煤与瓦斯突出多物理场分布特征的数值模拟研究 被引量：8

1

作者 曹偈 赵旭生 刘延保 《矿业安全与环保》 北大核心 2021年第2期7-11,共5页

为揭示煤与瓦斯突出过程煤体多物理场耦合灾变机制,在含瓦斯煤气固耦合方程基础上,利用COMSOL软件中的固体力学与PDE模块,模拟了突出前后煤体应力场、变形场、气体流动场分布规律。与前期开展的突出物理模拟试验结果进行对比验证,证实... 为揭示煤与瓦斯突出过程煤体多物理场耦合灾变机制,在含瓦斯煤气固耦合方程基础上,利用COMSOL软件中的固体力学与PDE模块,模拟了突出前后煤体应力场、变形场、气体流动场分布规律。与前期开展的突出物理模拟试验结果进行对比验证,证实了数值分析方法的可行性。模拟结果表明:突出后孔洞壁附近煤体发生塑性变形,导致此处煤体渗透率增大,且随着应力增大,突出孔洞壁处煤体渗透率可比原始渗透率增加2~3个数量级;突出后气体压力从突出孔洞壁面到煤体深部呈现先急剧上升后降低至原始气压的变化趋势,在孔洞壁处形成较高压力梯度,是突出持续发生的必要条件。 展开更多

关键词 煤与瓦斯突出 数值模拟 气固耦合 渗透率 应力

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近10年我国煤与瓦斯突出事故统计规律与动力效应特征分析 被引量：6

2

作者 曹偈 《矿业安全与环保》 CAS 北大核心 2024年第3期36-42,49,共8页

挖掘历史事故案例特征可为准确认识煤与瓦斯突出机理及灾害防控预警提供更多支撑。分析近10年发生的煤与瓦斯突出事故统计数据尤其是较大及以上事故案例,探究突出发生规律及动力效应特征。结果表明:近年来重大以上突出事故基本杜绝,但... 挖掘历史事故案例特征可为准确认识煤与瓦斯突出机理及灾害防控预警提供更多支撑。分析近10年发生的煤与瓦斯突出事故统计数据尤其是较大及以上事故案例,探究突出发生规律及动力效应特征。结果表明:近年来重大以上突出事故基本杜绝,但事故死亡人数占煤矿事故总死亡人数的比例仍较高,其平均死亡人数为煤矿事故的2.9倍;事故发生地点以煤层平巷为主,占比为43.2%;综掘机割煤作业时诱导突出事故比例显著上升,近5年占比为57.0%;与其他地质构造相比,断层、煤层厚度变化易导致突出发生,褶曲构造附近的平均突出强度最大,其中38起事故平均突出强度与瓦斯涌出量分别为521.34 t、3.55万m^(3),重大及以上事故突出强度与吨煤瓦斯涌出量均呈波动减小趋势;钻孔喷孔是最为常见的突出预兆,合理利用钻孔信息进行灾害探测及预警是重要的发展方向。证实了突出动力效应在巷道空间发展演化的3个阶段,瓦斯逆流不仅会通过防突风门进入进风巷,也可能会沿回风路线进入其他采掘作业面。 展开更多

关键词 煤与瓦斯突出 事故统计 发生规律 动力效应 事故案例

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煤矿区煤层气开发利用新技术现状及发展趋势 被引量：156

3

作者 刘见中 孙海涛 +1 位作者 雷毅 曹偈 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期258-267,共10页

