低渗煤层定向多簇气相压裂瓦斯治理技术研究与实践 被引量：55

1

作者 曹运兴 张军胜 +3 位作者 田林 翟红 傅国廷 唐军华 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第10期2631-2641,共11页

为解决低渗透煤层瓦斯抽采难题,在潞安矿区5 a多的研究和规模化现场试验基础上,提出了一种低渗透煤层CO_2气相定向多簇压裂瓦斯综合治理技术。该技术是应用改进后的CARDOX装置系统所产生的高压CO_2气体在煤层中进行定向多簇造缝,实现煤... 为解决低渗透煤层瓦斯抽采难题,在潞安矿区5 a多的研究和规模化现场试验基础上,提出了一种低渗透煤层CO_2气相定向多簇压裂瓦斯综合治理技术。该技术是应用改进后的CARDOX装置系统所产生的高压CO_2气体在煤层中进行定向多簇造缝,实现煤层的卸压和增透,均化和改善局部地应力集中和瓦斯含量/压力的异常分布状态,提高瓦斯抽采效率。研究表明,在气相压裂试验区段,瓦斯突出危险性降低,煤层渗透率提高1~2个数量级,瓦斯抽采浓度和流量提高1个数量级,抽采达标时间由原来的720 d减少到210 d,实现了高瓦斯煤层的安全掘采协调生产。 展开更多

关键词 低渗煤层 瓦斯治理 气相压裂 卸压 潞安矿区

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新疆阜康矿区煤层气双管柱筛管完井机理与适用性研究 被引量：1

2

作者 张龙 王一兵 +6 位作者 鲜保安 张亚飞 谭章龙 哈尔恒·吐尔松 孙昊 王冠 张锦涛 《油气藏评价与开发》 CSCD 2022年第4期633-642,共10页

新疆阜康矿区煤储层具有煤层倾角大、厚度大、煤层多、构造复杂等特征,矿区煤层气规模开发进展缓慢,亟需寻找合适的煤层气地质工程一体化开发技术,为新疆煤层气开发提供有力支撑。双管柱筛管完井技术集完井增产一体化,已在沁水盆地推广... 新疆阜康矿区煤储层具有煤层倾角大、厚度大、煤层多、构造复杂等特征,矿区煤层气规模开发进展缓慢,亟需寻找合适的煤层气地质工程一体化开发技术,为新疆煤层气开发提供有力支撑。双管柱筛管完井技术集完井增产一体化,已在沁水盆地推广应用超过400口煤层气水平井。双管柱筛管完井技术从水力冲击作用、清除煤粉、钻井液化学破胶、应力增渗等4个方面对煤层气水平井进行增产改造,助力阜康矿区煤层气高效开发。基于双管柱筛管完井技术特点,从储层煤体结构优势、储层渗透率恢复优势、储层孔裂隙拓展优势、储层构造优势4个方面论述了该技术对于阜康矿区煤层气开发的适用性与应用机理,对新疆类似储层地质条件下的煤层气高效开发具有指导和借鉴意义。 展开更多

关键词 煤层气 阜康矿区 双管柱 筛管完井 适应性研究

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造穴-CO_(2)气相压裂复合技术造缝卸压增渗机理研究 被引量：4

3

作者 闫志铭 张新生 +4 位作者 张军胜 杨百舸 曹运兴 李淑敏 董润平 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期63-73,共11页

