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ScCO_(2)作用下高阶构造煤吸附热变化特征及机制 被引量：1
1
作者 张小东 王康 +2 位作者 卢铁 王芳芳 张硕 《中国石油大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期81-91,共11页
CO_(2)注入深部煤层强化煤层气开采(CO_(2)-ECBM)具有减少温室气体排放、提高深部煤层气开采效率的意义。为了揭示深部煤层实施CO_(2)-ECBM中超临界二氧化碳(ScCO_(2))对不同破坏程度煤的吸附性的影响规律,对变质程度较高的贫煤和无烟... CO_(2)注入深部煤层强化煤层气开采(CO_(2)-ECBM)具有减少温室气体排放、提高深部煤层气开采效率的意义。为了揭示深部煤层实施CO_(2)-ECBM中超临界二氧化碳(ScCO_(2))对不同破坏程度煤的吸附性的影响规律,对变质程度较高的贫煤和无烟煤开展ScCO_(2)改造试验,基于煤的矿物组成、孔隙性的差异和吸附热变化测试结果,探讨ScCO_(2)对高阶构造煤吸附热的影响机制。结果表明:ScCO_(2)对碳酸盐类矿物改造效果最好,其次是黏土矿物,而对石英影响最小;ScCO_(2)对贫煤的改造效果强于无烟煤,贫煤构造煤的积分吸附热大于原生结构煤,且ScCO_(2)改造后构造煤的积分吸附热增加幅度更明显;ScCO_(2)改造后,温度增加,强化了温度对煤样积分吸附热的影响,压力增加,无烟煤积分吸附热的降低幅度变大,而贫煤积分吸附热的增幅先变大后减小。 展开更多
关键词 CO_(2)地质封存 ScCO_(2) 高阶构造煤 吸附热
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含构造煤组合体受载裂隙动态演化规律 被引量：1
2
作者 赵鹏翔 刘莹莹 +4 位作者 李树刚 刘妍群 刘云川 王捞捞 陆卫东 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第3期167-176,共10页
【目的】构造煤裂隙发育对开采扰动下组合煤体动力灾害诱发具有重要影响作用,但影响规律尚不明晰。【方法】利用NanoVoxel-3000岩土多尺度高分辨综合扫描分析系统,开展含构造煤组合体单轴压缩CT扫描实验,通过Avizo重构软件重构细观几何... 【目的】构造煤裂隙发育对开采扰动下组合煤体动力灾害诱发具有重要影响作用,但影响规律尚不明晰。【方法】利用NanoVoxel-3000岩土多尺度高分辨综合扫描分析系统,开展含构造煤组合体单轴压缩CT扫描实验,通过Avizo重构软件重构细观几何结构,获得内部三维裂隙可视化模型。【结果和结论】结果表明:裂隙最先在构造煤中产生,裂隙扩展路径分别向上原生结构煤、下原生结构煤发育,径向、纵向裂隙数量总量分别达到7354、1901条;内部裂纹分支数目不断增大,界面破坏裂隙的倾向分布、倾角变化也越复杂,上界面裂隙散射角最终为86°、119°、124°、137°,下界面裂隙散射角为116°。受载过程中,试件整体呈组合破裂模式−倒“V”形+丛状裂隙,裂隙主要集中在构造煤中,占总裂隙的78.5%,裂隙体积和裂隙率呈现降低−缓慢上升−急剧上升−缓慢上升的发展规律。主裂隙长度由44.7 mm增长到99.4 mm,裂隙扩展速度呈现降低−上升−降低的发展规律。通过细观损伤力学模型、两参Weibull函数,构建含构造煤组合体试件裂隙扩展表征模型,建立组合体试件主裂隙形成路径判定流程,通过Matlab软件验证主裂隙路径形成判定的合理性,发现相对误差为1.54%~4.21%,验证了主裂隙路径形成判定的有效性,揭示受载作用下含构造煤组合体裂隙动态演化规律,为研究组合煤层开采扰动下煤岩动力灾害诱发因素提供理论依据。 展开更多
关键词 含构造煤组合体 CT扫描 单轴压缩 裂隙演化 裂隙扩展表征模型
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构造煤中有机显微组分变形差异的力学及分子结构本质
3
作者 侯晨亮 姜波 +3 位作者 李明 宋昱 刘和武 程国玺 《煤炭学报》 北大核心 2025年第3期1633-1646,共14页
