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煤矿井下光学瓦斯检定器CO_(2)吸收剂的时效特性及失效机制研究
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作者 杨宏民 刘沁铨 +2 位作者 李鹏宇 马树俊 郭鑫 《矿业科学学报》 北大核心 2025年第5期1009-1019,共11页
矿井火灾或瓦斯爆炸后,准确检测甲烷浓度对救灾决策至关重要。然而,火灾产生的高浓度CO_(2)会导致光学瓦斯检定器测量偏差,严重影响救灾决策,这种偏差源于光学瓦斯检定器中钠石灰吸收剂吸收CO_(2)性能的退化。为研究煤矿井下灾区环境中... 矿井火灾或瓦斯爆炸后,准确检测甲烷浓度对救灾决策至关重要。然而,火灾产生的高浓度CO_(2)会导致光学瓦斯检定器测量偏差,严重影响救灾决策,这种偏差源于光学瓦斯检定器中钠石灰吸收剂吸收CO_(2)性能的退化。为研究煤矿井下灾区环境中影响光学瓦斯检定器检测准确性的因素及其规律,文中搭建模拟试验系统对不同条件下钠石灰的CO_(2)吸收特性进行试验,探讨其时效特性和失效机制,并建立了CO_(2)气氛下的甲烷浓度修正模型。结果表明,钠石灰的CO_(2)有效吸收次数与CO_(2)浓度负相关,CO_(2)体积分数分别为5%、10%、15%、20.99%、27.18%和32.09%时,有效吸收次数分别为20、18、12、8、5和3次;不同CO_(2)浓度和流速下,钠石灰吸收CO_(2)的时效曲线均表现出“S”型的非线性特征;CO_(2)浓度和流速的增加会显著提高单位时间吸收量,同时缩短高吸收效率持续时间,加速饱和失效进程。改变钠石灰的使用量、优化采样流速,对提高光学瓦斯检定器在高CO_(2)浓度环境中的检测准确性有重要的指导意义。 展开更多
关键词 高CO_(2)环境 光学瓦斯检定器 钠石灰吸收剂 检测误差 时效特性
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深部强矿压工作面水力压裂裂纹扩展规律研究 被引量:1
2
作者 陈立伟 王东杰 边乐 《河南理工大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2025年第1期18-28,共11页
目的为了研究深部强矿压工作面水力压裂裂纹扩展规律,方法以余吾煤矿的3号煤层S5207回风巷为工程背景,首先建立水力压裂力学模型,分析最大周向拉应变准则和裂纹扩展准则,其次通过三维数值模拟,分析水力压裂裂纹扩展影响因子D和地应力对... 目的为了研究深部强矿压工作面水力压裂裂纹扩展规律,方法以余吾煤矿的3号煤层S5207回风巷为工程背景,首先建立水力压裂力学模型,分析最大周向拉应变准则和裂纹扩展准则,其次通过三维数值模拟,分析水力压裂裂纹扩展影响因子D和地应力对水力压裂裂纹扩展规律的影响,并根据现场情况设计水力压裂试验方案,实施水力压裂增透技术,分析现场施工效果。结果结果表明:预制裂纹沿着与原裂纹呈一定角度开裂并向外延伸,其扩展方向最终与最小主应力方向垂直;随着D增大,裂纹与原裂纹的夹角越来越小,当D较大时,裂纹呈现自相似的扩展状态;不同应力场下,裂纹扩展轨迹主要取决于主应力方向,最终与最小主应力方向垂直,水力裂缝为垂直缝,且在裂纹尖端有应力集中现象;现场监测发现,裂纹扩展符合最大周向拉应变准则,裂纹尖端沿着环向拉应变最大的地方扩展,环向拉应变达到最大时裂纹开始扩展,压裂过程中出现了较大环向裂隙,裂纹沿垂直于最小主应力方向延伸,与S5207回风巷的最大水平主应力方向大致相同,与数值模拟结果接近。结论研究结果可为深部强矿压工作面水力压裂提供参考和依据。 展开更多
关键词 水力压裂 裂纹扩展 强矿压 深部岩体 数值模拟 回风巷
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煤层含水率对CO_(2)等压扩散置换CH_(4)效应的影响研究 被引量:1
3
作者 陈立伟 王东杰 +2 位作者 边乐 刘媛 李晓华 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第S1期87-96,共10页
