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煤矿瓦斯抽采增产机制及关键技术 被引量：74
1
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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潘庄煤层气井分压合采技术及其应用分析 被引量：8
2
作者 张双斌 郭红玉 《煤炭工程》 北大核心 2014年第5期51-53,56,共4页
为了查明潘庄煤层气分压合采井的主控因素和适用条件,选用了潘庄区块生产达五年以上的分压合采井为研究对象,通过对储层地质特征、水力压裂施工参数和排采数据的整理分析,探讨了分压合采井成功实施的地质和工程因素。研究结果表明,煤层... 为了查明潘庄煤层气分压合采井的主控因素和适用条件,选用了潘庄区块生产达五年以上的分压合采井为研究对象,通过对储层地质特征、水力压裂施工参数和排采数据的整理分析,探讨了分压合采井成功实施的地质和工程因素。研究结果表明,煤层气合采井成功的关键是压裂裂缝在煤层中充分扩展,控制裂缝的缝高,避免煤层与顶底板含水层在近井地带发生水力联系;各煤层的原始储层压力、临界解吸压力相匹配时或相差不大时,通过坚持"连续、缓慢、稳定"的排采方针,合层排采会取得成功。 展开更多
关键词 煤层气井 分压合采技术 合层排采 储层压力 临界解吸压力
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煤层气水平井技术应用分析及优化 被引量：6
3
作者 张双斌 刘国伟 季长江 《煤炭工程》 北大核心 2021年第3期93-97,共5页
全国主要煤层气区块15年以上的开发实践表明,不同地质条件下,相同的水平井技术开发效果差异较大,可复制性差,亟需进行技术优化。基于水平井技术应用典型案例的数据统计分析,研究了井型、井身结构、完井方式、储层强化技术、排采装备及... 全国主要煤层气区块15年以上的开发实践表明,不同地质条件下,相同的水平井技术开发效果差异较大,可复制性差,亟需进行技术优化。基于水平井技术应用典型案例的数据统计分析,研究了井型、井身结构、完井方式、储层强化技术、排采装备及工艺的优化方法。结果表明,井型和井身结构对煤层气高效经济开发起决定性作用。U型和L型水平井最具推广应用价值。井身结构优化应保持水平段井眼平滑,U型井水平段井眼下倾,L型井水平段井眼上倾且设置沉煤粉“口袋”。根据地应力、煤层埋深和渗透性选择完井方式,低地应力、埋深浅的高渗煤层,水平井段采用筛管完井;高地应力、埋深大的低渗煤层,水平井段采用“套管水泥固井+分段密集多簇射孔+大规模水力压裂”技术。排采设备优选“杆式泵+抽油机”组合,实施智能化、精细化排采,严格管控“上产—稳产”阶段的排液速率,保证水平井高产稳产。 展开更多
关键词 煤层气 水平井 井身结构优化 分段压裂 精细化排采
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风化煤与褐煤转化生物甲烷的差异性分析 被引量：2
4
作者 张双斌 赵树峰 +1 位作者 郭红玉 简阔 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期291-299,共9页
为查明风化煤与褐煤生物甲烷生成量差别的内在原因,分别选取风化煤和褐煤,以富集驯化的菌液为菌种来源,通过生物产气模拟,红外光谱、X射线光电子能谱、16srRNA测试、扫描电镜测试来分析风化煤与褐煤生物产气量差异性的内在机制。结果表... 为查明风化煤与褐煤生物甲烷生成量差别的内在原因,分别选取风化煤和褐煤,以富集驯化的菌液为菌种来源,通过生物产气模拟,红外光谱、X射线光电子能谱、16srRNA测试、扫描电镜测试来分析风化煤与褐煤生物产气量差异性的内在机制。结果表明:褐煤的生物产气潜力(7.63 mL/g)大于风化煤(3.24 mL/g);褐煤相比于风化煤,在产气过程中各类基团脱落明显,芳香类物质更多的被转化为小分子量的其它物质,同时酚碳或醚碳(C—O)氧化更加明显,有利于形成更多的小分子有机酸类物质;褐煤相较于风化煤在生物产气过程中表面侵蚀较严重,出现了较多的孔裂隙,使得有机质能够从这些孔隙中析出,有利于微生物进一步利用产气;褐煤中细菌和古菌多样性低于风化煤,但主要功能菌群占比较大,细菌中Macellibacteroides属和Lysinibacillus属占比达68.05%,古菌中Methanosarcina属和Methanobacterium属占比达89.99%,远大于风化煤,对煤中有机质的降解利用起到积极作用,能为后续产甲烷菌提供原料,因此褐煤更有利于被微生物利用产生物甲烷;风化煤的甲烷代谢类型为甲基类营养性区别于褐煤的氢营养型;在褐煤中微生物能够更好的利用乙酸作为碳源、葡萄糖和糖原能够被有效降解为丙酮酸,氧化(还原性)强,并产生供生化反应所需的ATP。研究结果为风化煤与褐煤产气差异机制提供理论参考,为今后风化煤与褐煤生物甲烷化利用提供现实意义。 展开更多
