单面卸荷路径下含瓦斯煤岩力学特性与声发射试验研究 被引量：5

1

作者 丁鑫 高梓瑞 +4 位作者 肖晓春 樊玉峰 王爱文 吴迪 潘一山 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期2194-2206,共13页

新掘未支护或回采工作面前方巷道受开采扰动具有沿垂向急剧升高而径向迅速降低的典型受载特点,而更易失稳、诱发冲击地压事故,深入研究采动卸荷下含瓦斯煤岩力学特性及伴随出现的声发射信号规律,是揭示深部高瓦斯煤层冲击地压发生机理... 新掘未支护或回采工作面前方巷道受开采扰动具有沿垂向急剧升高而径向迅速降低的典型受载特点,而更易失稳、诱发冲击地压事故,深入研究采动卸荷下含瓦斯煤岩力学特性及伴随出现的声发射信号规律,是揭示深部高瓦斯煤层冲击地压发生机理并形成科学、有效的预警体系的基础。运用物理实验方法,基于自主研发的含瓦斯煤岩真三轴测试系统,开展垂向加荷–径向单面卸荷路径下含瓦斯煤岩受载实验,并监测全历程出现的声发射信号,分析卸荷速率、瓦斯压力对煤岩力学特性及声发射信号影响规律,引入统计分形理论开展煤岩碎块分布筛分统计,结果表明:单面卸荷路径下含瓦斯煤岩应力–应变关系具有弹性、非线性增长和软化的典型3阶段特征,高卸荷速率和瓦斯压力,降低了煤岩强度、峰值应变量,但使峰后阶段应力降模量增大,而随着初始围压升高使得该特征呈反向变化。试样破坏后表现为由卸荷面指向内部的典型多剪切带与层状块体交替出现的“洋葱皮”式破坏形式,且卸荷速率越高,形成的贯穿裂隙越多、剪切带内糜棱状粉末减少而碎块尺度增大,相应的统计分形维数越低,而较高的初始围压和瓦斯压力使煤岩塑性特征增加而分形维数升高。三向应力状态与瓦斯的存在使煤岩受载具有塑性特点而伴随出现的声发射信号更加密集、连续,单面卸荷形成的渐进性破坏过程导致声发射具有明显的信号激增现象和最高值脉冲信号出现,次高值信号产生于应力峰值,随卸荷速率、瓦斯压力升高,两高值信号幅值增加且最值信号出现提前,声发射能量累计量“阶梯”增长现象愈发明显但累计总量逐渐降低。高瓦斯压力、初始围压及卸荷速率使煤岩破坏后具有更多盈余能,在实际工程中,高瓦斯压力、地应力使新掘巷道或支护失效围岩径向应力迅速降低并发生渐进性破坏而形成断续结构,易受高静载或冲击扰动致整体结构失效,且该部分“富能”围岩会在盈余能推动下发生块体弹射、倾出而形成动力灾害。 展开更多

关键词 含瓦斯煤岩 单面卸荷 力学特性 声发射 盈余能

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瓦斯涌出衰减特征法测定水力冲孔抽采影响半径 被引量：6

2

作者 张明杰 李亚西 +2 位作者 闫江伟 谭志宏 刘宽小 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第7期156-162,共7页

确定水力冲孔瓦斯抽采影响半径参数对于提高瓦斯抽采效率,消除钻孔间防突空白带,保证煤矿安全生具有重要的现实意义。在研究分析钻孔周围煤体松动对瓦斯涌出的影响,负压抽采下排放钻孔瓦斯流动、涌出特点,发现排放钻孔瓦斯涌出可分为前... 确定水力冲孔瓦斯抽采影响半径参数对于提高瓦斯抽采效率,消除钻孔间防突空白带,保证煤矿安全生具有重要的现实意义。在研究分析钻孔周围煤体松动对瓦斯涌出的影响,负压抽采下排放钻孔瓦斯流动、涌出特点,发现排放钻孔瓦斯涌出可分为前期、后期2个阶段,应用钻孔瓦斯涌出量负幂指数方程分别计算前期瓦斯排放量和后期瓦斯极限排放量,两者加和为钻孔瓦斯极限排放量Qj,提高了计算求解的准确性;指出负压抽采影响下排放钻孔周围煤体瓦斯流向抽采钻孔,是排放孔后期瓦斯涌出衰减系数突变性减少原因,造成排放孔百米钻孔瓦斯极限排放量与未受抽采影响的显著差异性;根据受负压抽采影响出现的排放钻孔瓦斯涌出衰减系数突变性、排放钻孔百米瓦斯极限排放量显著差异特征,提出了瓦斯涌出衰减系数特征法测定水力冲孔抽采影响半径的方法;运用此法在鹤壁中泰煤业公司进行了现场测试,结果表明,煤孔平均冲出煤量1.3 t/m,抽采时间60 d,抽采影响半径为5.1 m。 展开更多