为了研究水分对煤层注CO_(2)置换CH_(4)效应的影响,采用自主研发的含瓦斯多元气体置换实验系统进行不同含水率煤对CH_(4)和CO_(2)的吸附实验,研究结果表明:煤中水分的存在不影响CH_(4)和CO_(2)等温吸附曲线的规律以及煤吸附CH_(4)和CO_... 为了研究水分对煤层注CO_(2)置换CH_(4)效应的影响,采用自主研发的含瓦斯多元气体置换实验系统进行不同含水率煤对CH_(4)和CO_(2)的吸附实验,研究结果表明:煤中水分的存在不影响CH_(4)和CO_(2)等温吸附曲线的规律以及煤吸附CH_(4)和CO_(2)能力大小的排序;相同吸附平衡压力下,随着煤样含水率的增加,CH_(4)和CO_(2)吸附量逐渐减小,水分对煤吸附CH_(4)的抑制率大于煤吸附CO_(2)的抑制率,这说明水分对煤吸附弱吸附性气体的抑制程度更大。在进行等压扩散条件下不同含水率煤的注CO_(2)置换CH_(4)实验时,发现,相同含水率条件下,随着吸附平衡压力的增加,CH_(4)的置换量和置换率不断增加,而CO_(2)注置比不断减小,CH_(4)的置换效果较好,而CO_(2)的利用率较低。同一吸附平衡压力下,随着煤样含水率的增加,CO_(2)储存量不断减少,与CH_(4)置换量对比发现,相同条件下,CO_(2)在煤体中的储存量始终高于CH_(4)的置换量;当煤样含水率不变时,吸附平衡压力升高,煤样中CO_(2)储存量和CH_(4)置换量均随之变大,且CO_(2)在煤体中的储存量也始终高于CH_(4)的置换量。同一吸附平衡压力下,随着煤样含水率的增加,CH_(4)的置换量和置换率及CO_(2)注置比表现出下降的趋势,水分对CO_(2)置换煤中CH_(4)起抑制作用,煤样含水率越大,置换效果越差,抑制程度越高;CO_(2)注置比下降梯度较小,程度不明显,水分对其影响较小。该研究成果进一步完善影响煤对气体吸附解吸因素的理论分析,将为注气抽采煤层气的工程应用提供理论依据。 展开更多
关键词 煤层气 等温吸附 等压扩散 水分 置换效果
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注氮量对上隅角低氧气体分布特征影响研究
4
作者 袁军伟 都永坤 +3 位作者 聂金龙 郭艳美 吴冉 张瑞江 《中国安全生产科学技术》 北大核心 2025年第10期13-20,共8页
为降低采空区注氮对上隅角低氧问题的影响,提高上隅角氧气体积分数,基于山西某矿100508工作面低氧现状,在现场试验的基础之上,利用Ansys Fluent软件对不同注氮量工况下上隅角低氧气体分布进行模拟,从惰化采空区和上隅角低氧问题防治维... 为降低采空区注氮对上隅角低氧问题的影响,提高上隅角氧气体积分数,基于山西某矿100508工作面低氧现状,在现场试验的基础之上,利用Ansys Fluent软件对不同注氮量工况下上隅角低氧气体分布进行模拟,从惰化采空区和上隅角低氧问题防治维度研究注氮量变化对上隅角低氧气体分布特征的影响。研究结果表明:注氮量的调整不仅导致“自燃三带”发生变化,还使得上隅角氧气体积分数显著改变;随注氮量的增加,采空区氧化带面积占比自19.62%缩减并稳定在14.68%左右;上隅角低氧区域面积随注氮量的增大呈现出先减后增的“V”字型变化规律,当注氮量为350 m^(3)/h时,低氧面积达最小值7.25 m^(2);综合考虑“自燃三带”及上隅角低氧问题,确立350 m^(3)/h为最佳注氮量。研究结果可为采空区注氮量的优化及上隅角低氧问题的解决提供理论借鉴。 展开更多
关键词 低氧问题 上隅角 注氮量 自燃三带
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风障设置方式对上隅角低氧气体分布特征影响机理研究
5
作者 袁军伟 吴冉 +3 位作者 聂金龙 李龙 都永坤 郭艳美 《矿业科学学报》 北大核心 2025年第4期693-704,共12页
风障法是一种通过在开切眼内合理设置风障以解决上隅角低氧问题的有效方法,风障的设置方式对上隅角低氧气体分布的影响较为显著。现场应用效果表明,“开门式”风障相较于“吊拉式”风障,对上隅角低氧现象的治理效果更好,但目前对二者在... 风障法是一种通过在开切眼内合理设置风障以解决上隅角低氧问题的有效方法,风障的设置方式对上隅角低氧气体分布的影响较为显著。现场应用效果表明,“开门式”风障相较于“吊拉式”风障,对上隅角低氧现象的治理效果更好,但目前对二者在解决低氧问题内在机理方面的研究还不够深入,这在一定程度上影响了风障法的推广应用。本文以山西某矿100508工作面为工程背景,利用Ansys Fluent软件构建工作面气体运移模型,开展“开门式”和“吊拉式”风障设置对上隅角低氧气体分布特征影响机理的研究。结果表明:“开门式”风障相较于“吊拉式”风障能够将更多新鲜风流导入上隅角区域,对上隅角区域风速的提升效果更明显,在上隅角和回风巷之间形成更大压降,改变了低氧气体原有的分布状态,可更好地解决上隅角低氧问题。 展开更多