关键词 生物甲烷 风化煤 褐煤 物化特征 菌群变化
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风化煤暗发酵生物制氢与关键代谢途径分析
5
作者 张双斌 赵树峰 +3 位作者 郭红玉 关永鑫 张宏 马浩杰 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期208-217,共10页
风化煤热值低、利用方式单一且污染环境,为拓宽风化煤的利用途径,实现资源利用和环境保护,对风化煤进行暗发酵制取生物氢气。选取山西晋城和太原、内蒙古乌海三个矿区的自然风化煤,以煤层矿井水作为菌种来源,通过生物产氢试验、GC-MS、... 风化煤热值低、利用方式单一且污染环境,为拓宽风化煤的利用途径,实现资源利用和环境保护,对风化煤进行暗发酵制取生物氢气。选取山西晋城和太原、内蒙古乌海三个矿区的自然风化煤,以煤层矿井水作为菌种来源,通过生物产氢试验、GC-MS、三维荧光和宏基因组学等测试手段揭示风化煤生物制氢可行性及关键代谢产物和途径。结果表明:不同矿区风化煤可以被转化为生物氢气,其中乌海风化煤产氢量最大(10.26 mL/g),远高于晋城风化煤产氢量(5.22 mL/g)。风化煤产氢系统偏酸性环境,pH和COD质量浓度具有一定的规律性变化,随着发酵的进行部分有机物得到利用产生乙酸和氢气。风化煤产氢过程中液相有机物主要以酸类(乙酸、丙酸、正戊酸和丁酸)和醇类(2,3-丁二醇,糖醇和(S)-1,2-丙二醇)为主,可溶性有机质以腐殖酸和色氨酸蛋白类有机质为主,且随着发酵的进行,多种有机质被消耗利用。风化煤制氢过程中微生物主要以Pseudomonadota门和Citrobacter属为主,且主要通过分解和利用有机酸(乙酸、丙酸、丁酸、乳酸)产生氢气。风化煤制氢过程中,乙酸代谢途径以糖酵解途径为主,有机质被细菌分解生成丙酮酸后再被产氢细菌利用,其中丙氨酸激酶和醛酮酸脱氢酶在细胞代谢生成氢气过程中发挥着重要作用。研究结果揭示了风化煤产氢的潜力机制,为风化煤有效利用提供了理论参考。 展开更多
关键词 风化煤 生物制氢 液相产物 菌群结构 代谢特征
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煤层气井排采过程中压裂裂缝导流能力的伤害与控制 被引量：22
6
作者 张双斌 苏现波 +1 位作者 郭红玉 林晓英 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第1期124-128,共5页
煤层气井排采过程中,压裂裂缝导流能力大小变化,直接影响压降漏斗扩展范围,进而影响煤层气井产气量的高低。以晋煤集团寺河矿3号煤制作煤片,以兰州石英砂为支撑剂,运用FCES-100裂缝长期导流能力评价仪,在实验室物理模拟了排采过程中煤... 煤层气井排采过程中,压裂裂缝导流能力大小变化,直接影响压降漏斗扩展范围,进而影响煤层气井产气量的高低。以晋煤集团寺河矿3号煤制作煤片,以兰州石英砂为支撑剂,运用FCES-100裂缝长期导流能力评价仪,在实验室物理模拟了排采过程中煤储层压裂裂缝的导流能力变化规律。实验结果认为:煤层气井排采过程中压裂裂缝导流能力具有较强的应力敏感性,如果控制排采降压连续缓慢稳定进行,可以使压降漏斗充分扩展前应力敏感对导流能力的伤害较小;在水力压裂施工中可以通过增加砂比来减小支撑剂嵌入的影响,对于深井选用更高强度支撑剂可以克服支撑剂破碎引起的伤害;不稳定和断续排采可造成压裂裂缝导流能力快速下降,只有坚持排采降压的"连续、缓慢、稳定"进行,才能避免应力敏感和流速敏感带来的储层伤害,确保煤层气井开发取得好的效果。 展开更多
关键词 导流能力 压裂裂缝 煤层气井 排采 闭合压力
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煤储层水力压裂支撑剂的优选实验研究 被引量：5
7
作者 张双斌 苏现波 郭红玉 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2016年第1期51-55,共5页
针对我国600 m 以深煤层气井采用石英砂支撑剂和活性水压裂液,难以取得商业化开发价值产气量的现状,运用FCES-100 裂缝导流能力评价仪,分别测试了石英砂、陶粒和覆膜酸枣仁在不同闭合压力下的导流能力,统计了支撑剂的破碎率,并通过扫描... 针对我国600 m 以深煤层气井采用石英砂支撑剂和活性水压裂液,难以取得商业化开发价值产气量的现状,运用FCES-100 裂缝导流能力评价仪,分别测试了石英砂、陶粒和覆膜酸枣仁在不同闭合压力下的导流能力,统计了支撑剂的破碎率,并通过扫描电镜观测支撑剂的圆度和球度.实验结果表明：闭合压力小于15 MPa 时,陶粒、石英砂和覆膜酸枣仁均有良好的导流能力;当闭合压力为15-25 MPa 时,陶粒和覆膜酸枣仁的导流能力相对较高;当闭合压力大于25 MPa 时,只有陶粒保持相对较高的导流能力.在煤层气井水力压裂设计时,可根据煤层埋深选择水力压裂支撑剂.若煤层埋深小于600 m,选用石英砂支撑剂;若煤层埋深介于600-1 000 m,采用木质支撑剂（覆膜酸枣仁）或陶粒;若煤层埋深大于1 000 m,建议用陶粒支撑剂. 展开更多
