基于低场核磁共振原位监测的煤岩甲烷吸附解吸动力学研究 被引量：3

1

作者 刘晓茜 光文峰 窦浩然 《实验技术与管理》 CAS 北大核心 2024年第9期7-14,共8页

吸附态甲烷在深部煤岩储层微纳米孔隙中占主导地位,研究其在吸附解吸中的扩散特征对于煤层气开发的预测与现场实施具有重要指导意义。基于自主研发搭建的体积法吸附原位低场核磁试验系统,研究了沁水盆地无烟煤样品的吸附解吸动力学特性... 吸附态甲烷在深部煤岩储层微纳米孔隙中占主导地位,研究其在吸附解吸中的扩散特征对于煤层气开发的预测与现场实施具有重要指导意义。基于自主研发搭建的体积法吸附原位低场核磁试验系统,研究了沁水盆地无烟煤样品的吸附解吸动力学特性,实现了吸附态甲烷在扩散过程中的原位动态监测。结果表明:核磁法所测吸附态有效扩散系数与体积法所测微孔扩散系数呈现相同演化规律:即在吸附过程中,吸附态甲烷的扩散系数随压力的增加呈现先增加后减小的规律;在解吸过程中,其随压力的减小而单调递减。该演化规律表明微孔填充过程中气体扩散分为两个阶段:气体压力小于6 MPa时,分子扩散及努森扩散占主导地位;当气体压力超过6 MPa时,吸附相表面扩散占主导地位。该实验设计为煤层气高效开发提供了重要的实验方法及数据,对实验室核磁共振分析设备的教学以及针对特定科学问题进行的设备升级改造具有重要指导意义。 展开更多

关键词 煤层气 吸附态甲烷 核磁共振 吸附解吸 扩散系数

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重庆市典型关闭煤矿涌水污染特征及生态风险

2

作者 余芮涵 卢培利 +3 位作者 赵汉卿 严锐 丁阿强 黄盛 《环境科学与技术》 北大核心 2025年第7期228-236,共9页

为揭示煤矿关闭后形成的矿井涌水的水质、污染特征和生态风险,文章分析了重庆市典型废弃煤矿区域内多个点位的涌水、地下水和土壤样品中的各项指标,通过主成分分析结合绝对主成分得分和多元线性回归模型揭示了涌水中污染来源,根据发光... 为揭示煤矿关闭后形成的矿井涌水的水质、污染特征和生态风险,文章分析了重庆市典型废弃煤矿区域内多个点位的涌水、地下水和土壤样品中的各项指标,通过主成分分析结合绝对主成分得分和多元线性回归模型揭示了涌水中污染来源,根据发光细菌法鉴定涌水的生物急性毒性,通过风险商法评估涌水中重金属的潜在生态风险。结果表明,涌水和地下水中主要污染因子包括总硬度、硫酸盐、氨氮、氟化物和重金属等,涌水可能污染地下水,其中污染物来源主要为采矿活动、原生地质演化、周边人为活动和矿坑遗留。涌水呈中等生物急性毒性,66%、16%和16%的涌水分别属于高、中、低生态风险,Cu是生态风险主要贡献物。Fe、Mn和As是涌水在周边土壤和沉积物中累计量较高的重金属。关闭煤矿涌水对周边生态环境造成影响,需要引起足够重视。 展开更多

关键词 关闭煤矿涌水 水质分析 污染特征 生物急性毒性 生态风险

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长焰煤与糠醛渣共热解动力学、热力学及快速热解产物特性

3

作者 曾永福 田宜水 +3 位作者 胡二峰 屈锐 李晨浩 戴重阳 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期621-627,共7页

对糠醛渣和低阶长焰煤共热解特性进行系统性研究,通过采用热重分析仪(TG)、红外快速热解反应器考察升温速率对等比例混合的长焰煤和糠醛渣共热解产物分布的影响以及二者之间的协同效应。TG结果表明在300~600℃的热解区间内糠醛渣中纤维... 对糠醛渣和低阶长焰煤共热解特性进行系统性研究,通过采用热重分析仪(TG)、红外快速热解反应器考察升温速率对等比例混合的长焰煤和糠醛渣共热解产物分布的影响以及二者之间的协同效应。TG结果表明在300~600℃的热解区间内糠醛渣中纤维素与长焰煤热解产生的含碳有机组分发生交互作用。Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)和Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法计算的活化能分别在69.80~256.04 kJ/mol和71.24~253.43 kJ/mol之间;在升温速率20、30和40℃/min时,平均指前因子分别为2.55×10^(11)/s(KAS)和4.22×10^(11)/s(FWO)。糠醛渣和长焰煤红外快速共热解实验结果表明:当升温速率从10℃/s提高到30℃/s时,焦油产率先从8.67%增加到9.24%,随后又降低到8.30%,水产率从15.92%降低到14.73%又增到15.26%,气体产率从25.12%增加到26.66%而半焦从50.29%下降到49.78%。模拟蒸馏结果也表明焦油成分中轻质组分含量约为70%,重质组分相对较少,表明红外快速加热下糠醛渣与长焰煤的共热解有助于焦油提质,产生正协同作用。 展开更多