关键词 水力冲孔 抽采影响半径 瓦斯涌出衰减特征法 极限排放量

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煤层注水防治瓦斯的临界注水量确定方法 被引量：4

3

作者 董家昕 肖知国 戚灵灵 《安全与环境学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第6期2183-2189,共7页

为了准确确定煤层注水防治瓦斯的临界注水量,从煤层注水防突机理的认识出发,提出采用实验室试验的方法,模拟测试煤层赋存条件下注入不同水量后煤样的瓦斯解吸特性,之后,通过分析第1min瓦斯解吸速度、第1min瓦斯解吸率、120min瓦斯解吸... 为了准确确定煤层注水防治瓦斯的临界注水量,从煤层注水防突机理的认识出发,提出采用实验室试验的方法,模拟测试煤层赋存条件下注入不同水量后煤样的瓦斯解吸特性,之后,通过分析第1min瓦斯解吸速度、第1min瓦斯解吸率、120min瓦斯解吸率和残存瓦斯含量来确定临界水分含量。对两个典型试验煤样的测试结果表明,第1min瓦斯解吸速度、第1min瓦斯解吸率和120min瓦斯解吸率均随注入水分的饱和度增大而减小,而残存瓦斯含量随注入含水饱和度增大而增大,4个指标值均可用二次方程较好地拟合,并最终确定出各自的临界注入含水饱和度。研究表明,提出的煤层注水临界注水量确定方法得到的结果与实践认知相符,对煤层注水优化设计有一定的指导意义。 展开更多

关键词 安全工程 瓦斯防治 煤层注水 临界注水量

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CO_(2)强化煤层气产出与其同步封存实验研究 被引量：14

4

作者 苏现波 黄津 +1 位作者 王乾 于世耀 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期176-184,共9页

长期以来针对CO_(2)-ECBM已做了大量研究工作,然而有限的工业试验没能达到预期目的,使得这一煤层气强化技术推广应用欠缺。近些年随着各国碳中和路线的制定,CO_(2)封存逐渐受到重视,煤储层可否作为CO_(2)的封存空间、可否实现CO_(2)驱替... 长期以来针对CO_(2)-ECBM已做了大量研究工作,然而有限的工业试验没能达到预期目的,使得这一煤层气强化技术推广应用欠缺。近些年随着各国碳中和路线的制定,CO_(2)封存逐渐受到重视,煤储层可否作为CO_(2)的封存空间、可否实现CO_(2)驱替CH_(4)和封存同步进行,又重新回归人们的视野。为此,以新疆准南区块目标煤层样为研究对象,采用不同CO_(2)与CH_(4)混合比例气体进行煤的吸附/解吸实验,探索混合气体比例对CO_(2)-ECBM和CO_(2)吸附封存潜力的影响。结果表明,随着混合气体CO_(2)比例减少,CH_(4)驱替效果降低,其中40%CH_(4)+60%CO_(2)混合气体的CO_(2)残余量最多,在解吸至0.7 MPa时已有83.05%的CH_(4)产出,而83.62%的CO_(2)吸附残余在煤中,表明其CO_(2)吸附封存潜力最佳。根据道尔顿分压分体积理论和Langmuir方程,对降压解吸阶段各混合气体解吸量与解吸率进行理论计算,结果显示,随混合气体CO_(2)含量减少,煤中CO_(2)的残余率、残余量以及CH_(4)最终解吸率均降低。理论计算与实验中CH_(4)解吸率和CO_(2)残余量随混合气体组成变化趋势基本一致,表明混合气体中CO_(2)占比越高,越有利于最大限度地提升CH_(4)采收率以及煤储层CO_(2)吸附封存潜力。研究认识为CO_(2)-ECBM和煤储层CO_(2)封存现场应用提供理论依据,为这一技术的推广应用提供实验支撑。 展开更多

关键词 煤层气 CO_(2)-ECBM CO_(2)驱替CH_(4) CO_(2)同步封存 吸附/解吸

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煤储层水力压裂裂缝内支撑剂运移控制因素实验研究 被引量：9

5

作者 苏现波 范渐 +3 位作者 王然 汪露飞 赵峰振 王乾 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期62-73,共12页

煤储层水力压裂裂缝的有效支撑是确保煤层气高效产出的重要条件。通过可视化实验研究了裂缝形态、压裂液量、排量和性质对裂缝内支撑剂运移的影响。结果表明:首先,单一开度不变裂缝内支撑剂分布相对均匀,而局部单一变开度裂缝和网状裂缝... 煤储层水力压裂裂缝的有效支撑是确保煤层气高效产出的重要条件。通过可视化实验研究了裂缝形态、压裂液量、排量和性质对裂缝内支撑剂运移的影响。结果表明:首先,单一开度不变裂缝内支撑剂分布相对均匀,而局部单一变开度裂缝和网状裂缝内,支撑剂运移受压裂液流速变化、裂缝壁阻挡等作用,能够形成具有支撑剂柱和无支撑剂房的房柱式支撑;房柱式支撑对于深部应力敏感伤害严重的储层是一种有效的支撑方式。其次,单一变开度裂缝和网状裂缝内会发生明显的颗粒架桥效应,使得具有不同开度的各级裂缝允许通过的支撑剂粒径范围存在较大差异;同时当裂缝发生砂堵时,进一步注入压裂液会促进裂缝转向开启新裂缝,说明端部脱砂有利于缝网改造。最后,随压裂液量和排量增大,支撑剂运移距离增加,且网状裂缝内支撑剂能够进入更多分支裂缝,裂缝支撑面积显著提升;而向压裂液中加入减阻剂后黏度增加,能够有效提升压裂液携砂能力,并进一步增大裂缝内支撑剂运移距离和支撑面积。基于上述结果,建议采用大排量、大液量水力压裂,并采用低伤低阻压裂液与包含粉砂、细砂、中砂和粗砂的多级配支撑剂,提升储层内各类、各级裂缝支撑效果,促进流体高效产出。研究结果能够为煤层气、煤系气储层压裂工艺的优化提供实验支撑。 展开更多

