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我国煤层爆破增透技术研究进展及展望 被引量：3
1
作者 刘泽功 乔国栋 +1 位作者 刘健 高魁 《煤炭学报》 北大核心 2025年第5期2453-2476,共24页
煤层爆破增透技术为我国煤与瓦斯突出灾害的防治做出了巨大的贡献,在增透机理和现场实践方面得到了广泛深入的研究。为了总结以往经验,进一步提高新时代下深部煤层爆破增透技术水平,分析了煤层爆破增透的机理,建立了考虑动态抗压(拉)强... 煤层爆破增透技术为我国煤与瓦斯突出灾害的防治做出了巨大的贡献,在增透机理和现场实践方面得到了广泛深入的研究。为了总结以往经验,进一步提高新时代下深部煤层爆破增透技术水平,分析了煤层爆破增透的机理,建立了考虑动态抗压(拉)强度和理想爆轰条件下的爆破致裂煤岩体的数学模型,反演了不同地应力工况下爆破孔壁及其周围应力分布状态,阐述了我国煤层爆破增透技术的发展历程及研究进展,总结了近几十年来出现的煤层爆破增透技术类型。我国在煤层爆破增透技术的增透机理、施工工艺等理论与实践方面取得了一系列创新成果,解决了大量的理论及技术难题。然而,随着我国煤炭开采向深部转移,煤矿瓦斯地质条件日趋复杂,对煤层爆破增透技术提出了新的要求。鉴于此,提出了煤层爆破增透技术未来的发展趋势与展望。在深部构造区域煤层爆破增透方面,应发展精准定向爆破增透技术,精准增透的同时避免深部次生煤岩动力灾害的发生;在松软低渗煤层增透方面,应改变传统布孔工艺,在顶底板岩层中施工爆破孔,发展岩层爆破增透技术;在智能化爆破增透方面,应当结合人工智能、大数据分析手段,在爆破方案智能设计、爆破效果智能考察方向进行深入研究,从而进一步提高煤层爆破增透技术,与我国安全、智能的煤炭开采发展方向相符合。 展开更多
关键词 瓦斯治理 爆破增透 深孔预裂爆破 聚能爆破 顶板爆破增透 煤层气
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低渗油藏压驱损伤增透机理实验 被引量：1
2
作者 段宝江 蔡振华 +4 位作者 钱继贺 吴婧 李奇 孙新浩 吴飞鹏 《中国海上油气》 北大核心 2025年第4期163-172,共10页
压驱注水技术为低渗透油藏高效开发提供了新途径,而低渗岩石的高压注水损伤增透特征,是深入认识压驱机理和探究工艺参数界限的关键。借助真三轴压驱注水流固耦合物理模拟实验,研究分析压驱注入排量、多轮次压驱方式对注入压力变化和岩... 压驱注水技术为低渗透油藏高效开发提供了新途径,而低渗岩石的高压注水损伤增透特征,是深入认识压驱机理和探究工艺参数界限的关键。借助真三轴压驱注水流固耦合物理模拟实验,研究分析压驱注入排量、多轮次压驱方式对注入压力变化和岩石损伤破坏特征的影响。结果表明,低渗岩石压驱损伤增透过程实质为岩石内部孔隙喉道张启连通、微观裂纹损伤迭代演化,直至串联、扩展成宏观裂缝的过程,表现为膨胀起裂、损伤演化和破坏失稳3个特征阶段;压力曲线存在明显的起裂、破裂特征压力值,两者随压驱排量提高而增大,差值和响应时间间隔减少,控制压力在两个特征压力值之间,有利于促进压驱的均衡增透;岩石损伤破坏程度随排量提高而逐渐加剧,分别呈现非破裂增渗特征、裂纹性增透特征和宏观张裂特征;多轮次断续递增排量压驱方式可激励岩石呈现渐进式损伤增渗特征,较恒排量压驱可显著降低中孔升压速率,有效避免憋压,促进压驱均衡损伤增透。本文研究成果可为以均衡增透为目标的压驱注水工艺设计提供参考。 展开更多
关键词 低渗透油藏 压驱注水 岩石损伤增透特征 多轮次压驱 均衡增透
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松软煤层无水化增透理论及技术发展趋势 被引量：1
3
作者 刘勇 张汶定 +5 位作者 陈长江 魏建平 徐向宇 张宏图 南勤聪 校朋伟 《煤炭学报》 北大核心 2025年第4期2123-2146,共24页
在未来相当长的历史时期内,我国仍然要坚持以煤为主的基本国情。煤炭作为兜底保障能源,其高效开采对我国能源安全极为关键。但我国70%以上的煤层为低渗煤层,瓦斯抽采难度大、时间长。瓦斯抽采率低导致的采掘失衡是遏制煤炭产能释放的首... 在未来相当长的历史时期内,我国仍然要坚持以煤为主的基本国情。煤炭作为兜底保障能源,其高效开采对我国能源安全极为关键。但我国70%以上的煤层为低渗煤层,瓦斯抽采难度大、时间长。瓦斯抽采率低导致的采掘失衡是遏制煤炭产能释放的首要因素。尤其是随着浅部资源的枯竭,深部资源复杂赋存环境将使这一问题更加凸显。因此对低渗煤层增透是实现瓦斯高效抽采、解决采掘失衡、提高煤炭产量的有效手段。水力冲孔、水射流割缝和水力压裂等水力化技术因其技术装备成熟、应用灵活,是目前使用范围最广、行之有效的增透技术。然而在松软煤层应用水力化技术时,钻孔易出现塌孔,导致抱钻、喷孔、瓦斯超限等问题。