基于神经网络模型的煤层气产能预测研究

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作者 金毅 郑晨晖 +5 位作者 宋慧波 马家恒 杨运航 刘顺喜 张昆 倪小明 《河南理工大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2025年第1期46-56,共11页

目的煤层气产能主要受地质和工程因素影响,阐明这些因素对煤层气井产能的影响机制是实现储层精细改造和煤层气井提产的基础。方法本文以沁水盆地柿庄南区块为研究对象,综合考虑地质背景、储层物性和动态排采数据,利用神经网络算法开展... 目的煤层气产能主要受地质和工程因素影响,阐明这些因素对煤层气井产能的影响机制是实现储层精细改造和煤层气井提产的基础。方法本文以沁水盆地柿庄南区块为研究对象,综合考虑地质背景、储层物性和动态排采数据,利用神经网络算法开展煤层气产能预测。首先,利用灰色关联分析法遴选出10个地质参数作为煤层气产能预测的主控因素,在此基础上,运用模糊数学法实现研究区34口煤层气井富集区划分,最后,根据分类结果,结合实际排采数据,分别利用BP(back propagation)和LSTM(long short-term memory)神经网络算法实现煤层气井日产气量预测。结果结果表明:(1)渗透率、含气饱和度和储层压力梯度等10个参数是影响研究区煤层气产气性能的关键因素;(2)利用模糊数学评价方法评价煤层气的富集,可将研究区34口井产气效果划分为有利区、较有利区和不利区;(3)依托LSTM算法建立了煤储层日产气量预测模型,预测误差值为4.06%~14.79%,平均误差值为11.09%,预测精度明显高于BP神经网络模型,结论根据LSTM算法建立的煤储层日产气量预测模型稳定性好且预测精度高,可作为煤储层产能长程预测的一种有效手段,进而为煤层气开发工艺布施与排采方案制定提供科学依据。 展开更多

关键词 LSTM神经网络 BP神经网络 灰色关联分析 产能预测

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准南低质煤层气原位提质增量研究

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作者 苏现波 丁锐 +8 位作者 赵伟仲 严德天 李瑞明 王一兵 王海超 黄胜海 周艺璇 王小明 伏海蛟 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期532-545,共14页

煤层气作为一种非常规天然气,其开发利用契合国家能源安全目标,更是对碳中和的一种助力。准南是我国重要的煤层气资源富集区之一,也是目前中国煤层气开发的热点地区,但高产井数量不多,稳产困难,迫切需要一种能够增加单井控制范围内煤层... 煤层气作为一种非常规天然气,其开发利用契合国家能源安全目标,更是对碳中和的一种助力。准南是我国重要的煤层气资源富集区之一,也是目前中国煤层气开发的热点地区,但高产井数量不多,稳产困难,迫切需要一种能够增加单井控制范围内煤层气资源量的技术;同时高CO_(2)和高H_(2)S体积分数已经成为该区煤层气的普遍现象,迫切需要一种原位处置这2种有害气体的技术,煤层气生物工程为此类煤层气的“提质增量”提供一种潜在可行技术。现场的跟踪监测以及实验室物理模拟试验表明,CO_(2)的体积分数与储层温度密切相关,产酸发酵细菌和产氢产乙酸菌能够在较为宽广的储层温度下保持活性而产生CO_(2);而相对较低的储层温度下氢营养型产甲烷菌代谢较弱、CO_(2)很难被还原,这是该区CO_(2)的主要成因。此外发现地下水中携带的有机质、SO_(4)^(2-)和原始菌群在运移过程中进行着代谢活动,随着排采的长期进行,当地下水补给速率、排采速率和产甲烷菌的代谢周期相匹配时,就会生成的H_(2)S,被称为后生生物H_(2)S。这2种酸性气体的存在,不仅影响安全生产,也大幅降低了煤层气的“质”。以准南低质煤层气为研究对象,提出了一种微生物介导的煤层气原位提质增量关键技术,并从必要性和可行性两方面阐述了该技术在煤层气增产、CO_(2)原位微生物转化、H_(2)S原位抑制方面的广阔前景。该技术的基本思路是将煤储层作为一个“车间”,微生物作为“劳动力”,将煤和原始储层中CO_(2)作为“生产资料”,制造的“产品”为甲烷,对于CO_(2)实现了生物甲烷化,对于H_(2)S实现了原位抑制,对于煤层气实现了提质增量。该技术涉及的关键挑战包括高效菌群的培养(培育温度范围宽广的氢营养型产甲烷菌)、H_(2)S原位抑制的生物压裂液研制以及提质增量的评价技术。物理模拟CO_(2)微生物甲烷化实验表明随着储层温度的增加,CO_(2)微生物累计甲烷化量逐渐增加,在55℃下达到最大值8.5 m^(3)/t,参与该过程的糖酵解、丙酮酸代谢和TCA循环的关键酶的丰度在55℃下明显高于其他原位厌氧发酵系统,提高了CO_(2)的转化效率与转化量;添加生物抑制剂的非CO_(2)气氛厌氧发酵系统生物甲烷产量为4.5 m^(3)/t,略高于对照组的4.38 m^(3)/t;而气态H_(2)S的体积分数比对照组减少了88.8%,且从第9天开始到产气结束一直为0,实现了H_(2)S的原位抑制。 展开更多