我国煤矿煤与瓦斯突出灾害严重,目前增透主要采用静力型技术和动力型技术,不同程度地解决了瓦斯治理难题。为获得更好的复合造缝卸压增渗效果,开发出造穴-气相压裂复合技术,综合采用185 MPa高压力CO_(2)冲击煤样、数值模拟、光纤应变监... 我国煤矿煤与瓦斯突出灾害严重,目前增透主要采用静力型技术和动力型技术,不同程度地解决了瓦斯治理难题。为获得更好的复合造缝卸压增渗效果,开发出造穴-气相压裂复合技术,综合采用185 MPa高压力CO_(2)冲击煤样、数值模拟、光纤应变监测3种技术手段,研究造穴-气相压裂复合技术的瓦斯治理机理。结果表明:①煤样在CO_(2)气相压裂应力波作用下,在煤基质表面新形成损伤坑(DM)和三翼型裂隙(TRW)典型显微构造。②煤层在静力型和动力型荷载复合作用下近钻孔中心范围内煤层中原始的裂隙被重新打开,形成以钻孔为中心的放射状多尺度、张剪性破坏为主的裂缝,该裂缝能够充分均化应力集中区,并使得煤层产生不可逆的破坏,其应力扰动范围为24 m。③在有效的气相压裂-造穴复合技术影响范围内,造穴孔有助于提高气相压裂应力波的能量利用效率,避免能量耗散在无效的震动区,充分导通压裂孔与造穴孔多尺度裂缝,使得煤层裂缝区域范围大、连续性强、卸压充分。研究为解决煤层低渗、难抽、高地应力的问题提供了参考。 展开更多

关键词 瓦斯治理 气相压裂 卸压增透 突出煤层 造穴

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煤层气直井氮气泡沫压裂参数分析及产能评价 被引量：9

4

作者 李恒乐 曹运兴 +5 位作者 周丹 柴学周 刘同吉 冯培文 石玢 田林 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2020年第3期65-74,共10页

压裂参数是决定压裂效果、影响裂缝特征与煤层气产能的重要参数,深入认识压裂参数对产能的影响规律,对于优化压裂工艺和提高煤层气井产能至关重要。以潞安矿区45口氮气泡沫压裂井为对象,分析压裂施工曲线的类型及其对产能的影响,探讨各... 压裂参数是决定压裂效果、影响裂缝特征与煤层气产能的重要参数,深入认识压裂参数对产能的影响规律,对于优化压裂工艺和提高煤层气井产能至关重要。以潞安矿区45口氮气泡沫压裂井为对象,分析压裂施工曲线的类型及其对产能的影响,探讨各阶段压裂液用量与产能之间的关系,并对比评价氮气泡沫与水力压裂井产能的差异性。结果表明:氮气泡沫压裂施工曲线可分为稳定型、波动型、上升型和下降型4类9型,下降型和稳定型压裂曲线对应的产能要高于波动型,上升型曲线对应的产能最差;总压裂液用量以800 m^3为宜,前置液和顶替液用量分别为450 m^3和8 m^3,氮气注入量在5万m^3左右最佳,而携砂液用量越大产能越高,氮气泡沫压裂液良好的携砂、造缝、沉降支撑性能是有助于提高产能的优势所在;整体上,就潞安矿区而言,氮气泡沫压裂井的产能明显高于水力压裂井,主要体现在高产井、中高产井的比例远大于水力压裂井,约61%的氮气泡沫压裂井具有较高产能,而水力压裂井为23%。氮气泡沫压裂技术在潞安矿区展示出的可观潜力,可为国内其他具有类似储层特征矿区的煤层气开发提供技术借鉴。 展开更多

关键词 氮气泡沫 压裂参数 压裂曲线 煤层气 产能评价 潞安矿区

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潞安矿区煤层渗透率的各向异性特征实验研究 被引量：7

5

作者 牛丽飞 曹运兴 +2 位作者 石玢 张震 贾天让 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2019年第9期82-87,共6页