关键词 生物质 长焰煤 共热解 焦油 糠醛渣 热解特性 红外加热

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煤体微观力学特性的纳米压痕实验研究 被引量：7

4

作者 刘鹏 赵渝龙 +4 位作者 聂百胜 柳先锋 邓博知 何珩溢 曹明伟 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期3453-3467,共15页

煤体力学性质的测定与研究对煤炭高效开采和灾害预防具有重要的理论价值。煤较为松软破碎,强度较低,难以制备标准的力学测试煤样,也无法回收利用从而进行重复测试。亟需探索新的力学测试方法完善煤的力学特性研究。纳米压痕技术可以测... 煤体力学性质的测定与研究对煤炭高效开采和灾害预防具有重要的理论价值。煤较为松软破碎,强度较低,难以制备标准的力学测试煤样,也无法回收利用从而进行重复测试。亟需探索新的力学测试方法完善煤的力学特性研究。纳米压痕技术可以测定小尺度煤体微观力学特性,具有样品易制作、实验快速、样品无损的特点。结合矿物组分测试、形貌扫描和纳米压痕实验,研究了4种煤的物性特征及微观力学性质。结果表明,实验煤样矿物类别主要包括非晶态有机质和黏土、石英和碳酸盐类矿物,不同煤的矿物组分有显著差异。煤的3D形貌图显示不同煤表面粗糙度差异明显,煤中矿物分布具有显著非均质性。纳米压痕实验结果表明:①煤样中石英和碳酸盐类矿物质量分数越高,会导致煤样表面力学性质越强,压痕深度越小;②煤样表面的组分越复杂,煤的非均质性越明显,表面微观力学性质分布的离散程度越高;③煤的煤阶越高,变质程度越高,外部孔隙越发育,导致断裂韧度提高;④对压痕试验结果进行拟合,发现弹性模量与坚固性系数、弹性模量与断裂韧度均具有明显的线性关系,并且弹性模量与断裂韧度的线性关系受峰值载荷的影响。 展开更多

关键词 煤体力学性质 纳米压痕 表面形貌 峰值载荷 坚固性系数 弹性模量 断裂韧度

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流量控制式脉动水力压裂裂缝扩展特征试验研究 被引量：2

5

作者 李全贵 王明杰 +6 位作者 余旭 倪冠华 宋明洋 程志恒 孙万杰 陈亮 赵政舵 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期178-189,共12页

脉动水力压裂技术在瓦斯抽采、页岩气开发及地热开发等储层改造领域中展现出起裂压力低、缝网复杂等优势。目前,通过控制流量实现脉动水力载荷输出是工程中的常用方法,但其裂缝扩展机制还不够明确。为此,以砂岩试件为对象,开展了真三轴... 脉动水力压裂技术在瓦斯抽采、页岩气开发及地热开发等储层改造领域中展现出起裂压力低、缝网复杂等优势。目前,通过控制流量实现脉动水力载荷输出是工程中的常用方法,但其裂缝扩展机制还不够明确。为此,以砂岩试件为对象,开展了真三轴流量控制式脉动水力压裂试验,分析了泵注频率和泵注速率对泵注压力、声发射能量、裂缝断裂类型及宏观破裂形态特征的影响。结果表明:流量控制式脉动水力压裂的起裂压力、跌落压力及起裂瞬态能量随泵注频率及泵注速率的增加而增大,裂缝扩展面积随泵注频率的增大而减小,随泵注速率的增大而先增大再减小。相较于常规水力压裂,其声发射能量更密集,起裂压力更低,起裂压力最大降低了21.9%,剪切裂纹占比增加5.6%~17.8%,裂缝扩展面积最大增加2.3倍。其脉动水力载荷变化复杂,起裂阶段表现为固定频率、升压力均值和幅值的坡形载荷,裂缝扩展时为固定压力上限、频率和幅值的水平循环形载荷;压力上限、下限和均值与泵注频率及泵注速率呈正相关,压力幅值与泵注频率呈负相关,随泵注频率的增大而先增大再减小。输出的脉动水力载荷类型不同,压裂产生的裂缝扩展特征差异明显。为了提高压裂效果,压裂参数设计要保证输出的脉动水力载荷具有足够的强度和幅值。 展开更多

关键词 脉动水力压裂 流量控制 脉动载荷特征值 能量响应 裂缝断裂类型

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基于声发射和离散元理论煤体宏细观损伤力学行为研究

6

作者 张琪 李祥春 +1 位作者 刘耀儒 聂百胜 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期173-188,共16页

研究煤体在加载过程中的宏细观尺度损伤力学行为对于从本质上探寻连续-非连续型材料的损伤破坏机理至关重要。本文基于声发射监测实验并结合PFC2D离散元软件,从本质上阐述煤体材料复杂宏观力学行为的细观损伤破坏机理。研究结果表明:当... 研究煤体在加载过程中的宏细观尺度损伤力学行为对于从本质上探寻连续-非连续型材料的损伤破坏机理至关重要。本文基于声发射监测实验并结合PFC2D离散元软件,从本质上阐述煤体材料复杂宏观力学行为的细观损伤破坏机理。研究结果表明:当煤体进入屈服阶段后,微裂隙结构彼此相互贯通并形成随意的漫射分布,声发射(AE)定位信号表现出明显的激增现象,这一现象可以作为煤体失稳破坏前的预警信息;围压的作用改变了煤体在宏观尺度下的纵向劈裂破坏模式,导致次生裂纹数量增加,并形成多个共轭剪切面,使煤体由纵向劈裂模式和剪切破裂模式向“Y”形剪切破坏模式和多剪切破坏模式转变;煤体宏观主破裂面与轴向应力方向形成的破裂夹角随围压变化呈正相关递增关系。在应力-应变全过程不同阶段中,煤体轴向应力与轴向应变对应微裂纹扩展演化的敏感性阈值指标,可为煤体宏细观损伤破坏机理研究提供借鉴。 展开更多