关键词 准噶尔盆地南缘(准南) 低质煤层气 CO_(2)生物甲烷化 H_(2)S原位抑制 提质增量

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煤层气生物工程研究进展 被引量：41

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作者 苏现波 夏大平 +6 位作者 赵伟仲 伏海蛟 郭红光 何环 鲍园 李丹 魏国琴 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2020年第6期1-30,共30页

煤层气生物工程是将营养液或经过驯化、改良的菌种注入地下煤层或通过地面发酵产气的方式,把煤的部分有机组分转化为甲烷,实现微生物强化煤层气产出的一种特殊发酵工程。该工程作为多学科交叉的新兴边缘学科,涉及到能源、环境和新材料... 煤层气生物工程是将营养液或经过驯化、改良的菌种注入地下煤层或通过地面发酵产气的方式,把煤的部分有机组分转化为甲烷,实现微生物强化煤层气产出的一种特殊发酵工程。该工程作为多学科交叉的新兴边缘学科,涉及到能源、环境和新材料三大领域,具有多重效益,越来越受到关注,详细总结了国内外煤层气生物工程10余年的发展历程,首先从煤层(水)的生物多样性、厌氧发酵系统产气机制和控制因素等方面系统分析了煤层气生物工程的微生物学基础;以研究厌氧发酵系统中气固液菌为核心,整合其他学科的研究方法,初步形成了煤层气生物工程自身的研究方法,最后提出了煤层气生物工程的实施方案及发展趋势。生物多样性为煤层生物甲烷的生成提供了菌种来源,根据发酵系统中气固液菌的变化规律将发酵过程区分为4个阶段,系统中的底物和环境因子控制了微生物群落结构,影响了生物甲烷的产量,甲烷的成因区分为乙酸营养型、氢营养型、甲基营养型3种,这一认识初步构成了煤层气生物工程的理论基础。分子生物学、地球化学与煤化学等的结合为该学科的发展提供了方法支撑。地面发酵池产气工程除了获取生物甲烷这一洁净能源外,还可以与褐煤提质、高硫煤微生物脱硫和新材料合成相结合,使得经济效益最大化;地下煤层气生物工程以其增气、增解、增透作用可大幅度提升煤层气井的产量,并获取液相有机物,同时可以实现二氧化碳的甲烷化,二氧化碳矿化对采空区可起到固化作用,减排效果显著。煤层气生物工程以其理论性、方法性和实用性正在成为一个全新的领域,将有力推进中国煤层气大规模商业化开发进程。 展开更多

关键词 煤层气生物工程 煤层生物甲烷 厌氧发酵 微生物强化煤层气产出 二氧化碳减排 新材料

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煤层气井地联合抽采全过程低负碳减排关键技术研究进展 被引量：14

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作者 苏现波 赵伟仲 +12 位作者 王乾 于世耀 汪露飞 宋金星 王小明 夏大平 伏海蛟 郭红玉 孙长彦 郭红光 鲍园 何环 黄津 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期335-356,共22页

“双碳”目标的实现与煤层气大规模商业化开发迫切需要新技术。在对煤层气开发与CCUS技术系统分析的基础上,以煤层气生物工程为依托,探讨和展望了地面煤层气开发、煤矿瓦斯抽采以及采空区煤层气开发过程中的低负碳减排关键技术。地面煤... “双碳”目标的实现与煤层气大规模商业化开发迫切需要新技术。在对煤层气开发与CCUS技术系统分析的基础上,以煤层气生物工程为依托,探讨和展望了地面煤层气开发、煤矿瓦斯抽采以及采空区煤层气开发过程中的低负碳减排关键技术。地面煤层气开发阶段,将煤层气开发转化为煤系气开发、将常规水力压裂转化为大规模缝网改造是实现煤层气商业化开发的有效途径;将液相CO_(2)和微生物发酵液作为储层改造的工作液,在实现煤系三气储层一体化缝网改造的同时又实现了微生物与CO_(2)联作下的增气增压、储层改性、CO_(2)驱替甲烷等多重增产效应,为煤层气增产提供了一条新途径,达到低碳减排目的;此外,通过CO_(2)的生物甲烷化和同步地质封存实现了负碳减排。可见,对于煤层气开发而言,CO_(2)可以促使其增产;对于CO_(2)封存而言,煤储层是其最佳归宿。由此,地面煤层气开发实现了“一低两负”的碳减排。在井下瓦斯抽采阶段,根据硬煤的造缝增透增产、软煤的增容增透增产机制以及相关理论,提出了第1代水力强化技术——水力压裂和第2代水力强化技术——钻冲压一体化增透增产技术、三堵两注固液两相封孔技术、老孔修复增透和下向孔智能排水排粉气驱增产技术。这一技术体系实现了瓦斯由“抽得出”向“抽得快、抽得省、抽得净、抽得纯”转变,大幅提升瓦斯抽采的质和量,获取低碳能源,达到减少甲烷排空与碳减排的目的。同时,研发了能够准确测定瓦斯含量的钻取一体化密闭取心装置,建立了基于低速非线性渗流的煤层渗透性评价技术。在采空区煤层气开发阶段,粉煤灰将成为强化煤层生物气产出、充填采空区减沉和实现CO_(2)矿化封存的首选材料。在具备圈闭条件的采空区首先注入菌液、少量粉煤灰和CO_(2)实现煤和CO_(2)的微生物甲烷化,以此获取低碳能源;抽采结束后进一步注入CO_(2)和粉煤灰,粉煤灰和采空区积水中的钙镁等离子与溶解的CO_(2)结合生成碳酸盐对粉煤灰胶结,实现了CO_(2)矿化封存和采空区固化减沉,具有显著的低负碳减排和生态环境治理意义。煤层气井地联合抽采全过程低负碳减排技术体系始终立足煤层气这一低碳能源的增产和CCUS,为我国碳中和目标的实现提供新的发展思路。 展开更多