为了研究原位煤体渗透性的各向异性特征,以山西潞安常村矿3号煤层圆柱试样为对象,利用TCQT-Ⅲ型低渗煤层气相驱替增产试验装置,对煤样进行加载,并以氮气注入压力2.0MPa的条件下,分析垂直层理和平行层理2个方向的煤体变形和渗透率变化特... 为了研究原位煤体渗透性的各向异性特征,以山西潞安常村矿3号煤层圆柱试样为对象,利用TCQT-Ⅲ型低渗煤层气相驱替增产试验装置,对煤样进行加载,并以氮气注入压力2.0MPa的条件下,分析垂直层理和平行层理2个方向的煤体变形和渗透率变化特征。实验结果表明:煤样在加载过程中,平行和垂直层理煤样渗透率均随着有效应力的增大而减小,平行层理方向的渗透率始终大于垂直层理方向,应力加载初期渗透率急剧下降,最后逐渐趋于平缓;径向应变的增加量与渗透率呈正相关性,且平行层理相关性大于垂直层理;沿平行层理方向的裂隙度大于沿垂直层理方向,沿垂直层理方向的应变量大于沿平行层理方向;应变增加量均随有效应力的增加而逐渐减小。研究结果可为煤层井网布置及优化提供参考。 展开更多

关键词 煤 渗透率 各向异性 层理 应变 有效应力

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煤层气低产井高压氮气闷井增产改造技术与应用 被引量：20

6

作者 曹运兴 石玢 +5 位作者 周丹 吴海明 刘同吉 田林 曹永恒 贾猛 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期2556-2565,共10页

我国煤层气储层地质条件复杂,低产煤层气井普遍存在。低产井增产改造是中国煤层气行业迫切需要破解的重大理论和瓶颈技术难题。本文所研究的低产井是指投产后经过一个时期排采生产,储层水和煤层气已经大量产出,气产量较低的生产井。这... 我国煤层气储层地质条件复杂,低产煤层气井普遍存在。低产井增产改造是中国煤层气行业迫切需要破解的重大理论和瓶颈技术难题。本文所研究的低产井是指投产后经过一个时期排采生产,储层水和煤层气已经大量产出,气产量较低的生产井。这类低产井的一个重要储层属性是双低压特征,即低水压和低气压。针对这类双低压低产井,研究开发了高压氮气闷井储层保护型增产改造技术,并在潞安矿区余吾井田进行了工程试验,获得了预期增产效果。余吾井田山西组3号煤层区域上为低压低渗储层,煤层气井的产量普遍偏低。两口试验井LA-011和LA-016于2008年投产,经过4 a的排采生产,平均日产量只有31 m 3 /d和20 m 3 /d;两井各进行过一次水力压裂二次改造,增产效果仍不明显。两口井试验前的储层压力梯度只有1.0 kPa/m左右,具有典型的低压低产特征。高压氮气闷井增产改造试验于2012年10月进行,分别泵注高压氮气34 800 m 3 和 44 960 m 3 ,泵注结束后关井闷压92 h和112 h,在井口压力降低到1.0 MPa以下时开井排采。在高压氮气闷井期间,实时监测了试验井周边邻井的套压变化,分析高压氮气在煤层中的运移方向,试验结束后进行了1~3 a的排采生产。结果表明:①在高压氮气泵注阶段,位于不同方向邻井的套压不同程度升高,这一方面表明高压氮气具有区域性面状穿透扩展和造缝现象,并清晰指示了高压氮气在煤层中的造缝穿透运移方向,而且高压氮气新生裂缝扩展方向不再受控于原始的区域地应力场方向,主要与排采后均化的局部地应力场有关。②试验前后同一时间段的产量对比表明,氮气闷井改造具有“单井改造,多井增产”的区域性增产效果:即2井(LA-011和LA-016)改造,受到影响的5口井(LA-011,LA-016,LA-013,LA-014和LA-015)同时增产。③增产效果显著,两口试验井日产气增加1.2~8.9倍,3口邻井日产气增加1.4~3.7倍。高压氮气闷井技术是低压低产井改造增产的有效技术,对煤层气低压低产井增产改造具有推广应用价值。 展开更多

关键词 煤层气 低产井 低压低渗 氮气闷井 增产改造 潞安矿区

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大倾角厚煤层煤层气开发水平井方位优化和实践——以新疆阜康矿区为例 被引量：15