相较于水力化技术,无水化技术从源头上避免了水对煤体强度的软化。采用无水化技术增透松软煤层,能实现瓦斯通道长时间保持通畅,具备高效抽采能力,符合新质生产力的发展理念。因此,无水化技术是目前突破松软煤层瓦斯高效抽采技术瓶颈的可行性方法。无水化技术种类繁多,但均没有在工程中得到应用或推广。为寻求无水化技术在瓦斯抽采领域的发展方向,促进无水化技术发展,突破松软煤层瓦斯高效抽采技术瓶颈,系统梳理了机械刀具、可控冲击波及(磨料)空气射流等10种无水化增透技术,并将其归纳为3类:机械类增透技术、电磁波/机械波增透技术及气体相关增透技术。详细阐述了其技术原理、增透机制、优势及瓶颈,提出了无水化技术在松软煤层瓦斯抽采工程中发展的可行性建议。形成以下主要结论:无水化技术是以机械力、冲击力或热应力的作用形式破裂煤岩,形成卸压区域、裂隙网络,促进瓦斯解吸、渗流,提高瓦斯抽采率。受能量密度和力传递方式的制约,多数无水化技术相较于水力化技术的卸压范围小。这是遏制无水化技术工程应用的主要因素。此外,技术装备的成熟度,可操作性和适用性也是遏制其应用的重要因素。低压(磨料)空气射流在松软煤层应用中发现,在气体压力小于1 MPa条件下,扩孔半径仍可大于1 m,能够实现煤层大范围的均匀卸压。综合能量传递效率和技术装备成熟度,低压(磨料)空气射流在进一步完善安全保障技术的条件下,具有应用推广的潜力。 展开更多
关键词 松软煤层 无水化技术 卸压增透 瓦斯抽采 空气射流
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超高压水射流“割压联合”卸压增透关键技术及应用
4
作者 张永将 徐遵玉 +1 位作者 李帅 袁本庆 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第9期201-212,共12页
针对深部低透气性煤层瓦斯抽采效率低、突出灾害防治难度大的问题,水力压裂、水力割缝、水力冲孔等水力化措施已成为煤矿提高煤层透气性、降低突出危险性的重要措施,但单一的水力化技术存在一定的局限性。为进一步提升深部低透煤层的卸... 针对深部低透气性煤层瓦斯抽采效率低、突出灾害防治难度大的问题,水力压裂、水力割缝、水力冲孔等水力化措施已成为煤矿提高煤层透气性、降低突出危险性的重要措施,但单一的水力化技术存在一定的局限性。为进一步提升深部低透煤层的卸压增透效果,提出了超高压水射流“割压联合”卸压增透技术,通过协同融合水力割缝精准卸压与水力压裂大范围增透的优势,基于理论分析、数值模拟与现场试验等手段,揭示了“割压联合”协同作用机制:水力割缝形成的缝槽诱导煤体应力重新分布,产生塑性弱化区;压裂液优先沿塑性弱面定向扩展,构建贯通形成立体裂隙网络,从而有效避免单一水力压裂存在的卸压盲区与局部应力集中现象。研究分析了影响割压联合卸压增透效果的关键因素,并基于新集二矿1煤层具体情况,通过数值模拟优化了割压联合关键工艺参数:缝槽间距10m可确保塑性区有效搭接,避免压裂空白带;钻孔间距70m有利于实现裂隙网络的高效贯通,形成均匀增透区域。提出了“控制型”、“强化型”割压联合卸压增透技术,“控制型”割压联合技术核心在于预先干预,在控制区域边界预施工控制孔形成导向边界,引导“割压”联合作用产生的裂隙在控制区内均匀扩展;“强化型”割压联合技术侧重于局部后处理,在采用割压联合卸压增透后,局部区域可能存在高应力区或增透薄弱区,补充水力割缝措施进行强化卸压增透;在新集二矿220106工作面现场应用表明,瓦斯抽采效率提升2.3~2.9倍,钻孔工程量减少33%~38%,抽采达标时间缩短41%~53%。“割压联合”技术成功实现了低渗煤层的大范围、均匀化、高效率卸压增透,为煤矿安全高效开采提供了理论与技术支撑。 展开更多
关键词 水力割缝 水力压裂 瓦斯抽采 控制型卸压增透 强化型卸压增透
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松软煤层深孔定向“钻-冲-护”一体化增透促抽技术 被引量：1
5
作者 李高健 栗海滔 《煤炭工程》 北大核心 2025年第2期103-111,共9页
为在松软煤层中实现精准、高效、稳定的瓦斯抽采,针对松软煤层深孔钻进轨迹漂移大、透气性低抽采效果差、钻孔易塌孔报废率高等难题,提出松软煤层深孔定向“钻-冲-护”一体化增透促抽技术。该技术通过滑动钻进和复合钻进相结合的方式实... 为在松软煤层中实现精准、高效、稳定的瓦斯抽采,针对松软煤层深孔钻进轨迹漂移大、透气性低抽采效果差、钻孔易塌孔报废率高等难题,提出松软煤层深孔定向“钻-冲-护”一体化增透促抽技术。该技术通过滑动钻进和复合钻进相结合的方式实现定向钻进工艺,通过水力冲孔工艺优化煤体应力环境实现增透促抽,通过筛管护孔工艺为孔壁提供一定支撑保证瓦斯抽采通道。工程实践表明:在松软煤层中实施深孔定向“钻-冲-护”一体化增透促抽技术,单孔最大总进尺达1942 m,为保障精准抽采奠定了基础;最长稳定抽采时间超450 d,单孔累计抽采瓦斯量超10万m^(3),护孔率最大达92.6%,实现了全孔段护孔,突破了松软煤层抽采区域不精准、抽采效果差和效率低等难题,实现了松软煤层深孔精准、高效、稳定抽采瓦斯。 展开更多