关键词 煤层气生物工程 地面煤层气开发 煤矿瓦斯抽采 采空区煤层气开发 低负碳减排 CCUS

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基于地质分区的煤层含气量预测方法研究 被引量：3

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作者 张崇崇 王延斌 倪小明 《河南理工大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2017年第2期22-29,共8页

为准确预测煤层含气量,解决目前常规测井解释方法适用性差、准确率低等问题,提出了基于地质因素差异对含气性影响的分区预测含气量方法。首先结合大量实验室测试数据,分析了沉积、构造、水动力条件差异对煤层含气性的影响,得出主控因素... 为准确预测煤层含气量,解决目前常规测井解释方法适用性差、准确率低等问题,提出了基于地质因素差异对含气性影响的分区预测含气量方法。首先结合大量实验室测试数据,分析了沉积、构造、水动力条件差异对煤层含气性的影响,得出主控因素;其次通过模糊层次分析,量化地质因素差异,实现地质分区;最终在各分区内引入主成分分析,充分利用现场大量常规测井曲线,进行多元回归,建立煤层含气量预测模型。以柿庄南地区3号煤层为研究对象进行计算,结果表明,柿庄南地区3号煤层含气性受到各地质因素的综合影响,平面上受顶板泥岩厚度、构造应力类型、矿化度控制,单井纵向上主要受固定碳含量变化影响;进行地质分区后煤层含气量回归预测值与实测值拟合率达89%,而常规回归预测拟合率17%,故准确率有显著的提高。 展开更多

关键词 含气量预测 地质分区 主成分分析 回归分析

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煤矿采动影响体微生物采残煤与CO_(2)-粉煤灰协同充填关键技术 被引量：1

6

作者 苏现波 赵伟仲 +2 位作者 王乾 周艺璇 汪露飞 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期400-414,共15页

煤矿采空区是我国实现“双碳”目标的重要突破口,煤炭开采形成的、能够富集煤层气、为后期微生物活动和矿化充填提供底物和空间的地质体定义为采动影响体。以采动影响体为研究对象,提出了采动影响体微生物采残煤与CO_(2)-粉煤灰协同矿... 煤矿采空区是我国实现“双碳”目标的重要突破口,煤炭开采形成的、能够富集煤层气、为后期微生物活动和矿化充填提供底物和空间的地质体定义为采动影响体。以采动影响体为研究对象,提出了采动影响体微生物采残煤与CO_(2)-粉煤灰协同矿化充填关键技术,并从必要性和可行性2个方面阐述了该技术在采动影响体资源二次开发、CO_(2)安全封存以及燃煤电厂粉煤灰固废高效处置等的广阔前景。其总体思路是将采动影响体作为一个厌氧发酵“工厂”,高产高效产甲烷菌群作为“劳动者”对“工厂”已有的原材料——残煤、薄煤层和分散有机质以及注入的CO_(2)进行加工,其“产品”是甲烷,进而实现微生物采残煤和CO_(2)资源化。同时,CO_(2)与碱性的粉煤灰结合,在实现了CO_(2)矿化封存的同时,也实现了采动影响体的充填。该技术涉及的关键科学问题包括采动影响体类型划分与有机质特征、采动影响体原位条件下厌氧发酵产甲烷机制、微生物-CO_(2)-粉煤灰协同矿化/固化机制以及微生物采残煤与充填关键技术示范工程建设。实验室物理模拟采动影响体原位条件实验表明其中残煤和富含有机质的泥页岩能够在微生物作用下生成生物甲烷,且添加少量的粉煤灰能够进一步强化甲烷的产出。物理模拟地下水补给的动态实验表明营养物质的补给对厌氧发酵系统的影响尤为重要,补给循环周期为14 d的厌氧发酵系统恰与产甲烷菌群繁殖的周期一致,能够保证厌氧发酵系统的持续高效运行。高钙粉煤灰-CO_(2)-矿井水协同胶结的试件经过28 d的养护后抗压强度为12.31 MPa,其矿化封存潜力约为21.99 m3 CO_(2)/t(粉煤灰),说明粉煤灰在实现采空区固化的同时能够实现CO_(2)减排。此外,基于微生物采残煤与粉煤灰充填目的对工程试验靶区进行优选,地下水滞留区是CO_(2)矿化和粉煤灰充填的最佳场所,因采掘活动自然形成的自然圈闭和人工充填形成的圈闭是较有利的工程试验靶区之一。针对这些靶区提出了微生物采残煤与CO_(2)-粉煤灰协同充填关键技术,旨在为中国碳减排和采空区生态环境治理提供一条新的技术路径。 展开更多