关键词 煤体 声发射 离散元 宏细观 损伤破坏

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HA驱动PM/PMS体系去除新污染物及膜污染控制

7

作者 张超 许岐斌 +2 位作者 王颖 刘索 赵纯 《中国环境科学》 北大核心 2025年第6期3046-3053,共8页

本研究采用腐殖酸(HA)驱动高锰酸钾/过一硫酸盐(PM/PMS+HA)体系的方法,研究小分子有机污染物的去除并探究膜污染控制效能的内容.结果表明,对于不同小分子有机物(阿特拉津(ATZ)、苯酚(Phenol)、双氯芬酸钠(DCF)、卡马西平(CBZ)、布洛芬(I... 本研究采用腐殖酸(HA)驱动高锰酸钾/过一硫酸盐(PM/PMS+HA)体系的方法,研究小分子有机污染物的去除并探究膜污染控制效能的内容.结果表明,对于不同小分子有机物(阿特拉津(ATZ)、苯酚(Phenol)、双氯芬酸钠(DCF)、卡马西平(CBZ)、布洛芬(IBP)磺胺甲噁唑(SMX)),PM/PMS+HA体系去除效果良好,其一级动力学常数均高于18×10^(-2)min^(-1),远高于单独超滤体系、PM体系和PM/PMS体系.与此同时,PM/PMS+HA体系在膜污染缓解方面也表现良好.采用HA作为膜污染物,15min内,PM/PMS+HA体系的出水比通量仅下降至0.919,远高于单独HA过滤时的0.393.同时,采用PM/PMS体系进行膜清洗时,膜通量恢复率达到98.51%.捕获试验以及紫外分光光度计的测定探究PM/PMS+HA体系的机理表明,PM/PMS+HA过滤过程中主要是体系中富电子特性的HA引发了复合氧化剂(PM-PMS)的分解.复合氧化剂的分解产生了活性氧(•OH、SO_(4)•-、^(1)O_(2))以及活性锰(Mn(V)和Mn(VI)).产生的活性氧和活性锰对污染物的氧化导致了新污染物的去除以及膜污染物分子量的降低,从而实现了新污染的去除和膜污染的控制.污染物驱动的PM/PMS体系实现了超滤膜与高级氧化技术的耦合. 展开更多

关键词 超滤膜 过一硫酸盐 高锰酸钾 膜污染

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双重卸载模式下含瓦斯煤力学特征响应及渗流规律 被引量：1

8

作者 周斌 刘航 +5 位作者 李树刚 双海清 张东明 彭守建 刘子嘉 王崇智 《煤炭学报》 北大核心 2025年第3期1583-1596,共14页

煤与瓦斯突出(简称“突出”)的发生是一个气压与围压同时卸载的过程(即“双重卸载”)。为判断应力和气压对突出煤体破坏的主控作用,明确其在突出过程中的作用机制,基于三轴渗流试验,分析了煤体试件在多种卸载模式及不同卸载比条件下的... 煤与瓦斯突出(简称“突出”)的发生是一个气压与围压同时卸载的过程(即“双重卸载”)。为判断应力和气压对突出煤体破坏的主控作用,明确其在突出过程中的作用机制,基于三轴渗流试验,分析了煤体试件在多种卸载模式及不同卸载比条件下的力学状态、渗透特性及破坏倾向性,并探讨了多种卸载模式下有效应力作用与Klinkenberg效应的作用机制,研究结果表明:煤岩体在气压卸载、围压卸载及双重卸载模式下轴向应变持续增大;仅卸气压时,径向应变线性减小,表现为煤岩体的最终渗透率增长率仅为36.88%,应力圆半径未发生变化,应力圆逐渐远离强度包络线,试件将逐渐趋于稳定;仅围压卸载时,径向应变线性增大,表现为煤岩体最终渗透率增长率高达990.91%,同时应力圆半径逐渐增大,应力圆逐渐靠近强度包络线,试件趋于发生破坏;而双重卸载模式下,在卸载前期体应变比最大,煤岩体最终渗透率增长率为149.24%,应力圆半径逐渐增大,应力圆远离强度包络线,试件逐渐趋于稳定。但随着双重卸载模式的卸载比增大,煤岩体轴向应变、径向应变及体应变变化速率均增加,有效应力在突出过程中的主导作用增强,进而导致渗透率增长速率升高,相应的应力圆半径增长幅度也将逐渐增大,应力圆将由远离包络线转至靠近包络线。由试验结果进一步得知,多次的阵发式突出过程中,受应力和瓦斯压力的双重控制,当发生典型的煤-瓦斯两相流动现象时,煤岩体表现为双重卸载过程,应力对突出的发展起到主导作用,而在突出处于短暂的停止阶段,煤岩体表现为仅的气压卸载过程,此时气压对突出的再次启动起到了主导作用。 展开更多