“十二五”以来,我国煤矿区煤层气开发利用技术取得了巨大的进步,虽然我国煤矿数量由近20000对直线下降到了不足5800对,但煤层气产量仍由2010年的88亿m 3提高到了2018年的184亿m 3,利用率亦提升了10%,科技对产业的贡献巨大;但是也出现... “十二五”以来,我国煤矿区煤层气开发利用技术取得了巨大的进步,虽然我国煤矿数量由近20000对直线下降到了不足5800对,但煤层气产量仍由2010年的88亿m 3提高到了2018年的184亿m 3,利用率亦提升了10%,科技对产业的贡献巨大;但是也出现了单井排采产量低、气源分散性高等新的问题。因此,全面梳理了近10 a煤矿区地面抽采技术装备、井下抽采技术装备和煤矿区高、低浓度煤层气利用技术装备的科技创新及应用效果等,阐述了煤矿区煤层气开发利用在三级瓦斯地质分析技术、碎软低渗煤层地面井分段压裂顶板技术、煤层群分层控压联合排采技术、采动区地面L型顶板水平井技术、井下千米定向长钻孔技术、碎软煤层井下护孔钻进技术、智能化钻机远控钻孔技术、井下水力化压裂/割缝增渗技术等煤层气抽采技术及其配套装备最新进展和中高浓度煤层气深冷液化、低浓度煤层气分级压缩提浓、超低浓度煤层气蓄热氧化利用等煤层气利用装备的最新进展及技术指标。在此基础上,针对我国目前面临的深部开采、西部煤炭资源开发及高强度集约化开采等新特点,分类整理了束缚煤层气产业发展的技术瓶颈和发展趋势,提出了煤炭开采与煤层气开发协同规划和联合开发的技术思路等。 展开更多

关键词 煤矿区 煤层气 开发 利用 发展趋势

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基于改进BP神经网络的煤体瓦斯渗透率预测模型 被引量：97

4

作者 尹光志 李铭辉 +2 位作者 李文璞 曹偈 李星 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第7期1179-1184,共6页

分析总结了煤体渗透率的3个主要影响因素——有效应力、温度和瓦斯压力,并结合煤体的力学特性建立了一个预测煤层瓦斯渗透率的BP神经网络模型。根据不同有效应力、不同温度和不同瓦斯压力条件下大量具有代表性的煤样渗透率数据来建立学... 分析总结了煤体渗透率的3个主要影响因素——有效应力、温度和瓦斯压力,并结合煤体的力学特性建立了一个预测煤层瓦斯渗透率的BP神经网络模型。根据不同有效应力、不同温度和不同瓦斯压力条件下大量具有代表性的煤样渗透率数据来建立学习样本,并对该模型的精度进行了检验。该BP神经网络经过11 986次学习后精度满足要求,训练后BP神经网络模型所得预测结果的最大绝对误差为0.049×10-15m2,最大相对误差为4.298%。根据所建立的BP神经网络模型得到的预测值与实测值吻合较好。 展开更多

关键词 煤体 瓦斯 BP神经网络 渗透率

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加卸载条件下煤岩变形特性与渗透特征的试验研究 被引量：79

5

作者 许江 李波波 +3 位作者 周婷 刘东 程立朝 曹偈 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第9期1493-1498,共6页

以原煤为研究对象,利用自主研制的含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流试验系统,采用加轴压、卸围压的应力控制方式开展煤岩加卸载试验,分析加卸载条件下煤岩变形特性和渗透特征的演化规律。研究结果表明:①加卸载试验峰值强度明显低于常规... 以原煤为研究对象,利用自主研制的含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流试验系统,采用加轴压、卸围压的应力控制方式开展煤岩加卸载试验,分析加卸载条件下煤岩变形特性和渗透特征的演化规律。研究结果表明:①加卸载试验峰值强度明显低于常规三轴压缩试验峰值强度,在加卸载过程中,主应力差有一个明显增加趋势,卸载第2阶段速率越大,其曲线斜率也越大,但峰值强度越小,对应的径向应变ε3、体积应变εV增加速率也越快,而到峰值后破坏阶段,均呈下降趋势。②加卸载过程中,煤岩渗透率、应力差与应变关系可以分为3个阶段,初始压密和屈服阶段、屈服后阶段、破坏失稳阶段。试件达到峰值后瓦斯渗透率出现突然小幅度上升,持续一段时间后,渗透率出现急剧陡增趋势。③煤岩渗透率的变化与煤岩的变形损伤演化过程密切相关,渗透率随变形的增大均呈二次多项式函数递增。 展开更多

关键词 加卸载 变形特性 全应力应变 渗透率

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不同黏结剂配比条件下型煤力学及渗透特性试验研究 被引量：34

6

作者 许江 叶桂兵 +2 位作者 李波波 曹偈 张敏 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期104-110,共7页