关键词 煤层气 煤储层 水力压裂 网状裂缝 支撑剂 压裂液

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瓦斯氛围下煤水固液接触特征 被引量：7

6

作者 魏建平 王洪洋 +1 位作者 司磊磊 席宇君 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期323-332,共10页

为了探明瓦斯氛围下煤水固液接触机制,搭建了瓦斯氛围下煤水润湿角测试系统,测试了CZ(山西成庄矿无烟煤)及DW(陕西大湾矿烟煤)2种煤样在不同甲烷及氦气压力条件下的润湿角变化,结合煤表面形貌测试、低压CO_(2)吸附试验及XRD试验分析了... 为了探明瓦斯氛围下煤水固液接触机制,搭建了瓦斯氛围下煤水润湿角测试系统,测试了CZ(山西成庄矿无烟煤)及DW(陕西大湾矿烟煤)2种煤样在不同甲烷及氦气压力条件下的润湿角变化,结合煤表面形貌测试、低压CO_(2)吸附试验及XRD试验分析了瓦斯氛围下煤水接触角的变化规律。结果表明,随着气体压力的增加,煤润湿角逐渐增加,但在吸附性气体环境中,煤润湿角增加幅度更为明显,在0~2 MPa,CZ煤样的润湿角由72.99°增加到106.90°,从亲水性润湿过渡为中性润湿,最终转变为疏水性润湿,而DW煤样的润湿角由61.23°增加到85.14°,始终为亲水性润湿。分析认为,煤对甲烷的吸附能力是影响煤润湿角的主要原因。煤吸附甲烷后,在煤表面形成气膜,特别是在高压条件下,煤孔隙中的游离气体也会阻碍水对煤的润湿。而且吸附甲烷后,煤表面自由能降低,表面状态更加稳定,致使润湿性进一步减弱。气液竞争吸附也是影响煤水润湿性减弱的原因之一。进一步的,无烟煤的表面更加粗糙且具有更加发育的微孔结构,致使其具有较高的表面自由能,对甲烷的吸附能力更强,这是造成无烟煤在甲烷氛围下其润湿角变化更为明显的重要因素。此外,煤中矿物质可以影响煤的瓦斯吸附能力及表面润湿特性,也是影响含瓦斯煤润湿角的重要因素。 展开更多

关键词 润湿性 瓦斯氛围 环境压力 表面形貌 吸附特性

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深部开采高温热液侵蚀煤自燃特性 被引量：4

7

作者 潘荣锟 胡代民 +3 位作者 贾海林 晁江坤 沈何迪 刘伟 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1906-1916,共11页

深部开采过程中,矿井水温度显著高于浅部煤层,高温热液侵蚀作用影响着煤体物化特征,进而对其自然发火特性产生影响。为研究深部开采热液侵蚀作用下的煤自然发火特性及其影响机制,通过低场核磁共振、分子动力学模拟、力学测试及C600微量... 深部开采过程中,矿井水温度显著高于浅部煤层,高温热液侵蚀作用影响着煤体物化特征,进而对其自然发火特性产生影响。为研究深部开采热液侵蚀作用下的煤自然发火特性及其影响机制,通过低场核磁共振、分子动力学模拟、力学测试及C600微量热实验,分析了热液侵蚀作用对煤体孔隙度、孔径分布、力学强度、氧化热特征参数的影响规律,并结合相关性分析,定量描述了各个参数间的相关度。研究结果表明:热液侵蚀煤体受热应力和溶胀作用的双重影响,内部孔隙结构发生显著变化,热液温度与煤体总孔隙度之间存在显著正相关关系,相关系数为0.97;随着热液温度的升高,煤体总孔隙度由0.24%增长至1.35%,微孔占比由69%以上降至60%以下,中孔、大孔占比增大;煤体孔隙大小显著影响着氧气的扩散系数,随着煤体孔隙宽度的线性增加,氧气扩散系数呈指数增加;受高温热液侵蚀作用影响,煤体孔隙发育以及部分有机质的溶解显著降低了煤体的力学强度,从原煤到80℃热液侵蚀煤体,其抗压强度均值由23 MPa降低至11.6 MPa,降低了50%;相较于原煤,热液侵蚀煤体的放热强度更高,放热量更大,TH40、TH50、TH60、TH70、TH80放热量分别增加了12.61%、16.63%、17.32%、19.36%和25.02%,热液温度与煤氧化放热量间相关系数为0.92。高温热液侵蚀作用显著影响着煤的孔隙度及氧化过程,随着热液温度升高,煤体孔隙度增大,力学强度减弱,氧化过程耗氧量及氧化速率加快,放热量增加。高温热液侵蚀煤具有更高的自燃危险性,且热液温度越高,风险越大。 展开更多