关键词 定向钻进 水力增透 筛管护孔 煤层增透 瓦斯促抽
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构造异常区能量单元切割理论及冲孔-爆破协同增透技术
6
作者 蒋静宇 董晓斌 +3 位作者 魏民涛 王成浩 程远平 史孝宁 《煤炭学报》 北大核心 2025年第5期2477-2495,共19页
煤矿构造异常区通常具有应力集中、高瓦斯赋存、低渗透性、构造煤发育及致灾能量分布不均匀的特点,是煤与瓦斯突出重点防控区域。水力/气动冲孔技术是构造煤卸荷瓦斯抽采的主要手段之一,相较于常规抽采钻孔,可明显提高卸压半径,但煤层... 煤矿构造异常区通常具有应力集中、高瓦斯赋存、低渗透性、构造煤发育及致灾能量分布不均匀的特点,是煤与瓦斯突出重点防控区域。水力/气动冲孔技术是构造煤卸荷瓦斯抽采的主要手段之一,相较于常规抽采钻孔,可明显提高卸压半径,但煤层相邻冲孔钻孔之间易形成新的应力集中带,限制和影响瓦斯抽采。采用理论分析,数值模拟和现场实验相结合的方法,研究了冲孔与爆破联合卸压增透降能消突原理。主要研究结论为:①提出了突出能量单元切割理论及冲爆协同增透技术,结合突出潜能分布和突出启动能量判据,将煤层划分若干个能量单元,进行边界处切割、内部分区治理。针对构造异常区煤体采用先冲孔后可控定向聚能爆破的方式对煤体定向致裂、释放应力,冲孔孔洞为爆破影响范围内煤体移动提供了自由空间,在爆破点处形成了煤体自由面并改变了煤层的连续性,爆生气体与定向应力波可促进应力再平衡。②FALC3D模拟显示,冲孔可以降低孔周煤体应力,随着冲孔半径的增大,卸压半径亦随之增大。且冲孔后会在孔周卸压区外形成一定范围的应力集中带,限制瓦斯流动。③阐明了可控定向聚能爆破技术的介质-能量切割原理,爆破改变了被切割单元煤体自由面附近的突出潜能赋存梯度,实现介质切割控制能量切割。单元切割有效增加了采掘工作面前方阻能区长度,降低了低能–高能过渡带内作业风险。④利用ANSYS/LS-DYNA软件,模拟了煤层可控定向聚能爆破与冲孔孔洞协同作用,结果表明可控定向聚能爆破实现了对煤体的定向致裂,在聚能方向上侵彻煤体形成较大裂隙。随着时间推移,以冲孔孔洞作为控制孔的孔周产生环向裂隙网,并随着裂隙扩展逐渐与非聚能方向的裂隙贯通,实现对煤体的有效增透。⑤冲爆协同增透技术现场试验表明,爆破孔周围10 m范围内冲孔区域煤体应力和排渣量显著降低,单、双根聚能管爆破后的瓦斯抽采纯量分别提高1.76~4.35倍和1.35~8.60倍。水力冲孔瓦斯有效抽采半径仅为5 m,冲孔与爆破协同卸压增透影响半径大于10 m,卸压效果提高一倍以上,煤巷月掘进速度提高了20 m。 展开更多
关键词 煤与瓦斯突出 构造异常区 能量单元切割 可控定向聚能爆破 卸压增透
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高压电脉冲致裂煤岩增透技术研究进展与展望
7
作者 蒋长宝 吴家耀 +1 位作者 闫发志 彭守建 《金属矿山》 北大核心 2025年第5期51-63,共13页
我国大部分煤层低透气性的特点严重制约了煤层气高效开采,高压电脉冲作为一种安全、环保且重复可控的煤岩致裂增透技术,在煤层增透领域展现了广阔的应用前景。结合业内多年研究成果,回顾了高压电脉冲技术的基本概念及发展历程,剖析了该... 我国大部分煤层低透气性的特点严重制约了煤层气高效开采,高压电脉冲作为一种安全、环保且重复可控的煤岩致裂增透技术,在煤层增透领域展现了广阔的应用前景。结合业内多年研究成果,回顾了高压电脉冲技术的基本概念及发展历程,剖析了该技术的致裂增透机制,并围绕放电参数、煤岩电学特性、煤岩矿物分布及孔裂隙特征、赋存条件4个方面系统梳理了高压电脉冲煤岩致裂增透理论的研究进展。研究表明:2015年以来,高压电脉冲技术研究热度显著上升,其典型作用机制包括液电效应和电破碎效应;高压电脉冲击穿煤岩过程可分为电场加载、极化、击穿和稳定4个阶段,煤岩孔隙结构在应力波作用下经历了扩孔、破裂、贯穿和扩展裂隙的演化模式,从而提高了渗透性;放电参数决定裂隙网络的优化程度,煤岩电学特性影响击穿难度与能量传递,矿物分布及孔裂隙特征控制等离子体通道的形成与裂纹扩展,地应力与气体压力的耦合作用则共同调控煤岩裂隙演化与渗透性变化。基于上述分析,指出了该领域发展存在的主要问题,包括信息获取困难、致裂增透机制尚不明确及击穿场强较高等,展望“十五五”乃至更长时期,认为该领域未来发展的着力点在于:①发展高压电脉冲致裂煤岩的实时监测技术;②构建高精度的热流固化电多物理场耦合模型;③探索高压电脉冲协同多技术致裂煤岩增透。以期突破现有瓶颈,推动该技术的进一步发展。 展开更多