利用含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流装置,为使得型煤力学及渗透特性更接近原煤,选取水泥作为黏结剂,进行了不同黏结剂配比条件下的型煤和原煤三轴压缩试验对比研究。基于欧式距离的相似性度量方法对能反映型煤的力学及渗透特性的特... 利用含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流装置,为使得型煤力学及渗透特性更接近原煤,选取水泥作为黏结剂,进行了不同黏结剂配比条件下的型煤和原煤三轴压缩试验对比研究。基于欧式距离的相似性度量方法对能反映型煤的力学及渗透特性的特征值指标进行定量评价。结果表明:随黏结剂含量的增加,型煤的峰值主应力差、弹性模量近乎呈正指数函数递增趋势,泊松比呈负指数函数递减趋势;随着黏结剂含量的增加,型煤的初始渗透率、最小渗透率基本呈负指数函数递减趋势,且其渗透率变化率随黏结剂含量的增加越来越小,表现为渗透率-轴向应变曲线越来越平缓;基于欧式距离的相似性度量方法得出水泥黏结剂配比为IV型的型煤在力学及渗透特性方面与原煤最为接近,可以作为模拟原煤的相似材料。 展开更多

关键词 黏结剂 力学特性 渗透率 特征值 相似材料

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瓦斯压力对卸荷原煤力学及渗透特性的影响 被引量：38

7

作者 尹光志 李铭辉 +3 位作者 李文璞 蒋长宝 曹偈 张千贵 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第9期1499-1504,共6页

运用自主研制的含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流试验装置,以原煤煤样作为研究对象,在不同瓦斯压力条件下对含瓦斯煤进行了固定轴向应力的卸围压瓦斯渗流试验,研究卸围压过程中瓦斯压力对煤体的力学及渗透特性的影响。研究结果表明:开始... 运用自主研制的含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流试验装置,以原煤煤样作为研究对象,在不同瓦斯压力条件下对含瓦斯煤进行了固定轴向应力的卸围压瓦斯渗流试验,研究卸围压过程中瓦斯压力对煤体的力学及渗透特性的影响。研究结果表明:开始卸围压后,煤体出现明显的扩容现象,径向发生明显膨胀应变,煤体中的渗流通道张开,煤体中瓦斯的渗流速率随之加快;随着瓦斯压力的升高,解除单位围压后煤样产生的变形变大,渗流速率升高的速率也随之增大;瓦斯压力越高,煤样从开始卸围压起至破坏的时间越短,即煤体强度越低;在卸围压初始阶段,煤样变形模量变化不大,在进入屈服阶段和失稳破坏阶段后,煤样的变形模量减小的速率开始明显加快。从煤样开始卸围压至破坏之前,煤样的变形模量下降了3.71%～7.45%;煤样的泊松比逐渐增大,围压与泊松比的对应具有较为明显的幂函数关系。 展开更多

关键词 瓦斯压力 卸围压 原煤 力学特性 渗透特性

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突出煤-瓦斯在巷道内的运移规律 被引量：29

8

作者 孙东玲 曹偈 +4 位作者 苗法田 孙海涛 赵旭生 戴林超 王波 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第10期2773-2779,共7页

以煤与瓦斯突出过程中煤-瓦斯两相流为研究对象,利用自主研发的煤与瓦斯突出动力效应模拟试验装置进行了巷道中突出煤-瓦斯两相流试验研究,通过试验观察将煤颗粒的运动过程分为加速、平衡减速及沉降等运动阶段,并综合运用固体颗粒在气... 以煤与瓦斯突出过程中煤-瓦斯两相流为研究对象,利用自主研发的煤与瓦斯突出动力效应模拟试验装置进行了巷道中突出煤-瓦斯两相流试验研究,通过试验观察将煤颗粒的运动过程分为加速、平衡减速及沉降等运动阶段,并综合运用固体颗粒在气流中的悬浮运动机理和能量守恒定律,建立了一维情况下突出煤在巷道中的运移数学模型。通过模型计算分析得到,突出煤颗粒运移距离随初始气流速度的增大呈增大趋势,随颗粒粒径的分布规律由于其符合的流动状态不同而不同。 展开更多

