~2 MPa。微观试验表明：新型封孔材料与普通水泥浆封孔材料相比,总孔隙面积降低、中值孔径减小、孔隙率降低,容重和表观密度增加,混凝土结构密实。基于接触面孔隙率的含水基岩井壁外荷载研究
摘要：为更合理地设计井壁,在多孔介质孔隙率相关问题研究的基础上,提出了基于井壁与围岩接触面孔隙率np以及围岩径向卸载率η1的新井壁外载计算方法;分析了np和η1对井壁径向外载的影响。分析表明：随np增大孔隙水压力作用增强,随η1增大围岩压力影响降低,井壁设计与施工中应在避免接触面固体骨架受拉的前提下合理提高η1。冲击速度对煤岩破碎能量和粒度分布的影响
摘要：为研究冲击速度对煤岩破碎能量、粒度分布的影响,根据断裂力学理论建立了煤岩冲击破碎断裂耗能的计算表达式,并建立了煤岩冲击破碎粒度的威布尔分布表达式,以此为基础,研究冲击速度对煤岩破碎能量和粒度分布规律的影响。利用冲击破碎实验台对不同冲击速度的煤岩进行破碎实验,结果表明：冲击速度对煤岩破碎粒度的分布规律影响较小,威布尔分布表达式可以很好的表征不同冲击速度情况下的煤岩破碎质量累积概率,但煤岩破碎特性指数和表征破碎程度的参数随冲击速度增大分别呈指函数上升和下降;煤岩冲击破碎断裂耗能和耗散能都随冲击速度的增大而上升,煤岩冲击破碎的能量利用率随冲击速度增大而减小,且它们之间呈指函数关系,能量耗散率与冲击速度也成指函数关系,但冲击速度越大耗散率越高。单相流驱替物理模拟实验的煤粉产出规律研究
摘要：为研究煤层气井排采过程中煤粉的产出机理及其影响因素,开展了单相流驱替状态下煤粉产出物理模拟实验。通过改变单相流驱替流速及煤砖样品上、下围压的大小,分析不同实验条件下煤粉产出量、煤粉粒度分布特征以及裂隙导流系统的渗透率变化等参数,归纳煤粉的动态产出规律。实验结果表明：在围压稳定的实验条件下,煤粉的产出具有一定的启动运移速率;煤粉的产出量与驱替液流速呈正相关、与围压呈负相关;煤粉在裂隙系统中的存在与运移会对其渗透率产生显著的影响;间断后重启单相流驱替作用会使煤粉产出量瞬间剧增。根据模拟实验结果可以认为,优化煤层气井的排采制度、控制井底流压降压速率的变化、稳定控制排水强度,将会有效地控制煤粉的产出量。煤层气完井方式和增产措施的优选分析
摘要：在借鉴国外煤层气开发的经验及分析国外工程技术特点的基础上,利用数值模拟方法,建立了基于渗透率量化分级的完井和增产措施优选准则。通过对数值模拟计算的累积产气量分析,将煤层分为低渗、中渗以及高渗3个类别,并依此选择相应最合适的完井增产方法。低渗煤层（〈0.5×10-15m2）适合选用水平井或者多分支水平井完井;中渗煤层（0.5×10-15~10×10-15m2）适合选用直井压裂的方式;高渗煤层（〉10×10-15m2）适合选用洞穴和扩孔等完井方式。二氧化氯对煤储层的化学增透实验研究
摘要：针对传统煤储层物理增透使用高黏压裂液破胶困难,引入油气田常用的强氧化剂——二氧化氯作为破胶剂。同时,通过显微镜发现不同煤阶煤经二氧化氯浸泡后均有不同程度的刻蚀,且煤阶越低,刻蚀越严重。渗透率对比测试证实二氧化氯可以提高煤层渗透率,而且原始煤储层渗透率越高,渗透率增加的幅度越显著。实验结果说明二氧化氯不但有助于高黏压裂液破胶,还可对煤储层氧化刻蚀实现化学增透,为二氧化氯在水力压裂中的应用提供了实验支撑。大同煤田七峰山矿2号煤层若干微量元素地球化学特征
摘要：为查明大同煤田七峰山2号煤中微量元素的地球化学特征,应用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）方法测定煤中15种微量元素的含量;采用光学显微镜和X射线衍射（XRD）方法观测煤中矿物组成特征,运用数理统计方法分析煤中微量元素的有机亲和性、赋存特征等问题。研究表明：形成于陆相环境的七峰山2号煤,微量元素含量相对较低,其质量分数普遍低于相应元素在华北或中国煤中的质量分数,只有As,Re,Mo,Se的富集系数高于6,属富集元素。2号煤中Mo为强亲有机元素,Be,W,Tl,Co为亲有机元素,As,Th,Se,Sb,Ni,Li和Bi为无机-有机元素,Pb,Re,Sc不具有机亲和性。元素在煤中的赋存状态主要以铝硅酸盐结合态、有机结合态、碳酸盐和无机化合物形式为主。固硫灰渣中含硫矿物的种类及分布规律
摘要：与普通粉煤灰相比,固硫灰渣中硫含量较高（以SO3计可达10%）,易造成体积安定性不良而限制了其建材资源化利用。采用X射线衍射和化学分析方法研究了固硫灰渣中含硫矿物的种类,利用筛分法、密度分离法和微观分析法（SEM和EDS）研究固硫灰渣中含硫矿物的分布规律。结果显示：固硫灰渣中含硫矿物基本以Ⅱ-硬石膏形式存在;硬石膏在固硫灰渣中分布不均匀,主要富集在颗粒较细、密度较大的致密颗粒上。宽粒级煤浮选机流场数值模拟研究
摘要：将流态化机理与宽粒级煤浮选过程相结合,在一个浮选设备中实现细粒常规浮选与粗粒流态化浮选所需的不同流体力学环境,自行设计了一种新型宽粒级煤浮选机,并采用FLUENT 6.3.26软件进行数值模拟研究,从速度和湍流度两个方面对浮选机内流场进行分析。结果表明：在浮选机内增加格栅板后,可将浮选机内流场分为低速、弱湍流和高速、强湍流两个区域,从而可为粗、细颗粒浮选创造各自所需的流体力学条件;通过对叶轮圆周线速度比值与合速度比值和湍流强度比值变化规律的分析,找出浮选机模拟放大的运动相似准则。微细高岭石颗粒在惰性电解质溶液中的质子化和去质子化作用
摘要：为掌握微细高岭石颗粒在惰性电解质溶液中的质子化/去质子化过程对其电动特性的影响规律,通过ZetaProbe分析仪测定不同浓度NaCl溶液中高岭石颗粒表面ζ电位,用Gouy-Chapman理论和Nernst方程对高岭石颗粒在不同溶液环境中的质子化/去质子化作用进行理论分析。结果表明：两种不同浓度NaCl溶液中,高岭石颗粒表面ζ电位与pH的关系为：在溶液pH值为4.0和7.5附近产生一个非IEP的交点;当NaCl的浓度由0.001 mol/L增加到0.010 mol/L时,高岭石的IEP从pH=3.3降低到3.0,当NaCl的浓度≥0.100 mol/L时,高岭石颗粒在整个pH范围内均荷负电荷;在pHIEP7.5时,高岭石颗粒表面ζ电位与NaCl浓度成正比。NaCl溶液中电解质离子在溶液pHpHPZNPC时对HD面的去质子化反应的促进作用是微细高岭石颗粒在NaCl溶液的电动特性的主要成因。