7

作者 曹运兴 石玢 +2 位作者 田林 杨雪松 何茂 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2018年第2期90-96,共7页

为解决阜康矿区大倾角厚煤层水平井眼轨迹布井方位问题,应用COMET3软件建立储层地质模型并模拟了9种不同方位的水平井眼轨迹的产能潜力。模拟结果显示,水平井眼轨迹沿煤层上倾方向布置时,累计产气量随着井眼轨迹与煤层走向夹角的增加而... 为解决阜康矿区大倾角厚煤层水平井眼轨迹布井方位问题,应用COMET3软件建立储层地质模型并模拟了9种不同方位的水平井眼轨迹的产能潜力。模拟结果显示,水平井眼轨迹沿煤层上倾方向布置时,累计产气量随着井眼轨迹与煤层走向夹角的增加而小幅度降低;沿煤层下倾方向布置时,累计产气量随着井眼轨迹与煤层走向夹角的增加而大幅度降低。研究成果表明:大倾角条件下,高产煤层气水平井的井眼轨迹方位应沿煤层走向布置,或者沿煤层走向小角度向上摆动,阜康矿区西部开发的第一口煤层气水平井的生产结果证明了这一技术方案的可行性,这一研究成果对新疆类似储层地质条件下的煤层气高效开发技术优化具有指导和借鉴意义。 展开更多

关键词 新疆 水平井 井眼方位 COMET3 模拟优化

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低渗煤层CO_2气相压裂裂隙圈形态研究 被引量：17

8

作者 曹运兴 田林 +2 位作者 范延昌 刘建中 张帅 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2018年第6期46-51,共6页

为了揭示低渗煤层气相压裂裂隙圈形态,采用球形震源理论建立了地震应力降和裂隙圈形态关系,并对山西高河能源公司山西组3号煤层气相压裂作业过程进行了监测研究。结果表明:微地震监测作为一种地球物理手段可以有效揭示气相压裂裂隙卸压... 为了揭示低渗煤层气相压裂裂隙圈形态,采用球形震源理论建立了地震应力降和裂隙圈形态关系,并对山西高河能源公司山西组3号煤层气相压裂作业过程进行了监测研究。结果表明:微地震监测作为一种地球物理手段可以有效揭示气相压裂裂隙卸压圈形态;气相压裂裂隙卸压圈形态显示为不规则的椭球型,椭球的长轴和钻孔压裂段长度相当,短轴长度为8~20 m;气相压裂裂隙扩展的不规则性主要受控于高压气体破岩的不同步,煤(岩)的各向异性及脆性指数也对裂隙扩展形态有影响。 展开更多

关键词 瓦斯治理 气相压裂 微地震 球形震源理论 裂隙圈形态

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正断层上盘煤与瓦斯突出特征与地应力场控制机理 被引量：14

9

作者 曹运兴 张海洋 +1 位作者 张震 刘高峰 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2022年第4期61-69,共9页