关键词 煤与瓦斯突出 运移 煤-瓦斯两相流 数学模型

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采动过程中瓦斯抽采流量与煤层支承应力的相关性 被引量：22

9

作者 尹光志 何兵 +3 位作者 李铭辉 曹偈 秦虎 李文璞 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第4期736-741,共6页

煤层中的瓦斯流动是一个瓦斯气体运移与煤层固体变形之间相互耦合的复杂过程。以松藻煤电有限责任公司松藻煤矿3211采煤工作面现场试验为基础,通过现场监测工作面采动过程中的煤层支承应力变化和本煤层瓦斯抽采流量变化,对工作面附近煤... 煤层中的瓦斯流动是一个瓦斯气体运移与煤层固体变形之间相互耦合的复杂过程。以松藻煤电有限责任公司松藻煤矿3211采煤工作面现场试验为基础,通过现场监测工作面采动过程中的煤层支承应力变化和本煤层瓦斯抽采流量变化,对工作面附近煤层支承应力和瓦斯抽采流量之间的相关性进行了研究。研究结果表明:随着采煤工作面的推进,煤层实测支承应力依次经历了低—高—低的过程,可以划分为卸压区、应力集中区和原岩应力区,并在工作面前方15~25 m处达到峰值。在煤层卸压区,煤层内孔隙、裂隙发育贯通,透气性增大,瓦斯抽采流量增大,在煤层支承应力集中区,煤层内裂隙收缩闭合,煤层透气性减小,瓦斯抽采流量也减小,在煤层原岩应力区,煤层透气性变化不大,瓦斯抽采流量趋于稳定。基于工作面煤层支承应力与瓦斯抽采流量的相互关系,以处于原岩应力区的煤层支承应力和瓦斯抽采流量为基准,构建了瓦斯抽采流量的负指数表达式。 展开更多

关键词 支承应力 瓦斯抽采流量 相关性 煤与瓦斯共采

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深井煤岩瓦斯动力灾害模拟实验系统 被引量：21

10

作者 文光才 孙海涛 +3 位作者 曹偈 刘延保 戴林超 王波 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期223-231,共9页

深井煤炭资源的开采正日益成为行业的重点需求,然而高地应力、高瓦斯压力、高地温等深部环境下的煤岩瓦斯动力灾害的耦合伴生更加复杂,对这一科学问题的大尺度物理模拟分析研究是目前最适用的研究方法。因此,围绕高地应力、高瓦斯压力... 深井煤炭资源的开采正日益成为行业的重点需求,然而高地应力、高瓦斯压力、高地温等深部环境下的煤岩瓦斯动力灾害的耦合伴生更加复杂,对这一科学问题的大尺度物理模拟分析研究是目前最适用的研究方法。因此,围绕高地应力、高瓦斯压力、高地温3个核心影响因素,理论分析了超千米深井环境对突出模拟系统加载能力、系统刚度、瓦斯压力和温度等的指标要求,提出了适用的临界指标。研究设计了由加载系统、密封系统为主体的超千米深井煤岩瓦斯动力灾害模拟实验系统,其垂直加载能力≥25 MPa、水平加载能力≥16 MPa、系统刚度30 GN/m、瓦斯压力6 MPa、地温控制60℃,可满足在相似比为0.6~1.0条件下,1000~1500 m深井煤层赋存环境模拟。应用该系统对淮南丁集煤矿4·19动力灾害事故的发生进行了模拟分析,得到:突出过程突出孔洞后方不同位置处的煤体应力-气压耦合演变规律不同,大致可划分为突出孔洞所在区域、前突出影响区、后突出影响区以及未受影响区域等4个区域;在突出激发形成最初的孔洞后,突出影响区域内瓦斯解吸渗流速度将影响突出的进一步发展,应力主导下的突出持续时间较短,抛出煤量较少;实验共抛出煤样15.86 kg,还原现场突出煤量34.8 t,突出煤样的分选性不显著,呈现出典型压出型突出表象特征,与实际情况相符合,证明了该套系统的适用性及功能性。 展开更多

