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中国矿业大学学报 2016年第04期杂志 文档列表

煤与煤系伴生资源共采的理论与技术框架653-662

摘要：提出了煤与煤系伴生资源共采的工程背景、科学问题、关键技术、实践等基本问题框架.按开采方式对煤系伴生资源进行了分类,分析了其赋存特征、分布及储量概况.探讨了煤系伴生多资源共采的资源所有权统一与共探方法、技术经济评价方法与资源共采规划、协调开采方法、围岩活动与多场演化规律、污染元素迁移规律等理论问题.提出了伴生开采品位的概念.在此基础上,分析了煤与煤系伴生资源共采的关键技术问题,包括共采工艺、叠加采动影响下的岩层移动与围岩控制技术、矿井通风与安全技术、污染元素扩散与环境控制技术等.政府与煤矿企业需转变开采理念,积极探索煤系伴生资源的综合勘探与共采实践,提高资源利用率,推动煤炭产业结构调整.

含瓦斯原煤三轴压缩变形时的能量演化分析663-669

摘要：为了探究含瓦斯煤变形破坏过程中的能量演化规律,理论推导了恒定围压下含瓦斯煤样压缩变形时的能量计算公式.针对平顶山矿区八矿己15-14120工作面瓦斯突出煤体进行了4组不同瓦斯压力下的压缩破坏试验,得到了能量输入密度、弹性能密度和耗散能密度的演化规律.结果表明：1）含瓦斯煤三轴压缩变形破坏过程中,轴压方向能量吸收,围压方向能量释放,瓦斯压力做功与体应变有关.2）煤样达到峰值之前,能量输入密度、弹性能储存密度、能量耗散密度都随着轴向应力的增大而增大,吸收能密度最快,弹性能密度次之,耗散能密度增加缓慢;峰值过后,能量输入密度继续上升,弹性能密度下降,耗散能密度激增.3）基于声发射的能量释放规律与应力-应变曲线有很好的对应,瓦斯压力越大,相对于轴向应变的能量耗散来期越早,同时耗散速率也越快.4）随着瓦斯压力的提高,煤体变形声发射信号初始点、体积膨胀点、峰值应力点处的吸收能密度、弹性能密度降低,耗散能密度增大.

风流扰动支架架间高压喷雾降尘雾滴粒度实验670-676

摘要：为确定风流扰动综采工作面液压支架架间高压喷雾降尘雾滴粒度变化规律，选用3种喷嘴，基于自主设计的高压喷雾雾滴粒度测量系统进行了模拟实验，并进行了风流扰动架间高压喷雾雾滴降尘应用试验．结果表明：速度为1．2m／s的风流扰动后，雾滴场的雾滴粒径平均值有所增大，迎风侧雾滴粒径小于背风侧；随着喷嘴迎风安设角度a增大，雾滴场的整体雾滴粒度先减小后增大，a=10°时最小，3种喷嘴中喷嘴I在8MPa喷雾压力时的雾滴粒度最小；风流扰动后，随着a增大，各测点粉尘质量浓度、全尘与呼尘降尘率平均值的差值均先减小后增大，降尘率平均值反之，a=10°时降尘效果最佳，全尘、呼尘的降尘率平均值分别为80．11％，78．04％，结合实验结果，确定最优a为10°．

采动裂隙网络重构分形特征参数敏感性分析677-683

摘要：基于离散裂隙网络重构技术,借助RJNS^3D三维裂隙网络重构平台,探讨了采动裂隙网络重构参数的敏感性.研究结果表明：离散裂隙网络重构次数对裂隙分形特征存在略微影响,可忽略不计;裂隙类型和体积密度对裂隙分形特征存在一定敏感性,裂隙分维随着裂隙轴比的增加而减小,随着体积密度的增加而增加;测窗产状对裂隙分形特征存在一定敏感性,裂隙分维随着测窗产状与裂隙平均产状的夹角的增加有一定增长趋势;不同测窗尺寸下裂隙分维存在差异性,体积分维随着测芯尺寸的增大有明显增大趋势.