煤体微观变形的非均质性对煤层气赋存、运移产出具有重要影响,其中有机显微组分变形差异是煤体微观变形的关键,当前对有机显微组分变形差异性与其力学性质及分子结构之间的内在联系研究仍相对薄弱。以构造煤中有机显微组分变形差异性特... 煤体微观变形的非均质性对煤层气赋存、运移产出具有重要影响,其中有机显微组分变形差异是煤体微观变形的关键,当前对有机显微组分变形差异性与其力学性质及分子结构之间的内在联系研究仍相对薄弱。以构造煤中有机显微组分变形差异性特征研究为基础,借助原生结构煤的高温高压变形物理模拟试验验证原位温度-应力条件下有机显微组分的变形规律,结合有机显微组分的原位纳米力学参数和分子结构特征等测试结果,阐释了构造煤中有机显微组分变形差异的力学及分子结构本质。结果表明:壳质组的分子结构松散、稳定性低、可抵抗的应力最小,表现出的硬度和弹性模量也最小,相同温度、应力载荷作用下蠕变位移最大,构造应力作用下易发生韧性弯曲变形;镜质组的分子结构相对紧密、稳定性较高、可抵抗应力较大,其硬度和弹性模量较大,相同温度、应力载荷作用下蠕变位移较小,构造应力作用下多出现脆性破裂变形;相比而言,惰质组的分子结构最为紧密、稳定性最高、可抵抗应力最大,其硬度和弹性模量最大,等同温度、应力载荷作用下蠕变位移最小,相同构造应力作用下产生的脆性破裂变形要弱于镜质组。 展开更多
关键词 构造煤 微观变形 有机显微组分 力学性质 分子结构
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含构造煤组合体三轴加载渗透演化规律影响因素分析
4
作者 赵鹏翔 刘莹莹 +5 位作者 李树刚 王玉龙 刘云川 林海飞 马晓川 任兴鹏 《安全与环境学报》 北大核心 2025年第7期2572-2581,共10页
探究不同水平下含构造煤组合体的渗透演化规律,以不同占比的构造煤组合体试件为研究对象,采用三轴煤岩芯渗透率自动测试仪,开展不同围压、气体压力、轴压条件下构造煤组合体渗透特性试验。引入连通系数,结合达西定律、泊肃叶定律,整理... 探究不同水平下含构造煤组合体的渗透演化规律,以不同占比的构造煤组合体试件为研究对象,采用三轴煤岩芯渗透率自动测试仪,开展不同围压、气体压力、轴压条件下构造煤组合体渗透特性试验。引入连通系数,结合达西定律、泊肃叶定律,整理变形得出不同构造煤占比与渗透率变化之间的关系式。结果表明:对于不同占比构造煤试件,试件渗透率随围压的增大而减小,全构造煤渗透率变化速率是全原生煤渗透率变化速率的7.3倍,含构造煤组合体试件渗透率变化速率是全原生煤、全构造煤渗透率变化速率的0.4~0.8倍;试件渗透率随轴压的增大而减小,含构造煤组合体试件及全构造煤存在轴压临界点,分别为1 MPa、1.5 MPa,含构造煤组合体试件渗透率变化速率是全原生煤、全构造煤渗透率变化速率的0.5~1.3倍;试件渗透率随气体压力的增大而减小,含构造煤组合体试件渗透率变化速率是全原生煤、全构造煤渗透率变化速率的1.7~2.8倍。三轴作用对试件渗透率存在正反两种影响,对构造煤组合体试件渗透率影响程度从大到小依次为气体压力、围压、轴压。研究结果可为组合煤层中煤层气的流动机理提供研究基础。 展开更多
关键词 安全工程 构造煤组合体试件 渗透率 三轴加载 影响因素
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构造煤层顶板爆破跨界面致裂增透机制研究及应用 被引量：7
5
作者 高魁 王有为 +2 位作者 乔国栋 田宇 傅师贵 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期35-46,共12页
深部煤炭开采地质条件恶化,原生煤在多期构造运动作用下形成松软低渗高瓦斯构造煤层,煤层钻孔施工困难,爆破增透产生的裂隙不发育且易于重新压实。针对目前构造煤层顶板爆破致裂增透关键技术没有得到根本突破问题,构建试验模型进行煤层... 深部煤炭开采地质条件恶化,原生煤在多期构造运动作用下形成松软低渗高瓦斯构造煤层,煤层钻孔施工困难,爆破增透产生的裂隙不发育且易于重新压实。针对目前构造煤层顶板爆破致裂增透关键技术没有得到根本突破问题,构建试验模型进行煤层顶板爆破相似模拟试验和数值分析,监测跨界面应力波传播和宏观三维裂隙演化形态,再现了爆破应力波传播和煤岩体内部损伤破坏过程。研究表明:(1)构造煤层爆破损伤范围主要集中在爆破孔和煤层上下煤岩交界面附近煤体;构造煤顶板爆破产生跨界面致裂卸压裂纹,爆破损伤沿爆破孔向四周岩体扩展,最后蔓延到煤层底板,爆破孔位置和上部煤岩交界面以及煤层内部的损伤较为严重。(2)爆破应力波从构造煤层顶板传播到煤岩交界面时发生波的透射和反射,透射的压缩应力波破坏煤体;反射的拉伸应力波反作用于煤岩交界面区域岩体。(3)爆破累积损伤产生的跨界面交叉裂纹卸压,使顶板岩层裂隙和构造煤层裂隙贯通,有利于构造煤层的瓦斯垂向运移流动和卸压瓦斯抽采。现场应用表明,煤层顶板爆破瓦斯抽采纯量及其浓度快速上升,瓦斯抽采纯量从爆破前的0.07 m^(3)/min提高到1.73 m^(3)/min,体积分数从10.46%上升到68.50%,并且长时间维持在较高水平。研究成果可为深部构造煤层瓦斯高效抽采提供理论基础和技术支持。 展开更多
关键词 构造煤 模拟试验 爆破卸压 煤层增透 瓦斯治理
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基于氮气吸附-扫描电镜的构造煤孔隙特征研究 被引量：6
