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

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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：2

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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

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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

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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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硅油控制自旋射流钻头转速下的黏性力矩特性

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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

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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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煤矿工人睡眠质量与心理健康状况相关性研究

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作者 师晶晶 朱熹阳 +1 位作者 李玥毅 聂百胜 《人类工效学》 2024年第6期9-17,共9页

目的为预防煤矿安全事故,探讨煤矿工人的睡眠质量与心理健康状况的相关性及其影响因素。方法采用匹兹堡睡眠质量指数量表(PSQI)和症状自评量表(SCL-90)对河南省洛阳市嵩山煤矿工人进行调查。对收集到的数据,利用方差分析、t检验和Logis... 目的为预防煤矿安全事故,探讨煤矿工人的睡眠质量与心理健康状况的相关性及其影响因素。方法采用匹兹堡睡眠质量指数量表(PSQI)和症状自评量表(SCL-90)对河南省洛阳市嵩山煤矿工人进行调查。对收集到的数据,利用方差分析、t检验和Logistic回归分析等统计方法进行分析,结果煤矿工人的睡眠质量显著低于普通成年人(t=21.58^(***),P<0.001)。不同年龄段、学历和饮酒情况的煤矿工人在PSQI因子上存在显著差异(P<0.05)。31~40岁的煤矿工人睡眠质量差的风险是30岁以下工人的8.82倍;大学专科和本科学历的工人睡眠质量差的风险分别是初中及以下学历工人的4.715倍和6.390倍;非独生子女的工人相比独生子女,睡眠质量差的风险是6.390倍;入队前饮酒、入队后不饮酒的工人相比从不饮酒的工人,睡眠质量差的风险是3.693倍。调查显示,煤矿工人的睡眠质量与心理健康状况存在显著相关性。结论煤矿工人的睡眠质量与心理健康状况密切相关,且受到多种因素的显著影响。针对不同特征群体采取差异化的干预措施,有助于有效改善煤矿工人的健康状况,从而进一步降低安全事故的发生风险。 展开更多

关键词 职业工效 事故预防 矿山 安全心理 煤矿工人 睡眠质量 心理健康 症状自评量表

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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

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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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地面煤层气高强电爆震体积致裂技术及工程试验

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作者 聂百胜 包松 +7 位作者 柳先锋 刘鹏 张豪 何珩溢 李孜健 周皓文 贾雪祺 何学秋 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期546-563,共18页

煤层气高效开发已成为清洁能源与瓦斯灾害防治的优选和战略发展目标,迫切需要创新煤储层改造理论和技术。为解决地面煤层气开发过程面临的储层吸附性强、渗透率低、运移通道易堵塞、水锁效应及水资源匮乏等一系列难题,本研究深入分析了... 煤层气高效开发已成为清洁能源与瓦斯灾害防治的优选和战略发展目标,迫切需要创新煤储层改造理论和技术。为解决地面煤层气开发过程面临的储层吸附性强、渗透率低、运移通道易堵塞、水锁效应及水资源匮乏等一系列难题,本研究深入分析了地面煤层气井内高强电爆震体积致裂增渗理论,基于电爆震液相放电冲击波-应力波-震动波传播能量释放特征,建立了高精度能量调配顶底板及煤储层多点电爆震诱导体积致裂模型,提出了煤储层电爆震体积致裂强化煤层气抽采方法,形成了地面煤层气电爆震体积致裂技术及工艺。利用自主研制存储能量高达604.92 kJ且可调控的电爆震体积致裂增渗装备,开展不同电爆震能量循环致裂顶底板及煤层工程试验,在此期间采用地表微震监测系统实时表征储层缝网影响半径,并根据体积致裂效果和长期产气量考察初探电爆震体积致裂技术及装备的可靠性。结果表明:电爆震循环作用诱发裂隙或微孔隙的发育、扩展,形成了高裂缝密度的体积致裂效应;井近区微震信号幅值较大,随着距离增加逐渐减小,微震事件平面分布呈环状向四周扩散;电爆震能量和诱导次数增加导致煤储层缝网影响半径先增大后减小,电爆震水下激发能量361.97 kJ循环诱导形成的缝网影响半径高达200 m左右;重新排采期间平均产气量较衰竭期提高了0.80~1.53倍,验证了提出的电爆震体积致裂技术能够有效改善煤储层,促进煤层气解吸扩散和运移产出。研究成果对低渗透性松软煤储层缝网改造实现煤层气高效开发具有理论与工程指导意义。 展开更多