大采高综采面风流-呼尘耦合运移规律CFD数值模拟684-693

摘要：基于计算流体动力学（CFD）原理,应用FLUENT软件对多工序、多尘源下的大采高综采面风流-呼尘耦合运移规律进行数值模拟.结果表明：在采煤机中心下风侧10m附近的支架立柱附近形成了一段长约10m、高约4m、最高风速达4.95m/s的＂大采高综采面高速风流带＂;煤机割煤及移架产生的呼尘在滚筒截割煤体变截面处叠加形成平均质量浓度为1 445mg/m^3的高质量浓度呼尘团,并向人行道方向扩散;移架产尘主要局限在顶板附近扩散运移,平均呼尘质量浓度达到996mg/m^3;人行道呼吸带高度内呼尘沉降不明显,沿程质量浓度围绕250mg/m^3上下波动;综采空间呼吸带高度范围的呼尘质量浓度在距离煤壁约0.6m处达到最大值,并沿下风测方向减小.根据模拟结果,提出了以导流板、高压微雾、喷雾卷吸、联动喷雾、全断面雾化以及湿式捕尘网等为体系的大采高综采面呼尘防治措施,以达到高效抑尘的目的.

异层位关键块下煤柱区巷道合理布置与围岩控制694-701

摘要：针对新阳矿9^#煤柱两侧工作面采厚差异性大的情况，分析指出在煤柱上方形成异层位相邻关键块结构，模拟得出其作用下煤柱支承应力分布规律，并将9^#煤柱支承压力分段拟合．建立了9“煤柱底板偏应力分布的力学计算模型，得出煤柱底板最大偏主应力S1空间分布规律．结果表明：新102材料巷的合理位置为距9^#煤柱左侧15m．巷道掘进20d后，围岩变形趋于稳定，顶底板最大移近量为270mm，两帮最大移近量为300mm，实现了异层位关键块下煤柱区巷道围岩的有效控制．

基于声发射和能量演化规律评价岩石脆性的方法702-708

摘要：基于声发射记录的能量和能量演化规律提出了一种新的评价岩石脆性的方法.通过不同加载速率下红砂岩的单轴压缩试验和不同温度下花岗岩的单轴压缩试验对新方法进行了检验,结果表明：红砂岩脆性随着加载速率增加而增大;花岗岩脆性随温度的升高存在2个阈值温度,第一阈值温度为200℃,第二阈值温度为800℃,与实际脆性程度相符.随后利用新的脆性评价方法分析了岩性、围压、层状岩石层理倾向及饱水对脆性的影响,数值显示：高水填充石、原煤、泥岩、砂岩、页岩、花岗岩的脆性依次增大,其中花岗岩的脆性指数是高水填充石的3.15倍;红岩石脆性随围压增大而减小,围压30MPa时其脆性指数相比单轴压缩时的脆性指数降低了21.5%;无论干燥还是饱水,层状砂岩随着层理倾角的增加,脆性先是快速增大后缓慢增大,90°砂岩的脆性指数在干燥和饱水下分别是0°时的1.80和1.34倍,饱水降低了层状砂岩的脆性.

基于微震监测的采空区覆岩高位裂隙体识别方法709-716

摘要：为了研究覆岩采动裂隙分布状态及瓦斯运移规律,合理地确定出瓦斯富集区并优化瓦斯抽采钻场布置方案.借助于高精度的微震监测系统,结合淮南矿区工业性试验,对覆岩采动裂隙发育实时动态的分布状态进行了研究.结果表明：工作面采动效应引起了采场背景应力场的变化,高应力区的出现促使煤岩体萌生了微裂隙,而微裂隙的扩展和逐渐贯通又成了瓦斯解析、运移及连通的通道;覆岩产生大量的微裂隙,采空区中部的离层裂隙会被覆岩的移动所压实,而在采空区周围则形成了一个不规则闭合＂圆柱形横卧体＂裂隙区,其边界为：高约25~40m;宽约30~50m;左边界为采动影响边界线,与煤层底板夹角约为105°,右边界以45°左右偏向采空区发展,此裂隙区覆岩的透气性成倍增加,为瓦斯的运移提供了通道和聚积的空间.

分层尾砂胶结充填体力学特性变化规律及破坏模式717-722

摘要：为探究胶结充填体力学特性与填充次数之间的变化规律,以某金矿分级尾砂和胶固料为原料,设置灰砂质量分数为65%,70%,72%和75%,填充次数分别为1,2,3和4制作不同分层胶结充填体试件并进行单轴压缩试验.结果表明：充填体抗压强度与填充次数之间满足多项式函数关系.抗压强度随灰砂质量分数增大而增大,随填充次数的增多而减小;割线模量与填充次数呈幂函数分布并随填充次数增多而逐渐减小.而分层充填体的破坏模式则以共轭剪切破坏和贯穿分层面的张拉破坏为主.