关键词 煤矿采动影响体 微生物采残煤 CO_(2)封存 粉煤灰胶结充填 动静态特征 有机质特征

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煤吸附气体表面扩散的阻塞系数与模型

7

作者 张玉贵 陈世强 +4 位作者 张明杰 闫江伟 刘操 李哲 程菂 《煤炭学报》 CSCD 北大核心 2024年第S2期1068-1078,共11页

80%~90%的煤层气(煤矿瓦斯)以吸附态赋存,吸附态气体的扩散以表面扩散为主,对煤层气运移起决定性的作用。采用动力学与热力学方法,基于CHEN和YANG的表面扩散气体分子随机跳跃机制和吸附气体扩散过渡态理论,将表面扩散动力学参数与等量... 80%~90%的煤层气(煤矿瓦斯)以吸附态赋存,吸附态气体的扩散以表面扩散为主,对煤层气运移起决定性的作用。采用动力学与热力学方法,基于CHEN和YANG的表面扩散气体分子随机跳跃机制和吸附气体扩散过渡态理论,将表面扩散动力学参数与等量吸附热联合,推导了表面扩散阻塞系数(κ)的理论计算方法,建立了煤吸附气体表面扩散系数模型,并应用该模型讨论了温度、压力、等量吸附热和阻塞系数对表面扩散系数的影响。获得以下结论:①建立了采用等量吸附热计算阻塞系数的方法。煤吸附气体过程中,0<κ<1;吸附达到平衡,气体分子向前和向后弹跳的概率相等,κ=1;理想状态下的无限空间的表面扩散,不存在阻塞,κ=0。②构建了煤吸附气体表面扩散系数模型并经过验证。煤吸附气体表面扩散系数仅为等量吸附热、覆盖度和温度的函数,所需参数只用常规等温吸附实验即可获得,适用于低压至高压的全过程,模型简洁实用;经验证,所建立的模型与实验数据拟合度R^(2)=0.5779~0.9640,表明该模型是可靠的。③讨论了温度、压力、等量吸附热和阻塞系数对表面扩散的影响。温度与表面扩散系数呈线性正相关,压力与表面扩散系数呈Langmuir方程形式变化,等量吸附热与表面扩散系数呈指数相关性,阻塞系数与表面扩散系数呈幂函数相关性。④煤层气表面扩散在微观上是吸附气体分子的活化跳跃过程(由吸附势差引起的活化),在宏观上可视为由浓度梯度驱动。研究结果丰富了对煤层气表面扩散行为的认识,并提供了一种利用热力学参数评价煤层气表面扩散系数的方法。 展开更多

关键词 煤 吸附气体 表面扩散模型 阻塞系数 过渡态理论 吉布斯自由能 等量吸附热

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煤层气井渗透率时空变化规律研究及应用 被引量：17

8

作者 胡海洋 倪小明 +1 位作者 朱阳稳 金军 《特种油气藏》 CAS CSCD 北大核心 2016年第5期106-109,共4页

针对煤层气井排采过程中渗透率变化规律认识不清的问题,利用煤层气产出过程中的正、负效应,渗流及等温吸附理论,得到排采过程中煤储层渗透率随时间及距离变化的数学模型。研究表明:单相水流阶段,液面降速越慢,负效应导致的渗透率降幅越... 针对煤层气井排采过程中渗透率变化规律认识不清的问题,利用煤层气产出过程中的正、负效应,渗流及等温吸附理论,得到排采过程中煤储层渗透率随时间及距离变化的数学模型。研究表明:单相水流阶段,液面降速越慢,负效应导致的渗透率降幅越小;气水两相流阶段,适当提高液面降速,正效应越显著;在排采过程中,渗透率呈非对称"V"型变化;对于临储压力比较高的煤储层,采取"低降幅憋套压"的方式能够扩大煤储层的气体解吸范围。研究成果为煤层气井的现场排采控制提供理论指导。 展开更多

关键词 煤层气 排采 渗透率 弹性正负效应

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沁南地区寺河矿区煤层气地质条件分析

9

作者 崔进 金毅 《煤》 2019年第5期5-9,54,共6页

通过钻孔采样选取岩芯进行实验测试,结合煤层构造、地层特征等诸多条件,对区域煤质特征、孔隙结构、含气性、渗透性特征进行研究。结果表明:研究区域煤层多呈黑色,金刚光泽;煤层中有机组含镜质组和惰质组;煤的内生裂隙较发育,煤层平均... 通过钻孔采样选取岩芯进行实验测试,结合煤层构造、地层特征等诸多条件,对区域煤质特征、孔隙结构、含气性、渗透性特征进行研究。结果表明:研究区域煤层多呈黑色,金刚光泽;煤层中有机组含镜质组和惰质组;煤的内生裂隙较发育,煤层平均储层压力偏低;沁水南部寺河矿区,含煤地层的煤层气资源丰富。研究结果对今后煤层气产能的提高,跨区域技术移植及煤矿瓦斯的治理都具有一定的实际意义和理论价值。 展开更多