关键词 煤自燃 深部开采 热液侵蚀 孔隙 氧化

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密闭取样煤样瓦斯解吸规律实验研究

8

作者 吴昊阳 温志辉 +1 位作者 王建伟 毋新亮 《工矿自动化》 2025年第8期141-147,共7页

为研究密闭取样煤样瓦斯解吸规律,根据密闭取样工艺流程,将密闭取样煤样瓦斯解吸进程划分为逸散阶段、密闭解吸阶段和常压自然解吸阶段,开展了密闭取样煤样瓦斯解吸实验,分析了密闭取样煤样瓦斯累计解吸量与解吸速率的变化特征。结果表... 为研究密闭取样煤样瓦斯解吸规律,根据密闭取样工艺流程,将密闭取样煤样瓦斯解吸进程划分为逸散阶段、密闭解吸阶段和常压自然解吸阶段,开展了密闭取样煤样瓦斯解吸实验,分析了密闭取样煤样瓦斯累计解吸量与解吸速率的变化特征。结果表明:①在密闭解吸阶段,随着吸附平衡压力增大,煤样瓦斯累计解吸量和初始瓦斯解吸速率均呈增大趋势;但随着“等容变压”解吸的持续,瓦斯解吸能力受限,瓦斯解吸速率逐渐减小,瓦斯累计解吸量逐渐趋于稳定。②在常压自然解吸阶段,随着吸附平衡压力增大,瓦斯累计解吸量和初始瓦斯解吸速率逐渐增大,且受密闭解吸阶段游离态瓦斯解吸影响,该阶段初始时刻的瓦斯解吸速率高于密闭解吸阶段;随着解吸时间增加,瓦斯累计解吸量逐渐趋于稳定。③孙重旭式能较好描述常压自然解吸过程瓦斯解吸规律,解吸指标随着吸附平衡压力增大而增大,而解吸指数在不同吸附平衡压力下基本保持稳定,表明密闭取样煤样在较高吸附平衡压力条件下具有更强的解吸能力,瓦斯解吸速率变化情况在不同吸附平衡压力下基本一致。 展开更多

关键词 密闭取样 瓦斯解吸 密闭解吸 常压自然解吸 累计解吸量 瓦斯解吸速率 孙重旭式

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活化过硫酸铵溶液对煤样氧化增透的实验研究 被引量：11

9

作者 杨娟 许思雨 +2 位作者 戴俊 魏建平 王云刚 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期1488-1498,共11页

为提高过硫酸铵(APS)水溶液氧化增透煤样的效果,采用自制的非均相钴基活化剂(Co-NCP)活化过硫酸铵对长焰煤、焦煤、无烟煤3种不同变质程度的煤样进行氧化改性,系统研究了Co-NCP/APS体系改性对煤样表面接触角θ(润湿性)、孔隙结构、气体... 为提高过硫酸铵(APS)水溶液氧化增透煤样的效果,采用自制的非均相钴基活化剂(Co-NCP)活化过硫酸铵对长焰煤、焦煤、无烟煤3种不同变质程度的煤样进行氧化改性,系统研究了Co-NCP/APS体系改性对煤样表面接触角θ(润湿性)、孔隙结构、气体吸附常数、瓦斯放散初速度及渗透率的影响规律。实验结果表明:经过Co-NCP/APS体系处理可显著降低煤表面接触角θ与吸附甲烷能力,改性后长焰煤、焦煤、无烟煤的吸附常数a值降幅分别为16.15%,10.21%,6.03%,b值降幅分别为44.97%,41.10%,28.32%,瓦斯放散初速度降幅分别为49.19%,33.33%,12.55%。同时,经Co-NCP/APS体系处理能改变煤样的孔隙结构,改性后煤样的孔隙度增大,其中大、中孔的孔容占比增加,小、微孔孔容占比减少,对于长焰煤、焦煤、无烟煤的孔隙度增幅分别为43.50%,35.50%,12.54%,孔容增幅分别为56.02%,45.54%,20.08%。活化的过硫酸铵体系可原位生成大量具有强氧化能力的硫酸根自由基(SO·-4),能对不同变质程度的煤样表面实现氧化溶蚀,使煤孔隙中有机小分子相被部分氧化溶出,疏通了被小分子物质占据或封堵的孔道,使煤样孔隙连通性变好;同时,产生大量新的裂隙与孔洞,表明煤样经Co-NCP/APS体系处理能起到“增孔”、“扩孔”、“疏孔”的作用,且对变质程度越低的煤样氧化增透效果越明显,处理后长焰煤、焦煤、无烟煤的渗透率平均增幅分别为620.15%,541.02%,334.42%。可见,非均相钴基活化剂活化过硫酸铵溶液能氧化改性不同变质程度的煤样,显著降低煤样的亲甲烷能力,改善煤体内孔隙连通性与瓦斯在煤体中的流动性,使得煤体赋存瓦斯能力显著降低,为过硫酸铵水溶液对煤层增透方面的应用提供理论依据和实验支撑。 展开更多