三塔VSA富集低浓度煤层气实验研究723-728

摘要：采用常压吸附真空解吸的方法对体积分数为12％的低浓度抽排瓦斯开展富集研究．理论分析了吸附塔升压方式和解吸步骤对分离效果的影响，并对原料气充压、排放气充压及抽排3个工艺流程开展了对比实验研究．结果表明：三塔VSA流程可有效地将低浓度煤矿瓦斯富集，在吸附压力为110kPa、解吸压力为10kPa的情况下，可将12％的瓦斯气体富集到26．7％以上；排放气充压流程可以有效地延长气体的穿透时间，在排放气浓度相同的情况下可提高吸附剂的利用效率，提高产品气浓度；抽排工艺流程可以显著地提高产品气浓度，在实验条件不变的情况下抽排步骤由OS增大到6S时产品气体积分数提高了18．7％．

沁水盆地压裂裂缝展布及对煤系“三气”共采的指示意义729-738

摘要：为提高煤系＂三气＂共采压裂效果,对沁水盆地煤系＂三气＂共采进行了压裂配套设计.以煤系＂三气＂共生成藏为共采前提,基于水力压裂、岩石力学等测试手段研究区域应力特征,依据最大周向应力和二维线弹性断裂理论探讨应力作用下压裂裂缝展布规律,认为沁水盆地煤系储层具有充足的气源供给和合适的空间叠置关系,具有很好的煤系＂三气＂共采前景.研究结果表明：应力控制下各类储层起裂压力大小为：煤〈砂岩〈泥页岩,煤起裂压力转换深度最大;天然裂隙起裂程度大小为：泥页岩〉砂岩〉煤;压裂新起裂角展布趋势相似.压裂效果综合指数砂岩（0.041）〉煤岩（0.036）〉泥页岩（0.025）.示范井揭示煤系＂三气＂可分为3类次级气藏,5种气藏组合.基于递进排采理论对各类气藏组合进行压裂配套设计,极大程度避免对临近气藏的压裂干扰.

煤岩介质在太赫兹频段的介电特性研究739-746

摘要：为了研究煤岩介质在太赫兹频段下的介电特性,采用太赫兹时域光谱技术对煤岩介质进行了测试.研究了基于平面煤层模型的煤岩介质吸收系数、折射率、复介电常数和复电导率等物理参数随频率变化的关系,认为在太赫兹频段,岩壁的反射特性、电磁波的勘探能力以及其在井下的传播特性将发生较大改变.结果表明：当样本厚度为3mm时,煤岩太赫兹频谱的有效带宽分别为1.2THz和1.4THz.在有效带宽范围内,煤岩介质呈现出高衰减性,无明显吸收峰,其折射率、复介电常数、电导率实部和损耗角正切无较大变化.将上述数据与兆赫兹频段的煤岩电参数进行比较,岩的介电常数、煤岩的电导率和衰减系数发生了较大变化.运用德拜模型对实验数据进行验证和解释,在3阶德拜模型下,计算值可以很好的与理论值相吻合.

利用压汞资料预测储层地层因素F的改进方法747-753

摘要：分析了Thompson模型和REV模型计算地层因素F的方法及适用性,认为两种模型计算的地层因素与岩电实验测量的地层因素相比,整体精度不高,但REV模型计算的精度优于Thompson模型.统计整理了大量的具有代表性的砂岩岩样压汞及岩电实验数据,结合REV模型,研究了储层渗透率与地层因素和孔喉半径的关系,提出了利用压汞资料预测储层地层因素F的改进方法.研究结果表明：在双对数坐标下渗透率与孔喉半径不是单一的线性关系,而是存在一个拐点,以拐点为界,存在两段线性关系,在拐点以上渗透率较大的一组数据地层因素大于32,而在拐点以下渗透率较小的一组数据地层因素小于32,在上述两段不同的线性关系中,后一组数据的截距大于前一组而斜率的情况则恰好相反,分析了上述现象的原因,并据此提出了地层因素与渗透率和孔喉半径之间的改进模型,将改进模型应用到20块砂岩岩样的地层因素F的计算,其结果与Thompson模型和REV模型相比,精度有明显改善.

致密油二次运移动力和阻力实验研究——以四川盆地中部侏罗系为例754-764

摘要：为阐明非常规致密油二次运移动力特征,以四川盆地中部侏罗系为例,基于实际地质参数解剖,采集研究区岩心样品开展了两类动力学模拟实验.通过实验数据和地质参数揭示了致密油二次运移的动力和阻力特征.认为在致密油的二次运移中,传统动力浮力无法克服运移阻力,烃源岩生烃产生的异常高压则能克服阻力成为主要动力.研究结果表明：致密油二次运移阻力在模拟实验中数值处于10 MPa数量级,对应地区浮力上限仅0.090 65 MPa.同时,现场致密油层中含水率极低,两个油田80%的产井含水率低于5%,表明浮力缺乏形成的物质基础.生烃增压实验则表明,研究区源岩生烃增压峰值可达38 MPa,足以克服阻力促使石油运移.生产数据表明,与烃源岩层紧密接触的致密油层异常高压越大,石油越富集,单井产量越高,揭示致密油的聚集受生烃增压的明显控制.运聚动力的不同,导致致密油与常规石油在运移距离和分布上的差异性,这种差异性成藏规律,对于油田勘探开发过程中针对不同类型油藏开展差异化勘探部署具有重要意义.