关键词 煤层气高效开发 储层改造 高强电爆震 体积致裂技术 增渗装备

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中国大规模盐穴储氢需求与挑战 被引量：6

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作者 杨春和 王贵宾 +4 位作者 施锡林 朱施杰 郑铸颜 刘伟 范金洋 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期1-19,共19页

氢能是来源广泛且低碳清洁的能源,大力发展氢能产业是实现双碳目标和应对全球能源转型的重要举措。在氢能“制备―储存―运输―应用”全产业链中,储氢难问题长期制约着氢能产业高质量发展。盐穴储氢具有成本低、规模大、安全性高和储氢... 氢能是来源广泛且低碳清洁的能源,大力发展氢能产业是实现双碳目标和应对全球能源转型的重要举措。在氢能“制备―储存―运输―应用”全产业链中,储氢难问题长期制约着氢能产业高质量发展。盐穴储氢具有成本低、规模大、安全性高和储氢纯度高等突出优势,是未来氢能大规模储备的重要发展方向,也是我国能源低碳转型的重大战略需求。综合调研了我国制氢产业和氢能消费现状,分析了我国盐穴储氢的需求。调研了国外利用盐穴储存天然气和氢气的技术及工程现状,总结了我国盐穴储气库发展和建设历程。对比了利用盐穴储存天然气、氦气、压缩空气和氢气的异同点,提出我国盐穴储氢面临三大科技挑战:层状盐岩氢气渗透与生化反应、盐穴储氢库井筒完整性管控、储氢库群灾变孕育与防控。研究成果明确了我国氢气储备需求的快速增长趋势和大规模盐穴储氢的重点攻关方向。 展开更多

关键词 盐穴储氢 层状盐岩 氢岩反应 井筒完整性 库群灾变

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热压型煤成型条件优化试验研究方法 被引量：3

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作者 许江 贾立 +7 位作者 甘青青 彭守建 闫发志 王旭 戴诗杰 焦峰 李奇贤 陈月霞 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期739-752,共14页

针对当前煤矿瓦斯动力学物理模拟试验中型煤材料存在低强度和高渗透率问题,建立了一套热压型煤成型条件优化试验研究方法。首先,自主研发了热压型煤试验系统,并对试验系统优势和今后改进方向进行了汇总,同时基于Horsfield致密堆积理论... 针对当前煤矿瓦斯动力学物理模拟试验中型煤材料存在低强度和高渗透率问题,建立了一套热压型煤成型条件优化试验研究方法。首先,自主研发了热压型煤试验系统,并对试验系统优势和今后改进方向进行了汇总,同时基于Horsfield致密堆积理论创建了型煤材料最优配制方案,最后形成了以马氏距离度量法和黄金分割法相结合的成型条件优化方法。为了验证试验方法的效果,通过控制成型温度为311.8℃、升温速率为5℃/min和保温时间为5.3 h,开展了不同成型压力条件下热压型煤试验研究,研究了不同成型压力条件下的热压型煤微观结构、物理力学特性和渗透特性等响应特征。结果表明:增加成型压力,总孔隙度逐渐减小,单轴抗压强度呈先增大后减少的变化趋势,破坏形式以块状剥落和纵向破裂为主,初始渗透率呈先减小后增大、最小渗透率则呈先减后增再减的变化趋势。以各成型条件的具体数值为试验点、热压型煤和原煤的关键参数为评价参量构建样本矩阵,计算各成型条件下热压型煤和原煤之间的马氏距离,再结合黄金分割法对试验区间进行优化求解,优化后的最佳成型压力为80 MPa,在此成型条件下制作的热压型煤密度、单轴抗压强度和初始渗透率分别为1.137 g/cm^(3)、12.21 MPa、1.32×10^(-15)m^(2),与原煤的1.132 g/cm^(3)、12.83 MPa、1.08×10^(-15)m^(2)相似性极高,达到了提高型煤强度、降低型煤渗透率的目的。 展开更多

