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“双碳”目标下煤矿瓦斯全浓度区间梯级利用技术研究 被引量:1
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作者 韩颖 单非凡 +1 位作者 张飞燕 宋金星 《中国煤炭》 北大核心 2025年第5期96-104,共9页
在“双碳”总体目标的要求下,如何切实提高瓦斯利用率并有效降低瓦斯利用过程中的碳排放量,是我国煤炭开采领域亟待解决的关键问题。为此采用文献分析法对我国煤矿瓦斯全浓度区间梯级利用技术进行了系统梳理与总结。目前,我国已经形成... 在“双碳”总体目标的要求下,如何切实提高瓦斯利用率并有效降低瓦斯利用过程中的碳排放量,是我国煤炭开采领域亟待解决的关键问题。为此采用文献分析法对我国煤矿瓦斯全浓度区间梯级利用技术进行了系统梳理与总结。目前,我国已经形成了高浓度瓦斯直接利用、低浓度瓦斯及乏风瓦斯提纯增浓技术为主的阶梯式综合利用体系,其中,高浓度瓦斯主要用于发电、民用燃料、工业燃料、合成化工产品、提纯生产CNG或LNG,低浓度瓦斯主要采用内燃机发电、直燃和提纯增浓等技术加以利用,而乏风瓦斯主要采用蓄热/催化氧化、热逆流氧化、热逆流催化氧化和乏风助燃等技术加以利用。基于此,指明了下一步的重点研究工作,即研究对高浓度瓦斯利用过程中产生的CO_(2)进行有效捕集、利用和封存,攻克低浓度及乏风瓦斯利用过程中存在的发电机组效率低、提纯技术推广难、直燃技术安全性争议大、蓄热氧化装置能耗高等诸多难题,有效提升瓦斯转化与利用装备的智能化、高效性和安全性,进而构建以煤矿瓦斯全浓度区间梯级利用为核心的近零碳排放技术体系。 展开更多
关键词 “双碳”目标 煤矿瓦斯 全浓度区间 梯级利用技术 低浓度瓦斯 乏风瓦斯
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褐煤中高岭土对生物甲烷代谢过程的控制效应
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作者 郭红玉 李浩 +4 位作者 李国富 陈林勇 徐强 魏国琴 白秀佳 《煤炭科学技术》 CSCD 北大核心 2024年第S2期47-55,共9页
高岭土是煤中常见的矿物,其对煤生物甲烷的代谢过程的影响较少受到关注。选取脱矿后的褐煤和高岭土,通过生物产气模拟实验、红外光谱分析、XPS、荧光光谱和宏基因组分析来探究高岭土对煤生物产气的控制作用。结果表明:添加一定比例的高... 高岭土是煤中常见的矿物,其对煤生物甲烷的代谢过程的影响较少受到关注。选取脱矿后的褐煤和高岭土,通过生物产气模拟实验、红外光谱分析、XPS、荧光光谱和宏基因组分析来探究高岭土对煤生物产气的控制作用。结果表明:添加一定比例的高岭土能够有效促进生物甲烷的产出,其中添加6%的高岭土,生物产气量相较于原煤增加了90.4%,高岭土过多则会抑制生物甲烷的产出。高岭土使发酵系统中煤的大分子结构变化更加明显,芳香类物质被有效转化为小分子量物质;添加高岭土的发酵系统使得煤样中酚碳或醚碳进一步氧化为有机酸类物质,C—C、C—H的相对含量分别减少了2.01%和10.20%。可溶性有机质能够被有效降解和利用,进而有利于生物产气。高岭土促使微生物菌群物种丰度增加,增强了各产甲烷途径中关键酶的基因丰度,促进发酵液中各类复杂物质的降解以及甲烷的转化。研究结果为煤中赋存的高岭土对生物甲烷代谢的影响提供实验支撑。 展开更多
关键词 褐煤 生物气 高岭土 物化特征 代谢途径
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低透气性煤样爆破致裂裂纹扩展特征试验研究
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作者 张飞燕 段笑颜 韩颖 《爆破》 北大核心 2025年第2期44-51,共8页
预裂爆破是改善低透气性煤层渗透率、提高瓦斯抽采率的有效措施之一,众多学者研究视角多聚焦于爆破孔布置方式、装药结构、装药系数、装药量和爆破应力波传播过程等因素对预裂爆破效果的影响,少数学者采用数值模拟方法对爆破裂纹的扩展... 预裂爆破是改善低透气性煤层渗透率、提高瓦斯抽采率的有效措施之一,众多学者研究视角多聚焦于爆破孔布置方式、装药结构、装药系数、装药量和爆破应力波传播过程等因素对预裂爆破效果的影响,少数学者采用数值模拟方法对爆破裂纹的扩展特征进行了探讨,目前针对裂纹扩展的相关试验研究少见报道。为有效考察爆破致裂效果,以某矿低透气性煤样为研究对象,采用小药量耦合装药爆破技术和计算机断层扫描技术,试验获取了煤样爆破后的宏观破坏特征及内部裂纹的三维分布效果,进而对爆破应力作用下煤样内部裂纹的扩展特征进行了深入探讨。研究表明:以起爆药代替常用炸药,采用小药量耦合装药爆破技术进行小尺寸煤样爆破致裂试验,是切实可行的。当装药量和压药压力相同时,炮孔直径越大,裂纹扩展和增透效果越差;当炮孔直径和装药量相同时,冲压装药效果优于松散装药。当炮孔直径和压药压力相同时,并非装药量越大裂纹扩展效果越好,存在一个合理的装药量区间;对于本文采用的低透气性标准尺寸煤样而言,当装药量为25 mg时,裂纹体积占比为12.79%,单个裂纹体积为20135.03 mm^(3),裂纹扩展效果最佳,装药量为20 mg时效果次之。 展开更多