关键词 高压电脉冲 电破碎效应 煤层增透 储层改造 煤层气开采
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基于应力-扩散-渗流耦合模型的低渗煤层水力割缝增透效果分析
8
作者 张宏图 周甜 +5 位作者 王登科 李博涛 罗勇 潘荣生 唐家豪 卢卫永 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第6期156-168,共13页
【目的和方法】为提升瓦斯抽采煤层增透效果,针对白坪矿区煤层松软、渗透率较低、瓦斯赋存条件复杂等特点,考虑有效应力、瓦斯运移、真实气体效应与迂曲度影响,构建基于孔隙−裂隙双重介质假设的煤层应力−扩散−渗流耦合模型,模拟探究不... 【目的和方法】为提升瓦斯抽采煤层增透效果,针对白坪矿区煤层松软、渗透率较低、瓦斯赋存条件复杂等特点,考虑有效应力、瓦斯运移、真实气体效应与迂曲度影响,构建基于孔隙−裂隙双重介质假设的煤层应力−扩散−渗流耦合模型,模拟探究不同钻孔间距及不同瓦斯含量煤层在抽采时瓦斯含量变化规律,开展不同增透措施及煤孔段卸煤量下现场试验,对比水力冲孔、水力割缝与机械扩孔增透效果,优选煤层增透技术。【结果和结论】建立的煤层应力−扩散−渗流耦合模型,可以更精确地描述煤层瓦斯扩散特性及瓦斯流动路径;煤层厚度与瓦斯含量对抽采效果影响显著,煤层越厚、瓦斯含量越高时,瓦斯抽采达标所需钻孔间距越小,在瓦斯含量为≤7、>7~8、>8~9.35 m^(3)/t条件下,若煤层厚度≤1 m,间距应不超过11、9、8 m,厚度为>1~5 m时,应不超过10、9、7 m,厚度为>5~9 m时,应不超过10、8、7 m。现场试验表明,水力冲孔、水力割缝与机械扩孔均可降低甲烷体积分数并提升有效抽采半径,且在抽采初期较为明显,后期变化逐渐趋于平缓;在相同技术条件下,水力割缝技术效果最优,抽采90 d时,煤层甲烷体积分数降低了64.74%,有效抽采半径增加0.35 m。 展开更多
关键词 煤层瓦斯 水力割缝 增透措施 应力–扩散–渗流耦合模型 钻孔布置
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基于硅树脂和硅油制备的增透超滑自清洁涂层 被引量：1
9
作者 常国华 杨彤 +5 位作者 吴石莲 李承刚 关润泽 周炳见 王娟 杨宇 《高分子材料科学与工程》 北大核心 2025年第1期145-153,共9页
鉴于光伏板在应用中迫切需要具有自清洁或易清洁的功能,文中开发了一种涂覆在光伏板上具有增透作用的超滑自清洁涂层。该涂层由有机硅树脂、甲基硅油、环氧树脂和硅烷偶联剂制备而成。这种超滑疏水涂层配制溶液均匀,可通过便捷的提拉和... 鉴于光伏板在应用中迫切需要具有自清洁或易清洁的功能,文中开发了一种涂覆在光伏板上具有增透作用的超滑自清洁涂层。该涂层由有机硅树脂、甲基硅油、环氧树脂和硅烷偶联剂制备而成。这种超滑疏水涂层配制溶液均匀,可通过便捷的提拉和刷涂工艺制备而成。该涂层对纯水、甲基蓝等水基液体具有小于10°的滑动性能,静态水接触角可达109°,呈疏水特性;且涂层具有优异的稳定性,在400目砂纸打磨100次循环下,涂层性能基本保持不变,对基底的黏合强度高,放置30 d后,涂层仍黏合良好;相对于裸玻璃表面具有2%~3%左右的光学增透率,应用于太阳电池表面具有0.18%初始效率的提升。此外,这种超滑涂层还具有显著的疏水、防污特性和自洁能力,在光伏领域具有潜在的应用价值。 展开更多
关键词 硅树脂 超滑涂层 疏水 自清洁 增透
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深井高瓦斯低渗煤层深孔聚能爆破增透试验研究 被引量：1
10
作者 傅师贵 刘泽功 +4 位作者 常帅 杨帅 张健玉 乔国栋 张鑫 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第5期158-173,共16页