关键词 煤矿瓦斯 热压型煤 单轴抗压强度 渗透率

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天然裂缝对水力压裂煤的起裂及扩展试验研究 被引量：1

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作者 蒋长宝 杨毅毫 +3 位作者 刘辉辉 郭建泉 付银兰 吴家耀 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期92-101,共10页

水力压裂是提高低渗透高瓦斯煤层抽采效率和瓦斯产量的有效方法之一。由于煤层中存在丰富的天然裂缝,天然裂缝与水力裂缝相互作用会使水力裂缝的起裂和扩展形式呈现出复杂多样性,从而影响煤层的增透效果。为研究水力压裂煤在天然裂缝作... 水力压裂是提高低渗透高瓦斯煤层抽采效率和瓦斯产量的有效方法之一。由于煤层中存在丰富的天然裂缝,天然裂缝与水力裂缝相互作用会使水力裂缝的起裂和扩展形式呈现出复杂多样性,从而影响煤层的增透效果。为研究水力压裂煤在天然裂缝作用下的起裂和扩展规律,利用自主研发的多功能真三轴流固耦合试验系统开展了煤的水力压裂试验。基于“孔壁应力集中诱发拉伸破裂”理论研究了水力压裂煤的裂缝起裂规律,并结合断裂力学从细观角度揭示了水力压裂煤的裂缝扩展机制。研究结果表明:天然裂缝的存在会诱导水力裂缝沿着天然裂缝方向扩展,极大降低了煤岩的起裂压力。不含明显天然裂缝煤岩压裂所需的起裂压力与根据拉伸破坏起裂准则计算的理论起裂压力结果相近,符合“孔壁应力集中诱发拉伸破裂”准则;含明显天然裂缝煤岩压裂所需的起裂压力均小于根据拉伸破坏起裂准则计算的理论起裂压力,且当天然裂缝方向垂直于最小主应力方向时,所需的起裂压力较小,为3.355 MPa;当天然裂缝平行于最小主应力时,所需的起裂压力仅大于最小主应力,为7.902 MPa。水力裂缝类型为I型时,不含明显天然裂缝煤岩的实测最小和最大扩展压力值均大于理论计算最小和最大扩展压力值,差值范围分别为2.043~6.845 MPa和3.951~8.576 MPa;当煤岩含明显天然裂缝且天然裂缝方向平行于X方向时,水平应力差的存在将引起煤岩的实测扩展压力值小于理论计算的扩展压力值。水力裂缝类型为Ⅱ型或I-Ⅱ型时,随着水力裂缝长度的增加,裂缝扩展所需压力逐渐减小。 展开更多

关键词 天然裂缝 地应力 水力压裂 裂缝扩展 纳米压痕

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浮选颗粒条栅结构表面润湿行为特性研究

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作者 张锐 于锋 +1 位作者 邢耀文 桂夏辉 《选煤技术》 CAS 2024年第4期13-21,共9页

矿物颗粒间表面润湿性差异是浮选成功的关键,受表面化学性质与物理形貌结构的双重影响。为进一步明确表面物理形貌结构对液滴在矿物颗粒表面上润湿行为的影响,采用光刻显影技术制备了5种具有不同粗糙度系数和表面面积分数的条栅结构聚... 矿物颗粒间表面润湿性差异是浮选成功的关键,受表面化学性质与物理形貌结构的双重影响。为进一步明确表面物理形貌结构对液滴在矿物颗粒表面上润湿行为的影响,采用光刻显影技术制备了5种具有不同粗糙度系数和表面面积分数的条栅结构聚二甲基硅氧烷(PDMS)表面,并利用自制的动/静态接触角测量系统及润湿三相接触线行为测试系统对液滴在PDMS表面上的润湿行为进行了测试。动/静态接触角测试结果表明:当表面粗糙度系数相同时,固体表面面积分数增加,条栅结构表面不同润湿方向上的接触角均呈减小趋势,而当表面面积分数相同时,条栅结构表面不同润湿方向上的接触角则与固体表面粗糙度系数呈正相关;此外,各样品表面垂直于条栅结构方向的动/静态接触角均大于平行方向(即θ_(⊥)>θ_(∥)),且不同润湿方向上接触角的差异随样品表面润湿性的增强而减小。动态接触角测试结果还表明:表面接触角滞后(Δθ=θ_(a)-θ_(r))与表面面积分数呈正相关,而与表面粗糙度系数呈负相关,且前进与后退接触角的预测值与试验值基本吻合,说明动态接触角能够真实地反映固体表面润湿性;此外,在液滴滚动时,其运动行为总是周期性地发生后端接触线先从固体表面分离,而后液滴重新与固体表面发生黏附形成新的前端接触线的过程,这种运动特性在不同条栅结构表面上完全相同。润湿三相接触线行为测试结果表明:液滴在条栅结构表面优先沿着条栅结构方向润湿或去润湿,而跨越条栅结构润湿时,受表面微结构的“钉扎”作用,润湿半径远小于平行润湿方向,且三相接触线在不同条栅结构表面的移动均呈现“解钉—钉扎—再解钉—再钉扎”的一种断续周期性过程。研究结果深化了矿物颗粒表面物理形貌结构对其润湿行为特性的影响,可为后续通过表面形貌调控颗粒表面润湿性起到一定的理论支撑作用。 展开更多