断层带是煤与瓦斯突出发生的主要地质单元。大量煤与瓦斯突出案例统计显示,对于正断层,发生在上盘的突出次数和强度明显大于下盘,但造成这一现象的地质机理研究不多,特别是正断层上盘的地应力场在采动前后的变化规律及其对突出发生的控... 断层带是煤与瓦斯突出发生的主要地质单元。大量煤与瓦斯突出案例统计显示,对于正断层,发生在上盘的突出次数和强度明显大于下盘,但造成这一现象的地质机理研究不多,特别是正断层上盘的地应力场在采动前后的变化规律及其对突出发生的控制机理尚未完全揭示。基于此,以河南焦作矿区中马村煤矿DF_(4)正断层为地质模型,应用FLAC^(3D)软件,模拟研究煤层埋深分别为660、800、1000 m,对应3种地应力场(σ_(1)最大主应力、σ_(H)最大水平主应力、σ_(h)最小水平主应力、σ_(v)垂向主应力)状态σ_(1)=σ_(H),σ_(1)=σ_(v),σ_(v)=σ_(H)=σ_(h)条件下,采动前和掘进工作面逼近断层面过程中正断层两盘的地应力场变化规律,探索地应力分布对煤与瓦斯突出的作用。结果表明,未采动原始状态下正断层上盘的地应力值高于下盘;无论上盘巷道还是下盘巷道,在掘进工作面逼近断层过程中,断层上盘的地应力值总是高于下盘;特别是,在巷道掘进至断层面附近10 m时,原始地应力与采动应力在断层带发生积聚叠加,地应力值在断层上盘大幅度增高。采动前后地应力在正断层上盘集中升高,可能是导致正断层上盘更容易发生煤与瓦斯突出的决定性因素。此项研究可为预测和防治煤与瓦斯突出灾害提供理论依据。 展开更多

关键词 煤与瓦斯突出 正断层 地应力 数值模拟

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煤层气套管井大时长注入/压降试井技术及应用 被引量：5

10

作者 曹运兴 石玢 +3 位作者 刘同吉 周丹 程相振 曹永恒 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2018年第10期168-173,共6页

为了进一步提高低压低渗煤储层裸眼井注入/压降测试参数的可靠性,通过对国内大量的低压低渗煤层气井注入/压降测试工艺现状和理论的分析,认为测试时间的不足是造成低压低渗储层测试结果不可靠的重要原因。通过改变注入/压降测试工艺,合... 为了进一步提高低压低渗煤储层裸眼井注入/压降测试参数的可靠性,通过对国内大量的低压低渗煤层气井注入/压降测试工艺现状和理论的分析,认为测试时间的不足是造成低压低渗储层测试结果不可靠的重要原因。通过改变注入/压降测试工艺,合理有效地延长了关井时间,提高了测试结果的可靠性。研究表明:裸眼井存在井眼事故的隐患,测试时间有限,套管井不受测试时间的限制,并且存在多种优点;针对低压低渗煤储层特性,注入时间8～12 h,合理关井时间是注入时间的7～11倍;潞安矿区30多口煤层气参数井的现场应用,验证了套管井大时长注入/压降试井技术测试结果的可靠性。 展开更多

关键词 煤层气 试井 裸眼井 测试时间 低压低渗 储层参数

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二氧化碳相变技术应用于新型震源研发的可行性研究 被引量：9

11

作者 李稳 陈颙 +7 位作者 王夫运 曹运兴 王恒知 田林 徐勇 郭新景 冯生强 扈效鹏 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第7期2605-2616,共12页

为了研究二氧化碳物理相变技术应用于新型震源研发的可行性,在地下成层性较好的某煤田地震测区,开展了利用二氧化碳相变技术激发地震波的野外人工震源激发-接收实验.并与传统炸药震源进行了对比.地震数据利用Aries2.66型垂直分量反射地... 为了研究二氧化碳物理相变技术应用于新型震源研发的可行性,在地下成层性较好的某煤田地震测区,开展了利用二氧化碳相变技术激发地震波的野外人工震源激发-接收实验.并与传统炸药震源进行了对比.地震数据利用Aries2.66型垂直分量反射地震仪和PDS-2型三分量地震仪接收.根据实测地震数据,从野外地震记录震相识别,初至波传播距离分析,震源近场地震信号时频分析,CO2相变激发震源子波提取和基于CO2震源子波的地震初至波波形反演实验等多个方面,进行了关于CO2相变激发技术能否产生地震波信号以及能否将其应用于新型震源研发的可行性研究.研究结果表明CO2物理相变膨胀能够产生能量集中的地震波信号;在实验区地质条件和激发参量下地震记录中初至波的可识别的传播距离约为1km;震源近场地震信号的主频集中在8~13Hz;利用震源近场数据提取了CO2震源子波;通过地震初至波波形反演实验认为这种震源子波能够应用于波形反演等方面的研究.因为CO2相变激发具有绿色、环保、安全等方面的优点,若能进一步在激发能量、激发-延迟时间一致性等方面加以改进,该技术有望在城市隐伏活动断层探测、城市地下空间探测、煤矿高瓦斯环境人工地震勘探等领域发挥重要的作用. 展开更多