6
作者 霍中刚 席志哲 +1 位作者 郭建行 汪东 《煤炭工程》 北大核心 2024年第3期149-156,共8页
煤的孔隙结构特征与瓦斯的吸附和运移密切相关,构造煤的孔隙结构特征由于受到构造应力的破坏而趋于复杂,因此开展构造煤孔隙发育的研究是提升瓦斯治理水平的重要方向。以西山煤田南部东于煤矿三组构造煤和一组原生煤为研究对象,采取低... 煤的孔隙结构特征与瓦斯的吸附和运移密切相关,构造煤的孔隙结构特征由于受到构造应力的破坏而趋于复杂,因此开展构造煤孔隙发育的研究是提升瓦斯治理水平的重要方向。以西山煤田南部东于煤矿三组构造煤和一组原生煤为研究对象,采取低温液氮吸附法和扫描电子显微镜(SEM),联合观测构造煤与原生煤的孔隙特征。研究表明:三组构造煤的氮气吸附量为原生煤的2.04倍、1.49倍和2.90倍,三组构造煤的孔容为原生煤的2.08倍、1.53倍和2.96倍;三组构造煤的孔容大部分由微孔和小孔提供均达到69.71%以上,孔比表面积大部分由微孔提供均达到了79.04%以上;原生煤的孔容大部分由微孔和小孔提供达到了89.38%,孔比表面积微孔占比93.97%;三组构造煤的孔隙结构相比原生煤更加复杂,具有更大的分形维数(2.6985~2.7106);三组构造煤(10000倍)表面分形维数分别为1.962、1.979、1.947均大于原生煤1.945,构造煤与原生煤相比有更为发育的孔隙特征;分形维数D1与总孔比表面积、微孔比表面积成正比;挥发分含量在一定范围内与总孔比表面积、微孔比表面积、小孔比表面积成正比。 展开更多
关键词 构造煤 孔隙特征 液氮吸附 电镜扫描 分形维数 挥发分
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动力变质作用对构造煤微纳米孔隙结构演化的影响机理 被引量：2
7
作者 刘和武 吕晓雪 +1 位作者 侯晨亮 熊作鹏 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期1-12,共12页
【目的】煤中微纳米孔隙结构是瓦斯的主要赋存空间之一,探讨动力变质影响下构造煤微纳米孔隙结构的演化机制,有助于深入理解煤与瓦斯突出机理。【方法】综合利用CO_(2)吸附实验、傅里叶变换红外光谱(FTIR)测试和分子动力学,模拟研究宿... 【目的】煤中微纳米孔隙结构是瓦斯的主要赋存空间之一,探讨动力变质影响下构造煤微纳米孔隙结构的演化机制,有助于深入理解煤与瓦斯突出机理。【方法】综合利用CO_(2)吸附实验、傅里叶变换红外光谱(FTIR)测试和分子动力学,模拟研究宿州祁南矿72煤层发育的不同类型构造煤微纳米孔隙结构演化特征及机理。【结果和结论】结果表明:随着构造变形增强,超微孔(0.3~0.7 nm)孔径整体向小孔径方向偏移,微纳米孔隙体积分形维数和比表面积分形维数增大,非均质性增大,孔隙结构复杂度升高;分子结构测试和分子动力学模拟结果表明,脆性变形构造煤主要发生应力降解作用,煤分子结构中氢键、脂肪侧链和含氧官能团的断裂和解离促使分子结构活动性增强,并在构造应力作用下煤大分子结构初步被压缩;脆韧性和韧性变形构造煤可以发生显著的应力缩聚作用,煤中芳香结构发生旋转、折叠和重组等化学变化,形成排列更紧密的构造煤分子结构构型。因此,随着构造变形作用增强,煤大分子结构被不断压缩改变,分子结构间隙被分割,导致微纳米孔隙结构的形态和大小发生改变,孔隙复杂度升高,孔径整体向小孔径方向偏移。 展开更多
关键词 构造煤 动力变质 孔隙结构 分子结构 影响机理
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2020-2021年陕晋冀地区五种破坏类型井下构造煤的深度学习图像数据集
8
作者 冯永安 韩晓天 +1 位作者 刘铁 吕伏 《中国科学数据（中英文网络版）》 CSCD 2024年第4期376-383,共8页
井下煤体破坏类型的机器视觉识别可以为煤与瓦斯突出事故的预测、井下安全的评估和智慧矿山工程的建设提供信息支撑和技术支持。目前煤矿中构造煤的煤体破坏类型判别仍以经验性地宏观物理观察辨识为主,但该方法受主观经验和环境因素影... 井下煤体破坏类型的机器视觉识别可以为煤与瓦斯突出事故的预测、井下安全的评估和智慧矿山工程的建设提供信息支撑和技术支持。目前煤矿中构造煤的煤体破坏类型判别仍以经验性地宏观物理观察辨识为主,但该方法受主观经验和环境因素影响较大。构建构造煤的图像分类机器学习模型需要高质量、均衡、真实的井下构造煤样本图像。本数据集通过人为携带高清防爆相机在多个不同矿井环境下进行拍摄采集,提供了可用于深度学习的井下原生状态破坏煤图像集。数据集大小约为1.55GB,包含不同矿井环境、光照、角度下的非破坏煤、破坏煤、强烈破坏煤、粉碎煤和全粉煤,共计1031张图像,平均每类206张,能够满足深度学习模型的基础训练需要。在数据采集过程中,采取了严格的数据质量控制措施,对图像的清晰度、真实性等进行了评估,确保了数据的可靠性。本数据集针对构造煤破坏类型进行构建,为下一阶段基于机器学习的煤体破坏类型识别研究提供必要的数据基础和研究素材。 展开更多