关键词 深井 煤岩瓦斯动力灾害 模拟系统 事故分析

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突出过程中煤—瓦斯两相流运移规律的实验研究 被引量：18

11

作者 孙东玲 曹偈 +2 位作者 熊云威 戴林超 王波 《矿业安全与环保》 北大核心 2017年第2期26-30,共5页

为了深入探索煤与瓦斯突出过程中煤—瓦斯在巷道内的运移规律,利用自主研发的煤与瓦斯突出动力效应模拟实验装置,在"H"型巷道布置条件下进行了突出过程煤—瓦斯两相流运移规律的实验研究,结果表明:在气体压力0.35 MPa时共突... 为了深入探索煤与瓦斯突出过程中煤—瓦斯在巷道内的运移规律,利用自主研发的煤与瓦斯突出动力效应模拟实验装置,在"H"型巷道布置条件下进行了突出过程煤—瓦斯两相流运移规律的实验研究,结果表明:在气体压力0.35 MPa时共突出煤粉60.453 kg,煤粉主要堆积于主巷内,且呈梯形分布,联络巷与支巷内几乎没有煤粉堆积;沿巷道同一测点的气体压力在极短时间(t<1.5 s)内发生多次波动,主巷道内不同测点气体压力峰值基本沿巷道呈衰减趋势。同时,通过实验验证了突出过程冲击波的存在,主巷内冲击波传播速度为368.1~434.2 m/s。 展开更多

关键词 煤与瓦斯突出 两相流 运移规律 气体压力 冲击波

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突出煤层相似材料配比模型构建的正交试验研究 被引量：15

12

作者 孙海涛 朱墨然 +1 位作者 曹偈 文光才 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2019年第8期116-122,共7页

突出煤相似材料是进行煤与瓦斯突出模拟试验的基础,突出煤相似材料需综合考虑力学特性、吸附解吸特性和孔隙特性等方面与原煤的相似性。为解决目前煤与瓦斯突出相似材料与原煤相似度不高的问题,选取水泥比例、沙子比例和成型压力为3个... 突出煤相似材料是进行煤与瓦斯突出模拟试验的基础,突出煤相似材料需综合考虑力学特性、吸附解吸特性和孔隙特性等方面与原煤的相似性。为解决目前煤与瓦斯突出相似材料与原煤相似度不高的问题,选取水泥比例、沙子比例和成型压力为3个主要影响因素,通过正交试验和单因素试验方法研究各因素对相似材料单轴抗压强度、弹性模量、吸附CO2和CH4时的放散初速度以及孔隙率的影响。试验结果表明,相似材料单轴抗压强度和弹性模量随水泥比例和成型压力的增大而增大,放散初速度随水泥比例和沙子比例增大而减小,孔隙率随成型压力增大而减小。通过方差分析及多元线性回归分析,获得相似材料3个影响因素与试验指标之间的量化关系,构建了突出煤相似材料多因素配比模型,依据该模型可获得目标相似材料的配比数据,通过试验验证得到该配比模型在力学指标方面的误差在20%以内,放散初速度及孔隙率方面的误差在10%以内。最后,采用构建的相似材料配比模型制作突出型煤,利用自主研制的大型煤与瓦斯突出模拟试验系统成功开展了高应力作用下的煤与瓦斯突出模拟试验,进一步证实了配比模型的可靠性。 展开更多

关键词 煤与瓦斯突出 吸附解吸特性 孔隙率 弹性模量

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型煤吸附解吸二氧化碳与甲烷的性能对比试验研究 被引量：7