关键词 风障设置 上隅角 低氧问题 气体运移模型 采空区
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煤矿瓦斯抽采顺层钻孔偏斜规律试验研究 被引量:22
6
作者 许彦鹏 樊阳洋 +1 位作者 禹建功 翟新献 《河南理工大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2018年第6期1-7,共7页
针对煤矿瓦斯抽采顺层钻孔偏斜问题,通过现场试验,利用测斜仪器对钻孔轨迹基本参数进行测量,采用均角全距法对钻孔偏移量进行计算,研究了顺层钻孔偏斜的一般规律,结合现场施工情况,分析了钻孔偏斜原因。结果表明:顺层钻孔轨迹普遍呈现... 针对煤矿瓦斯抽采顺层钻孔偏斜问题,通过现场试验,利用测斜仪器对钻孔轨迹基本参数进行测量,采用均角全距法对钻孔偏移量进行计算,研究了顺层钻孔偏斜的一般规律,结合现场施工情况,分析了钻孔偏斜原因。结果表明:顺层钻孔轨迹普遍呈现上偏的趋势;以20 m为一个考察区间,钻孔倾角最大变化率位于>40~60 m区间内;技术因素、地质因素和人为因素是导致钻孔偏斜的主要因素。研究结果为预防钻孔偏斜以及进一步研究顺层钻孔保直防斜技术提供科学依据。 展开更多
关键词 煤矿 瓦斯抽采 顺层钻孔 偏斜规律
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水分对CH_(4)和CO_(2)在煤中竞争吸附特性影响研究 被引量:3
7
作者 陈立伟 边乐 +2 位作者 王东杰 郑浩阁 赵占川 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期243-254,共12页
为研究水分对CH_(4)和CO_(2)及混合气体在煤中竞争吸附的影响,通过自主研发的含瓦斯煤多元气体竞争吸附试验系统进行不同含水率煤对CH_(4)和CO_(2)单组分吸附研究,试验结果表明:水分并没有改变CH_(4)和CO_(2)等温吸附曲线的基本规律,在... 为研究水分对CH_(4)和CO_(2)及混合气体在煤中竞争吸附的影响,通过自主研发的含瓦斯煤多元气体竞争吸附试验系统进行不同含水率煤对CH_(4)和CO_(2)单组分吸附研究,试验结果表明:水分并没有改变CH_(4)和CO_(2)等温吸附曲线的基本规律,在相同条件下,水分也未影响煤对单组分气体吸附能力的排序,始终是煤对CO_(2)的吸附能力大于对CH_(4)的吸附能力。相同条件下,水分对CH_(4)的抑制率大于CO_(2)吸附量抑制率,说明水分对煤吸附弱吸附性气体的抑制程度更大。在进行水对混合气体的竞争吸附影响研究试验,发现:当注入煤体的气体比例保持不变时,在同一吸附平衡压力下,混合气体的吸附总量随着水分含量的升高而降低,并且吸附平衡后的CH_(4)吸附量和CO_(2)吸附量都随着煤体中水分含量的增大而减小;而当含水率不变时,同一注气比例下的气体吸附平衡压力越大,吸附平衡后的CH_(4)吸附量和CO_(2)吸附量越大。游离相中的CO_(2)的体积分数始终低于气源,而CH_(4)体积分数始终高于气源。不同条件下CO_(2)/CH_(4)选择系数的数值均大于1,范围处在4.8~5.4,煤对CO_(2)的吸附亲和能力大于CH_(4)。相同组分混合气体吸附条件下,CO_(2)/CH_(4)选择系数均随着试验煤样含水率变大而降低。该研究进一步完善影响煤对气体吸附的因素的理论分析,以及为工程实践为井下注气促抽瓦斯技术提供理论依据。 展开更多
关键词 煤层气 水分 竞争吸附 吸附选择性 煤吸附气体
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含添加剂双流体细水雾抑制瓦斯爆炸实验研究
8
作者 陈立伟 边乐 +2 位作者 王东杰 严越涵 梁忠秋 《中国矿业》 北大核心 2024年第10期202-208,共7页