关键词 煤与瓦斯突出 渗透率 Klinkenberg效应 有效应力 应力圆

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基于纳米压痕和XRD-EPMA技术的超临界CO_(2)注入煤体力学损伤演化机制 被引量：1

9

作者 聂百胜 赵丹 +5 位作者 刘鹏 王磊 王大琳 涂庆毅 杨靖韬 朱熹阳 《煤炭学报》 北大核心 2025年第7期3265-3279,共15页

CO_(2)地质封存技术是实现碳减排和废弃矿井资源再利用的有效技术之一,为揭示注入过程中超临界CO_(2)与煤体的相互作用机制及对煤体力学性质的影响规律,利用纳米压痕、XRD、SPM及EPMA综合表征技术,研究了深部煤层ScCO_(2)封存条件下煤... CO_(2)地质封存技术是实现碳减排和废弃矿井资源再利用的有效技术之一,为揭示注入过程中超临界CO_(2)与煤体的相互作用机制及对煤体力学性质的影响规律,利用纳米压痕、XRD、SPM及EPMA综合表征技术,研究了深部煤层ScCO_(2)封存条件下煤体表面形貌、矿物组分及微观力学性能随溶浸时间的变化规律,分析了煤体力学损伤与CO_(2)矿化反应的关联机制。结果表明:ScCO_(2)具有溶剂特性,会与煤体发生溶蚀作用,碳酸盐和硫酸盐相比于硅酸盐具有更高的溶解度和溶解速率,随着浸泡时间的增加,煤中碳酸盐和硫酸盐矿物含量缓慢持续减少。ScCO_(2)溶浸显著改变了煤体微观力学性质,弹性模量和硬度均随ScCO_(2)溶浸作用时间的增加呈指数下降趋势,弹性模量降至原煤的85.71%~90.33%,硬度降至76.07%~84.70%,其中溶浸2 d后煤体弹性模量和硬度衰减最为显著,分别下降超过86.9%和81.2%。由于溶浸过程中部分矿物质被溶解,导致煤体矿物种类和分布较为均一稳定,煤样力学性质均质性增强。在ScCO_(2)溶浸过程中,煤逐渐由弹性变形转变为塑性变形,纳米压痕裂纹迅速拓展,煤表面微观形貌损伤严重,蠕变变形量线性增加。溶蚀反应对煤体孔隙结构的改变和煤体弹-塑性的转变,增强了纳米压痕载荷曲线的离散性,造成弹出事件发生频率增加。研究可为煤层气增产开发、深部煤层CO_(2)储存安全性评估提供科学依据。 展开更多

关键词 碳封存 纳米压痕 力学损伤 微观力学 劣化机制

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增压式脉冲水射流冲击花岗岩破坏机制的实验研究

10

作者 张洋凯 汤积仁 +7 位作者 葛兆龙 卢高明 凌远非 上官剑铭 杨延栋 范文超 卢智勇 许自文 《煤炭学报》 北大核心 2025年第S1期130-147,共18页

增压式脉冲水射流因其可对硬岩产生良好的破坏效果,在辅助滚刀破碎硬岩方面具有一定的应用潜力。为进一步揭示2种典型工况条件下增压式脉冲水射流(PPWJ)冲击花岗岩破坏机制,明确初始压力、驱动压力、靶距和冲击时间等关键参数对PPWJ破... 增压式脉冲水射流因其可对硬岩产生良好的破坏效果,在辅助滚刀破碎硬岩方面具有一定的应用潜力。为进一步揭示2种典型工况条件下增压式脉冲水射流(PPWJ)冲击花岗岩破坏机制,明确初始压力、驱动压力、靶距和冲击时间等关键参数对PPWJ破岩结果的影响趋势,开展2种典型工况(工况Ⅰ:增压腔有初始压力;工况Ⅱ:增压腔无初始压力)条件下PPWJ冲击花岗岩破坏实验,并对破岩结果进行CT(Computed Tomography)扫描、三维重构以及断裂面SEM(scanning electron microscope)分析。研究结果表明:工况Ⅰ时PPWJ对花岗岩冲击破坏以“孔眼”为主,射流轴向剪切冲击作用致使花岗岩产生初始“孔眼”破坏直至冲蚀停滞,极小部分射流通过“孔眼”周围原生微裂隙发生小范围水楔涨裂破坏,此时PPWJ对岩体以穿晶破坏为主;工况Ⅱ时PPWJ对花岗冲击破坏以“起裂坑”为主,射流脉冲尖端冲击花岗岩时产生的拉伸应力波在岩体内产生拉伸微裂隙,射流沿轴向剪切作用产生的初始“孔眼”进入拉伸微裂隙,流体依靠水楔张力向结晶弱面扩展,此时PPWJ对岩体以沿晶破坏和穿晶破坏为主;初始压力是2种典型工况的区分点,工况Ⅱ无初始压力时对花岗岩破坏效果更佳;随着驱动压力的提升,花岗岩破坏效果逐步提升,但增益有限;冲击时间60 s时PPWJ已对岩体产生可观破坏;PPWJ最优无量纲冲击靶距约为400 mm,远远大于常规水射流;PPWJ在工况Ⅱ时对花岗岩的综合破坏能力远大于工况Ⅰ。研究结果为硬岩的高效破碎提供了一种解决方案。 展开更多