关键词 地质构造 煤质特征 孔裂隙特征

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煤系页岩总有机碳含量与成熟度对厌氧发酵产甲烷性能的影响

10

作者 阮倩雯 王乾 +2 位作者 苏现波 赵伟仲 高富博 《煤炭学报》 CSCD 北大核心 2024年第12期4883-4896,共14页

煤系页岩气是煤系气的重要组成部分,且煤系页岩具有丰富的本源微生物和微生物代谢所需的分散有机质,这使得其具有厌氧发酵产甲烷的可能性,并为煤系气开发阶段的可采资源提供补充。然而,针对煤系页岩厌氧发酵产甲烷机制的研究仍缺乏,生... 煤系页岩气是煤系气的重要组成部分,且煤系页岩具有丰富的本源微生物和微生物代谢所需的分散有机质,这使得其具有厌氧发酵产甲烷的可能性,并为煤系气开发阶段的可采资源提供补充。然而,针对煤系页岩厌氧发酵产甲烷机制的研究仍缺乏,生物甲烷产出特征及其控制因素仍未清楚,限制了该方法的发展与应用。以不同地区的煤系页岩为研究对象,以煤系页岩本源菌群为试验菌群,通过厌氧发酵试验探讨其产甲烷潜力,评价总有机碳(TOC)含量、成熟度(R_(o))对产甲烷效果的影响。结果表明:在本源微生物作用下煤系页岩普遍具有产甲烷能力,累计产量最高可达1.97 mL/g。煤系页岩厌氧发酵产甲烷周期一般为15 d,产量变化规律与煤相似,但周期明显缩短。根据微生物降解复杂有机质的代谢模型,可将煤系页岩厌氧发酵产甲烷过程划分为水解产酸、产氢产乙酸和产甲烷3个阶段。生物甲烷产量与煤系页岩TOC含量具有明显的正相关性,尤其当TOC含量大于10%,甲烷产量显著提升。另外,生物甲烷产量与R_(o)呈负相关性,当R_(o)增大至3.78%,几乎不再产生。煤系页岩TOC含量与R_(o)主要在水解产酸阶段发挥作用,随TOC含量降低、R_(o)增大,微生物降解页岩有机质产生的氨基酸等代谢产物减少,使得产氢产乙酸和产甲烷阶段微生物代谢所需的底物的物质的量浓度降低,最终生物甲烷产量减少。 展开更多

关键词 煤系页岩 厌氧发酵 生物甲烷 有机碳含量 成熟度

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胡襄煤田煤层厚度变化特征及其控制因素 被引量：8

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作者 张小东 王思科 +2 位作者 张硕 苗书雷 李文前 《河南理工大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2015年第3期321-326,共6页

根据河南胡襄煤田勘探钻孔资料,对煤层的稳定性和煤厚度变化特征进行研究。研究认为,区内二1煤层可采性指数为0.81,厚度变异系数为39%,属较稳定的全区大部可采的中厚-厚煤层;二2煤层可采性指数为1,厚度变异系数为11%,属稳定的全区可采... 根据河南胡襄煤田勘探钻孔资料,对煤层的稳定性和煤厚度变化特征进行研究。研究认为,区内二1煤层可采性指数为0.81,厚度变异系数为39%,属较稳定的全区大部可采的中厚-厚煤层;二2煤层可采性指数为1,厚度变异系数为11%,属稳定的全区可采的中厚-厚煤层;区内煤层厚度呈现东部厚西部薄的分布特征,局部出现无煤带或薄煤带;影响煤厚变化的因素主要为成煤时期地壳的不均匀沉降、成煤后期的古河流冲刷与断裂构造破坏作用。 展开更多

关键词 胡襄煤田 煤层稳定性 煤层厚度

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特厚急倾斜煤层瓦斯抽采关键技术与实践 被引量：11

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作者 冀超辉 崔洪庆 《矿业安全与环保》 北大核心 2021年第6期99-103,共5页

为了减少瓦斯对乌东煤矿特厚急倾斜煤层安全生产的影响,对水平分层综采放顶煤技术在特厚急倾斜煤层高瓦斯矿井中的应用进行了研究,分析了布孔间距、钻孔直径、钻孔有效长度,以及抽采负压等钻孔参数和瓦斯抽采工艺对瓦斯抽采效果的影响,... 为了减少瓦斯对乌东煤矿特厚急倾斜煤层安全生产的影响,对水平分层综采放顶煤技术在特厚急倾斜煤层高瓦斯矿井中的应用进行了研究,分析了布孔间距、钻孔直径、钻孔有效长度,以及抽采负压等钻孔参数和瓦斯抽采工艺对瓦斯抽采效果的影响,并以顺层长钻孔瓦斯预抽、顶板走向高位钻孔抽采、采空区埋管抽采和卸压瓦斯抽采等技术手段为基础,建立了开采分层瓦斯抽采、开采分层下部煤体瓦斯抽采相结合的立体化瓦斯抽采成套技术体系,为建立特厚急倾斜煤层煤与瓦斯共采体系提供了理论依据和指导。 展开更多

关键词 特厚煤层 急倾斜煤层 水平分层 瓦斯抽采 立体化 技术体系 抽采效果

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不同微生物预处理对煤转化生物气的促进效果对比 被引量：2