关键词 浮选 润湿行为 条栅结构 表面形貌 动/静态接触角测量 三相接触线行为测试 各向异性 断续周期性

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倾斜煤层群覆岩“三场”非对称特征及靶向抽采机制 被引量：10

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作者 冉启灿 梁运培 +1 位作者 邹全乐 张碧川 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期177-192,共16页

倾斜煤层群“三场”(应力场、位移场和裂隙场)演化规律较为复杂,对卸压瓦斯运移和储集具有重要意义。为了探究倾斜煤层群“三场”演化规律,研究以新疆1930煤矿为对象,开展了倾斜煤层群多重采动相似模拟实验。分析了上覆岩层垮落形态,获... 倾斜煤层群“三场”(应力场、位移场和裂隙场)演化规律较为复杂,对卸压瓦斯运移和储集具有重要意义。为了探究倾斜煤层群“三场”演化规律,研究以新疆1930煤矿为对象,开展了倾斜煤层群多重采动相似模拟实验。分析了上覆岩层垮落形态,获得了覆岩应力演化特征,分析了覆岩位移分布和移动方向特征,阐明了采动裂隙分布特征。进而探究了三场演化规律对瓦斯运移的影响,并开展了定向钻孔瓦斯抽采现场试验进行验证。研究结果表明:倾斜煤层群多重采动下,采动裂隙矩形梯台呈现明显的非对称特征。低位侧覆岩应力变化较大,随开采次数增加,卸压效应更为明显,而高位侧覆岩应力变化较小;结合重力−倾角效应,高位侧覆岩更易破坏,垮落次序优先,呈非对称特征。覆岩位移分布呈非对称特征,高位侧位移显著且移动方向变化较大。高位侧裂隙区网格内采动裂隙频数明显高于低位侧;高位侧裂隙区破断裂隙分布更多,且开度较大;采动裂隙呈“高位扩展−低位压缩”的非对称特征。多重采动使得“三场”非对称特征更为显著。此外,覆岩贯通度存在“慢速减小−快速减小”的现象。基于“三场”演化特征和瓦斯运移的关系,揭示了瓦斯抽采靶向优选机制。结合试验结果,构建了基于“三场”演化规律的裂隙带瓦斯抽采靶点区判定流程。现场瓦斯抽采效果良好,保证了工作面安全高效回采。研究结果为倾斜煤层群卸压瓦斯精准抽采提供了理论参考,旨在提高倾斜煤层群瓦斯抽采量,防止上隅角瓦斯超限,实现倾斜煤层群安全高效开采。 展开更多

关键词 倾斜煤层群 覆岩移动 采动裂隙 非对称特征 瓦斯抽采

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含瓦斯煤体受载微破坏模型及失稳判识准则 被引量：3

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作者 聂百胜 赵丹 +8 位作者 王孟霞 柳先锋 刘鹏 邓博知 朱熹阳 秦枫 马昕钰 赵九红 彭守建 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期707-719,共13页