关键词 增压式脉冲水射流 花岗岩 冲击破坏 水锤效应 水楔效应

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基于AFM表征技术的烟煤表面微观力学特性研究

11

作者 赵丹 聂百胜 +7 位作者 马昕钰 朱熹阳 何学秋 柳先锋 刘鹏 赵训 王孟霞 秦枫 《矿业科学学报》 北大核心 2025年第5期848-858,共11页

为进一步研究不同煤体微观结构及力学性质的差异性,采用原子力显微镜(AFM)内置PF-QNM模式对4种不同煤样微表面进行扫描。结果表明:不同煤样间微观形貌及力学性质存在较大差异,随变质程度增加,煤体模量均值呈线性增加,煤体微观表面波峰... 为进一步研究不同煤体微观结构及力学性质的差异性,采用原子力显微镜(AFM)内置PF-QNM模式对4种不同煤样微表面进行扫描。结果表明:不同煤样间微观形貌及力学性质存在较大差异,随变质程度增加,煤体模量均值呈线性增加,煤体微观表面波峰数量也增加,可提供更多的气体吸附点位;煤体表面黏附力与变质程度呈“倒U”型分布关系,中阶煤表面黏附力均值较大;微表面粗糙度的增加会加大煤样与物质的真实接触面积,从而提升黏附力;裂纹的产生虽会增加粗糙度,但会降低微表面黏附力。 展开更多

关键词 原子力显微镜 微观形貌 模量 黏附力

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硅油控制自旋射流钻头转速下的黏性力矩特性 被引量：3

12

作者 葛兆龙 张娣 +2 位作者 卢义玉 周哲 崔予怀 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期4542-4552,共11页

利用转速可控自旋射流钻头破煤钻孔,可提高水力喷射树状钻孔技术的煤层气开发效率。在钻头有界环空内填充硅油产生的黏性力矩可有效控制钻头转速,但黏性力矩特性仍不明晰。量化分析了不同黏度硅油流变特性;基于自主搭建的流体有界环空... 利用转速可控自旋射流钻头破煤钻孔,可提高水力喷射树状钻孔技术的煤层气开发效率。在钻头有界环空内填充硅油产生的黏性力矩可有效控制钻头转速,但黏性力矩特性仍不明晰。量化分析了不同黏度硅油流变特性;基于自主搭建的流体有界环空受迫流动动力学测试装置,获得了不同转速和有界环空内径下硅油的黏性力矩;阐明了硅油在有界环空内的流动状态,推导了黏性力矩模型并进行了适用性讨论。结果表明:硅油依黏度不同可近似为牛顿流体(黏度≤5 Pa·s)和以Cross流变模型描述的剪切稀化流体。牛顿型硅油在有界环空内受迫流动时表观黏度基本不变,因此其黏性力矩随自身黏度和转速线性增加,随内径增加增速加快,这有利于多压力梯度下的转速控制。Cross型硅油的剪切应力随剪切速率呈现为增加、减小、再增加趋势,导致其黏性力矩存在由转速和内径协同控制的峰值,且硅油黏度越大,黏性力矩取得峰值时的转速和内径组合越多;为避免Cross型硅油控速时因黏性力矩减小而发生钻头转速失控,需根据转速控制范围合理选择硅油黏度和有界环空内径。在84%的测试转速和内径组合下,Cross型硅油黏性力矩大于相同条件下的牛顿型硅油,表明前者更适合高压力下的转速控制,后者更适合低压力。本次实验条件下,硅油在有界环空内的受迫流动为层流,推导的牛顿型和Cross型黏性力矩模型分别在内径不超过14.5 mm和等于14.5 mm下具有较高的可靠性,最大误差为14.3%。 展开更多

关键词 煤层气 自旋射流钻头 转速控制 流变特性 牛顿流体 剪切稀化流体

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不同控制方式下伺服万能试验机控制误差实测分析

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作者 黄启翔 李勇 +1 位作者 王开成 牟俊惠 《中国测试》 CAS 北大核心 2024年第12期139-146,共8页

利用合金试件,应用250 kN电子万能试验机,设计同步加载试验,进行不同加载方式下伺服万能试验机控制误差实测研究及理论分析。试验结果显示:力控制方式的控制误差大于位移控制方式;力控制方式下,控制误差随加载速率的增大而增大,其调节... 利用合金试件,应用250 kN电子万能试验机,设计同步加载试验,进行不同加载方式下伺服万能试验机控制误差实测研究及理论分析。试验结果显示:力控制方式的控制误差大于位移控制方式;力控制方式下,控制误差随加载速率的增大而增大,其调节时间与加载速率呈指数及对数关系;位移控制方式下,控制误差随加载速率变化不明显,其调节时间与加载速率呈幂函数关系;力控制方式循环编程控制误差更大,位移控制方式循环编程控制误差更小。理论分析表明:万能试验机采用梁型应变式载荷传感器及加载极性不同是造成力控制方式控制误差大于位移控制的主要原因。 展开更多

关键词 控制方式 伺服万能试验机 控制误差 同步加载

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深中沉管隧道火灾烟气流动与控制数值研究

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作者 王亮 张海宁 刘松林 《消防科学与技术》 CAS 北大核心 2024年第8期1091-1099,共9页