13

作者 张淑同 王波 +2 位作者 曹偈 戴林超 刘爱华 《矿业安全与环保》 北大核心 2016年第5期5-8,共4页

基于型煤吸附解吸二氧化碳、甲烷的对比试验,进行了型煤吸附二氧化碳、甲烷的吸附常数（a、b值）、放散初速度（ΔP）及工业分析等参数测定,研究了型煤吸附解吸二氧化碳与甲烷的规律。研究结果表明：型煤对二氧化碳的极限吸附量大于对... 基于型煤吸附解吸二氧化碳、甲烷的对比试验,进行了型煤吸附二氧化碳、甲烷的吸附常数（a、b值）、放散初速度（ΔP）及工业分析等参数测定,研究了型煤吸附解吸二氧化碳与甲烷的规律。研究结果表明：型煤对二氧化碳的极限吸附量大于对甲烷的极限吸附量,二者近似存在2倍关系;型煤对二氧化碳的吸附量大于对甲烷的吸附量,在气体压力5 MPa时,二者比值为1.77;型煤吸附二氧化碳气体放散初速度大于吸附甲烷气体放散初速度,二者比值为1.6-1.7;采用吸附性能较强的二氧化碳作为试验气体,可解决由非吸附性能原材料导致型煤吸附解吸性能降低的问题,确保型煤与原煤吸附、解吸性能的相似性。 展开更多

关键词 煤与瓦斯突出 型煤 二氧化碳 甲烷 吸附解吸性能

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煤矿区自然条件安全生产度评价体系研究 被引量：5

14

作者 张淑同 赵旭生 +3 位作者 陈金华 曹偈 张军 戴林超 《矿业安全与环保》 北大核心 2015年第4期29-32,共4页

针对煤矿井下瓦斯灾害、瓦斯煤尘爆炸、井下火灾、顶板灾害、矿井水灾等五大灾害,运用模糊综合评判法建立了5因素、20指标的煤矿区自然条件安全生产度评价体系。利用该评价体系对全国30个矿区的自然条件安全生产度进行了评价分析,得出... 针对煤矿井下瓦斯灾害、瓦斯煤尘爆炸、井下火灾、顶板灾害、矿井水灾等五大灾害,运用模糊综合评判法建立了5因素、20指标的煤矿区自然条件安全生产度评价体系。利用该评价体系对全国30个矿区的自然条件安全生产度进行了评价分析,得出所评价矿区安全等级多为Ⅱ~Ⅲ级。矿区实际自然灾害情况与评价结果的对比分析表明,矿区自然条件安全生产度评价体系的评价结果可靠,可为煤矿区科学产能规划、减少煤矿事故提供依据。 展开更多

关键词 煤矿区 自然条件 安全生产度 评价体系

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间接法测定煤层瓦斯含量计算公式校正的实验研究 被引量：4

15

作者 雷红艳 逄锦伦 +1 位作者 陈玉涛 曹偈 《矿业安全与环保》 北大核心 2018年第4期37-40,共4页

采用HCA高压容量法瓦斯吸附装置,对7组不同变质程度的煤样,分别在20、30、40、50、60℃等5个温度条件下进行常压吸附瓦斯量和瓦斯吸附常数的测试,通过对测试数据进行分析研究,得出每升高单位温度下吸附瓦斯减小量与煤的变质程度的关系模... 采用HCA高压容量法瓦斯吸附装置,对7组不同变质程度的煤样,分别在20、30、40、50、60℃等5个温度条件下进行常压吸附瓦斯量和瓦斯吸附常数的测试,通过对测试数据进行分析研究,得出每升高单位温度下吸附瓦斯减小量与煤的变质程度的关系模型,进而对间接法测定煤层瓦斯含量计算公式进行校正,校正结果更符合煤样在高压状态下即将达到吸附饱和状态的相关理论。 展开更多

关键词 煤层瓦斯含量 吸附瓦斯量 常压吸附 温度 变质程度

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水敏性损害对煤层水力压裂增透效果影响的实验研究 被引量：4

16

作者 文光才 杨硕 曹偈 《矿业安全与环保》 北大核心 2022年第4期65-71,共7页

采用热力学平衡水法、低温氮吸附实验、压汞实验、扫描电子显微镜(SEM),研究了煤样吸水膨胀变形的宏观、微观特征;提出了井下煤层穿层钻孔水力压裂相似模拟实验方法,研究了水敏性损害对煤层透气性的影响。研究结果表明:浸水煤样膨胀率... 采用热力学平衡水法、低温氮吸附实验、压汞实验、扫描电子显微镜(SEM),研究了煤样吸水膨胀变形的宏观、微观特征;提出了井下煤层穿层钻孔水力压裂相似模拟实验方法,研究了水敏性损害对煤层透气性的影响。研究结果表明:浸水煤样膨胀率受水敏膨胀黏土含量的影响最为显著;饱水处理后水的介入降低了煤体全尺度孔隙体积,进而降低了煤样瓦斯扩散与渗流能力;水力压裂有效范围内煤样透气性系数增大,压裂增透占主导地位,而在压裂远端或末端位置透气性系数下降,水敏性损害占主导地位;煤中水敏黏土含量越高,水敏性损害越严重。研究成果对减弱煤层水力压裂水敏性损害程度,提高煤层瓦斯抽采效率具有重要意义。 展开更多