关键词 煤储层 水力压裂 支撑剂 导流能力 破碎率
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煤层气井越流补给的判识方法 被引量：3
8
作者 张双斌 苏现波 郭红玉 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2013年第5期29-32,共4页
排水降压是煤层气开发的技术依据,及时判别煤层气井是否存在越流补给,将关乎到排采工作制度的制定和产气量预测。通过煤层气井不同排采阶段的实际产水量与理论值的比较,并结合套压、井底流压、动液面和产气量的变化特征,能够快速判识越... 排水降压是煤层气开发的技术依据,及时判别煤层气井是否存在越流补给,将关乎到排采工作制度的制定和产气量预测。通过煤层气井不同排采阶段的实际产水量与理论值的比较,并结合套压、井底流压、动液面和产气量的变化特征,能够快速判识越流补给。若煤层气井实际产水量明显高于理论值,且开始产气时动液面上升后不再下降,产气量和套压保持在较低水平,则认为该井存在越流补给。在此基础上,根据动液面、套压和产气量特征划分越流补给井类型,确定合理的后续排采制度。通过分析沁水盆地煤层气井的排采数据,验证了越流补给井及类型的快速识别方法。 展开更多
关键词 煤层气 排采 压降漏斗 越流补给
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矿工心理疲劳试验研究 被引量：6
9
作者 贾爱芳 田水承 +1 位作者 郭昕玥 杨鹏飞 《安全与环境学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期2608-2616,共9页
为了研究矿工心理疲劳,减少煤矿人因事故,保障煤矿安全生产,以煤矿工人为研究对象,通过双类内隐联想试验(IAT)和外显调查问卷相结合的方法对煤矿工人心理疲劳进行实证研究。首先,通过自由联想问卷、李克特量表及专家讨论确定试验材料;其... 为了研究矿工心理疲劳,减少煤矿人因事故,保障煤矿安全生产,以煤矿工人为研究对象,通过双类内隐联想试验(IAT)和外显调查问卷相结合的方法对煤矿工人心理疲劳进行实证研究。首先,通过自由联想问卷、李克特量表及专家讨论确定试验材料;其次,通过卡内基梅隆大学等开发的试验生成系统E-prime 2.0软件编制内隐试验程序,试验预测矿工内隐心理疲劳;再次,借用马斯拉奇心理疲劳量表中文修订版,测量矿工的外显心理疲劳;最后,运用SPSS 25.0和Excel 19.0分析内隐和外显心理疲劳,以及内隐与外显心理疲劳的关系。结果表明:被试整体上存在心理疲劳;内隐和外显心理疲劳之间不存在相关关系或存在弱相关关系,它们属于不同的建构。 展开更多
关键词 安全管理工程 双类内隐联想测验(IAT) E-prime 2.0 内隐心理疲劳 外显心理疲劳
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基于延迟折扣任务的矿工风险决策实验研究 被引量：1
10
作者 贾爱芳 田水承 +1 位作者 郭昕玥 杨鹏飞 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2022年第1期64-69,共6页
为探索矿工风险决策冒险倾向,控制矿工不安全行为,提高煤矿作业安全。采用调查问卷和延迟扣风险决策模拟任务的风险决策模拟任务相结合的方法,邀请高平某煤矿部分一线矿工作为被试进行了实验研究,并对实验所得数据通过SPSS 25.0、GraphP... 为探索矿工风险决策冒险倾向,控制矿工不安全行为,提高煤矿作业安全。采用调查问卷和延迟扣风险决策模拟任务的风险决策模拟任务相结合的方法,邀请高平某煤矿部分一线矿工作为被试进行了实验研究,并对实验所得数据通过SPSS 25.0、GraphPad Prism 5.0和EXCEL 19.0等软件进行处理分析。结果表明:金额200元的AUC值小于金额5000元的AUC值。被试的AUC_(200)与特质自我控制和风险偏好显著正相关,而AUC_(5000)与负向情绪显著负相关。金额200元时,被试风险决策的冒险倾向更高,而金额5000元时,被试风险决策更趋于保守。金额较小时,特质自我控制和风险偏好对冒险倾向有正向的影响,而金额较大时,负向情绪对冒险倾向有负向影响。 展开更多
关键词 延迟折扣任务 矿工 风险决策 AUC值 主观价值
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