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作者 赵国俊 郭红玉 +2 位作者 吕璟慧 于洪飞 尹香菊 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2020年第12期231-236,共6页

为了查明不同种类微生物预处理对煤转化生物气的促进效果,选用绿孢链霉菌、白腐菌、假单胞菌3类菌种分别对褐煤进行预处理和厌氧发酵试验。通过生物产气效果检测、Gompertz方程模拟和扫描电子显微镜(SEM)方法探讨不同种类微生物预处理... 为了查明不同种类微生物预处理对煤转化生物气的促进效果,选用绿孢链霉菌、白腐菌、假单胞菌3类菌种分别对褐煤进行预处理和厌氧发酵试验。通过生物产气效果检测、Gompertz方程模拟和扫描电子显微镜(SEM)方法探讨不同种类微生物预处理对产气的影响及内在原因。结果表明:在CH4的总产气量方面,与褐煤原煤相比绿袍链霉菌、白腐菌和假单胞菌预处理后的褐煤都有大幅的增加,增幅各达到了33.86%、165.28%、69.18%;拟合可知绿孢链霉菌、白腐菌、假单胞菌相比褐煤的最大比产甲烷量都有增加,分别为14.61%、154.49%和96.10%,微生物预处理对煤转化生物气的促进效果依次为白腐菌、绿孢链霉菌和假单胞菌。不同微生物的体积及其附着特征对预处理效果有重要影响,体积较小的菌种预处理效果较好,且预处理促使煤的孔-裂隙和表面粗糙度都显著增加,为后期厌氧发酵菌作用煤提供了便利条件。 展开更多

关键词 生物气 微生物预处理 Gompertz模拟 表面结构 附着特征

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煤层宏观裂隙特征与瓦斯抽采研究 被引量：3

14

作者 景少颖 崔洪庆 《煤炭技术》 CAS 2020年第6期64-68,共5页

为了利用煤层宏观裂隙,提高瓦斯抽采效率,在古汉山矿对二1煤层宏观裂隙进行了系统观测和统计分析。研究表明:古汉山矿二1煤层宏观裂隙可区分为大倾角、中倾角和小倾角3种类型;在不同的瓦斯地质单元中,3种类型宏观裂隙的发育程度、优势... 为了利用煤层宏观裂隙,提高瓦斯抽采效率,在古汉山矿对二1煤层宏观裂隙进行了系统观测和统计分析。研究表明:古汉山矿二1煤层宏观裂隙可区分为大倾角、中倾角和小倾角3种类型;在不同的瓦斯地质单元中,3种类型宏观裂隙的发育程度、优势发育方位、煤层的破坏程度和煤层渗透性存在很大差异,进而影响了穿层和顺层瓦斯抽采钻孔的抽采效率。提出了在不同瓦斯地质单元中,根据煤层宏观裂隙主要类型和优势发育方位,优化设计瓦斯抽采钻孔的方法,并取得了较好的实际应用效果。 展开更多

关键词 煤层宏观裂隙类型 煤层破坏特征 瓦斯地质单元 煤层瓦斯抽采

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煤矿瓦斯抽采增产机制及关键技术 被引量：61

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作者 苏现波 宋金星 +6 位作者 郭红玉 蔺海晓 刘晓 韩颖 张双斌 李贤忠 于世耀 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2020年第12期1-30,共30页

瓦斯抽采是煤矿瓦斯灾害治理的主要途径。长期以来,广大科技与工程技术人员研制了多种瓦斯抽采技术,为我国煤矿安全生产提供了有力保障。但是对于一些突出严重的低渗煤层仍存在抽采效率低、成本高的问题,迫切需要形成一套系统的、能够... 瓦斯抽采是煤矿瓦斯灾害治理的主要途径。长期以来,广大科技与工程技术人员研制了多种瓦斯抽采技术,为我国煤矿安全生产提供了有力保障。但是对于一些突出严重的低渗煤层仍存在抽采效率低、成本高的问题,迫切需要形成一套系统的、能够实现瓦斯抽采由"抽得出向抽得快、抽得省、抽得纯、抽得净"转化的技术体系。为此,首先系统介绍了煤岩体结构的定量表征、瓦斯运移产出机制和基于煤岩体结构的瓦斯运移产出过程,并以此瓦斯抽采增产理论为基础,从物理、生化和表面改性等方面厘清了瓦斯抽采增产机制,最后结合团队近20年从事瓦斯治理工作的研究成果,系统分析了水力压裂、钻冲压一体化、老孔修复、三堵两注固液两相封孔、下向瓦斯抽采孔自动排水排渣气驱、地面以孔代巷等六项瓦斯抽采技术的增产原理,简要介绍了研制的相关装备、装置和器材以及现场应用效果。指出煤体结构决定了煤层的可改造性,决定了瓦斯的运移产出流态,进而决定了瓦斯抽采增产技术的选择,是瓦斯治理技术体系建立的基础。揭示了瓦斯抽采的多重增产机制:造缝增透、增容增透、气驱增产、气胀致裂增透、微生物降解增产、强氧化剂氧化增产和表面改性增产等,指出水力压裂、钻冲压一体化、地面以孔代巷三项技术是以增透增产为主要途径的水力强化措施;三堵两注固液两相封孔、老孔修复增透、下向孔自动排水排渣三项技术则是以多重增产机制为基础,以延长抽采钻孔使用寿命、提高抽采瓦斯的质和量为途径的增产技术;气驱技术的本质是增加瓦斯压力梯度、实现抽采后期低压煤层瓦斯抽采增产。已经完成的工程试验和推广应用充分显示出这一技术体系的潜在优势,随着这一技术体系进一步的标准化和程序化,将成为煤矿瓦斯高效抽采的一种普适性技术,其推广应用将大幅度降低瓦斯治理成本。 展开更多