煤体内孔隙和骨架分布对煤储层内气体运移及瓦斯动力灾害的发生具有重要的影响。为进一步探索含瓦斯煤体微观破坏机理,针对含瓦斯煤的微观破坏过程,对其微破坏形式展开详细的研究。采用原子力显微镜对加载前后突出煤样和非突出煤样表面... 煤体内孔隙和骨架分布对煤储层内气体运移及瓦斯动力灾害的发生具有重要的影响。为进一步探索含瓦斯煤体微观破坏机理,针对含瓦斯煤的微观破坏过程,对其微破坏形式展开详细的研究。采用原子力显微镜对加载前后突出煤样和非突出煤样表面进行了原位测试,结果表明:不同煤样受载后,煤样表面结构均会发生变化,闭孔孔径有所减小,部分孔隙遭到破坏,相邻闭孔之间有连通趋势。加载前煤样孔隙呈无规律分布,加载后孔隙连通性增强,开孔孔喉数量有所增加。煤样加载后由于孔隙的连通导致突出煤样煤骨架模量降低,而非突出煤样由于本身强度较高,施加载荷导致煤体内部结构被压实,弹性模量略有增加。定义了煤体微观破坏类型及概念,分析了煤体孔隙及煤骨架周边应力分布特征,揭示了不同情况下含瓦斯煤体微观破坏机制。同时,对闭孔微气爆的影响因素展开讨论,狭长型椭圆孔端部孔壁处所受应力更大,更容易发生闭孔微气爆。描述了开孔微损伤的2种发生形式,揭示了孔隙“瓶颈效应”的制约对微破坏发生的机理。明确了原生缺陷结构为煤骨架的薄弱环节,并对其发生破裂的演化规律进行分析。基于线弹性断裂力学、弹塑性力学以及渗流力学等理论知识,提出了应力扰动作用下孔隙破坏和煤体失稳判识准则,总结了含瓦斯煤体微观破坏特征及其诱导煤与瓦斯突出的机制,并对煤与瓦斯突出的研究方向提出展望。 展开更多

关键词 孔隙 失稳判识 微破坏 煤骨架 煤与瓦斯突出

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CO_(2)压裂基础研究与技术进展

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作者 王香增 郭兴 孙晓 《石油科学通报》 2024年第6期931-943,共13页

以页岩油气、低渗致密油气为代表的非常规油气是我国重要的接替资源,由于其储层物性差,有效开采难度大,目前主要通过水平井体积压裂技术进行储层改造,但依然存在水资源浪费、储层伤害大及增产效果一般等问题。超临界/液态CO_(2)具有低... 以页岩油气、低渗致密油气为代表的非常规油气是我国重要的接替资源,由于其储层物性差,有效开采难度大,目前主要通过水平井体积压裂技术进行储层改造,但依然存在水资源浪费、储层伤害大及增产效果一般等问题。超临界/液态CO_(2)具有低粘度、高密度、高扩散性等特性,能够快速进入储层微孔隙、微裂缝中,CO_(2)压裂可以有效降低破裂压力,形成复杂缝网,同时地层增能,提高返排率,降低储层伤害并实现单井增产,适用于非常规油气资源的高效、绿色开采。本文从CO_(2)压裂破岩造缝机理、CO_(2)对岩石性质影响机制、CO_(2)压裂井筒流动特性及CO_(2)压裂增产与地质封存作用等方面介绍了CO_(2)压裂基础研究进展,对CO_(2)泡沫压裂、CO_(2)干法压裂、CO_(2)酸化压裂和CO_(2)混合压裂几种主要压裂技术的发展和应用进行了简要阐述。在目前我国“双碳”目标和加大页岩油气等非常规油气资源勘探开发力度的背景下,CO_(2)压裂技术是构建清洁环保、低碳负碳的能源安全、高效开发技术体系的关键核心技术之一,极具发展和推广应用潜力。 展开更多

关键词 CO_(2) 压裂 非常规油气 基础研究 技术发展

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强突煤层群非连续开采应力叠加特征与瓦斯分区精准防治 被引量：1

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作者 王亮 郑思文 +2 位作者 陆壮 蒋长宝 刘超 《煤炭学报》 CSCD 北大核心 2024年第S2期934-945,共12页