关键词 主动震源研发 二氧化碳物理相变 时频分析 震源子波 初至波波形反演

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低渗低压煤层水平井密集多簇压裂高效开发技术及应用 被引量：20

12

作者 曹运兴 石玢 +4 位作者 田林 李丰亮 曹永恒 董轼 周丹 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第10期3512-3521,共10页

我国煤储层地质条件复杂,煤矿瓦斯灾害严重,煤层气井产量普遍偏低,高效抽采技术是我国煤层气行业和煤矿安全生产迫切需要解决的瓶颈技术难题。以山西大宁井田低渗低压的3号煤层为对象,研发了水平井密集多簇压裂高效开发技术,并进行了工... 我国煤储层地质条件复杂,煤矿瓦斯灾害严重,煤层气井产量普遍偏低,高效抽采技术是我国煤层气行业和煤矿安全生产迫切需要解决的瓶颈技术难题。以山西大宁井田低渗低压的3号煤层为对象,研发了水平井密集多簇压裂高效开发技术,并进行了工程试验,获得了高产开发效果。结果表明:①试验井LDP-02所在区段煤层的平均渗透率0.112×10-15 m^2,储层压力梯度3.7 kPa/m,多分支水平井平均日产量800~1000 m^3,直井平均日产362 m^3左右,具有典型的低渗低压低产储层特征。②产能模拟预测表明,采用15~25 m的簇间距,经过3.85~5.95 a排采,两簇裂缝末端中间位置煤层瓦斯含量可降低至8 m^3/t,满足煤矿生产要求;单段压裂可形成4簇有效裂缝,在液量1000 m^3、砂量50 m^3、排量10 m^3/min的条件下,单簇裂缝半长为64.1 m。③LDP-02井为一组U型水平井,水平井煤层段长920 m,分10段38簇压裂,每段3~4簇,簇间距11~23 m。④排采生产893 d,其中产气687 d,气产量长期稳定16000 m^3/d,已累计产气890×104 m^3,平均日产12955 m^3,日产量是同区段直井的20~36倍,是同井场多分支水平井的10倍以上。 展开更多

关键词 低渗低压 煤层气 水平井 多簇压裂 高效抽采 大宁井田

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突出煤层CO_(2)气相压裂高效抽采防突掘进技术 被引量：17

13

作者 杨百舸 张军胜 +1 位作者 令狐建设 曹运兴 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2021年第3期85-94,共10页

我国煤矿煤与瓦斯突出灾害严重影响煤矿安全生产。尽管近10年来这一灾害事故大幅度减少,但恶性事故依然发生,给矿工生命和煤矿安全生产造成严重损失。国内外现阶段的防治瓦斯突出技术,如水力压裂、水力割缝、水力冲孔、深孔爆破、密集... 我国煤矿煤与瓦斯突出灾害严重影响煤矿安全生产。尽管近10年来这一灾害事故大幅度减少,但恶性事故依然发生,给矿工生命和煤矿安全生产造成严重损失。国内外现阶段的防治瓦斯突出技术,如水力压裂、水力割缝、水力冲孔、深孔爆破、密集钻孔等,不同程度地解决了防突安全掘进,但对于一些高瓦斯低渗透突出煤层,上述技术还难以从根本上解决消突安全快速掘进。所以,防突技术仍然是我国煤炭领域亟待攻关的重大科技难题。选取山西寿阳县新元煤矿31002工作面为试验案例,介绍CO_(2)气相压裂技术方法,并探讨其防突掘进效果。新元煤矿开采的山西组3号煤层为低渗透突出煤层,前期主要采用密集钻孔预抽瓦斯防突措施,抽采达标时间长,掘进速度慢。高效抽采瓦斯,防止煤与瓦斯突出,保障煤巷安全快速掘进,是新元煤矿安全高效生产的重大技术难题。在新元矿采取的气相压裂措施概况如下:在掘进工作面前方实施双钻孔气相压裂;完成9个瓦斯抽采钻孔以覆盖巷道两侧各15 m安全范围;全部11个钻孔联网抽采3~5 d,防突参数K1值达标后恢复掘进。试验数据表明,气相压裂抽采防突技术措施的强化抽采效果显著,抽采效率大幅度提高,煤炮等动力现象减少,K1值降低,掘进割煤时巷道瓦斯浓度得以降低和均化,保障了连续安全掘进。实践证明,CO_(2)气相压裂技术能够实现连续安全快速掘进理技术,在全国类似瓦斯地质条件煤矿中具有推广应用意义。 展开更多