针对主要威胁我国煤矿安全生产的瓦斯爆炸和燃烧事故等问题,尤其是在单一煤层综放工作面低位高抽巷内易形成瓦斯积聚,在开采过程中,又会出现顶板矸石垮落、矸石和支护金属材料撞击,很容易导致瓦斯爆炸。本文探究含添加剂双流体细水雾在... 针对主要威胁我国煤矿安全生产的瓦斯爆炸和燃烧事故等问题,尤其是在单一煤层综放工作面低位高抽巷内易形成瓦斯积聚,在开采过程中,又会出现顶板矸石垮落、矸石和支护金属材料撞击,很容易导致瓦斯爆炸。本文探究含添加剂双流体细水雾在瓦斯爆炸抑制方面的应用效果。基于搭建的含添加剂双流体细水雾抑制管道瓦斯爆炸实验平台,对比分析了不同惰性气体与细水雾相互作用对瓦斯爆炸的抑制规律和效果,含添加剂的瓦斯抑制机理,并研究了不同添加剂浓度、不同添加剂种类对瓦斯爆炸抑制效果的影响。探究发现细水雾分别与CO_(2)、N_(2)、He和Ar四种惰性气体作用,均对瓦斯爆炸有着协同增益的效果。对比分析了有无添加剂的细水雾对瓦斯爆炸的抑制效果,添加剂的加入明显能够提升抑制效果;添加剂的浓度及添加剂的种类对抑制瓦斯爆炸有一定影响,很大程度地减少了瓦斯爆炸的危害。本文研究为防治煤矿瓦斯爆炸提供了一项具有重要意义的主动抑爆新技术。 展开更多
关键词 双流体 细水雾 高抽巷 瓦斯爆炸 N_(2)
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注热过程中高温蒸汽渗流与煤体热应变动态演化规律
9
作者 李志强 张宁超 +4 位作者 陈金生 陈立伟 冯文祥 刘龙威 王云刚 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第5期93-103,共11页
【背景】高温蒸汽热激励煤层是一种极具前景的增产瓦斯技术方法,蒸汽渗透率是表征热流体注入能力的关键参数。然而,蒸汽在煤中的渗流规律及其演化机理目前依然未知,探索上述问题对注热增产瓦斯工程具有重要的科学意义。【方法】采用稳... 【背景】高温蒸汽热激励煤层是一种极具前景的增产瓦斯技术方法,蒸汽渗透率是表征热流体注入能力的关键参数。然而,蒸汽在煤中的渗流规律及其演化机理目前依然未知,探索上述问题对注热增产瓦斯工程具有重要的科学意义。【方法】采用稳态法进行了煤中注入高温蒸汽的渗流与热应变实验,研究了蒸汽渗透率和煤体热应变随时间的动态变化规律。采用Kelvin毛细凝聚理论、段塞流理论和热应力理论,分别分析了蒸汽在煤中的冷凝相变、脉动渗流和煤体热应变变化机制。【结果】高温蒸汽注入煤体过程中,随注热时间延长,蒸汽液测渗透率呈间歇性脉动规律。随蒸汽温度升高,脉动峰值降低,周期缩短,脉动更加剧烈。注热过程中,煤体径向、体积应变呈2~3段阶段式膨胀变化。蒸汽温度较低时,轴向应变为压缩应变,而温度较高时,转为膨胀应变。【结论】蒸汽在煤体微孔隙中的平衡压力小于大空间中的饱和蒸汽压,孔径越小,蒸汽冷凝所需压力越低,也越容易冷凝相变。蒸汽在煤体中产生的气液段塞流是造成其渗透率间歇性脉动的主要原因。此外,高温蒸汽对煤体渗透率还叠加了内外膨胀影响效应,导致大孔渗透率降低,基质小孔渗透率增大。蒸汽注入过程中,前期的快速膨胀应变,主要由孔隙压力控制,中后期的缓慢膨胀应变,主要由升温引起的热应变控制。研究结果为蒸汽热采瓦斯工程和数值模拟提供了事实依据和理论参考。 展开更多
关键词 瓦斯 蒸汽 温度 两相渗流 热应变 注热
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煤矿瓦斯抽采钻孔主要封孔方式剖析 被引量:122
10
作者 王兆丰 武炜 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2014年第6期31-34,103,共5页
通过对我国煤矿瓦斯抽采主要封孔方式的分析,认为钻孔周边裂隙发育范围研究不透彻,始封深度、封孔长度选择不合理,注浆压力偏低,聚氨酯和水泥砂浆等封孔材料不能有效封堵钻孔周边煤岩层裂隙,是造成目前我国煤矿瓦斯抽采封孔效果不理想... 通过对我国煤矿瓦斯抽采主要封孔方式的分析,认为钻孔周边裂隙发育范围研究不透彻,始封深度、封孔长度选择不合理,注浆压力偏低,聚氨酯和水泥砂浆等封孔材料不能有效封堵钻孔周边煤岩层裂隙,是造成目前我国煤矿瓦斯抽采封孔效果不理想的主要原因。论文指出,研究多重损伤条件下的抽采钻孔周边裂隙发育时效特性,确定抽采钻孔的合理始封深度和两端封堵段长度,采用合适的注浆材料,提高注浆压力,是提高"两堵一注"带压封孔方法封孔效果的技术途径。 展开更多