关键词 煤层透气性 水力压裂 水敏性损害 吸水膨胀黏土 相似模拟实验

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软煤水力压裂孔周应力的时空演化研究 被引量：1

17

作者 张跃兵 胡千庭 +3 位作者 李全贵 宋明洋 武文宾 曹偈 《矿业安全与环保》 CAS 北大核心 2024年第5期1-7,14,共8页

为揭示软煤压裂孔周致裂行为特征,依据时步均等划分方法将压裂过程分为6个阶段,对孔周应力的空间分布、随时间变化规律、水平应力差异系数的演化进行了PFC^(2D)离散元模拟研究。结果表明:水力压裂过程的1~4阶段,最大主应力方向孔周应力... 为揭示软煤压裂孔周致裂行为特征,依据时步均等划分方法将压裂过程分为6个阶段,对孔周应力的空间分布、随时间变化规律、水平应力差异系数的演化进行了PFC^(2D)离散元模拟研究。结果表明:水力压裂过程的1~4阶段,最大主应力方向孔周应力增幅较大;5、6阶段最小主应力方向的应力增幅迅速增大。孔周应力集中明显,接近孔周位置应力水平高。在应力集中影响范围内,x方向和y方向孔周应力路径趋势一致,水平应力差异系数相差较小,而在应力集中影响范围以外则恰恰相反。应力差异系数可反映裂隙发育的均匀程度,而应力集中程度影响着裂隙的发育和扩展范围,揭示了软煤水力压裂孔周扩孔致裂-应力外移的行为特征。 展开更多

关键词 软煤 瓦斯抽采 水力压裂 离散元模拟 应力集中 裂隙发育

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模拟煤与瓦斯突出的相似材料配比试验研究 被引量：21

18

作者 张淑同 戴林超 +1 位作者 王波 曹偈 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2015年第6期76-80 145,145,共6页

为了开展煤与瓦斯突出模拟试验,选用水泥作为胶结剂,碎煤作为骨料,水、沙子和活性炭作为辅料,设计了5因素7水平的软煤相似材料配比方案,压制了50 mm相似材料试件,研究了煤与瓦斯突出相似模拟材料配制方法。研究结果表明:相似材料试件... 为了开展煤与瓦斯突出模拟试验,选用水泥作为胶结剂,碎煤作为骨料,水、沙子和活性炭作为辅料,设计了5因素7水平的软煤相似材料配比方案,压制了50 mm相似材料试件,研究了煤与瓦斯突出相似模拟材料配制方法。研究结果表明:相似材料试件单轴抗压强度与水泥质量百分比、水泥和沙子二者总量比例与相似材料密度呈线性关系,所配制的相似材料与煤在物理、力学性质具有较好的相似性,相似材料的吸附解吸CO2性能与煤吸附解吸CH4性能也具有较好的相似性。研究结果为煤与瓦斯突出模拟试验相似模型制作及相似材料进一步精细化配比试验提供了重要依据。 展开更多

关键词 煤与瓦斯突出 相似材料 水泥胶结剂 物理力学性质 吸附解吸性能

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煤与瓦斯突出冲击动力效应及致灾特征模拟实验系统研制与应用 被引量：6

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作者 杨雪林 文光才 +4 位作者 孙海涛 曹偈 王波 戴林超 鲁俊 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期3731-3749,共19页