关键词 构造煤 煤体破坏类型 井下环境 深度学习 识别 训练
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贵州六盘水煤田构造煤储层特征与煤层气勘探开发方向 被引量：5
9
作者 邱文慈 桑树勋 +7 位作者 郭志军 韩思杰 周效志 周培明 吴章利 桑国蕴 张斌斌 高为 《油气藏评价与开发》 CSCD 北大核心 2024年第6期959-966,974,共9页
贵州省煤层气资源丰富,但构造煤的发育制约了煤层气增储上产,通过研究贵州构造煤储层特征,在此基础上提出了可适配的勘探开发技术,为提高贵州构造煤储层资源的安全、高效开发技术水平提供了理论基础。在煤层力学性质非均质性和构造应力... 贵州省煤层气资源丰富,但构造煤的发育制约了煤层气增储上产,通过研究贵州构造煤储层特征,在此基础上提出了可适配的勘探开发技术,为提高贵州构造煤储层资源的安全、高效开发技术水平提供了理论基础。在煤层力学性质非均质性和构造应力场不均匀分布的控制下,构造煤分层现象更为普遍。以六盘水煤田大河边向斜11号煤层为例,开展等温吸附、压汞、低温液氮、低温CO_(2)吸附实验,研究了各分层储层物性特征,讨论了厚煤层构造煤分层形成机制及煤层气富集模式,比较了复杂煤体结构厚煤层煤层气适配性勘探开发技术及其适用性。研究表明:(1)大河边向斜11号煤层平均厚度为4.48 m,厚煤层的形成是盆地沉降速率和物源沉积补偿平衡的结果,在后期挤压和推覆构造作用下,11号煤层出现挤压、破碎甚至层间滑动,构造煤分层开始发育,中部分层应力集中且煤岩力学性质偏弱;(2)11号煤层在垂向上发育“三明治”特征,自上而下分别为原生结构煤、糜棱煤和碎裂煤;(3)中部煤储层的微孔比例最高,吸附能力最强,最大吸附量的兰氏体积呈现出中分层(16.55 cm^(3)/g)>下分层(14.69 cm^(3)/g)>上分层(13.96 cm^(3)/g)的规律;(4)研究区11号煤层形成岩性-断层-水力封堵型气藏,针对煤体结构分层特征对比分析了3种不同的开发技术路线,提出适用性最强的水平井构造煤软分层造穴卸压煤层气开发方向。 展开更多
关键词 构造煤分层 煤层气 厚煤层 储层特征 勘探开发方向
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沁水盆地构造煤弹性各向异性及裂缝特征研究 被引量：2
10
作者 龚飞 王国伟 +3 位作者 康武江 彭苏萍 邹冠贵 张钊基 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期3544-3555,共12页
煤的弹性及其各向异性特征是煤层气储层预测的基础,由于煤矿物组成和孔隙结构十分复杂,其弹性及其各向异性性质不够明确.因此,本文选取沁水盆地四组中高阶构造煤,在不同围压条件下对垂直层理、平行面割理、平行端割理和与层理呈45°... 煤的弹性及其各向异性特征是煤层气储层预测的基础,由于煤矿物组成和孔隙结构十分复杂,其弹性及其各向异性性质不够明确.因此,本文选取沁水盆地四组中高阶构造煤,在不同围压条件下对垂直层理、平行面割理、平行端割理和与层理呈45°四个方向的柱塞样开展了超声速度测试,分析煤样的弹性及其各向异性特征.结果表明:煤样速度随围压呈非线性增加,不同方向速度应力敏感性差异较大.煤样速度存在明显的各向异性,垂直端割理方向的速度最大,垂直层理方向最小.煤样在面-端割理方向速度差异均小于5%,远小于平行层理方向与垂直层理方向之间的速度差异,可被近似当作横向各向同性介质.煤样速度各向异性参数与围压呈负相关,压力增加导致的各向异性变化量远小于最高压时速度各向异性,说明层理是煤样各向异性的主导因素,裂缝的存在增强了煤样的各向异性.此外,我们对煤样不同方向的裂缝密度进行了定量表征,并讨论了与弹性及其各向异性特征之间的关系.研究结果可为煤层气储层各向异性反演及面-端割理识别等提供岩石物理支撑. 展开更多
关键词 构造煤 弹性性质 各向异性 裂缝
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构造煤变形能及在煤与瓦斯突出中的作用 被引量：13
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作者 程远平 王成浩 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期645-663,共19页