关键词 改性增透 过硫酸铵 氧化溶蚀 亲甲烷能力 非均相钴基活化剂

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大断面公路隧道穿越构造煤层瓦斯抽放技术研究 被引量：9

10

作者 龙港 黄飞 +4 位作者 李树清 朱云涛 戎有龙 罗太有 刘勇 《隧道建设（中英文）》 CSCD 北大核心 2022年第S01期486-492,共7页

为有效降低隧道煤层的瓦斯含量,消除隧道揭煤施工的突出危险,以兰海国家高速公路重庆至遵义段某公路隧道为工程依托,采用超前钻探的方法准确探测煤层的赋存情况与隧道揭煤掌子面前方的局部地质构造特征;在此基础上确定钻孔的有效抽放半... 为有效降低隧道煤层的瓦斯含量,消除隧道揭煤施工的突出危险,以兰海国家高速公路重庆至遵义段某公路隧道为工程依托,采用超前钻探的方法准确探测煤层的赋存情况与隧道揭煤掌子面前方的局部地质构造特征;在此基础上确定钻孔的有效抽放半径与瓦斯抽放控制范围,并对局部构造煤层抽放钻孔进行加密布置;最后采用顶板穿层钻孔预抽煤层瓦斯技术进行瓦斯抽放,并对抽放效果和区域防突措施进行检验。结果表明:该隧道瓦斯抽放效果良好,区域防突措施效果显著。 展开更多

关键词 大断面公路隧道 构造煤层 瓦斯抽放 防突措施 抽放半径

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介孔WO3/H2O2光催化氧化低浓度瓦斯制甲醇性能与机理 被引量：5

11

作者 杨娟 郝静怡 +2 位作者 戴俊 魏建平 王云刚 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期3107-3116,共10页

将低浓度瓦斯转化为易于储运的液态工业原料甲醇是其综合利用的一个发展方向,如何实现温和条件下甲烷的有效活化与甲醇的选择性生成是瓦斯催化转化制甲醇的两个关键问题。以有序多孔二氧化硅KIT-6为模板剂,磷钨酸-乙醇溶液为前驱物,合... 将低浓度瓦斯转化为易于储运的液态工业原料甲醇是其综合利用的一个发展方向,如何实现温和条件下甲烷的有效活化与甲醇的选择性生成是瓦斯催化转化制甲醇的两个关键问题。以有序多孔二氧化硅KIT-6为模板剂,磷钨酸-乙醇溶液为前驱物,合成了具有高比表面积的介孔三氧化钨(WO3),通过X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)及低温氮吸附-脱附技术对介孔WO3的晶型组成、微观形貌、比表面积及孔结构特性进行表征,以所制介孔WO3为催化剂、双氧水(H2O2)为电子捕获剂与氧化剂,构建了WO3/H2O2可见光催化体系,并对该体系氧化低浓度瓦斯合成甲醇的性能进行了系统研究。结果表明:甲烷初始浓度、可见光照射强度、H2O2添加等均会影响甲烷转化率与甲醇选择性,且不同甲烷体积分数模拟瓦斯有不同的最佳H2O2;对于甲烷体积分数为20%的模拟瓦斯,介孔WO3在优选的H2O2溶液(浓度为13.5 mmol/L)中可实现甲烷的选择性转化,可见光照射120 min甲烷转化率为24.9%(是仅使用介孔WO3或H2O2体系的8.3与8.9倍),且甲醇选择性高达82.5%,继续增大H2O2可进一步促进甲烷的转化,但由此产生的过量羟基自由基(·OH)导致生成更多的副产物乙烷(C2H6)和二氧化碳(CO2),使甲醇选择性显著降低;电子自旋共振测试结果表明WO 3吸收可见光产生的光空穴是活化甲烷分子的主要物种,甲烷分子首先经由光空穴抽氢反应生成甲基自由基(·CH 3),H2O2一方面作为电子捕获剂增强光空穴的生成,提高甲烷光活化效率,同时被WO3导带电子还原生成羟基自由基(·OH),并进一步与·CH3相结合生成产物甲醇,即·OH是甲醇选择性生成的主要氧化物种。上述结果为煤矿低浓度瓦斯的清洁利用提供新思路。 展开更多