关键词 瓦斯抽采 封孔技术 封孔段 裂隙发育
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底板岩巷穿层钻孔一孔多用瓦斯抽采时效性研究 被引量:29
11
作者 王兆丰 席杰 +3 位作者 陈金生 李学臣 李艳飞 马雄伟 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第1期248-256,共9页
为了提高穿层钻孔的利用率,基于煤岩动力学行为下的采动裂隙场和应力场演化规律,提出全生命周期的底板岩巷穿层钻孔一孔多用瓦斯抽采技术,即按先后顺序实现采前预抽、边采边抽以及采空区瓦斯抽采功能。以古汉山矿1604综采工作面为例,进... 为了提高穿层钻孔的利用率,基于煤岩动力学行为下的采动裂隙场和应力场演化规律,提出全生命周期的底板岩巷穿层钻孔一孔多用瓦斯抽采技术,即按先后顺序实现采前预抽、边采边抽以及采空区瓦斯抽采功能。以古汉山矿1604综采工作面为例,进行现场试验。结果表明:一孔多用试验钻孔的抽采效果具有明显的时变特性,为定性定量分析试验钻孔的抽采时效性规律,根据抽采纯量变化将抽采全生命周期划分为初始预抽增流期、高效预抽期、预抽快速衰减期、高效卸压增流期、低流枯竭期、采后纯量回升期和采后衰减低流期7个阶段;高效预抽期是全生命抽采周期中最关键的阶段,其次为高效卸压增流阶段,平均瓦斯抽采纯量可达到在预抽高效期钻孔平均瓦斯抽采纯量的61.4%;确定前方距离工作面70 m至后方距离工作面40 m范围内为穿层钻孔受采动卸压影响区,工作面超前35~40 m,抽采浓度和纯量最大;在边采边抽阶段,距离采面前方20~70 m的试验钻孔平均抽采纯量比卸压前提高5倍;古汉山矿底板岩巷穿层钻孔采前预抽合理抽采天数为260 d,边采边抽有效抽采期为46 d,采空区瓦斯抽采有效抽采期为26 d。通过一孔多用的底板岩巷穿层钻孔瓦斯抽采实现了预抽达标和降低工作面瓦斯涌出的目标,具有良好的推广应用价值。 展开更多
关键词 穿层钻孔 一孔多用 采前预抽 边采边抽 采后抽采
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水分自然侵入促进含瓦斯煤解吸效应实验研究 被引量:17
12
作者 陈金生 王兆丰 樊亚庆 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2016年第4期76-80,共5页
为定量研究水分自然侵入对含瓦斯煤解吸促进影响效果,利用自制的"高压吸附-水分自然侵入-数据自动采集"实验系统,对不同水分含量自然侵入含瓦斯煤后的瓦斯压力变化进行了连续监测。结果表明:水分侵入后依靠竞争吸附能置换出... 为定量研究水分自然侵入对含瓦斯煤解吸促进影响效果,利用自制的"高压吸附-水分自然侵入-数据自动采集"实验系统,对不同水分含量自然侵入含瓦斯煤后的瓦斯压力变化进行了连续监测。结果表明:水分侵入后依靠竞争吸附能置换出吸附瓦斯,从而促进含瓦斯煤瓦斯解吸,其促进效果与煤样含水率相关;当煤样含水率由2%增至12%时,瓦斯置换量由2.18ml/g增至4.48ml/g,瓦斯置换率由11.48%增至23.83%,煤样吸水饱和前,含水率Mad与瓦斯置换量Q和置换率η之间满足Q=1.695Mad/(1+0.3Mad)和η=8.85Mad/(1+0.29Mad)关系模型,煤样吸水饱和时,水分对瓦斯解吸的促进效果达到极限值;工程应用中可利用水分对瓦斯解吸的促进影响效应进一步提高瓦斯抽采率。 展开更多
关键词 水分 含瓦斯煤 促进效应 瓦斯置换量 瓦斯置换率
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注水对煤层吸附瓦斯解吸影响的试验研究 被引量:12
13
作者 陈向军 程远平 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2014年第6期96-99,共4页