随着煤炭逐渐往深部区域开采,将面临着高地应力问题。针对深井高瓦斯低渗煤层在深部地应力作用下聚能爆破增透煤体内部损伤及裂隙演化规律不清楚,建立了聚能爆破射流理论模型,研究了聚能射流形成的临界压垮速度,验证了射流形成的可行性... 随着煤炭逐渐往深部区域开采,将面临着高地应力问题。针对深井高瓦斯低渗煤层在深部地应力作用下聚能爆破增透煤体内部损伤及裂隙演化规律不清楚,建立了聚能爆破射流理论模型,研究了聚能射流形成的临界压垮速度,验证了射流形成的可行性,分析了聚能爆破载荷侵蚀煤体的作用机制;随后通过在实验室开展了不同埋深下聚能爆破和普通爆破的相似模拟对比试验,从宏观裂纹、应变情况以及超声波数据3个方面分析不同埋深下聚能爆破和普通爆破对煤层裂纹扩展的影响;其次通过数值模拟软件研究不同埋深下聚能爆炸载荷对煤体损伤分布特征情况;最后通过现场试验研究普通爆破和不同埋深下聚能爆破对瓦斯浓度和瓦斯抽采纯量的影响。爆破相似模拟试验结果表明:深部地应力会抑制爆破载荷对煤体的致裂范围,并且普通爆破受地应力的影响比聚能爆破更大;相对比于普通爆破,聚能药包在深部煤体爆破增透时致裂范围更广,在聚能方向上1号测点最大压应变峰值是普通爆破的1.35倍,而非聚能方向上3号测点最大压应变峰值为普通爆破的86%,这也导致裂纹优先向聚能方向扩展,在非聚能方向扩展较少,爆破定向效果更佳。数值模拟结果表明:随着埋深的增加,聚能爆破侵彻煤体的范围会变小;拟合了埋深与聚能爆破致裂煤体范围关系式,能在一定程度上为深部矿井聚能爆破致裂煤体范围作为判断依据。现场试验结果表明:深孔聚能爆破比普通深孔爆破能够更大程度增加瓦斯抽采。而埋深对深孔聚能爆破致裂范围有一定的影响,因此在深部矿井中采用聚能爆破时应考虑地应力的影响。研究成果对深部高瓦斯低渗煤层爆破增透有一定的参考意义。 展开更多
关键词 聚能射流 数值模拟 煤层增透 地应力 相似模拟
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螯合剂对低渗煤层气储层孔隙结构影响规律与增透作用机理 被引量：1
11
作者 陈书雅 蔡记华 +2 位作者 杨现禹 辛福东 张璐 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第3期264-273,共10页
我国煤层普遍具有低孔、低渗特征,采用化学增透方法溶蚀割理、裂隙中的充填矿物,增强裂隙连通性,可提高煤层渗透率和煤层气井产量。针对盐酸、土酸等常规酸体系的腐蚀和二次沉淀等问题,提出使用螯合剂进行储层改造的技术思路。以山西沁... 我国煤层普遍具有低孔、低渗特征,采用化学增透方法溶蚀割理、裂隙中的充填矿物,增强裂隙连通性,可提高煤层渗透率和煤层气井产量。针对盐酸、土酸等常规酸体系的腐蚀和二次沉淀等问题,提出使用螯合剂进行储层改造的技术思路。以山西沁水盆地成庄矿3号煤层为研究对象,采用化学滴定、静态溶蚀、表面形貌观察、岩心酸化流动、标准试片腐蚀速率评价和压汞等试验方法,探究了EDTA、HEDTA、GLDA、MGDA 4种螯合剂在不同pH条件下对煤中矿物的溶蚀效果,以及在驱替过程中煤岩心的渗透率动态变化过程,最后比较了螯合剂与常规盐酸对N-80型试片的腐蚀速率,并明确了所优选的螯合剂对煤孔隙结构影响规律及其增透作用机理。结果表明:4种螯合剂中,HEDTA对Ca^(2+)和Fe^(3+)的螯合能力最强;5%GLDA浸泡后的煤样基质产生了微裂缝和孔隙,有利于煤层气的解吸和运移;向煤岩心中注入约80倍孔隙体积(PV)的5%GLDA后,其渗透率增加68.75%;压汞结果表明,经过GLDA处理后的煤样总孔隙度由5.91%增至28.8%,这主要是由于10~100 nm和>1000 nm孔径范围内的孔隙增加;5%GLDA对N-80型试片的腐蚀速率仅为5%HCl腐蚀速率的7.53%,因此无需额外添加缓蚀剂,可有效降低酸化作业成本。环保型螯合剂通过酸化作用和螯合作用能有效溶蚀煤层中的无机矿物(方解石、铁白云石等),生成稳定、可溶的螯合物,从而提高煤层的渗透率,同时降低对储层的二次伤害,研究成果可为低渗煤层气高效勘探开发提供新的技术思路。 展开更多
关键词 低渗煤层 煤层气 渗透率 化学增透 螯合剂
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低透气性坚硬煤层联合卸压增透关键技术研究 被引量：1
12
作者 周玉军 李振华 李嘉诚 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第S1期57-65,共9页
基于焦作某矿煤层呈现高瓦斯含量、低渗透性、硬度高及复合煤层等特点,且矿区不具备开采保护层条件的情况,为提高冲孔效果及瓦斯抽采效果,提出“松动爆破-机械造穴-水力冲孔”联合增透技术;运用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件对不同的钻... 基于焦作某矿煤层呈现高瓦斯含量、低渗透性、硬度高及复合煤层等特点,且矿区不具备开采保护层条件的情况,为提高冲孔效果及瓦斯抽采效果,提出“松动爆破-机械造穴-水力冲孔”联合增透技术;运用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件对不同的钻孔间距下的裂隙扩展状态进行模拟;对装药密度、装药结构与装药量等爆破参数进行了现场考察;利用PFC2D数值模拟软件对不同造穴钻孔直径下的裂隙发育范围进行模拟;对刀具开闭程度与水压的关系进行了调试。结果表明:在辅助孔的导向作用下,在2孔之间生成贯通裂隙面,且模拟出爆破孔与辅助孔最佳间距为4 m;最佳的装药结构为使用联合增透技术后“改造药仓3卷并排装药”,合理的装药密度为1.02 kg/m;通过PFC2D进行模拟确定合理的扩孔直径为500 mm;现场进行水压与刀臂张开度测试,显示当水压达到6 MPa时,造穴刀臂能完全打开;现场工业性试验实施后,与矿井常规的水力冲孔措施相对比,冲孔速度提高1.21倍;冲孔效率提高1.23倍,钻孔冲煤量提高1.09倍;抽采浓度初始值、60 d值、120 d值分别增加20%、14%、16%。数值模拟与现场工业性试验结果均证明:提出的联合增透技术在低透气性硬煤中能够提高冲孔效果及抽采浓度,为其他低透气性坚硬煤层的瓦斯治理提供了参考。 展开更多
