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水耦合作用下高压空气冲击煤岩破裂规律与声发射响应试验研究 被引量：1
1
作者 马衍坤 张正锐 张纪辉 《振动与冲击》 北大核心 2025年第2期1-10,29,共11页
为探寻煤岩体高效致裂新技术,提出了水耦合作用下高压空气冲击致裂煤岩的思路,利用自主研发的高压空气冲击致裂煤岩体真三轴试验系统,设计了五种钻孔不耦合系数(1.0、1.5、2.0、2.5、3.0),开展了水耦合作用下高压空气冲击致裂煤岩试验,... 为探寻煤岩体高效致裂新技术,提出了水耦合作用下高压空气冲击致裂煤岩的思路,利用自主研发的高压空气冲击致裂煤岩体真三轴试验系统,设计了五种钻孔不耦合系数(1.0、1.5、2.0、2.5、3.0),开展了水耦合作用下高压空气冲击致裂煤岩试验,借助动态气压监测与声发射检测手段,研究了煤岩体裂缝形态、气压曲线及能量释放规律。结果表明:水耦合作用显著提高了高压空气的能量利用率,使试块产生的水平及竖直裂缝长度明显大于空气耦合时;水耦合时试块的破裂面无碎屑出现,而空气耦合时试块破裂面出现了较多碎屑;随着钻孔不耦合系数的增大,试块裂缝长度呈现先增大后减小的趋势,当钻孔不耦合系数为2.0时,裂缝长度达到峰值,此时试块产生的裂缝网络最为丰富;致裂过程的气压曲线呈现起裂、扩展和贯通三个阶段,水耦合作用时的气压峰值均大于空气耦合作用时的气压峰值;声发射信号主要集中在扩展阶段,水耦合作用时声发射信号响应更为剧烈,且以多簇形式出现,而空气耦合作用时则以单簇形式出现;当钻孔不耦合系数为2.0时,声发射累积能量和累积事件数均达到峰值。 展开更多
关键词 冲击致裂 真三轴 水耦合 声发射能量
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震动载荷多次作用下烟煤孔裂隙结构演化特征试验研究 被引量：1
2
作者 马衍坤 黄勤豪 +3 位作者 孔祥国 冯俊军 殷志强 王超 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1882-1893,共12页
煤层开采过程中频繁采掘扰动或远场顶板周期性破断会产生多次的震动载荷,震动载荷对于煤样微观孔裂隙结构和宏观力学行为具有重要影响。为探索震动载荷下煤样孔裂隙结构演化特征,选取烟煤煤样,利用霍普金森压杆(SHPB)试验系统开展了多... 煤层开采过程中频繁采掘扰动或远场顶板周期性破断会产生多次的震动载荷,震动载荷对于煤样微观孔裂隙结构和宏观力学行为具有重要影响。为探索震动载荷下煤样孔裂隙结构演化特征,选取烟煤煤样,利用霍普金森压杆(SHPB)试验系统开展了多次震动载荷冲击煤样试验,借助低场核磁共振分析仪测试了每次冲击后煤样T_(2)谱,并通过核磁共振成像(MRI)分析了煤样孔裂隙分布及其损伤演化特征。结果表明,随着震动载荷作用次数增加,煤样峰值应力与动态弹性模量均呈现线性下降趋势,震动载荷冲击效应使得煤样承载和抵抗变形能力显著弱化,因此有必要对煤样孔裂隙演化特征展开深入分析。从T_(2)谱和MRI信息得出,震动载荷初次作用下煤样总体孔隙体积大幅增加,其中吸附孔体积增高达5.0倍,随着震动载荷持续作用,煤样微裂隙开始连通汇聚形成宏观裂纹,使得渗流孔之间连通性大幅提高,煤样总体孔隙率达到峰值,较煤样原始孔隙率提高约6倍。在煤样受震动载荷损伤、破坏的整个过程中,渗流孔的连通性逐渐提高与改善,其分形维数呈线性下降趋势。通过核磁共振成像揭示了震动载荷对煤样孔裂隙作用机制,结果表明煤样中部区域孔隙最先发育并逐步形成微裂隙,在后续震动波反射、拉伸作用下,损伤破坏区域向两侧逐渐演变直至贯通试样。 展开更多
关键词 震动载荷 核磁共振(NMR) 能量耗散 孔裂隙演化 损伤演化机制
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瓦斯氛围下煤-水界面润湿特性及其影响机制 被引量：1
3
作者 岳基伟 王辰 +5 位作者 石必明 王兆丰 徐金林 韩奇峻 孙永鑫 梁跃辉 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期4325-4335,共11页