关键词 煤矿瓦斯治理 突出煤层 CO_(2)气相压裂 快速掘进 新元煤矿

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不同体积分数CS_(2)溶液对煤的增渗试验研究 被引量：2

14

作者 刘高峰 张震 +3 位作者 曹运兴 鲜保安 张洲 郭飞 《河南理工大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2022年第5期8-16,共9页

为了研究CS_(2)溶液的环保、经济和增渗综合作用效果,以河南焦作赵固矿无烟煤为研究对象,无水乙醇作为混合剂,开展不同体积分数CS_(2)溶液对煤的增渗试验研究。结果表明:经不同体积分数CS_(2)溶液萃取后的煤样,渗透率从原始的0.00016~0.... 为了研究CS_(2)溶液的环保、经济和增渗综合作用效果,以河南焦作赵固矿无烟煤为研究对象,无水乙醇作为混合剂,开展不同体积分数CS_(2)溶液对煤的增渗试验研究。结果表明:经不同体积分数CS_(2)溶液萃取后的煤样,渗透率从原始的0.00016~0.00133 mD增加到0.00018~0.02216 mD,增渗率提高了37.31%~1566.17%;煤样端面裂隙的面密度与增渗率随CS_(2)体积分数的增大均不断增大,CS_(2)体积分数达到50%时,煤样的增渗效果出现了转折点,即体积分数小于50%时,增渗率随体积分数增大而提高,但增幅相对较小,与之相反,体积分数大于50%时,增渗率随体积分数增大大幅提高。煤样的物质组成、化学结构和CS_(2)萃取煤中的物质不同,是造成不同体积分数CS_(2)萃取后煤样增渗效果差异的主要原因。 展开更多

关键词 二硫化碳 体积分数 煤 溶剂萃取 增渗

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冲击荷载下煤的塑性硬化-软化过程动态损伤本构模型 被引量：4

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作者 张军胜 郭帅房 +3 位作者 张新生 王利 曹运兴 刘高峰 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第S02期759-769,共11页