关键词 低浓度瓦斯 甲醇 光催化氧化 有序介孔WO3 H2O2

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瓦斯隧道穿越构造煤层施工风险的模糊层次评价 被引量：6

12

作者 云峰 黄飞 +4 位作者 安俊杰 黄小亮 张培浩 柳盼盼 刘勇 《安全与环境学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第10期3447-3454,共8页

为了科学评价瓦斯隧道穿越构造煤层施工的风险程度,从而为瓦斯隧道的施工安全与成本控制提供决策判据,以某在建公路瓦斯隧道为工程依托开展了风险评价研究。首先,根据隧道的地质特征与施工情况进行了风险因素辨识,构建了瓦斯隧道穿越构... 为了科学评价瓦斯隧道穿越构造煤层施工的风险程度,从而为瓦斯隧道的施工安全与成本控制提供决策判据,以某在建公路瓦斯隧道为工程依托开展了风险评价研究。首先,根据隧道的地质特征与施工情况进行了风险因素辨识,构建了瓦斯隧道穿越构造煤层施工的安全评价体系;其次,采用层次分析法构造判断矩阵并通过专家打分的方法对安全评价体系中的各级指标进行权重赋值;最后,采用三级模糊综合评价法进行了风险定量计算。结果表明:瓦斯隧道穿越构造煤层施工过程中潜在9种固有风险因素和11种施工风险因素;施工因素对瓦斯隧道施工风险的影响权重为0.7632,而固有因素的影响权重为0.2368;三级模糊综合评价的计算结果显示该依托工程进行揭煤施工时发生事故的风险概率为61,对应为一般风险。评价结果成功应用于依托工程安全快速穿越构造煤层施工,表明所构建的安全评价体系与风险评价方法具有可靠性,可为同类型的瓦斯隧道施工风险评价提供佐证。 展开更多

关键词 安全工程 瓦斯隧道 构造煤层 模糊层次分析 风险评价

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瓦斯爆炸冲击波在角、并联巷道内传播规律对比研究 被引量：11

13

作者 高建良 吴泽琳 +2 位作者 王文祺 陈太东 蔡行行 《安全与环境学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期2494-2499,共6页

瓦斯爆炸冲击波在传播过程中的传播特性不仅与瓦斯体积分数、温度等条件有关,还与网络结构有关。为探究冲击波超压在对称角联网络结构内的变化特征、角联分支对主巷道内冲击波传播的影响等问题,结合实际巷道尺寸,对对称角、并联网络巷... 瓦斯爆炸冲击波在传播过程中的传播特性不仅与瓦斯体积分数、温度等条件有关,还与网络结构有关。为探究冲击波超压在对称角联网络结构内的变化特征、角联分支对主巷道内冲击波传播的影响等问题,结合实际巷道尺寸,对对称角、并联网络巷道进行了瓦斯爆炸过程的数值模拟。结果表明:受角联分支影响,分支后的巷道内冲击波衰减幅度大于并联网络中对应各点,且与角联分支距离越近,影响越大;角联分支对角联分叉前、后巷道内冲击波二次超压产生一定影响;与并联网络相比,角联网络中冲击波到达角联分叉后的超压峰值出现时间更晚;角联网络中角联分叉后各点冲击波超压峰值均低于并联网络中对应各点。 展开更多

关键词 安全工程 瓦斯爆炸 角联网络 数值模拟 冲击波超压

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掘进工作面瓦斯爆炸风门冲击载荷的数值模拟 被引量：4

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作者 高建良 陈太东 +2 位作者 王文祺 吴泽琳 蔡行行 《安全与环境学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第2期688-694,共7页

为了研究不同体积瓦斯爆炸条件下风门的冲击载荷变化规律,运用流体力学软件Fluent,结合宁煤集团羊场湾煤矿实际情况,对掘进工作面瓦斯爆炸传播过程进行了数值模拟,得到了瓦斯积聚范围对风门冲击载荷的影响规律。结果表明:直巷风门和支... 为了研究不同体积瓦斯爆炸条件下风门的冲击载荷变化规律,运用流体力学软件Fluent,结合宁煤集团羊场湾煤矿实际情况,对掘进工作面瓦斯爆炸传播过程进行了数值模拟,得到了瓦斯积聚范围对风门冲击载荷的影响规律。结果表明:直巷风门和支路风门的冲击载荷在前驱压力波的作用下出现第一次峰值,在反射冲击波的作用下出现第二次峰值;直巷风门的载荷峰值与瓦斯积聚范围近似为二次函数关系,支路风门的载荷峰值与瓦斯积聚范围近似为线性函数关系;随瓦斯积聚范围增加,支路风门的二次载荷峰值逐渐逼近甚至超过一次载荷峰值;瓦斯积聚范围超过50 m时,依据超压破坏准则,支路风门和直巷风门的载荷峰值均超过破坏载荷,两风门先后发生破坏。 展开更多

关键词 安全工程 掘进工作面 瓦斯爆炸 风门 冲击载荷 数值模拟

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采煤工作面回风巷瓦斯气团漂移现象再探 被引量：1

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作者 杨明 毛俊睿 +2 位作者 柴沛 柳磊 洪林 《安全与环境学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第1期130-136,共7页