水力化措施在煤矿开采中广泛应用,为了研究注水对煤层瓦斯解吸的影响,采用高压吸附-注水-解吸测试装置对不同吸附平衡压力和水分条件下煤对瓦斯的置换解吸量、卸压解吸量及总瓦斯解吸量进行了测试计算。结果表明:注水过程中及注水一段... 水力化措施在煤矿开采中广泛应用,为了研究注水对煤层瓦斯解吸的影响,采用高压吸附-注水-解吸测试装置对不同吸附平衡压力和水分条件下煤对瓦斯的置换解吸量、卸压解吸量及总瓦斯解吸量进行了测试计算。结果表明:注水过程中及注水一段时间内煤样罐瓦斯压力呈现出继续增高的趋势,说明注入的水置换出了煤体吸附的瓦斯,且水分越高,置换解吸量越大,测试的最大置换量可达11.88 mL/g;卸压后,注水煤样的瓦斯解吸量减小,且水分越大,瓦斯解吸量降幅越大,降幅最大值可达68.29%;注水后煤的总解吸量增大,说明注水对试验煤样的瓦斯解吸起促进作用。 展开更多
关键词 煤层注水 置换解吸 卸压解吸 瓦斯解吸量
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冷冻取芯过程含瓦斯煤样温度场演化规律模拟研究 被引量:9
14
作者 王兆丰 王龙 +1 位作者 董家昕 王俏 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期199-210,共12页
冷冻取芯技术是一种能显著提高井下煤层瓦斯含量测定精度的取样技术,煤芯温度的高低直接影响着取芯过程瓦斯损失量的大小。为了研究冷冻取芯过程煤芯温度场的演化规律,依托自主研发的含瓦斯煤冷冻响应特性模拟平台,开展了不同管壁温度... 冷冻取芯技术是一种能显著提高井下煤层瓦斯含量测定精度的取样技术,煤芯温度的高低直接影响着取芯过程瓦斯损失量的大小。为了研究冷冻取芯过程煤芯温度场的演化规律,依托自主研发的含瓦斯煤冷冻响应特性模拟平台,开展了不同管壁温度条件下的冷冻取芯煤芯降温物理模拟试验;并通过建立含瓦斯煤芯气固耦合传热模型,借助COMSOL数值模拟软件对现场取样过程中的煤芯温度场时空分布进行了预测。结果表明:常规取芯时,煤芯内部轴向温度Th随着轴向高度h及时间t的增加而升高,可采用Poly2D函数拟合;径向温度Td也随径向距离d,t呈Poly2D函数升高;当取芯管外壁温度为90~150℃,取芯时长30 min时的煤芯中心温度分别高达46.3~62.0℃,取芯时长60 min时,煤芯中心温度接近管壁的温度。冷冻取芯时,取芯管内的制冷剂能有效隔绝外壁的切削摩擦热量,并使煤芯迅速降温,前60 min内为快速降温阶段,随后降温速度减慢;煤芯内部沿轴向温度基本没有变化,而径向上存在明显的温度梯度,径向温度Td随径向距离d,t的增加呈负指数下降。当冷源强度一定时,随着取芯管外壁温度降低,煤芯所能达到的极限低温就越低,降温速度也越快;管壁温度分别为90,110,130和150℃时,取芯时长30 min时煤芯中心温度降至-27.30,-13.20,2.05和16.80℃,取芯60 min时煤芯内部各点基本降至同一低温,煤芯导热系数随环境温度降低呈线性减小。 展开更多
关键词 含瓦斯煤样 温度场 冷冻取芯技术 瓦斯含量 降温速度
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水力冲孔空气炮爆破强化抽采合理爆破次数研究 被引量:4
15
作者 许彦鹏 陈戈 翟新献 《河南理工大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2019年第5期1-6,共6页
针对水力冲孔空气炮爆破综合强化增透促抽技术的合理爆破次数问题,在探析促抽机制的基础上,首次采用LS-DYNA软件,模拟分析试验地点0~50次不同爆破次数条件下,空气炮爆破能量作用于水力冲孔孔洞周围煤体的变形过程,考察了水力冲孔空气炮... 针对水力冲孔空气炮爆破综合强化增透促抽技术的合理爆破次数问题,在探析促抽机制的基础上,首次采用LS-DYNA软件,模拟分析试验地点0~50次不同爆破次数条件下,空气炮爆破能量作用于水力冲孔孔洞周围煤体的变形过程,考察了水力冲孔空气炮爆破造成煤体裂隙发育的变化特征,通过回归分析得到了最大裂隙半径和空气炮爆破次数之间非线性渐变规律的函数表达式。通过数值模拟并结合现场试验,确定水力冲孔之后空气炮爆破40次为合理爆破次数,这对于推广应用该技术具有理论指导意义。 展开更多
关键词 水力冲孔 空气炮爆破 爆破次数 增透促抽 LS-DYNA数值模拟
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负压环境下含瓦斯煤扩散特性试验研究 被引量:11