为了研究采用横向联络排烟道结合侧壁排烟口新型排烟方式对沉管隧道火灾烟气流动的控制效果,以深圳-中山隧道为例,采用理论分析与计算流体力学相结合的方法,通过分析临界风速、烟气逆流长度和烟气分岔低温区域来研究烟气的流动特性。提... 为了研究采用横向联络排烟道结合侧壁排烟口新型排烟方式对沉管隧道火灾烟气流动的控制效果,以深圳-中山隧道为例,采用理论分析与计算流体力学相结合的方法,通过分析临界风速、烟气逆流长度和烟气分岔低温区域来研究烟气的流动特性。提出了沉管隧道火灾临界风速和烟气逆流长度的修正模型,同时还建立了烟气分岔流动低温区域长度的预测模型。结果表明,当无量纲热释放率小于0.139时,临界风速与无量纲火源热释放速率的1/3次方成正比。当纵向风速从1.5 m/s增加到4.0 m/s时,10、20、30、50 MW火灾时的峰值温度分别降低了35%、48%、46%和43%。在强纵向风速的作用下会发生烟气分岔现象,对隧道中心线和侧壁温度进行分析,得到了分岔流动低温区域长度预测模型,预测结果误差在10%以内。 展开更多

关键词 沉管隧道火灾 数值模拟 临界风速 烟气逆流长度 烟气分岔

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致密砂岩孔隙尺度下气-水界面动态演化可视化实验研究 被引量：1

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作者 田键 康毅力 +3 位作者 游利军 贾钠 王艺钧 秦朝中 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期862-873,共12页

水相圈闭是非常规天然气开发面临的主要储层损害问题之一,采用岩心驱替实验无法直观揭示孔隙内部气水两相分布和流动演化过程,因此,对水相圈闭损害微观作用机理的认识有待提高.根据致密砂岩铸体薄片,设计出一维通道和二维孔隙网络两种... 水相圈闭是非常规天然气开发面临的主要储层损害问题之一,采用岩心驱替实验无法直观揭示孔隙内部气水两相分布和流动演化过程,因此,对水相圈闭损害微观作用机理的认识有待提高.根据致密砂岩铸体薄片,设计出一维通道和二维孔隙网络两种玻璃芯片模型,可视化研究了孔隙尺度下渗吸和返排过程中气-水界面演化和两相流动行为;结合岩心驱替实验,探讨了孔隙尺度气-水界面演化与致密砂岩宏观气体流动的关联机制.结果表明:(1)孔隙尺度下气-水界面随含水饱和度的增加由水膜水气-水界面向毛管水气-水界面演化,并主要通过卡断和绕流两种形式破坏气体流动连续性;(2)优势通道既是孔隙尺度下水相返排的快速走廊,也是气泡运移和贾敏效应发生的主要通道,是造成储层产水但不产气的一个重要原因;(3)孔隙尺度下气-水界面演化引起的水封气现象是水相圈闭损害的具体微观作用形式,宏观表现为岩心尺度上水相难以彻底返排和气体渗透能力不能完全恢复.实验结果可为储层岩石孔隙尺度下水相圈闭作用机理和气水可动性分析提供理论依据. 展开更多

关键词 气-水界面 囚闭气 流动连续性 孔隙尺度 微流控技术 水相圈闭

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煤系天然气高效开发在能源转型中的价值及发展方向 被引量：3

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作者 李瑞 向雯婷 +5 位作者 徐凤银 肖宇航 吕帅锋 张晓飞 张乐 阳保科 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第3期60-72,共13页

天然气资源是能源利用由化石能源向非化石能源转型的过渡能源,煤系天然气是天然气的重要组成部分。为了充分发挥煤系天然气开发在我国“双碳”目标中的优势,对煤系天然气高效开发在能源转型中的价值作用及其发展方向进行了分析与研究。... 天然气资源是能源利用由化石能源向非化石能源转型的过渡能源,煤系天然气是天然气的重要组成部分。为了充分发挥煤系天然气开发在我国“双碳”目标中的优势,对煤系天然气高效开发在能源转型中的价值作用及其发展方向进行了分析与研究。结果表明:我国煤系天然气资源类型多、资源量大且分布广泛,具有大规模高效开发的资源基础。高效开发煤系天然气资源对促进能源低碳发展具有重要意义,能够有效降低高碳化石能源消费占比,减少CH_(4)温室气体排放,与CCUS技术结合实现增产减碳双效应。煤系天然气开发与新能源发展可实现协同促进,可以保障新型灵活电力系统的优质调峰,实现安全高效低成本制氢、利用煤系储氢,以及与地热资源协同互补,提高开发效率。我国目前煤系气井总体单井产量低,且开发技术尚待成熟,这些因素限制了煤系天然气的高效开发。因此,探讨了我国煤系天然气开发的重点攻关方向,包括大力开发深部煤层气资源,增加深部煤层气资源量和储量,突破深部复杂地质条件开采难题;大力实施煤系多类型天然气共探共采,降低煤系多气勘探开采成本并提高煤系气单井产量;大力推动煤矿CH_(4)零排放,降低CH_(4)温室气体排放,提高矿井瓦斯抽采量对天然气产量贡献度;强化CCUS+煤系气资源高效开发,实现CCUS技术与煤系气开发融合发展;强化煤系气开发地质工程一体化,增强煤系气开发技术与储层地质条件的匹配性;促进煤系气开发的数字化和智能化发展进程,利用数字化和智能化技术提升煤系气资源的高效、绿色及低碳开发水平。 展开更多