针对采煤工作面回风巷中瓦斯气团进行长距离漂移而气团内部瓦斯浓度结构基本未发生变化这一现象,对瓦斯气团的产生区域、产生过程、在回风巷中的运移方式提出了一种假说,并且设计了一种试验方案用以验证该假说。利用瓦斯气团的运移特性... 针对采煤工作面回风巷中瓦斯气团进行长距离漂移而气团内部瓦斯浓度结构基本未发生变化这一现象,对瓦斯气团的产生区域、产生过程、在回风巷中的运移方式提出了一种假说,并且设计了一种试验方案用以验证该假说。利用瓦斯气团的运移特性,对瓦斯气团平均漂移速度的计算公式进行了优化,定义了瓦斯气团浓度衰减率这一概念,提出了一种用于吹散瓦斯气团降低回风巷中瓦斯气团浓度装置的设想。 展开更多

关键词 安全工程 回风巷 瓦斯气团 浓度衰减率 计算优化

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水分对煤岩体声波波速影响实验研究 被引量：1

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作者 陆卫东 李祥春 +1 位作者 李梅生 毛燕军 《中国矿业》 北大核心 2020年第8期178-182,共5页

水分对煤岩体声波传播波速有重要的影响,而煤样微观孔裂隙结构及所含胶结物又直接影响煤岩体的含水率。为此,利用SEM扫描电镜对煤样进行扫描,分析其微观孔裂隙结构及所含胶结物和吸水能力,然后通过对煤样在常温常压下吸水,测定不同吸水... 水分对煤岩体声波传播波速有重要的影响,而煤样微观孔裂隙结构及所含胶结物又直接影响煤岩体的含水率。为此,利用SEM扫描电镜对煤样进行扫描,分析其微观孔裂隙结构及所含胶结物和吸水能力,然后通过对煤样在常温常压下吸水,测定不同吸水率条件下的声波波速,探寻煤岩体波速随水分不同的变化规律。研究结果表明:官地煤样有少量的微孔隙,并有微量的胶结物碎屑存在;马兰8#煤样表面特征无明显的孔隙、裂隙结构特征,却可以看到较多胶结物碎屑。马兰8#煤样的吸水率为2.49%,而官地煤样的吸水率仅为1.31%。随着吸水率的增大,煤样内纵横波波速有增大趋势。波速变化的机理主要受煤样含水量和煤样弹性模量变化两种作用的相互影响。 展开更多

关键词 水分 煤岩体 声波 波速

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深部动力灾害诱发机理及影响因素研究 被引量：8

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作者 郭怀广 朱立凯 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第5期175-181,共7页

针对深部动力灾害诱发机理及影响因素复杂的问题,以红阳二矿动力灾害为背景,宏观统计了灾害空间分布规律,开展了不同参数条件下的动力灾害相似模拟试验,进而研究灾害诱发机理及影响因素。结果表明:红阳二矿煤与瓦斯突出分布存在着明显... 针对深部动力灾害诱发机理及影响因素复杂的问题,以红阳二矿动力灾害为背景,宏观统计了灾害空间分布规律,开展了不同参数条件下的动力灾害相似模拟试验,进而研究灾害诱发机理及影响因素。结果表明:红阳二矿煤与瓦斯突出分布存在着明显的区域性,突出发生主要集中在地应力较高区域或地应力急剧变化区域,突出次数和突出能力均随埋深的增加而增加,相对于倾出和压出,典型突出的变化规律更加明显;获得了红阳二矿突出强度、突出距离及相对突出强度与瓦斯压力、放散初速度指标之间的拟合经验关系;灾害性质随瓦斯压力增加发生转变(倾出-压出-典型突出),瓦斯压力是红阳二矿动力灾害诱发的主导因素;动力灾害诱发的关键在于煤体具有足够的瓦斯梯度,地应力对突出的1个重要作用在于地应力的快速释放能够使突出发生所需的瓦斯压力临界值降低;瓦斯放散初速度Δp对于突出强度有着明显正向影响作用;倾出和压出可视为煤体经过一定的破坏累积准备阶段后,发生的一次性破坏失稳,典型突出发动的关键在于具有高突出潜能的煤体和具有充分的瞬间释放条件,典型突出的全过程可视为煤体的力学失稳和高潜能突出煤体持续发展;动力判定指标C_(m)满足时,发生典型煤与瓦斯突出;若C_(m)不满足条件,则意味着突出潜能不足,对于局部发育或应力集中的软弱煤体,将发生倾出或压出灾害。 展开更多

关键词 动力灾害 煤与瓦斯突出 煤体失稳

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磨料质量分数对预混合磨料水射流破岩效果的影响 被引量：9

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作者 魏建平 王梦园 +3 位作者 杨恒 张铁岗 都阳 刘勇 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期251-262,共12页