16
作者 陈向军 段正鹏 +1 位作者 刘洋 王鹏 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2016年第6期106-110,133,共6页
为了揭示含瓦斯煤在负压环境下的扩散特性,在实验室分别模拟了0、10、20、30、40 k Pa负压环境下含瓦斯煤的扩散解吸过程,对比分析了不同负压环境下的瓦斯解吸量、解吸速度、扩散率和扩散系数的变化情况。试验结果表明:瓦斯解吸量随环... 为了揭示含瓦斯煤在负压环境下的扩散特性,在实验室分别模拟了0、10、20、30、40 k Pa负压环境下含瓦斯煤的扩散解吸过程,对比分析了不同负压环境下的瓦斯解吸量、解吸速度、扩散率和扩散系数的变化情况。试验结果表明:瓦斯解吸量随环境负压的增加逐渐增大,360 min时累计解吸量最大增加37.45%,负压具有促进煤中瓦斯解吸的作用;负压对前15 min内瓦斯解吸速度的影响比较显著,尤其对前3 min内瓦斯解吸速度影响最大,衰减高达60%左右,15 min后负压对解吸速度的影响较弱;吸附平衡压力相同条件下,瓦斯扩散率、扩散系数均随着负压的增大而增大;负压增大引起扩散系数的增大是促进瓦斯解吸的主要原因。 展开更多
关键词 负压环境 解吸速度 扩散率 扩散系数
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低温取芯过程热传递方式的数值模拟和实验研究 被引量:4
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作者 王兆丰 柯巍 马向攀 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2018年第1期35-41,共7页
为了研究热量在低温取芯过程中传递的方式,以型煤为研究对象,使用自制低温取芯模拟装置,通过实验并结合数值模拟,对低温取芯过程热量传递方式进行研究,进而分析煤芯温度的变化规律。研究结果表明:甲烷的存在降低了煤样的热交换速率,使... 为了研究热量在低温取芯过程中传递的方式,以型煤为研究对象,使用自制低温取芯模拟装置,通过实验并结合数值模拟,对低温取芯过程热量传递方式进行研究,进而分析煤芯温度的变化规律。研究结果表明:甲烷的存在降低了煤样的热交换速率,使煤芯温度变化滞后于煤样罐壁温度变化;煤体内部温度分布存在差异,煤样中心轴线不同半径处的圆柱面构成变温过程的等温面,在降温过程,热量沿径向由煤样内部向外部传递,升温过程,热量沿径向由外部向内部传递;低温取芯过程热量传递同时存在3种方式:热传导、热对流,煤体表面与罐体内壁表面之间的热辐射,以热传导方式为主。 展开更多
关键词 低温取芯 热传递 数值模拟 热传导 煤芯温度
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复合煤层物性差异性试验研究 被引量:4
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作者 王兆丰 岳基伟 +1 位作者 俞宏庆 李学臣 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2019年第7期31-38,共8页
煤层的物性特征与煤与瓦斯突出、煤层瓦斯含量密切相关,为降低复合煤层的煤与瓦斯突出的危险性、煤层瓦斯含量,分别采用低温液氮吸附试验、压汞试验、甲烷等温吸附/扩散试验对焦作矿区复合煤层中的软硬煤物性差异性进行研究。结果表明:... 煤层的物性特征与煤与瓦斯突出、煤层瓦斯含量密切相关,为降低复合煤层的煤与瓦斯突出的危险性、煤层瓦斯含量,分别采用低温液氮吸附试验、压汞试验、甲烷等温吸附/扩散试验对焦作矿区复合煤层中的软硬煤物性差异性进行研究。结果表明:软煤的BJH孔容及BET比表面积均大于硬煤;构造作用可使一部分可见孔或裂隙转化为中大孔,硬煤的孔隙联通性比软煤的孔隙联通性好。软煤中一端开放的细颈瓶型孔占的比例较大,造成软煤的退汞效率低,这是软煤易发生煤与瓦斯突出的重要原因之一;软煤的吸附常数a值稍大于硬煤,而比表面积却有显著差异,孔隙中吸附瓦斯不仅与比表面积有关,还与孔径大小、吸附层数及兰纳-琼斯势能有关;软煤的扩散系数大于硬煤,其衰减得比硬煤快,扩散系数与时间呈现出时变特性;在软硬分层进行现场取心实测煤层瓦斯含量时,应以软分层漏失量最小为基准采取抑制瓦斯漏失的措施,以实现煤层瓦斯含量的准确测定;在软分层进行瓦斯抽采时应适当加长抽采时间、减小钻孔间距,达到软分层消突效果。软硬分层的瓦斯含量与软硬煤的水分、孔隙率相关,孔隙率越大游离瓦斯含量越大,平衡水分抑制煤体瓦斯吸附,平衡水分越大其吸附量越小。如果软分层的瓦斯含量大于硬分层的瓦斯含量,在进行瓦斯抽采效果检验时,软分层是首选检验对象;如果软分层的瓦斯含量不大于硬分层的瓦斯含量,在进行瓦斯抽采效果检验时,软分层和硬分层应同时作为检验对象。 展开更多