煤与瓦斯突出是一种以煤体变形能与瓦斯膨胀能共同驱动的煤岩动力灾害,尽管突出的综合作用假说已被广泛认可,相比于瓦斯膨胀能,煤体变形能在突出中的作用总被忽视。为了确定煤体变形能在突出中是否可以被忽略,对霍多特和郑哲敏的研究(... 煤与瓦斯突出是一种以煤体变形能与瓦斯膨胀能共同驱动的煤岩动力灾害,尽管突出的综合作用假说已被广泛认可,相比于瓦斯膨胀能,煤体变形能在突出中的作用总被忽视。为了确定煤体变形能在突出中是否可以被忽略,对霍多特和郑哲敏的研究(突出能量领域的代表性成果)开展了系统回顾与讨论,认为霍多特提出的突出激发能量判据以煤体变形能为核心,而郑哲敏的数量级对比结果不能作为变形能可以被忽视的证据。大部分煤与瓦斯突出事故发生在构造煤层中,为揭示构造煤变形能在突出中的贡献,开展了煤体循环载荷实验与三轴破坏同步声发射监测实验,实验结果表明:与原生煤的线性、小变形特征不同,构造煤的加卸载曲线具有非线性、大变形的特征,构造煤的变形能与应力不再符合平方关系。基于土力学临界状态模型,构建了适用于构造煤非线性特征的变形能理论计算模型,该模型反映了煤体变形能与应力间的幂函数关系,确定了构造煤的幂指数主要为1.1~1.3,原生煤的幂指数主要为1.7~1.9,进一步表明构造煤的性质与土体更相似,而原生煤的性质更接近理想弹性体。尽管在相同应力水平下,构造煤的变形能更大,但构造煤在失稳后的对外释放能量很低,表现为损伤破碎时几乎不产生声发射信号。构造煤变形能的对外释放能量增加了煤体孔隙率,对内耗散能量为瓦斯快速解吸提供条件,2者综合控制了瓦斯膨胀能的释放。瓦斯膨胀能的研究对象应为参与突出做功的瓦斯,即突出煤体在短时间内的释放瓦斯,进一步的实验与数值分析结果表明,参与突出做功的瓦斯膨胀能与构造煤体变形能数量级相近,为10^(2)~10^(3)kJ/t。煤体变形能与瓦斯膨胀能的释放存在时序性与因果性,在突出孕育–激发阶段,煤体变形能的预先释放是瓦斯膨胀能聚集的必要条件。突出由煤体变形能与瓦斯膨胀能共同控制,煤体变形能与瓦斯膨胀能在突出中具有同等重要的地位。 展开更多
关键词 煤与瓦斯突出 构造煤 煤体变形能 瓦斯膨胀能 释放机制
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构造煤质量占比对CH_(4)吸附热力学特征参数演化规律的影响研究 被引量：2
12
作者 赵鹏翔 易春艳 +2 位作者 李树刚 刘妍群 贾永勇 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期74-82,共9页
随着我国煤层开采深度不断增加,煤与瓦斯突出事故后果日趋严重,对矿井安全生产威胁巨大。构造煤是易发生突出的主要煤样类型之一,突出规律及现象随构造煤质量比有明显变化。为探究不同质量比构造煤瓦斯吸附过程中的热力学机理,采用PCT-... 随着我国煤层开采深度不断增加,煤与瓦斯突出事故后果日趋严重,对矿井安全生产威胁巨大。构造煤是易发生突出的主要煤样类型之一,突出规律及现象随构造煤质量比有明显变化。为探究不同质量比构造煤瓦斯吸附过程中的热力学机理,采用PCT-C80吸附量热联用仪开展基于混合煤样的瓦斯等温吸附及量热测试试验,从热力学角度建立吸附焓、Gibbs自由能、瓦斯吸附熵计算模型。结合试验与计算结果,分别讨论不同质量比构造煤吸附量与吸附热、瓦斯吸附常数与构造煤占比的关系,分析不同质量比构造煤瓦斯吸附焓、表面自由能与吸附熵的变化规律。结果表明:不同质量比构造煤的瓦斯吸附热随着吸附量的不断增大而增大;吸附热与吸附常数a均随着构造煤质量比的增加呈现先增大后减小的趋势,吸附常数b呈现相反的变化规律;随着构造煤质量比的增加,瓦斯吸附热、吸附焓、吸附熵均呈现先增大后减小的趋势,且均在构造煤质量比为50%时达到最大值,而Gibbs自由能呈现相反的变化规律;根据试验结果与拟合公式,归纳出混合煤体吸附瓦斯吸附热力学参数与瓦斯涌出量的数学关系。通过研究得到构造煤质量比影响下的瓦斯吸附热力学特征参数变化规律,揭示混合煤样的热力学作用机制,为明晰开采扰动构造煤体致诱煤与瓦斯突出机制提供了参考。 展开更多
关键词 构造煤 煤与瓦斯突出 热力学 吸附焓 Gibbs自由能
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含构造煤组合体加载破裂声发射特征试验研究 被引量：1
13
作者 邵秋冬 李其平 +4 位作者 赵鹏翔 任兴鹏 王晓玉 田燕彪 李士超 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2024年第2期279-288,共10页