煤层注水被广泛用于煤层瓦斯治理,其治理瓦斯的效果关键在于水分对含瓦斯煤体的润湿效果,然而高瓦斯煤层中瓦斯严重干扰着水分对煤体的润湿。为弄清瓦斯氛围下水分对煤体的润湿特性,采用自研的瓦斯氛围下煤-水接触角测试装备及自开发的... 煤层注水被广泛用于煤层瓦斯治理,其治理瓦斯的效果关键在于水分对含瓦斯煤体的润湿效果,然而高瓦斯煤层中瓦斯严重干扰着水分对煤体的润湿。为弄清瓦斯氛围下水分对煤体的润湿特性,采用自研的瓦斯氛围下煤-水接触角测试装备及自开发的瓦斯氛围下水的表面张力测试软件,研究了瓦斯氛围下煤-水界面润湿参数,阐释了瓦斯氛围下煤-水界面的润湿特性,并揭示了其影响机制。研究结果表明:瓦斯氛围下随着瓦斯压力的增加,水的表面张力、煤的表面能及黏附功逐渐减小,煤-水接触角及煤-水界面能逐渐增加,水对煤的润湿效果变差;基于煤的工业分析、元素分析及微光谱图分析,建立了无烟煤的分子结构模型,分子式为C_(99)H_(54)N_(2)O_(3)S,煤分子模型的桥碳比为0.61,其与^(13)C-NMR谱图的桥碳比一致;瓦斯氛围下煤水微观润湿体系中,煤水交界面以下,水分子的相对浓度随着瓦斯压力的增大而减小;煤水交界面以上,瓦斯压力越大,水分子相对浓度峰值越大;瓦斯氛围下煤水微观润湿体系中,随着瓦斯压力的增加,水分子的吸附程度减弱,煤中瓦斯被置换的程度减小,甲烷分子的扩散系数减小,水分子分散程度增加,聚集程度减弱,水分子的扩散系数增加。 展开更多
关键词 瓦斯压力 煤层注水 润湿 表面张力 煤水接触角
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不同介质下构造煤体受载破坏孔隙结构变化规律
4
作者 胡明烨 马衍坤 颜泽文 《山西焦煤科技》 CAS 2024年第3期1-5,共5页
为获得在不同监测介质下煤体孔隙的差异性演化,利用专用三轴核磁夹持器开展了型煤加载力学试验,对处于不同监测介质的型煤进行三轴压缩试验,并通过T_(2)谱峰面积的变化分析了煤体加载过程中孔隙演化规律及损伤特征。结果表明:煤体在不... 为获得在不同监测介质下煤体孔隙的差异性演化,利用专用三轴核磁夹持器开展了型煤加载力学试验,对处于不同监测介质的型煤进行三轴压缩试验,并通过T_(2)谱峰面积的变化分析了煤体加载过程中孔隙演化规律及损伤特征。结果表明:煤体在不同监测介质下均呈三峰分布,其中试样S_(1)以P_(2)峰为主峰、S_(2)以P_(1)峰为主峰。通过孔隙信号面积的变化定量分析了不同孔隙的损伤程度演化,发现在不同介质下整体损伤的演化趋势一致,最低相关系数达到0.93;在甲烷介质下,吸附孔与整体损伤演化一致,在水介质下,渗流孔与整体损伤演化一致,最低相关系数分别达到0.99、0.95. 展开更多
关键词 型煤 不同监测介质 三轴加载 核磁共振 孔隙演化 损伤特征
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物元可拓理论对废弃矿井瓦斯资源开发潜力研究
5
作者 陶雪峰 石必明 +7 位作者 岳基伟 钟珍 张铖铖 梁跃辉 张海卿 梅文强 薛勇林 彭杰 《煤炭科学技术》 2025年第4期137-148,共12页
“双碳”目标下,为了精准研判废弃矿井采动稳定区瓦斯资源开发潜力和找出其影响开发潜力的关键因素,构建了“精选−内联−互补−优化”四位一体为理念的废弃矿井瓦斯资源开发潜力评价方法,最后与工程试验对比,验证评估模型的可行性。“精... “双碳”目标下,为了精准研判废弃矿井采动稳定区瓦斯资源开发潜力和找出其影响开发潜力的关键因素,构建了“精选−内联−互补−优化”四位一体为理念的废弃矿井瓦斯资源开发潜力评价方法,最后与工程试验对比,验证评估模型的可行性。“精选”指:首先初步选取大量的评价指标,然后通过德尔菲法和敏感性分析筛选初始指标,去除不符合要求的指标因素;“内联”指:对筛选出的指标,采用DEMATEL-ISM进行内部关联性分析,判定关键指标;“互补”指:首先采用FAHP和熵值法分别对指标进行定性和定量的赋权,然后采用博弈论对指标进行综合权重确定;“优化”指:结合综合权重,采用物元可拓理论计算其关联度,判定废弃矿井瓦斯资源开发潜力等级。结果表明:煤层埋深、煤矿面积是判定废弃矿井瓦斯资源开发潜力的关键指标因素与DEMATEL-ISM模型评价一致;根据物元可拓模型计算的关联度为K_(3)=0.0575,可以判定其开发潜力为“良好”,根据工程试验统计评估可知,13个可采煤层的瓦斯资源量为61.81×10^(8) m^(3),潘一矿瓦斯资源规模较大,属于中型煤层气田,其开发潜力较大与物元可拓模型评价结论一致,符合实际情况,该模型为研究废弃矿井瓦斯资源开发潜力等级提供方向。 展开更多