关键词 低透气性煤层 爆破致裂 裂纹扩展 耦合装药 CT扫描
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基于μCT和深度学习的煤裂隙智能提取方法
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作者 胡咤咤 张寻 +4 位作者 金毅 巩林贤 黄文辉 任建吉 Norbert Klitzsch 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第2期55-66,共12页
【目的】煤储层裂隙的精细描述对于煤层气资源的勘探开发具有重要意义,裂隙的尺寸、走向、分布密度等直接影响煤层的渗透性,准确识别和提取煤层中的裂隙信息是揭示体积压裂过程中裂缝网络形成与扩展机理的关键。传统的裂隙提取方法往往... 【目的】煤储层裂隙的精细描述对于煤层气资源的勘探开发具有重要意义,裂隙的尺寸、走向、分布密度等直接影响煤层的渗透性,准确识别和提取煤层中的裂隙信息是揭示体积压裂过程中裂缝网络形成与扩展机理的关键。传统的裂隙提取方法往往依赖人工标注和基于一定图像处理技术的特征提取,这些方法在精度和效率上存在明显不足。【方法】提出一种基于Trans-UNet网络和μCT图像的煤裂隙提取方法,Trans-UNet结合了Transformer模块和卷积神经网络(CNN)的优点,不仅具备全局特征提取能力,还能够捕捉图像中的局部细节特征,大幅提高了分割精度和网络的鲁棒性。首先对煤样μCT图像进行预处理,包括使用差值法提高图像质量、使用数据增强技术扩大样本数量等。随后,利用Trans-UNet网络对处理后的图像进行分割,提取裂隙特征,并比较不同神经网络模型的分割结果。【结果和结论】结果表明,提出的方法在数据集上表现出优越性能,Trans-UNet模型在煤裂隙提取上的准确性(accuracy)、精确度(precision)、F1分数(F1-score)和交并比(IoU)分别达到91.3%、89.5%、89.8%和84.0%,相较于U-Net、U-Net++等其他多种智能模型有显著提升。结合μCT图像的细粒度特征,将Trans-UNet网络应用于煤裂隙提取任务,是一种高效且准确的解决方案,为煤层气勘探开发领域的相关图像处理任务提供了新的思路。 展开更多
关键词 Trans-UNet μCT图像 煤裂隙 图像分割 深度学习
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煤变质过程中生物产气特征及微生物代谢机制
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作者 郭红玉 赵树峰 +6 位作者 Norbert Klitzsch 宋晓夏 赵金贵 刘汉斌 王乾 张斌 陈振宏 《天然气工业》 2025年第8期181-194,共14页
生物成因煤层气的生成与演化受到多种地质因素的影响,目前对于煤变质过程中生物产气及微生物代谢的影响机制尚缺乏深入研究。为此,选取采自山西省大同市东周窑井田和太原市西山井田马兰矿2个矿区6个不同变质程度的煤样,通过全岩黏土矿... 生物成因煤层气的生成与演化受到多种地质因素的影响,目前对于煤变质过程中生物产气及微生物代谢的影响机制尚缺乏深入研究。为此,选取采自山西省大同市东周窑井田和太原市西山井田马兰矿2个矿区6个不同变质程度的煤样,通过全岩黏土矿物分析、生物产气模拟、主成分分析(PCA)、气相色谱—质谱联用(GC-MS)、宏基因及代谢组学等技术手段,系统研究了煤变质过程中生物产气潜力和影响微生物代谢的机制。研究结果表明:①随着变质程度的增加,煤中总有机碳含量和挥发分含量显著降低,而灰分和黏土矿物含量则增加,黏土矿物类型由高岭土逐渐向伊利石及伊/蒙混层转变;②相应地,两种高变质程度煤样产气量分别降至1.13 mL/g和1.07 mL/g,较低变质程度煤样产气量下降超过50%;③PCA分析结果显示,变质作用通过有机质和矿物组分变化影响生物产气潜力,灰分和黏土矿物含量的增加,限制了有机质的生物可利用性;④尽管高变质程度煤中富集了Petrimonas和Pseudomonas等电活性菌,但由于水解及产酸菌(如Proteobacteria和Synergistota)丰度偏低,甲烷生成仍受到抑制。结论认为:①不同变质程度煤在生物降解过程中具有显著代谢差异,差异代谢物如5-Aminolevulinic acid、Dihydroisophorol和4-Hydroxy-1-(3-pyridinyl)-1-butanone均以酸类代谢为主;②研究成果揭示了煤变质过程对生物产气潜力的多维影响机制,能够为生物成因煤层气资源评价与开发利用提供理论基础与技术支撑。 展开更多
关键词 不同变质程度煤 生物成因煤层气 矿物组成 总有机碳 黏土矿物 液相产物 菌群结构 代谢组学
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