关键词 煤系天然气 能源低碳发展 CCUS 零排放 储氢 高效开发

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基于PID搜索优化的CNN-LSTM-Attention铝电解槽电解温度预测方法研究 被引量：4

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作者 尹刚 朱淼 +2 位作者 全鹏程 颜玥涵 刘期烈 《仪器仪表学报》 北大核心 2025年第1期324-337,共14页

铝电解生产环境恶劣,受电场、磁场、流场、温度场等多物理场耦合影响,导致铝电解生产过程故障频发。铝电解温度是影响铝电解槽寿命和运行状态的重要参数,但由于槽内温度很高且具有强烈腐蚀性,至今尚未找到有效的电解温度在线检测与预测... 铝电解生产环境恶劣,受电场、磁场、流场、温度场等多物理场耦合影响,导致铝电解生产过程故障频发。铝电解温度是影响铝电解槽寿命和运行状态的重要参数,但由于槽内温度很高且具有强烈腐蚀性,至今尚未找到有效的电解温度在线检测与预测方法。为了解决这一技术难题,通过理论分析结合现场实验验证,揭示了铝电解槽电解温度与其工艺参数间的密切相关性,并据此提出一种基于深度学习的铝电解槽电解温度预测模型。考虑到铝电解槽工艺参数的复杂性、非线性、高维度、时序性等特征,采用卷积神经网络(CNN)用于提取数据的高维特征,长短期记忆网络用于建模(LSTM),处理铝电解生产过程中的时序数据,引入了注意力机制(Attention),学习输入参数不同部分之间的关联性,同时根据输入数据的重要程度进行加权处理,并采用PID搜索优化算法(PSA)对CNN-LSTM-Attention模型的参数进行寻优,减少训练时间并提高模型的性能。最后经铝电解实际生产数据进行现场实验验证,结果表明:提出的温度预测模型相关指数(R~2)为0.963 7,均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)分别为5.417 6和3.382 5,与单一模型算法、其他预测算法和不同优化算法对比验证表明,该模型的性能更佳,能够准确预测铝电解槽电解温度,实现了铝电解槽电解温度的在线检测。 展开更多

关键词 铝电解 算法 电解温度 深度学习 过程控制

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基于FEDformer-LGBM-AT架构的采煤工作面上隅角瓦斯浓度预测 被引量：1

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作者 梁运培 李赏 +4 位作者 李全贵 郭亚博 孙万杰 郑梦浩 王程成 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期360-378,共19页

在煤矿智能化升级的大环境下,从海量的工作面监测数据中挖掘高质量的信息来构建科学的模型从而提高预测时长和精度是防范上隅角瓦斯浓度超限的关键。然而,上隅角瓦斯浓度影响因素众多,海量数据利用匮乏,瓦斯浓度预测精度高但时长较短,仅... 在煤矿智能化升级的大环境下,从海量的工作面监测数据中挖掘高质量的信息来构建科学的模型从而提高预测时长和精度是防范上隅角瓦斯浓度超限的关键。然而,上隅角瓦斯浓度影响因素众多,海量数据利用匮乏,瓦斯浓度预测精度高但时长较短,仅为0~30 min,而中长时30~60 min预测精度低、泛化能力差。为了解决这个问题,以山西某矿回采工作面为研究对象,对该工作面的煤层瓦斯含量进行动态提取,组建煤层瓦斯含量、瓦斯浓度、采煤机、风速的特征集合,并对该特征集合进行预处理,通过相关性分析对不同特征进行筛选,进一步构造相关特征的短时趋势、长时趋势、周期趋势以及拼接特征,首先构建基于频率增强分解Transformer(FEDformer)的瓦斯浓度预测层,构建基于轻量梯度增强机(LGBM)的残差修正层,然后引入自适应阈值(AT)技术构建阈值感知层,最终组成3层瓦斯超限预测模型架构,对未来60 min内上隅角瓦斯浓度进行预测,并通过召回率(TPR),误报率(FPR),平均绝对误差(MAE)以及平均绝对百分误差(MAPE)对预测性能进行考察。结果表明:所构建的基于FEDformer-LGBM-AT架构的上隅角瓦斯浓度预测模型的短时TPR为0.956,FPR为0.035,MAE为0.033,MAPE为0.183;长时预测的TPR为0.940,FPR为0.035,MAE为0.047,MAPE为0.262;与传统的灰色模型(GM)、支持向量机(SVM)、反向传播(BP)、门控循环单元(GRU)、粒子群优化的长短期记忆(PSOLSTM)、Transformer等模型的长时预测能力相比,FEDformer-LGBM-AT架构模型具有更好的长时预测精度和泛化能力,自适应阈值感知使得模型对高值瓦斯浓度敏感。该架构模型弥补短期预测局限性和泛化性,支撑现场瓦斯超限防治措施,可为回采工作面瓦斯浓度智能预测提供一定的借鉴和参考。 展开更多

关键词 瓦斯浓度 深度学习 特征构造 自适应阈值 长时预测

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基于深度神经网络模型的煤层水力压裂微震信号降噪方法及应用