关键词 低透气性 坚硬煤层 数值模拟 联合增透技术 冲孔效果
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超表面电磁增透技术研究进展
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作者 李铁夫 楚遵天 +7 位作者 韩亚娟 杨杰 丁畅 贾宇翔 富新民 柳兆堂 冯存前 王甲富 《航空制造技术》 北大核心 2025年第15期63-81,共19页
相控阵雷达等有源射频系统的辐射/接收前端往往需要装配天线罩或电磁窗,作为典型的结构-功能一体化器件,一方面要保护系统内部结构不受外界环境侵害;另一方面要确保在工作频段电磁波能够高效透过,从而保证射频系统正常工作。由于需要足... 相控阵雷达等有源射频系统的辐射/接收前端往往需要装配天线罩或电磁窗,作为典型的结构-功能一体化器件,一方面要保护系统内部结构不受外界环境侵害;另一方面要确保在工作频段电磁波能够高效透过,从而保证射频系统正常工作。由于需要足够的刚度和强度,天线罩和电磁窗的介电常数一般较大,易造成透波性能下降和插入相移增大等问题。因此在传统技术逐渐难以满足实际应用需求的背景下,亟须探索基于新机理的电磁波透射率增强技术(简称电磁增透技术),在工作带宽和角域等方面提升传统材料的透波性能。超表面作为二维形式的超材料,具有多维度的电磁调控能力,且在几何属性上符合当今电磁设备的主要发展趋势,对于电磁增透技术具有重要应用价值。本文系统介绍了超表面电磁增透技术研究进展,首先扼要回顾了典型的传统电磁增透技术,后重点介绍了超表面电磁增透机理、设计思想和具体设计架构,并分析了各类电磁增透超表面的特点,最后对电磁增透技术领域亟须解决的关键问题及发展趋势进行了总结和展望。 展开更多
关键词 超表面 电磁增透 各向异性 阻抗匹配 布儒斯特效应 惠更斯原理 多机理复合
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煤层增透清洁压裂液体系研究进展及展望
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作者 孟想 杨萌萌 +2 位作者 闫发志 张兴华 张亮 《应用化工》 北大核心 2025年第2期473-477,共5页
水力压裂技术是我国常用的煤层增透措施。压裂液的选择对增透效果起关键作用。清洁压裂液具有携砂性能好、对煤层伤害低、对环境污染小等优势,在煤层水力压裂增透中具有广阔的应用前景。按照清洁压裂液主剂黏弹性表面活性剂(VES)在水溶... 水力压裂技术是我国常用的煤层增透措施。压裂液的选择对增透效果起关键作用。清洁压裂液具有携砂性能好、对煤层伤害低、对环境污染小等优势,在煤层水力压裂增透中具有广阔的应用前景。按照清洁压裂液主剂黏弹性表面活性剂(VES)在水溶液中能否电离以及电离后所带电荷种类进行压裂液种类划分,总结了不同类型清洁压裂液的组成及应用情况;介绍了清洁压裂液改造煤层后煤中孔、裂隙演化规律及煤表面的化学变化特征,可为清洁压裂液配方选择和优化提供理论指导。指出降低成本、提高压裂液耐温、耐剪切性是清洁压裂液的重要研究方向。开展双子型表面活性剂压裂液、清洁压裂液复配体系、纳米颗粒改性清洁压裂液的研究,是提高煤层增透效果的有效途径。 展开更多
关键词 黏弹性表面活性剂 清洁压裂液 煤层增透 水力压裂
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瓦斯抽采钻孔水射流扩孔修复增透技术研究及应用
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作者 徐刚 孟子涵 +4 位作者 刘佳伟 刘晓 马利伟 单永科 金洪伟 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第9期319-329,共11页