为研究含构造煤组合体变形破裂过程中煤厚对其声发射特征的影响,对构造煤占比分别为0%、11.11%、20.0%、33.33%、50.0%、62.5%和100.0%的七种含构造煤组合体进行室内单轴压缩声发射试验。结果表明:含构造煤组合体具备全原生煤试件和全... 为研究含构造煤组合体变形破裂过程中煤厚对其声发射特征的影响,对构造煤占比分别为0%、11.11%、20.0%、33.33%、50.0%、62.5%和100.0%的七种含构造煤组合体进行室内单轴压缩声发射试验。结果表明:含构造煤组合体具备全原生煤试件和全构造煤试件两者的声发射特征,即组合体试件压密和弹性阶段声发射信号相对稳定,塑性及破坏阶段的振铃计数和能量的变化更突出,含构造煤组合体的振铃计数稳定区域随着构造煤占比的增加而增加;含构造煤组合体试件的声发射峰值计数和抗压强度随构造煤厚占比的增大而逐渐减小,其变化范围分别为3.24×10~4~1.99×10~4个和22.94~7.65 MPa,且试件的声发射峰值计数和抗压强度与构造煤厚占比之间的拟合曲线呈相似关系;组合体试件中构造煤体的破坏形式主要为张拉剪切复合型破坏并产生局部破碎,原生煤体的破坏形式主要为张拉破坏。随着构造煤占比的增加,加载过程中声发射最大事件数由1 862递减至1 379,组合体的破坏持续时间变长。随着构造煤厚占比的增加,相同轴压时的声发射事件数量越多,近似呈现等比增加关系。 展开更多
关键词 含构造煤组合体 加载破裂 声发射计数 声发射事件数 破坏形式
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构造煤中煤层气扩散-渗流特征及其机理 被引量：58
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作者 陈富勇 琚宜文 +2 位作者 李小诗 范俊佳 梁英 《地学前缘》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第1期195-201,共7页
煤层气产出一般要经过解吸、扩散和渗流三个阶段,而煤层气在变形较强的构造煤中的扩散过程不同于在原生结构煤或变形较弱的煤体中的扩散。外界压力的变化只是构造煤吸附与解吸整个过程的一种外在因素,构造煤的变形和结构变化以及吸附势... 煤层气产出一般要经过解吸、扩散和渗流三个阶段,而煤层气在变形较强的构造煤中的扩散过程不同于在原生结构煤或变形较弱的煤体中的扩散。外界压力的变化只是构造煤吸附与解吸整个过程的一种外在因素,构造煤的变形和结构变化以及吸附势场的转换才是构造煤吸附与解吸的内在因素,是导致解吸过程不可逆性的根本原因。当构造煤体与CH4等多元气体间的吸附平衡状态遭到破坏时,变形较强的构造煤在降压后会产生解吸滞后现象;而变形较弱的煤,分子结构中的气体会很快解吸,第一阶段是气体解吸作用,第二阶段是游离气体从微孔向较大孔隙扩散的过程,气体扩散速率主要由第二阶段决定。构造煤气体扩散机理主要是由孔隙形状、大小、连通性和多元气体性质和状态所决定的。韧性变形煤的微孔隙比较发达,所以韧性变形煤以Knudsen扩散为主,脆性变形煤的中、大孔隙所占比例较大,而且脆性变形煤的孔隙之间具有很好的连通性,所以脆性变形煤以Fick型扩散为主,脆-韧性变形煤以及接近脆-韧性变形煤的脆性变形煤和韧性变形煤均以过渡型扩散为主。在试井渗透率比较中,一定变形程度的脆性变形煤>韧性变形煤,脆性变形煤中以过渡孔为主,其余为微孔,测不出亚微孔和极微孔,脆性变形还增加了各孔隙之间的相互连通性。韧性变形煤中过渡孔比表面积所占比例下降,微孔和亚微孔增高,扩散主要发生在微孔和过渡孔中,所以韧性变形煤的试井渗透率低于脆性变形煤的试井渗透率。 展开更多
关键词 构造煤 煤层气 解吸扩散 渗流
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构造煤化学结构演化与瓦斯特性耦合机理 被引量：67
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作者 姜波 秦勇 +2 位作者 琚宜文 汪吉林 李明 《地学前缘》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第2期262-271,共10页
煤是对应力和应变非常敏感的一种特殊岩石,在不同的应力-应变环境和构造应力作用下,煤的物理结构、化学结构及其光性特征等都将发生显著变化,从而形成具有不同结构特征的、不同类型的构造煤。构造煤在变形的过程中,镜质组反射率将发生... 煤是对应力和应变非常敏感的一种特殊岩石,在不同的应力-应变环境和构造应力作用下,煤的物理结构、化学结构及其光性特征等都将发生显著变化,从而形成具有不同结构特征的、不同类型的构造煤。构造煤在变形的过程中,镜质组反射率将发生规律性变化,并被较为广泛地应用于煤田构造的定量研究,高温高压变形实验也证实了这一现象。为了深入探讨煤镜质组光性组构变化的微观机理,将X-射线衍射、顺磁共振和核磁共振等技术应用于不同类型构造煤以及高温高压实验变形煤的化学结构研究。研究表明,构造煤化学结构演化与镜质组反射率的演化具有密切的内在联系,镜质组反射率的光性异常是构造煤化学结构演化在物理光学性质上的具体体现。不同类型的构造煤由于物理和化学结构上的不同,导致瓦斯含量和透气性等瓦斯特性上的重大差异,糜棱煤特殊的物理和化学结构决定了其高含气量和低透气性的特征,是矿井瓦斯突出的危险地带,因此,可以通过构造煤分布规律的研究,进行矿井瓦斯富集与突出危险性的评价与预测,为矿井瓦斯灾害的研究提供新的思路和方法。 展开更多