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作者 李全贵 赵昱龙 +7 位作者 胡千庭 梁运培 孙万杰 李文禧 湛金飞 何将福 何坤 陈海雨 《煤炭学报》 北大核心 2025年第8期3916-3932,共17页

为解决煤层水力压裂过程中煤体破裂诱发微震信号信噪比低、拾取难等问题,提出了一种基于掩码策略的深度神经网络模型(Mask Residual Attention Denoiser,简称MRAD)。该模型基于经典U-Net架构,通过引入掩码策略,引导神经网络分别学习有... 为解决煤层水力压裂过程中煤体破裂诱发微震信号信噪比低、拾取难等问题,提出了一种基于掩码策略的深度神经网络模型(Mask Residual Attention Denoiser,简称MRAD)。该模型基于经典U-Net架构,通过引入掩码策略,引导神经网络分别学习有效微震信号与噪声的特征分布,输出相应的有效信号掩码与噪声掩码,将有效信号掩码与原始微震信号时频矩阵进行Hadamard运算,实现掩码加权滤波降噪。首先,采用人工标注的理想干净信号与随机噪声进行迭代叠加,构建了18670个用于训练的微震信号样本;随后,在模型结构上,用残差模块替代了U-Net网络中的普通卷积模块及下采样部分,以缓解梯度消失问题,避免模型陷入局部最优;同时,在跳跃连接处引入空间注意力机制,增强网络对有效微震信号区域的关注能力。结果表明:测试集信号经过MRAD方法降噪后,信号平均信噪比提升至18.22 dB,均方根误差降低至0.0424,归一化互相关系数达到0.9699,能量比为1.0286,尤其对信噪比处于0~10 dB的信号,降噪效果更为显著。此外,模型对单段微震信号降噪时间低于30 ms,计算资源需求较小,满足水力压裂现场实时微震监测与数据处理。为验证MRAD方法的有效性,分别使用该方法与传统降噪方法对合成的30个混合信号降噪处理,对比结果显示,MRAD方法在提升信号质量和降低失真度方面更具优势。将该方法应用于宁夏某煤矿的水力压裂微震监测中,3个钻孔压裂诱发的微震信号经降噪处理后,信噪比分布区间集中于10~25 dB,平均信噪比提升6.90 dB,充分抑制了噪声干扰,提高了P波到时拾取的准确性,微震事件数量由原始的487个增至653个,事件数增长约1.34倍。利用降噪后微震数据进行震源定位分析发现,钻孔压裂段诱发破裂的单侧范围集中在12~37 m,其破裂定位结果与钻孔压裂段施工参数有良好的对应关系。该方法可以为煤层水力压裂工程中微震信号的实时监测与压裂效果评估提供有力的技术支撑。 展开更多

关键词 微震信号 噪声抑制 掩码策略 神经网络 水力压裂

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不同初始储层压力下CO_(2)驱替CH_(4)试验研究

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作者 许江 蒋石宇 +3 位作者 彭守建 王忠晖 陈嘉璇 牛慧婷 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第4期94-105,共12页

【目的】为揭示注二氧化碳强化煤层气开采(CO_(2)-ECBM)过程中的储层参数演化规律及初始储层压力对煤层气注气开采效果的影响。【方法】利用多场耦合煤层注气增产物理模拟试验系统,开展了恒定注气压力2.0 MPa和初始储层压力分别为1.5、... 【目的】为揭示注二氧化碳强化煤层气开采(CO_(2)-ECBM)过程中的储层参数演化规律及初始储层压力对煤层气注气开采效果的影响。【方法】利用多场耦合煤层注气增产物理模拟试验系统,开展了恒定注气压力2.0 MPa和初始储层压力分别为1.5、1.0和0.5 MPa的注CO_(2)驱替CH_(4)试验研究,探讨了CO_(2)驱替CH_(4)过程中储层压力、温度和体积应变等多物理场参数的时空演化规律及其驱替效果,并在分析其作用机制的基础上对CO_(2)驱替CH_(4)过程进行了阶段划分。【结果和结论】结果表明:(1)在驱替过程中,注气井储层压力高于生产井储层压力,且压差随初始储层压力增大而增大,最大值为0.34 MPa,而储层平衡压力随初始储层压力增大而减小。(2)储层温度在距离注气井越近的位置越早上升,且初始储层压力越小温度上升速率越大,储层平衡温度随初始储层压力增大而减小。(3)储层体积应变演化可划分为缓慢上升、急速上升、趋于平缓3个阶段,储层体积应变随初始储层压力增大而减小。(4)在驱替过程中,初始储层压力从0.5 MPa依次增至1.0、1.5 MPa时,CH_(4)采收率由91.00%依次降至88.48%、86.81%,随初始储层压力增大呈现减小趋势,与之相反,CO_(2)突破时间和CO_(2)封存效率随初始储层压力增大而增大。驱替过程各阶段作用机制不同,阶段1 (CO_(2)未突破阶段)和阶段2 (CO_(2)突破阶段)的CH_(4)累积体积、CO_(2)封存体积随着初始储层压力的增加而增加,均占整个驱替过程中CH_(4)累积体积、CO_(2)封存体积的80%以上。研究成果为构建煤层气高效开采协同CO_(2)地质封存一体化技术提供理论依据。 展开更多

关键词 CO_(2)-ECBM 初始储层压力 储层参数演化 驱替效果 多场耦合 真三轴应力状态

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