关键词 瓦斯抽采 瓦斯运移产出机制 增解 增扩 增透 增产机制 增产技术

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孔隙-孔喉分形多孔介质复杂类型组构模式表征 被引量：8

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作者 金毅 权伟哲 +3 位作者 秦建辉 刘仙鹤 郑军领 宋慧波 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期1845-1854,共10页

自然储层孔隙结构复杂,孔隙和孔喉共存且往往会表现出分形特征。经典的数量-尺度关系Rns及其衍生模型虽然能有效获取分形维数D,然而它们之间多对一的关系无法保证反演建模的惟一性。与此同时,分形对象中复杂类型的种类及其组构模式尚不... 自然储层孔隙结构复杂,孔隙和孔喉共存且往往会表现出分形特征。经典的数量-尺度关系Rns及其衍生模型虽然能有效获取分形维数D,然而它们之间多对一的关系无法保证反演建模的惟一性。与此同时,分形对象中复杂类型的种类及其组构模式尚不明了,这导致储层复杂孔隙结构等效表征的困难。因此,厘清孔隙和孔喉多类型共存、多尺度分布的孔隙结构中的复杂类型,进而定量表征其组构模式对评估油气的赋存和运移规律至关重要。新近出现的分形拓扑理论表明分形对象是耦合原始复杂性与行为复杂性的双复杂系统。这两类复杂类型表现出相互独立的组构模式,其中原始复杂性确定单尺度与多尺度、单相与多相、单类型与多类型等缩放类型,而行为复杂性则决定自相似、自仿射、多重分形等尺度不变特征。基于此,本文有效标定了孔隙-孔喉耦合分形结构中的复杂类型种类,查明了孔隙、孔喉以及其连通性的原始复杂性归属,利用泰森多边形算法实现了孔隙-孔喉耦合行为的定量描述,依据分形拓扑理论给出了行为复杂性的尺度不变定义,结合原始复杂性与行为复杂性组构模式发展了一种精细表征孔隙-孔喉耦合分形孔隙结构的算法。基于新算法,模拟了不同复杂组构模式下的分形多孔介质,分析了原始复杂性与行为复杂性对孔隙结构的影响,推演了孔隙度及比表面积计算公式并验证了其有效性。 展开更多

关键词 分形拓扑 孔隙-孔喉分形多孔介质 双复杂系统 原始复杂性 行为复杂性

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煤体结构全程演变过程中渗透特性试验研究及意义 被引量：3

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作者 郭红玉 拜阳 +2 位作者 蔺海晓 李广生 苏现波 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第11期2263-2268,共6页

在引入地质强度指标(GSI)实现煤体结构定量表征的基础上,通过平行煤样在应力应变不同阶段的结构特征、声发射和渗透率等参数的观测和拼接,得到煤体结构全程演变过程中渗透特性变化趋势。结果表明:煤体结构(GSI)改善阶段,煤样由压密向弹... 在引入地质强度指标(GSI)实现煤体结构定量表征的基础上,通过平行煤样在应力应变不同阶段的结构特征、声发射和渗透率等参数的观测和拼接,得到煤体结构全程演变过程中渗透特性变化趋势。结果表明:煤体结构(GSI)改善阶段,煤样由压密向弹性变形过渡,声发射强度由弱变强,孔裂隙逐渐闭合导致渗透率降低;煤体结构(GSI)脆性破坏阶段,煤样发生屈服和破裂,声发射强度逐渐增强,随着裂缝充分扩展,渗透率增加滞后并达到最大值;煤体结构(GSI)塑性降低阶段,先期形成裂隙的凹凸部分被剪切和磨蚀,连通性变差,煤样逐渐粉末化,声发射计数明显增加但强度较小,随着应变增加,应力曲线缓慢上翘,达到重新压实效果,渗透率急剧下降。 展开更多

关键词 煤体结构 渗透率 地质强度指标(GSI) 声发射 煤层气

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以风化煤为底物制取生物甲烷的潜力分析 被引量：6

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作者 郭红玉 李云嵩 +3 位作者 李贤忠 赵国俊 于洪飞 尹香菊 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期1187-1194,共8页