CO_(2)气相压裂已经成为我国高瓦斯突出煤矿一种有效的瓦斯综合治理技术,是低频、低速、长波非炸药爆破技术,破坏煤体的机理和过程与炸药爆破高应变率冲击作用不同,可能更接近于中应变率冲击条件下的破坏机制。为研究CO_(2)气相压裂冲... CO_(2)气相压裂已经成为我国高瓦斯突出煤矿一种有效的瓦斯综合治理技术,是低频、低速、长波非炸药爆破技术,破坏煤体的机理和过程与炸药爆破高应变率冲击作用不同,可能更接近于中应变率冲击条件下的破坏机制。为研究CO_(2)气相压裂冲击作用下煤体破坏特征,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统对阳泉矿区新元矿的煤样进行10~100 s^(-1)中应变率条件下的动态冲击试验,分析煤在冲击荷载下脆性破坏向延性破坏转化的特性和应力-应变曲线峰值前硬化、峰值后软化机制。引入受应变率控制的动态弹性模量E_(D),建立煤的塑性硬化-软化过程动态损伤本构模型,并给出模型参数的物理意义及拟合方法,验证模型的正确性。结果表明:(1)冲击荷载下煤的动态应力-应变曲线近似为理想弹塑性变形过程,表现为应力峰值前的应变硬化与峰值后的应变软化特性。其内部裂隙损伤演化破坏过程呈现Ⅰ-无损伤、Ⅱ-微裂隙演化、Ⅲ-宏观裂纹成核、Ⅳ-宏观裂纹扩展及崩塌破坏4个阶段。(2)构建的方程描述了煤塑性硬化-软化全过程,发展了应力-应变曲线BC段应变软化过程的精确描述方法。(3)新模型仅含有5个动力参数,具有力学意义明确、参数少和拟合计算方便的优点。其中动态弹性模量E_(D)、极限应变ε_(s)、峰后应变ε^(B)_(I)随应变率ε的增大而增大,脆性指数n随应变率ε的增大而整体减小;同时ε_(s),ε^(B)_(I)控制损伤累积和宏观裂纹成核过程。(4)与前人研究成果对比分析表明,新模型精度高、普适性更强,同时适用于表征中、高应变率冲击条件下煤的塑性软化损伤破坏特征。 展开更多

关键词 煤 冲击破坏 损伤本构模型 塑性硬化-软化特性 霍普金森压杆(SHPB)

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CO_(2)相变致裂煤的显微构造特征与成因机制 被引量：12

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作者 曹运兴 张新生 +2 位作者 张军胜 郭帅房 孟兵兵 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期137-145,共9页

CO_(2)相变致裂是一种高效增渗、增抽和消突的新型煤矿瓦斯治理技术,应用效果显著。该技术的核心是高压动力载荷作用于煤层的强化造缝及其卸压增渗效应。然而,新生裂缝的形貌特征以及破坏成因机制研究薄弱。目前井下厘米—米级尺度裂缝... CO_(2)相变致裂是一种高效增渗、增抽和消突的新型煤矿瓦斯治理技术,应用效果显著。该技术的核心是高压动力载荷作用于煤层的强化造缝及其卸压增渗效应。然而,新生裂缝的形貌特征以及破坏成因机制研究薄弱。目前井下厘米—米级尺度裂缝的观察和描述,主要用于揭示煤层的造缝增透机理。更小尺度的微米级显微裂隙研究,可更系统和全面描述裂缝的形貌和发育规律,揭示CO_(2)相变致裂作用下煤的破坏机理。应用自行研制的高压CO_(2)冲击大型物模试验装置系统,对无烟煤试件进行了120 MPa高压CO_(2)冲击,基于场发射扫描电镜(FESEM)的观察,研究了微米级裂隙特征、发育规律及其形成机理。结果表明:(1)致裂后煤样的割理系统充分沟通,形成多尺度的复杂微裂隙网络。(2)煤基质破碎并发育大量微米尺度的新生显微构造,发现了3种典型显微构造是“损伤坑”“三翼型”裂隙和“页理状构造”。(3)CO_(2)的超临界相、气相、或者二者的混合相态冲击破碎近喷孔端煤样,冲击波可能是试件远端破坏造缝的主要力学机制。(4)显微构造的形成和损伤演化机制为:在煤基质表面形成损伤坑,并以损伤坑为中心形成“三翼型”张性锯齿状分支裂隙,多个“三翼型”裂隙组合形成复杂的微裂隙网络系统。强化造缝形成的复杂网状裂隙系统,是煤层卸压、增渗、增抽和高效消突的内在原因。 展开更多

关键词 煤 CO_(2)相变致裂 显微构造 网状裂隙 瓦斯治理 消突机理

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