预混合磨料水射流是突破煤矿深长钻孔内高效破煤岩技术瓶颈的有效技术,在坚硬顶板治理、沿空留巷和硬煤增透具有广泛应用前景。磨料质量分数是影响其破煤岩效果的重要因素。为明确磨料质量分数对磨料加速、分布以及冲击动能的影响,基于... 预混合磨料水射流是突破煤矿深长钻孔内高效破煤岩技术瓶颈的有效技术,在坚硬顶板治理、沿空留巷和硬煤增透具有广泛应用前景。磨料质量分数是影响其破煤岩效果的重要因素。为明确磨料质量分数对磨料加速、分布以及冲击动能的影响,基于离散元的耦合模型(CFD-DEM模型),考虑颗粒间的摩擦、碰撞,添加颗粒相体积分数和动量源相,修正VOF多相流模型,开发用户自定义函数(UDF)通信接口,精确计算了磨料质量分数对磨料颗粒加速运动与分布的影响,准确描述了磨料粒子对水射流流场的影响。结合预混合磨料水射流破岩实验,得到了以下结论:在固定压力下,不同磨料质量分数的射流液固能量转化效率不同,导致磨料冲击动能不同。提高磨料质量分数,能够提高破煤岩效果,但存在最优值。每一压力条件下都有与之相适配的最优质量分数,此质量分数下能量转化效率最高,磨料冲击动能最大。如射流压力5 MPa时,80目(0.178 mm)石榴石最优质量分数为11%。同一质量分数下,提高射流压力可提高磨料冲击动能,但是能量转化率和利用率降低。提高压力使射流速度增加,曳力增大,但射流与磨料接触时间缩短,导致射流能量未能及时转化为磨料动能。相较于提高射流压力,适当增加磨料质量分数以提高能量转化效率和能量利用率,是达到最佳破煤岩效果的更经济低能耗的方式。 展开更多

关键词 预混合磨料水射流 磨料质量分数 CFD-DEM 冲击动能 破岩

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基于波速变化量评判受载煤体力学特性的安全分析 被引量：3

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作者 李东会 梁雁侠 +1 位作者 陈卓 张凯 《安全与环境学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第3期906-912,共7页

研究超声波波速与受载煤体力学特性的关系对煤炭安全开采有重要意义。为明确受载煤体孔裂隙发育的力学变化规律与波速变化量的关系,以焦作古汉山矿山西组二1煤层原煤为研究对象,借助煤储层压裂模拟及物性特征试验系统,依据超声波技术对... 研究超声波波速与受载煤体力学特性的关系对煤炭安全开采有重要意义。为明确受载煤体孔裂隙发育的力学变化规律与波速变化量的关系,以焦作古汉山矿山西组二1煤层原煤为研究对象,借助煤储层压裂模拟及物性特征试验系统,依据超声波技术对三轴加载煤体进行测试,计算波速变化量,然后用波速变化量分析受载煤体力学特性与煤体结构中孔、裂隙的联系,为煤炭安全开采提供力学依据。结果表明:1)在受载条件下,煤体会重复出现初始压密阶段、弹性阶段、屈服阶段,且在弹性阶段煤体压密程度最好,波速变化最快;2)煤体受力产生孔、裂隙对声波影响显著,弹性阶段煤体压密程度高,孔、裂隙发育程度小,波速变化量达到最大,到屈服阶段,煤体孔、裂隙发育程度高,波速变化量降低,变化明显;3)通过分析波速变化率得出受载煤体的变化程度,波速变化率大,表明煤体变化程度不明显,煤体孔、裂隙发育程度不高,反之亦然。 展开更多

关键词 安全工程 超声波 三轴压缩 力学 裂隙 波速变化量

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巷道掘进爆破炮烟中毒应急救援虚拟仿真系统构建 被引量：5

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作者 张飞燕 温佳宇 韩颖 《爆破》 CSCD 北大核心 2021年第3期166-171,共6页

已上线运行的巷道掘进爆破安全虚拟仿真实验教学平台,实现了巷道掘进爆破方案设计、爆破施工、爆破危害监测与分析三个方面的实验教学内容;但尚未涉及井巷掘进爆破事故的应急救援。以井巷掘进爆破过程中的典型事故—炮烟中毒为例,借助... 已上线运行的巷道掘进爆破安全虚拟仿真实验教学平台,实现了巷道掘进爆破方案设计、爆破施工、爆破危害监测与分析三个方面的实验教学内容;但尚未涉及井巷掘进爆破事故的应急救援。以井巷掘进爆破过程中的典型事故—炮烟中毒为例,借助虚拟仿真、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等技术,采用3D Max软件建模及Unity 3D软件开发等手段,构建了巷道掘进爆破炮烟中毒应急救援虚拟仿真系统,实现了掘进爆破炮烟中毒事故演示、工人自救互救及救援人员救援两大环节实操。该系统是巷道掘进爆破安全虚拟仿真实验教学平台的拓展与延伸,既可用于安全工程、土木工程专业本科生及研究生实验教学,也可用于矿山开采、工程爆破等领域相关专业技术人员的培训教学。 展开更多

关键词 巷道掘进 爆破安全 炮烟中毒 应急救援 虚拟仿真

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