关键词 构造煤 镜质组反射率 化学结构 瓦斯特性 耦合机理
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华北南部构造煤纳米级孔隙结构演化特征及作用机理 被引量：85
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作者 琚宜文 姜波 +2 位作者 侯泉林 王桂梁 方爱民 《地质学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第2期269-285,共17页
构造煤是在构造应力作用下,煤体发生变形或破坏的一类煤,在世界主要产煤国家皆有分布。构造变形不同程度的改变着煤的大分子结构和化学成分,而且也影响到构造煤的纳米级孔隙结构(<10 0 nm ) ,它是煤层气的主要吸附空间。通过构造煤... 构造煤是在构造应力作用下,煤体发生变形或破坏的一类煤,在世界主要产煤国家皆有分布。构造变形不同程度的改变着煤的大分子结构和化学成分,而且也影响到构造煤的纳米级孔隙结构(<10 0 nm ) ,它是煤层气的主要吸附空间。通过构造煤显微组分和镜质组油浸最大反射率的测定,采用液氮吸附法对不同变质变形环境、不同变形系列构造煤的纳米级孔隙分类、孔隙结构特征进行了深入系统的研究,并结合高分辨透射电子显微镜和X射线衍射对大分子结构和孔隙结构的分析,结果表明:不同类型构造煤纳米级孔径结构自然分类,可将孔径结构划分为过渡孔(15～10 0 nm )、微孔(5～15 nm )、亚微孔(2 .5～5 nm )和极微孔(<2 .5 nm ) 4类。低煤级变形变质环境中随着构造变形的增强,不同类型构造煤过渡孔孔容明显降低,微孔及其下孔径段孔容明显增多,可见亚微孔和极微孔,过渡孔的比表面积大幅度降低,而亚微孔的却增加得较快。从脆韧性变形煤至韧性变形煤,总孔体积、累积比表面积、N2 吸附量随着构造变形的增强,这些结构参数均迅速增加,但中值半径进一步下降。非均质结构煤孔隙参数与弱脆性变形煤相当。中、高煤级变形变质环境形成的各种类型构造煤与低煤级变质变形环境相比,孔隙参数的变化基本一致。 展开更多
关键词 构造煤 构造应力 化学成分 纳米级孔隙结构 煤层气 吸附空间 变形煤 结构参数 作用机理 演化特征
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构造煤结构-成因新分类及其地质意义 被引量：160
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作者 琚宜文 姜波 +1 位作者 侯泉林 王桂梁 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第5期513-517,共5页
在详细研究沁水盆地和两淮煤田构造煤的基础上,结合前人的研究成果,扩展了构造煤的概念,提出了一套既适合于煤层气勘探开发又适合于煤与瓦斯突出防治的构造煤结构-成因分类方案.此分类方案是以构造煤的手标本或钻井煤芯为尺度,按构造变... 在详细研究沁水盆地和两淮煤田构造煤的基础上,结合前人的研究成果,扩展了构造煤的概念,提出了一套既适合于煤层气勘探开发又适合于煤与瓦斯突出防治的构造煤结构-成因分类方案.此分类方案是以构造煤的手标本或钻井煤芯为尺度,按构造变形机制分为脆性变形、脆韧性变形和韧性变形3个变形序列的10类煤. 展开更多
关键词 构造煤 结构-成因分类 构造应力 地质意义
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基于压汞、低温N_2吸附和CO_2吸附的构造煤孔隙结构表征 被引量：89
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作者 李阳 张玉贵 +1 位作者 张浪 侯金玲 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期1188-1196,共9页