瓦斯浓度衰减严重、抽采效率低下是我国煤矿瓦斯抽采中亟待解决的技术难题。依据水射流在空气中的射流结构建立了水射流破煤数学模型,应用空腔膨胀理论提出了水射流冲击作用下煤体破碎强度准则,进而得到了水射流破煤深度的计算方法;然... 瓦斯浓度衰减严重、抽采效率低下是我国煤矿瓦斯抽采中亟待解决的技术难题。依据水射流在空气中的射流结构建立了水射流破煤数学模型,应用空腔膨胀理论提出了水射流冲击作用下煤体破碎强度准则,进而得到了水射流破煤深度的计算方法;然后基于水射流对瓦斯抽采钻孔周围煤体的冲刷解堵作用、扩孔增透作用和冲击损伤作用阐释了瓦斯抽采钻孔水射流扩孔修复增透机理,并建立了钻孔周围煤体增透范围计算模型,获得了水射流作用下钻孔周围煤体径向应力、切向应力的分布规律;再采用有限元仿真软件LS-DYNA对水射流破煤过程进行了数值模拟,获得了射流压力作用下破煤深度的变化规律和煤体径向应力、煤体损伤的分布规律;最后研发了瓦斯抽采钻孔扩孔修复增透作业装置并在新安煤矿14250下部底板巷穿层钻孔进行了实践应用。结果表明:水射流破煤深度随射流压力的增大线性增加,随射流距离的增大线性减小,随煤体强度的增大呈幂函数形式减小;水射流对瓦斯抽采钻孔的增透作用包括冲刷解堵作用、扩孔增透作用和冲击损伤作用3个方面,水射流扩大了钻孔半径,增透范围随钻孔半径的增加而线性增大,水射流压力越高煤体径向应力和切向应力越大,钻孔周围煤体损伤范围也越大;形成了以喷头进入煤层段深度、冲出煤岩量和瓦斯浓度为指标的瓦斯抽采钻孔水射流扩孔修复增透效果评价体系。根据修复增透试验情况,喷头进入煤层段深度的比率达到90.5%,单孔冲出的煤岩量可达385.6kg,扩孔修复增透技术的实施使钻孔等效半径由56.50mm增大到114.02mm,增透范围由修复前的67.80mm扩大到136.82mm,瓦斯体积分数由修复前的1.40%提升到13.46%,实现了瓦斯抽采钻孔的冲刷解堵作用、扩孔增透作用和瓦斯抽采效果的显著提升。研究成果可为提升煤层瓦斯抽采钻孔的利用效率提供理论依据和技术支持。 展开更多
关键词 瓦斯抽采钻孔 水射流动压 破碎强度 扩孔修复增透 瓦斯浓度
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低渗低压煤层多孔协同水力压裂增透影响因素研究
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作者 祁云 白晨浩 +3 位作者 李绪萍 段宏飞 汪伟 崔欣超 《中国安全生产科学技术》 北大核心 2025年第9期69-76,共8页
为解决低渗低压煤层的抽采效率低和突出风险高等难题,以山西福达煤矿为工程背景,基于弹性损伤理论建立围岩渗流—损伤耦合方程,揭示水力压裂过程裂隙动态演化机制。首先,运用RFPA^(2D)-Flow数值模拟软件开展煤层多孔协同钻孔水力压力增... 为解决低渗低压煤层的抽采效率低和突出风险高等难题,以山西福达煤矿为工程背景,基于弹性损伤理论建立围岩渗流—损伤耦合方程,揭示水力压裂过程裂隙动态演化机制。首先,运用RFPA^(2D)-Flow数值模拟软件开展煤层多孔协同钻孔水力压力增透效果模拟,探究不同注水压力、注水流量、压裂时间和压裂孔径影响煤岩裂缝起裂及扩展的程度;其次,通过正交试验法,以有效压力半径为指标,分析各因素对水力压裂效果的影响。研究结果表明:低渗低压煤层水力压裂各因素影响有效压裂半径的主次顺序为:压裂时间>注水流量>注水压力>压裂孔径;有效压裂半径与注水流量、压裂时间具有良好的线性关系,且随注水压力和压裂孔径的增大呈先降低后上升的趋势;注水压力6 MPa、注水流量15 m^(3)/h、压裂孔径72 mm、压裂时间600 s为最佳水力压裂条件。研究结果可为低渗低压煤层水力压裂增透的研究提供参考。 展开更多
关键词 低渗低压 水力压裂 增透 有效压裂半径 裂缝
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煤与瓦斯共采钻孔增透半径理论分析与应用 被引量：28
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作者 马念杰 郭晓菲 +2 位作者 赵希栋 李季 闫振雄 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期120-127,共8页
在煤与瓦斯共采时,受采动加、卸载应力影响,瓦斯抽采钻孔围岩塑性区内煤体会产生大量裂隙,增大了瓦斯的渗透率,形成瓦斯增透圈,增透圈半径的大小直接影响瓦斯的抽采效果。以钻孔围岩"蝶形塑性区"理论为基础,建立了钻孔塑性区... 在煤与瓦斯共采时,受采动加、卸载应力影响,瓦斯抽采钻孔围岩塑性区内煤体会产生大量裂隙,增大了瓦斯的渗透率,形成瓦斯增透圈,增透圈半径的大小直接影响瓦斯的抽采效果。以钻孔围岩"蝶形塑性区"理论为基础,建立了钻孔塑性区与瓦斯增透圈模型,首次推导出了钻孔增透圈半径解析式。深入分析了钻孔增透半径影响因素发现:增透半径与钻孔半径成线性正比例关系,与最小围压和围压比值呈类指数增长关系,与岩石黏聚力和内摩擦角呈负指数变化关系;其中最小围压与围压比值是影响增透半径的关键因素,深部开采与高围压比值是形成大尺寸有效增透圈的必要和充分条件。这一理论为煤与瓦斯共采中瓦斯抽采钻孔间距设计、位置选择、方向确定、采场与钻孔布置在时间和空间上关系协调提供了科学依据。 展开更多
