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电泳降低煤层气排采中煤粉沉降机理研究
1
作者 郭俊庆 刘鹏辉 +3 位作者 王昱清 袁一博 康天合 李伟 《煤炭学报》 北大核心 2025年第8期4022-4032,共11页
煤粉堵塞严重影响煤层气高效开发,现有的解堵方法存在效率低、成本高等问题,为此,结合煤在水溶液中的带电特性,提出通过外加电场产生电泳作用驱动煤粉运移解堵。采用自制的电泳改变煤粉沉降特性试验装置,开展电位梯度对不同煤阶煤粉沉... 煤粉堵塞严重影响煤层气高效开发,现有的解堵方法存在效率低、成本高等问题,为此,结合煤在水溶液中的带电特性,提出通过外加电场产生电泳作用驱动煤粉运移解堵。采用自制的电泳改变煤粉沉降特性试验装置,开展电位梯度对不同煤阶煤粉沉降特性影响的物理模拟试验,探究煤粉沉降规律,结合电动电位、接触角测量、红外光谱、粒子图像追踪PIV测试等表征手段,揭示电泳作用机理。结果表明:随着时间的增加,无烟煤、焦煤和长焰煤等3种煤阶煤粉的沉降质量均呈先快速升高、后基本稳定的变化规律;随着电位梯度的增大,3种煤阶煤粉的最终沉降质量均呈反比例函数的变化规律,即先快速降低后缓慢降低至稳定,其中焦煤的降幅最大;试验过程中观察到3种煤阶煤粉均出现聚团现象,且焦煤的聚团现象较明显,这是由于焦煤的羟基含量较高,导致其接触角小,亲水性好,从而使煤粉颗粒之间更易形成液桥;施加电场后,3种煤阶煤粉的运移轨迹类型由快速下降变为减速下降、先降后升的类抛物线或上升等3种,且焦煤的类抛物线和上升轨迹较多,并且加电后3种煤阶的平均运移速率均增大,其中焦煤增幅最大;电泳改变煤粉运移机理是外加电场和液桥2个因素改变煤粉所受合力,一方面外加电场提供电场力使得合力向上,另一方面液桥的存在增大了重力、浮力和电场力,其中浮力增幅比重力大,使得向上的合力增大,并且焦煤的液桥较多,向上合力最大。因此,外加电场可以有效地降低煤粉沉降质量,减少煤粉堵塞。 展开更多
关键词 煤粉堵塞 电泳 电场强度 液桥 沉降特性
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电位梯度对细尾砂脱水固结特性的影响规律及其机理研究
2
作者 郭俊庆 龙腾 +4 位作者 柴肇云 吴志军 王昱清 邬杨亿 向德成 《煤炭学报》 北大核心 2025年第S1期286-296,共11页
尾矿库堆积坝砂粒因水力传导率低、透水性差等特点,导致其存在排水能力差、固结时间长和力学强度低等问题,容易发生堆积坝失稳等地质灾害。结合细尾砂比表面积大以及强带电特性和电渗原理,提出通过外加电场促进其脱水固结的探索性思路,... 尾矿库堆积坝砂粒因水力传导率低、透水性差等特点,导致其存在排水能力差、固结时间长和力学强度低等问题,容易发生堆积坝失稳等地质灾害。结合细尾砂比表面积大以及强带电特性和电渗原理,提出通过外加电场促进其脱水固结的探索性思路,以铁细尾砂为研究对象,遵循与湿排尾矿堆积坝砂样状态相似原理,采用自主研发的一维水平电渗试验装置进行物理模拟试验,研究电位梯度对细尾砂排水量、蒸发量、排水速率的变化规律,结合作用前后的细尾砂试样直剪强度、X射线衍射和扫描电镜(SEM)等表征测试,分析电场对细尾砂脱水固结的效果及其作用机制。结果表明:①施加电场对细尾砂脱水固结有促进作用,并且随着电位梯度的增大总脱水量呈先升高后基本稳定的规律,在电位梯度1和6 V/cm作用下的总脱水效果最佳,总脱水量增加1.61倍。需要说明的是,在0~1 V/cm脱水以电渗作用为主,在1~6 V/cm脱水以电蒸发作用为主;②施加电场后细尾砂剪应力曲线由平缓型变为波峰型,说明具内聚力增强,抗剪强度提高了12.4%~21.7%,同一电位梯度下阳极较阴极增幅明显;③施加电场作用后的阳极区域新生成褐铁矿、石膏和铁氧化物等矿物,阴极区域未有新矿物生成;④电场促进细尾砂脱水固结的作用机理主要有4方面:电渗排水作用、电泳迁移小颗粒运移聚集作用、电化学反应在阳极附近产生的胶结物质作用和电蒸发效应等。研究结果为外加电场促进细尾砂脱水固结提供了一定的理论与应用价值。 展开更多
关键词 细尾砂 脱水固结 电渗 电蒸发 电位梯度 抗剪强度
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基于裂隙定量表征的切顶卸压沿空留巷覆岩运移规律研究
3
作者 郗泽涛 郭俊庆 +4 位作者 张百胜 刘晓旺 任霄洋 杨勇勇 李建飞 《煤炭工程》 北大核心 2025年第10期149-155,共7页
为了定量统计分析切顶卸压沿空留巷覆岩裂隙发育情况,并以此确定合理的切顶高度,提出了基于Avizo软件的定量统计分析切顶卸压沿空留巷覆岩裂隙的方法。以碾焉煤矿8104回风巷道沿空留巷为工程背景,综合采用理论分析、数值模拟与现场工业... 为了定量统计分析切顶卸压沿空留巷覆岩裂隙发育情况,并以此确定合理的切顶高度,提出了基于Avizo软件的定量统计分析切顶卸压沿空留巷覆岩裂隙的方法。以碾焉煤矿8104回风巷道沿空留巷为工程背景,综合采用理论分析、数值模拟与现场工业性试验等,基于Avizo软件研究了不切顶及不同切顶高度下留巷覆岩运移规律及裂隙发育情况,并分析了切顶卸压沿空留巷矿压显现规律及其效果,结果表明:留巷巷道切顶卸压后对比不切顶而言,垮落带高度随切顶高度升高而升高,裂隙带高度与不切顶情况相同。切顶条件下,随切顶高度升高,巷内顶板裂隙面积及采空区矸石压实空隙面积均呈指数式降低,当切顶高度为12 m时,切顶效果最好,与不切顶相比,巷内顶板裂隙面积及采空区矸石压实空隙面积降幅分别为49.2%和33.5%。切顶卸压沿空留巷巷道顶底板移近量及两帮移近量均呈现出缓慢变形、快速变形和变形趋于稳定3个阶段的显著特征,其中滞后工作面300 m之后顶底板移近量和两帮移近量均稳定在400 mm以内。 展开更多
关键词 切顶卸压 沿空留巷 3DEC Avizo 切顶高度
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