鄂尔多斯盆地长7段致密砂岩储层特征及成因机理765-771

摘要：为了精确表征长7段致密砂岩储层特征及研究致密储层成因,在盆地尺度范围内,综合利用常规镜下薄片观察、高压压汞实验、XRD分析手段,并结合高精度TRA物性实验,精确表征了长7段致密砂岩储层的岩石学特征及储集性能,在此基础上分析了致密储层成因,认为致密储层成因主要有机械压实及压溶作用、各种类型的胶结作用、交代作用、沉积微相的控制作用以及填隙物的影响.研究结果表明：长7段致密砂岩储层以岩屑长石砂岩和长石岩屑砂岩为主;石英含量较高,质量分数平均值为40.4%,具有较强的可压裂性,有利于后期的压裂开采;填隙物中水云母的含量较高,质量分数平均值为10.4%,导致长7段物性变差;孔隙类型以长石溶孔为主,占总孔隙的60%,排驱压力高,中值压力平均为7.72 MPa;喉道细小,孔喉结构复杂,物性较差,孔隙度均值为8.55%,渗透率均值为0.21mD.

非常规油气井产量递减规律分析新模型772-778

摘要：从非常规油气井生产特征出发,在综合考虑双曲递减和指数递减特点的基础上,构造了具有明确物理意义且量纲齐次的＂双曲-指数＂混合型递减率表达式,建立了＂双曲-指数＂混合型产量递减规律分析新模型并绘制了无量纲产量图版.研究结果表明：新模型可以有效地描述油气井的整个生产历史并对未来的生产趋势以及单井控制动态储量进行合理的预测和评价;与目前应用较为普遍的幂律指数递减模型相比,新模型对油气井产量曲线拟合的精度可提高8.1%.

脱硫浆液钙基组分对K2S2O8氧化Hg^0的影响779-784

摘要：基于石灰石-石膏法脱硫浆液,以K2S2O8为氧化剂,探究Hg^0高效氧化的脱硫浆液最佳运行参数,同时实现高效脱硫除汞.试验以Hg^0氧化速率、Hg^2＋还原速率和Hg^0去除效率为评价指标,研究了浆液pH值和CaCO3,CaSO4,CaSO3,Ca（HSO3）24种钙基组分对Hg0氧化性能的影响.结果表明：浆液pH值控制在4.5~5.5之间,Hg0去除效率可稳定在80%以上,这也是石灰石-石膏法高效脱硫最佳pH值范围.ω（CaCO3）在10%以内,可使Hg0去除效率维持在90%以上.采用强制氧化型石灰石-石膏法脱硫,使浆液ω（CaSO4）维持在较高水平,可限制Hg^2＋的还原,促进Hg^0的氧化.为避免CaSO3对Hg^2＋的还原再释放,应严格控制脱硫浆液的强制氧化程度,使浆液中ω（CaSO3）在2.0%以内,Hg0去除效率可维持在96%以上.浆液中ω（Ca（HSO3）2）增加,因HSO3^-的存在加速了Hg^2＋还原为Hg^0,使系统Hg^0氧化能力减弱,运行时需加强对ω（Ca（HSO3）2）的控制.

固体氧化物燃料电池耐硫阳极的制备与性能785-793

摘要：为了改善固体氧化物燃料电池（SOFC）阳极的抗硫性能,通过水热法制备了纳米尺寸的Co9S8并负载在多孔电解质骨架上.采用X-射线衍射、扫描电子显微镜和电化学分析等方法研究了制备电极时相关参数对Co9S8的物相、微观结构和电化学性能的影响.认为水热浸渍法制备的Co9S8在600~750℃,76mg/cm^3 H2S-H2下具有P-半导体的性质,是一种在中温条件也具有高电化学和催化活性、耐H2S的SOFC阳极,不仅可以持续输出功率,而且性能高于纯H2时.研究结果表明：相比于丝网印刷法,采用水热浸渍法得到的阳极颗粒更加细小、分布更加均匀,因而具有更高的电化学活性.水热浸渍法制备的对称阳极极化阻抗值在650℃,76mg/cm^3H2S-H2时仅有0.338 5Ωcm^2.