关键词 煤与瓦斯共采 增透半径 钻孔增透圈 蝶形塑性区 围压比值 深部开采
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煤储层造缝及卸压增透实验研究 被引量：23
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作者 蔺海晓 苏现波 +1 位作者 刘晓 郭红玉 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第S2期432-435,共4页
煤矿井下瓦斯抽采难易程度取决于煤体渗透性,煤体增透是瓦斯抽采研究的关键之一。以煤岩体加载作用下的渗透率测试实验为前提,揭示了不同结构煤体水力强化的造缝和卸压两种增透机理;提出了硬煤(原生结构煤和碎裂煤)可通过水力压裂造缝... 煤矿井下瓦斯抽采难易程度取决于煤体渗透性,煤体增透是瓦斯抽采研究的关键之一。以煤岩体加载作用下的渗透率测试实验为前提,揭示了不同结构煤体水力强化的造缝和卸压两种增透机理;提出了硬煤(原生结构煤和碎裂煤)可通过水力压裂造缝提升渗透率,软煤(碎粒煤和糜棱煤)可通过冲孔出煤卸压增透或顶底板围岩水力压裂抽采的两种工艺,从而形成了基于煤体结构的水力强化增透瓦斯抽采技术。现场应用结果充分说明了实验室研究结论的正确性。 展开更多
关键词 水力强化 压裂增透 卸压增透 渗透率 瓦斯抽采 煤体结构
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煤层顶板梳状定向长钻孔分段压裂增透抽采技术
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作者 刘军 《中国煤炭》 北大核心 2025年第5期88-95,共8页
针对碎软煤层钻孔施工困难、覆盖范围小、抽采效果不佳的难题,以韩城矿区为背景,在定向长钻孔技术和水力压裂技术的基础上,结合现场实际顶板情况,提出了煤层顶板梳状定向长钻孔分段压裂增透抽采技术,并在桑树坪二号井3310工作面成功试... 针对碎软煤层钻孔施工困难、覆盖范围小、抽采效果不佳的难题,以韩城矿区为背景,在定向长钻孔技术和水力压裂技术的基础上,结合现场实际顶板情况,提出了煤层顶板梳状定向长钻孔分段压裂增透抽采技术,并在桑树坪二号井3310工作面成功试验。试验结果表明,煤层顶板梳状定向长钻孔分段压裂技术有效解决了钻孔施工过程中塌孔、卡钻等现象,压裂影响范围为32~40 m,实现了煤层瓦斯大范围预抽;瓦斯抽采分为4个阶段,即缓慢增长阶段、快速增长阶段、衰减阶段和稳定阶段,稳定阶段平均瓦斯抽采纯量为1.2 m^(3)/min,平均抽采浓度为42.6%,百米钻孔瓦斯抽采纯量为0.101 m^(3)/min;与邻近工作面常规顺层钻孔瓦斯抽采相比,顶板定向梳状长钻孔分段水力压裂钻孔瓦斯抽采浓度和抽采纯量分别提高了1.8倍和4.2倍。 展开更多
关键词 煤层顶板 梳状长钻孔 分段压裂 增透抽采 碎软低渗
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疏水型纳米SiO_2增透薄膜的制备与性能研究 被引量：13
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作者 姚兰芳 解德滨 +3 位作者 肖轶群 沈军 吴广明 王珏 《材料科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2004年第4期502-504,共3页
采用溶胶—凝胶技术 ,以正硅酸乙酯 (TEOS)为有机醇盐前驱体 ,无水乙醇 (EtOH)为溶剂 ,在碱催化体系中通过选择合适的原料的比例 ,制得碱性的增透膜 ,然后对所得的薄膜进行表面修饰 ,制得既有增透性质又有疏水性的增透膜 ,克服了增透膜... 采用溶胶—凝胶技术 ,以正硅酸乙酯 (TEOS)为有机醇盐前驱体 ,无水乙醇 (EtOH)为溶剂 ,在碱催化体系中通过选择合适的原料的比例 ,制得碱性的增透膜 ,然后对所得的薄膜进行表面修饰 ,制得既有增透性质又有疏水性的增透膜 ,克服了增透膜防潮性能差的缺点。采用椭偏仪、傅立叶型红外分光光度计、UV VIS NIR分光光度计和接触角测试仪对膜的折射率、厚度、红外特性、透过光谱、接触角进行表征。 展开更多
关键词 增透薄膜 溶胶-凝胶 疏水性 表面修饰 增透
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