随着浅部煤层及易开采煤层资源的日渐枯竭,许多老旧矿井由于煤层复杂瓦斯赋存情况及前期不合理的采掘规划,后续开采的邻近层工作面受应力叠加影响,瓦斯治理困难。以芦岭煤矿Ⅱ944工作面为研究对象,利用数值模拟方法分析了上下突出邻近... 随着浅部煤层及易开采煤层资源的日渐枯竭,许多老旧矿井由于煤层复杂瓦斯赋存情况及前期不合理的采掘规划,后续开采的邻近层工作面受应力叠加影响,瓦斯治理困难。以芦岭煤矿Ⅱ944工作面为研究对象,利用数值模拟方法分析了上下突出邻近层非连续回采后遗留煤柱形成的工作面叠加应力分布状态,通过理论分析获得应力集中区渗透率分布特征,基于此提出了“灾害分区,精准防治”关键技术。研究结果表明:Ⅱ944工作面应力分布呈现非连续时空分区分布状态,上下邻近层先后回采留设煤柱的时空顺序发生变化时,会导致中间煤层的低应力集中区转变为强显现的应力集中区、卸压区转变为应力集中区,因此,可将这些区域划分为卸压区、局部卸压区和应力集中区。应力集中区的最大垂直应力达到102MPa,渗透率大幅降低。瓦斯治理前最大煤层瓦斯压力3MPa、最大瓦斯含量16.72m^(3)/t。依据应力分布、渗透率及瓦斯赋存特征,制定了针对性的分区精准瓦斯治理技术,形成保护层卸压-水力造穴-网格式预抽协同治理的工作面瓦斯精准治理模式;局部卸压区域通过网格式穿层钻孔预抽后瓦斯压力降低至0.18MPa,瓦斯含量降低至2.45m^(3)/t。应力集中区域通过水力造穴及网格式穿层钻孔预抽后瓦斯压力降低至0.15MPa,瓦斯含量降低至2.50m^(3)/t。整个回采期间未发生瓦斯超限事故,实现了非连续开采诱致叠加应力分布下的安全高效开采。上述研究对指导突出煤层群复杂工程条件的瓦斯精准治理工作具有重要意义。 展开更多

关键词 煤层群 应力集中 瓦斯抽采 瓦斯分区治理 煤与瓦斯突出

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直接剪切下页岩的各向异性破坏特征和强度预测模型 被引量：3

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作者 叶春烽 谢和平 李存宝 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期257-267,共11页

了解页岩剪切破坏特性对页岩气储层改造和井壁稳定性控制具有重要意义。然而,由于页岩本身的各向异性属性,页岩的剪切破坏行为复杂。本文对6种不同层理倾角(0°、30°、60°、90°、120°和150°)的立方体页岩... 了解页岩剪切破坏特性对页岩气储层改造和井壁稳定性控制具有重要意义。然而,由于页岩本身的各向异性属性,页岩的剪切破坏行为复杂。本文对6种不同层理倾角(0°、30°、60°、90°、120°和150°)的立方体页岩进行了系统的直接剪切破坏测试,详细分析了在层理弱面影响下页岩的剪切应力–剪切位移、抗剪强度、剪切模量和破坏模式的各向异性特征。结果表明:页岩的剪切破坏表现为典型的非线性渐进破坏特征;页岩平均抗剪强度和剪切模量随层理倾角的增加均呈现“M”型变化趋势;在90°~180°的层理倾角区间,平均抗剪强度的极值差明显大于0°~90°区间,而剪切模量近似关于90°呈对称变化;当层理倾角从0°变化到180°时,页岩剪切各向异性行为呈现非对称演化规律。在层理倾角和直接剪切荷载作用下,页岩的破坏模式有3类:层理倾角为0°时,沿层理面剪切滑移破坏;层理倾角为30°、60°和90°时,表现为穿透层理和基质的剪切滑移破坏;其他倾角下呈现穿透层理和基质的剪切滑移与沿层理的拉伸劈裂相结合的复合破坏。基于试验结果和组构张量,构建了一个可考虑页岩本征各向异性和剪应力诱导各向异性影响的直接剪切破坏准则,其理论预测值与试验结果的平均偏差率低于3%,能够定量表征黏聚力和摩擦系数的各向异性程度,合理评估页岩直接剪切强度对外加法向应力的敏感性,可推广应用于理论表征所有层状岩土材料的直接剪切强度。 展开更多

关键词 各向异性 直接剪切 抗剪强度 非对称破坏模式 剪切破坏准则

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