关键词 废弃矿井 DEMATEL-ISM 模糊层次分析法(FAHP) 熵值法 博弈论 物元可拓模型
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废弃矿井可采煤层群瓦斯资源特征及其应用
6
作者 陶雪峰 石必明 +7 位作者 岳基伟 梁跃辉 钟珍 张海卿 梅文强 薛勇林 彭杰 张铖铖 《煤炭科学技术》 2025年第3期161-173,共13页
受产能过剩、资源保护、国际环境等因素影响,两淮地区关闭煤矿数量较多,但废弃矿井可利用资源丰富多样,废弃矿井瓦斯资源二次开发利用对当前社会发展具有现实意义。针对废弃矿井瓦斯资源开发中的瓦斯资源量准确预测问题,通过分析废弃矿... 受产能过剩、资源保护、国际环境等因素影响,两淮地区关闭煤矿数量较多,但废弃矿井可利用资源丰富多样,废弃矿井瓦斯资源二次开发利用对当前社会发展具有现实意义。针对废弃矿井瓦斯资源开发中的瓦斯资源量准确预测问题,通过分析废弃矿井瓦斯的储集空间和含量特征,提出邻近上下采空区覆岩垮落裂隙空间分布形态近似2个“上下串联梯形体”;构建“先固后气−双源分步”理念(首先分水平、分块段预测剩余煤炭资源量和可采煤炭储量;其次利用分水平、分块段的煤炭资源量结合煤层瓦斯含量,预测瓦斯资源量)的废弃矿井瓦斯资源量评估模型和方法。运用建立的评估模型和方法,对淮南潘一矿废弃矿井13个可采煤层进行了剩余煤炭资源量、可采煤炭储量和瓦斯资源量的分水平、分块段的评估,采空区游离瓦斯资源量采用瓦斯卸压运移“新三带”理论,计算了13–1煤层部分采空区工作面的采空区、垮落带、导气裂隙带的游离态瓦斯资源量,采用地面L型试验井抽采了采空区下部瓦斯。研究表明:“上下串联梯形体”贯通的采空区体积大于未贯通的采空区体积;该矿剩余煤炭资源量为85981×10^(4)t,可采煤层煤炭资源量44499×10^(4)t,剩余煤炭资源量下的瓦斯资源量为42.690334×10^(8)m^(3),可采煤炭储量下的瓦斯资源量为22.397501×10^(8)m^(3),采空区游离态瓦斯资源量为5612.868585×10^(4)m^(3),抽采瓦斯总量为1209.5×10^(4)m^(3),潘一矿瓦斯资源规模较大,瓦斯资源丰富,抽采效果良好,为废弃矿井瓦斯资源利用提供方向。 展开更多
关键词 废弃矿井 可采煤层群 煤炭资源 瓦斯资源 资源量预测
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带压环境下煤体瓦斯解吸特性及模型
7
作者 梁跃辉 石必明 +6 位作者 岳基伟 钟珍 韩奇峻 张铖铖 彭杰 张海卿 梅文强 《煤炭学报》 2025年第3期1569-1582,共14页
煤层瓦斯含量是矿井瓦斯防治的一个关键技术参数,在直接测定煤层瓦斯含量取样过程中,由于钻孔内风压的存在,煤样在钻孔内瓦斯解吸处于带压环境。然而,目前煤样在钻孔内的瓦斯损失量是基于常压环境下瓦斯解吸量进行推算的,其造成煤层瓦... 煤层瓦斯含量是矿井瓦斯防治的一个关键技术参数,在直接测定煤层瓦斯含量取样过程中,由于钻孔内风压的存在,煤样在钻孔内瓦斯解吸处于带压环境。然而,目前煤样在钻孔内的瓦斯损失量是基于常压环境下瓦斯解吸量进行推算的,其造成煤层瓦斯含量测定不准确。基于此,开发了一套带压环境下煤体瓦斯解吸实验平台,探究了煤样在正压和变压环境下瓦斯解吸量、解吸率、扩散系数的演化规律,构建了带压环境下煤体瓦斯解吸模型,采用有限元分析软件数值解算了扩散系数方程。研究结果表明:煤样在孔内运移阶段,其瓦斯解吸过程处于正压环境,解吸量、解吸率、扩散系数与解吸压力呈现负相关的关系;在孔口接样阶段,煤样由带压环境向常压环境突变,常压环境下瓦斯解吸量、解吸率、扩散系数与瓦斯压力呈现正相关的关系;带压环境煤体√t瓦斯解吸模型计算的损失量更接近于实验测试的瓦斯解吸量,然而传统法(法和幂函数法)推算的瓦斯损失量远远偏离实验测试的瓦斯解吸量;传统法需要测定常压环境下瓦斯解吸量,才能间接推算瓦斯损失量,而带压环境下煤体瓦斯解吸模型依据取样风压、瓦斯压力及取样时间,可直接获得煤样的瓦斯损失量;研究结果为瓦斯损失量的准确推算及煤层瓦斯灾害防治奠定理论基础。 展开更多
关键词 煤层瓦斯含量 带压环境 瓦斯解吸 损失量推算 矿井瓦斯防治
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