我国拥有丰富的风化煤储量,因其高度被氧化的独特性质,可应用的领域极为有限,目前主要被作为改善土壤性质的肥料和制取腐殖酸的来源。以风化煤为底物制取生物甲烷是一种具有探索性的全新生物发酵工艺,探究其可行性及模拟实验过程中风化... 我国拥有丰富的风化煤储量,因其高度被氧化的独特性质,可应用的领域极为有限,目前主要被作为改善土壤性质的肥料和制取腐殖酸的来源。以风化煤为底物制取生物甲烷是一种具有探索性的全新生物发酵工艺,探究其可行性及模拟实验过程中风化煤的物性特征变化有利于拓宽风化煤的资源利用和环境改善,并可以进一步丰富煤生物产气理论。实验选取内蒙古乌海和山西晋城两地不同风化程度煤样,以煤层矿井水为菌种来源,在适宜环境条件下开展模拟产气实验,通过生物产气模拟和红外光谱测试,分析不同风化程度煤的生物产气能力及其内在因素,以揭示其产气潜力及物性变化特征。结果表明:①随着煤的风化程度加深,可燃基CH 4产气量明显增加,两组煤样中可燃基CH 4生成量最高分别达到7.13,4.20 mL/g;②不同风化程度的煤样均出现了产气高峰,时间基本都出现在15~30 d,各组中随着煤样风化程度不断加深,产气高峰出现时间也越来越早;③随着煤的风化程度加深,煤中芳环被不断打开,大分子结构被破坏,同时煤中羟基、氨基等基团含量趋于降低,脂碳结构逐渐解体,含氧官能团成为主要结构,氧含量比例不断增高,更容易被微生物降解;④菌群鉴定表明风化煤不仅含有大量产生生物气所需的第1阶段和第2阶段细菌,更含有甲烷杆菌属、甲烷球菌属等多种类型的产甲烷菌群,具有把风化煤转化为生物甲烷的环境条件。实验结果最终反映了风化煤具有转化为生物甲烷的潜力,并有利于提高我国风化煤的资源利用率。 展开更多

关键词 风化煤 生物甲烷 产气高峰 官能团 菌群结构

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褐煤发酵制生物氢过程中关键液相产物的变化规律 被引量：4

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作者 夏大平 黄松 张怀文 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期146-153,共8页

过去对于煤发酵产氢过程中液相中间产物内有机物的变化及相互转化关系鲜有研究,而液相产物的种类和浓度不仅关系到煤转化成生物氢的效率,而且还是研究煤制生物氢生成机理的重要内容之一。为此,以陕西省大柳塔褐煤为研究对象,在适宜环境... 过去对于煤发酵产氢过程中液相中间产物内有机物的变化及相互转化关系鲜有研究,而液相产物的种类和浓度不仅关系到煤转化成生物氢的效率,而且还是研究煤制生物氢生成机理的重要内容之一。为此,以陕西省大柳塔褐煤为研究对象,在适宜环境条件下进行生物发酵产氢实验,利用气相色谱法、气质联用法对煤发酵产氢过程中的氢气浓度及关键液相产物进行阶段性测试,以揭示制氢过程中关键液相产物的转化规律。实验结果表明:①煤制生物氢过程中关键液相产物的变化规律和产氢量变化相对应,饱和烷烃及环烃类的相对丰度先增加后减少再增加,而蛋白质类物质的相对丰度则先减少后增加再减少,分别对应产氢初期、产氢高峰期和产氢末期3个阶段;②小分子挥发性脂肪酸在产氢过程中逐渐积累,芳香小分子酸在产氢过程中发生的增加、减少、再增加、再减少的震荡式变化过程,对应小分子物质释放、微生物利用、烃类氧化及大分子再被降解这一系列生物化学反应过程;③液相产物中检测出的脂类、醛类、酮类物质是产酸的母源物质,其变化量与酸类增长具有一定的关联性。结论认为,研究煤制生物氢过程中液相产物的变化规律,不仅揭示了气—液两相之间相互对应的生物化学效应,而且也进一步丰富了煤发酵产氢理论。 展开更多

关键词 褐煤 厌氧发酵 生物氢 关键液相产物 本源菌 气质联用 变化规律 产氢机理

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定向射孔水力压裂平面裂缝形态数值研究 被引量：5

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作者 王利 张新生 +1 位作者 曹运兴 田林 《河南理工大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2018年第2期124-132,共9页

为了研究多分支定向射孔水力压裂裂缝扩展形态,提出基于多孔介质渗流-损伤耦合的有限元数值模拟方法,该方法的耦合原理基于Zimmerman的孔隙弹性概念,压裂准则和裂缝张开度本构关系基于损伤局部化概念,通过介质水力学属性参数的各向异性... 为了研究多分支定向射孔水力压裂裂缝扩展形态,提出基于多孔介质渗流-损伤耦合的有限元数值模拟方法,该方法的耦合原理基于Zimmerman的孔隙弹性概念,压裂准则和裂缝张开度本构关系基于损伤局部化概念,通过介质水力学属性参数的各向异性实现孔壁裂缝成核和扩展路径识别,多场耦合迭代程序基于ANSYS平台开发,模拟平面应变裂缝(KGD)在定向射孔(一字形、十字形和Y字形)条件下的裂缝扩展形态。结果表明:定向射孔条件下裂缝扩展形态复杂的原因在于,裂缝扩展同时受制于主压应力牵引作用和定向射孔导向作用,两种作用对裂缝扩展方向竞争性拉动,加上孔底部的应力集中作用,导致裂缝呈现多种扩展形态,尤其在多分支射孔条件下,射孔裂缝分支存在竞争性和共生性两种生长机制,从而进一步加剧了裂缝形态的复杂性。 展开更多

关键词 水力压裂 渗流 损伤 定向射孔

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