由于对煤与瓦斯突出激发后致灾特征及其诱导矿井风流灾变机制不清,现场常根据经验布设风门、布置自救系统等设施,尚不能有效地布置安全防护措施和制定科学合理的应急预案。为了准确掌握突出冲击动力效应及致灾特征,基于相似理论,研发了... 由于对煤与瓦斯突出激发后致灾特征及其诱导矿井风流灾变机制不清,现场常根据经验布设风门、布置自救系统等设施,尚不能有效地布置安全防护措施和制定科学合理的应急预案。为了准确掌握突出冲击动力效应及致灾特征,基于相似理论,研发了一套考虑突出孔洞周围卸压区煤体瓦斯补给作用的突出模拟实验系统,并基于突出模型和瓦斯渗流理论通过严格计算确定了补气装置的关键参数。该实验系统主要包括:突出孔洞动力系统、突出激发装置、巷道模拟系统和数据采集与控制中心4个模块,能够模拟巷道内突出冲击波形成和传播、突出煤-瓦斯两相流运移及瓦斯逆流等突出动力现象。开展了瓦斯压力为0.8 MPa的突出灾变模拟实验,利用高速摄像机直接观测到突出冲击波形成过程。结果表明:突出发生瞬间,在管道内瞬间形成空气冲击波,后面依次出现的是冲击气流、突出瓦斯气流和煤-瓦斯两相流。且空气冲击波速度>冲击气流速度>突出瓦斯气流速度>突出煤-瓦斯两相流阵面速度,4者最大速度分别为546.5、496.7、112.6、51.5 m/s,并沿管道逐渐衰减。突出过程中高压瓦斯从突出孔洞涌入巷道空间,造成瓦斯逆流现象。突出过程中突出孔洞内瓦斯压力呈指数下降。突出发生后巷道内瓦斯体积分数随时间变化存在“骤升期”和“缓慢下降期”,突出瓦斯在巷道内运移方式主要包括“驱替”和“扩散”。突出煤沿主巷堆积高度与堆积质量呈现出一致性。突出煤与原煤粒径分布差异主要集中于0~500μm,而粒径分布最大差异主要集中于150~200μm。此外,粒径分布于150~200μm的煤粉占比随距突出口距离的增加而增加,表现出较强的分选性。 展开更多

关键词 煤与瓦斯突出 煤-瓦斯两相流 突出冲击波 瓦斯涌出 突出强度

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陕西侏罗纪煤层瓦斯灾害特点及突出发生条件的探讨 被引量：2

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作者 孙东玲 曹偈 +1 位作者 杨慧明 唐强 《矿业安全与环保》 CAS 北大核心 2024年第3期1-7,15,共8页

随着我国煤炭生产向西部转移,西部尤其是西北地区大量开采低阶煤的矿井瓦斯灾害,成为必须认真面对的重要问题。以陕西黄陇侏罗纪煤田黄陵矿区、旬耀矿区、永陇矿区的6个典型矿井为研究对象,分析总结了矿井瓦斯赋存特征,并从煤层突出危... 随着我国煤炭生产向西部转移,西部尤其是西北地区大量开采低阶煤的矿井瓦斯灾害,成为必须认真面对的重要问题。以陕西黄陇侏罗纪煤田黄陵矿区、旬耀矿区、永陇矿区的6个典型矿井为研究对象,分析总结了矿井瓦斯赋存特征,并从煤层突出危险性单指标、能量、突出动力效应等多个角度探讨了煤层突出危险性。研究表明:黄陇煤田以低变质烟煤为主,煤的破坏程度小、硬度较高,煤层瓦斯普遍呈现高压力、低含量(1.71~4.36 m^(3)/t)特征;较低的瓦斯含量使煤层中孕育的瓦斯内能连同弹性潜能低于煤体破碎并抛掷做功所需要的能量值,也不能产生足够多的气体裹挟煤炭在巷道空间运移形成典型的突出灾害;但发生片帮或冲击地压等动力现象时短时间内的大量瓦斯涌出将成为这些矿井主要的瓦斯事故风险。指出陕西侏罗纪煤田的矿井应在做好瓦斯抽采的同时,通过控制好煤壁顶板和冲击地压将能有效减少瓦斯事故的发生。 展开更多

关键词 侏罗纪煤层 瓦斯地质 瓦斯参数 煤与瓦斯突出 发生条件

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