我国煤层受多期次构造运动影响构造煤普遍发育,构造煤孔隙大小分布尺度较广(毫米～纳米级),孔隙结构较为复杂。不同尺度的孔隙结构控制着煤层气的吸附-解吸(孔隙表面)、扩散(纳米级孔隙)与渗流(微米～毫米级孔隙)等过程,是影响煤层气储... 我国煤层受多期次构造运动影响构造煤普遍发育,构造煤孔隙大小分布尺度较广(毫米～纳米级),孔隙结构较为复杂。不同尺度的孔隙结构控制着煤层气的吸附-解吸(孔隙表面)、扩散(纳米级孔隙)与渗流(微米～毫米级孔隙)等过程,是影响煤层气储存与运移的重要因素。为研究构造煤不同尺度孔隙结构的分布特征与演化规律,在潞安矿区采集4种破坏类型煤样,利用压汞法、低温N_2吸附法及CO_2吸附法分别测试了煤样的孔隙分布特征,对比分析了各测试方法的优势孔径段,提出利用CO_2吸附法表征构造煤微孔(<2 nm)、低温N_2吸附法表征介孔(2～50 nm)、压汞法表征大孔结构(>50 nm)的孔隙结构多尺度联合表征方法。实验结果表明所采煤样的孔容和孔比表面积均主要分布在微孔阶段,在0. 6 nm左右时的孔隙孔容量和孔比表面积达到最大,其中微孔容占总孔容的70%以上,微孔孔比表面积占总孔比表面积的99%以上,煤中孔容和孔比表面积分布存在微孔>大孔>介孔的规律。分析构造煤孔隙特征与煤体破坏类型的关系,随煤破坏程度增加,孔容和孔比表面积逐渐增高,大孔孔容比及介孔孔容比逐渐增大,微孔孔容比逐渐减小;孔容增幅主要体现在大孔阶段,比表面积增幅则主要体现在微孔阶段。其中大孔演化主要受控于角砾孔、碎粒孔及摩擦孔等外生孔,介孔演化受控于煤的大分子堆叠结构及分子间距,微孔演化主要受控于煤中芳香层片大小及排列方式。 展开更多
关键词 构造煤 孔隙结构 优势孔径 CO2吸附法 低温N2吸附法 压汞法
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构造煤的动力变质作用及其演化规津 被引量：43
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作者 曹运兴 张玉贵 +2 位作者 李凯琦 侯泉林 郭德勇 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 1996年第4期15-18,共4页
采用Ｘ射线衍射分析、电子顺磁共振等方法研究了构造煤的动力变质作用特征和演化规律。构造煤与煤层的变形变质历史有关，动力变质作用形成的构造煤，其结构特征与其它变质类型煤不同，演化途径也不同，但它们的演化规律一致。
关键词 构造煤 动力变质作用 煤结构 煤矿床 矿化
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应力释放构造煤煤层气开发理论与关键技术研究进展 被引量：58
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作者 桑树勋 周效志 +12 位作者 刘世奇 王海文 曹丽文 刘会虎 李自成 朱术云 刘长江 黄华州 徐宏杰 王冉 贾金龙 ASHUTOSH Tripathy 韩思杰 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第7期2531-2543,共13页
构造煤煤层气高效开发是我国煤层气资源禀赋的选择,构造煤储层与煤层气赋存特征决定了疏水降压煤层气开发理论技术不再适合构造煤储层,应力释放(原位)煤层气开发理论技术是新的技术方向,有望将构造煤煤储层从煤层气开发禁区变为新领域,... 构造煤煤层气高效开发是我国煤层气资源禀赋的选择,构造煤储层与煤层气赋存特征决定了疏水降压煤层气开发理论技术不再适合构造煤储层,应力释放(原位)煤层气开发理论技术是新的技术方向,有望将构造煤煤储层从煤层气开发禁区变为新领域,同时也有望成为煤矿煤与瓦斯突出治理、煤矿区甲烷温室气体减排的治本之策。依托国家重大科研仪器研制项目,以应力释放构造煤煤层气开发关键实验平台和工程装备原理机为基本定位,以开发理论创新、技术原理探索为先导,以装置、装备及其工艺技术为研究核心,应力释放构造煤煤层气开发理论技术研究取得重要和实质性进展。探索构建了应力释放煤层气开发理论技术基础,阐明了水平井造洞穴应力释放构造煤原位煤层气开发的工程原理。水平井造洞穴应力释放构造煤原位煤层气开发模拟试验系统已完成设计进入加工阶段,系列配套基础实验取得了重要数据;探索建立了构造煤储层应力释放与煤层气解吸扩散关系模型;揭示了应力释放构造煤煤层气开发煤储层渗透率变化规律。研发形成了构造煤储层大口径水平井双向往复式钻进+多级扩孔+复杂循环钻井液成井、水平井泵注+喷射诱导控制造洞穴应力释放与储层激励、气/水/高浓度煤粉混合物直井射流泵+配套井底装置组合高效举升、产出物地面高效重力分离+回收+水循环、煤层气应力释放开发装置(装备)数据采集和控制系统等应力释放构造煤煤层气开发关键技术。 展开更多
关键词 构造煤 原位煤层气 应力释放开发 煤与瓦斯突出
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