关键词 复合煤层 物性 差异性 孔隙结构 瓦斯含量
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煤层瓦斯强化抽采工程试验与多过程耦合渗流数值解 被引量:5
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作者 李志强 成墙 《煤炭工程》 北大核心 2018年第11期74-78,共5页
为提高低渗透煤层的瓦斯抽采能力,采取了多种工程强化抽采煤层瓦斯,措施包括:高压水射流割缝卸压增渗、强化预抽、注气增压驱气、注水增湿抑制瓦斯解吸。首先在煤层底板岩巷中利用穿层钻孔实施高压水射流割缝,以提高煤体的渗透性,之后... 为提高低渗透煤层的瓦斯抽采能力,采取了多种工程强化抽采煤层瓦斯,措施包括:高压水射流割缝卸压增渗、强化预抽、注气增压驱气、注水增湿抑制瓦斯解吸。首先在煤层底板岩巷中利用穿层钻孔实施高压水射流割缝,以提高煤体的渗透性,之后进行预抽煤层高压瓦斯;达到抽采极限时间后,采用注空气增压的方法提高瓦斯的流动能力,以增加瓦斯的抽采能力;达到注气极限时间后,采用高压注水的方式湿润煤体,达到增加煤体水分,抑制残余瓦斯解吸的目的。试验结果表明:实施强化抽采措施后,煤层渗透性提高了100倍以上,瓦斯抽采率从措施前的16. 4%提高到了58. 6%。多个工程实施过程中,瓦斯—注入气—水等流体的流动具有前后继承性,即后一个工程流体的渗流是在前一个工程流体渗流的终态基础上进行的。为此,提出了多过程渗流的新概念,据此建立了多过程耦合渗流力学方程,将前一个流体的渗流压力——距离终态作为后一个渗流过程的初始条件,代入后一个渗流方程进行耦合数值计算,得到了符合实际的多过程、多流体的耦合渗流数值解。计算表明:第一过程的抽采压降曲线终态为抛物线形态,可用幂函数描述,第二过程注气压力曲线初态呈现先下降后上升的波谷曲线形态,末态可用幂函数描述,第三过程的注水压力曲线为幂函数下降形态。 展开更多
关键词 瓦斯 煤层气 水力割缝 注气 多过程 渗流
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含瓦斯煤低温取芯过程煤芯温度变化规律实验研究 被引量:3
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作者 王兆丰 刘勉 +1 位作者 韩恩光 马向攀 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2018年第11期101-107,共7页
为避免现有的煤层瓦斯含量井下测定方法在取样过程中出现瓦斯损失量较多的情况,提出了低温(0℃及以下)取芯的方法。煤芯温度是影响取芯过程瓦斯损失量的主要因素,使用自制模拟装置,对含瓦斯煤低温环境取芯过程温度变化规律进行了实验研... 为避免现有的煤层瓦斯含量井下测定方法在取样过程中出现瓦斯损失量较多的情况,提出了低温(0℃及以下)取芯的方法。煤芯温度是影响取芯过程瓦斯损失量的主要因素,使用自制模拟装置,对含瓦斯煤低温环境取芯过程温度变化规律进行了实验研究。研究结果表明:在定量冷冻剂的条件下,保持初始吸附平衡压力不变,随着外加热源热量输出强度的增加,煤芯在低温环境(0℃及以下)持续时间和升温时间均减小,降到所需低温环境的速度很快,均在8 min以内;保持外加热源热量输出强度不变,改变初始吸附平衡压力,煤芯温度降至所需低温环境时间在8 min以内,且低温环境持续时间都能稳定在130 min以上。在实验过程中,煤芯温度呈"U"形变化,经历快速下降、低温维持、温度回升3个阶段。 展开更多
关键词 低温取芯 瓦斯损失量 冷冻剂 煤芯温度 “U”形变化
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