煤层瓦斯微纳米串联多尺度动态扩散渗透率实验-模型-机理及意义

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作者 李志强 陈金生 +1 位作者 李林 彭建松 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期1551-1566,共16页

多尺度科学问题作为当前世界科学前沿的热点问题之一,已拓展到自然科学与工程技术的众多领域,作为多尺度科学的一个分支,煤岩渗流力学亦存在自身的多尺度科学问题。煤体中存在从毫米到微纳米的多尺度孔裂隙,孔径量级可达百万倍之巨,这... 多尺度科学问题作为当前世界科学前沿的热点问题之一,已拓展到自然科学与工程技术的众多领域,作为多尺度科学的一个分支,煤岩渗流力学亦存在自身的多尺度科学问题。煤体中存在从毫米到微纳米的多尺度孔裂隙,孔径量级可达百万倍之巨,这使得煤体渗透率也呈现出百万量级的空间与时间多尺度特征。因而,煤体多尺度渗透率研究既是煤岩渗流力学的学科内涵问题,亦是瓦斯抽采亟需的工程外延问题。采用柱状原煤煤心开展了无应力和三轴应力下CH4/He的非稳态扩散-渗流实验和三轴应力下稳态渗流实验。实验结果表明:柱状煤心的表观扩散系数随时间延长而动态衰减,并呈现出2类时间多尺度特征,一种为连续光滑的动态衰减特征,一种为两阶段阶跃式动态衰减特征。导出了动态表观扩散数学模型,该模型能较准确描述柱状煤心中气体(CH4/He)非稳态流动全过程。提出了多管串联多尺度孔隙结构物理模型和数学模型,采用压汞孔径数据验证了串联多尺度孔径模型,并据此给出了串联多尺度渗透率的数学证明。以努森数(Kn)为标准,划分了连续流-滑移流-过渡流-自由分子流等流域,以串联多尺度孔径为关联纽带,建立了考虑有效应力和流态的多尺度渗透率模型。研究结果揭示了煤层瓦斯串联多尺度渗流机理,即煤体微纳米孔径及其串联级数是影响多尺度渗透率的决定性因素,可测孔径范围内多尺度效应影响程度可达数万量级。流动初期,气体首先从外层大孔裂隙中流出,流动后期,逐渐从微小孔隙中流出,直至深达纳米级孔隙。随着时间延长,串联孔隙级数逐渐增长,等效孔径逐渐减小,其量级接近于最小孔径,进而使得等效渗透率随时间延长而急速衰减,渗透率的时间多尺度动态衰减特征是空间多尺度的外在反映。气体流动后期,努森数增大,滑移-过渡流态效应超过有效应力效应,并占据主导作用。瓦斯串联多尺度渗透率的实验发现和模型构建,解决了当前多尺度渗流缺乏实验的问题,弥补了单管理论的缺陷,表观意义上实现了扩散与渗流的统一,实现了多尺度渗透率的微观区分与宏观联合。 展开更多

关键词 多尺度 动态 渗透率 扩散 微纳米孔

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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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不同温度下含煤层气(瓦斯)煤蠕变规律实验研究 被引量：1

3

作者 李志强 彭建松 成墙 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2018年第11期6-9,共4页

为探索温度场中含气煤体的蠕变规律,首先采用型煤进行了不同温度下的含气煤体全应力应变加载实验,确定了含气煤体蠕变实验时的轴向加载应力。随后,保持轴压、围压、气压不变进行了不同温度下的蠕变实验,测得了不同温度下含气煤体的轴向... 为探索温度场中含气煤体的蠕变规律,首先采用型煤进行了不同温度下的含气煤体全应力应变加载实验,确定了含气煤体蠕变实验时的轴向加载应力。随后,保持轴压、围压、气压不变进行了不同温度下的蠕变实验,测得了不同温度下含气煤体的轴向应变、径向应变、体积应变与时间的动态变化曲线。实验结果表明:不同温度下含气煤体蠕变过程中,轴向应变-时间曲线、径向应变-时间曲线、体积应变-时间曲线均随温度升高而增大,各类应变-时间曲线有不同程度的交叉,反映出不同温度下各类应变的初始瞬时应变及衰减速率不同,并有明显的减速蠕变与等速蠕变两阶段,加速蠕变阶段不明显;各温度下的蠕变全过程中,蠕变体积应变以轴向压缩应变占主导。温度越高,体积应变中轴向压缩应变越大。最后,建立含气煤体的蠕变应变表达式。计算表明,温度升高使得含气煤体弹性降低,黏性增大,煤体更易于产生压缩变形。 展开更多

关键词 煤层气 渗透率 多物理场 温度 蠕变

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中尺度煤块中煤层气多尺度扩散系数随时间依赖的实验及模型

4

作者 李志强 彭建松 成墙 《煤炭技术》 CAS 2019年第1期86-88,共3页

为探究煤层气含气量(和储量)测定过程中混有中尺度(厘米级)煤块的影响,开展了不同煤种的毫米-厘米级中等尺度煤块在不同压力下的煤层气扩散实验。实验发现,扩散前期实验扩散率大于经典模型的理论扩散率,扩散后期实验扩散率小于经典模型... 为探究煤层气含气量(和储量)测定过程中混有中尺度(厘米级)煤块的影响,开展了不同煤种的毫米-厘米级中等尺度煤块在不同压力下的煤层气扩散实验。实验发现,扩散前期实验扩散率大于经典模型的理论扩散率,扩散后期实验扩散率小于经典模型的理论值。全时扩散过程中扩散系数并非一个常数,而是随时间延长而衰减的函数。提出了能精确描述不同气压下不同煤种中尺度煤块的煤层气扩散全过程的动扩散系数新模型。与以往实验相比,中尺度煤块的初始扩散系数比粉煤大1～2个数量级,而扩散系数衰减系数比粉煤小1～2个数量级,原因是中尺度煤块包含了更大的孔裂隙,而其孔径级差较小。 展开更多

关键词 煤层气 扩散 扩散系数 模型

原文传递

高强电场激励下煤体吸附模型及机理探讨

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作者 雷东记 郑媛媛 +1 位作者 马涛 王亚娟 《河南理工大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2023年第1期35-45,共11页

基于电场强化下煤体响应表现出的电动效应、热效应和激发极化效应,设计高强电场下煤体吸附试验系统,研究电场实时加载下煤体对不同吸附质的吸附特征,并在经典Langmuir、D-R吸附模型基础上构建适用于高强电场下的煤体吸附模型。结果表明... 基于电场强化下煤体响应表现出的电动效应、热效应和激发极化效应,设计高强电场下煤体吸附试验系统,研究电场实时加载下煤体对不同吸附质的吸附特征,并在经典Langmuir、D-R吸附模型基础上构建适用于高强电场下的煤体吸附模型。结果表明:实时加载高强电场下,随着施加电场强度增大,煤体吸附能力呈线性减小趋势,受电场影响CO_(2)吸附能力变化率更大,与未加电场相比,电场强度为30,60,90 kV/m时煤体吸附瓦斯的能力分别下降了10.9%,15.7%,18.9%,吸附CO_(2)的能力分别下降了8.5%,12.1%,22.9%;基于Langmuir吸附模型和D-R吸附方程,以煤体吸附试验数据为依据,在吸附模型基础上引入含有电场强度的修正项系数(1-C·E),分析构建含有电性参数的吸附模型,新模型试验拟合度均在0.99以上,能够预测并表征高强电场下煤体吸附特征,其影响机理主要归结为:煤体孔隙结构改变,经高强电场强化后煤样微孔向小孔及中大孔过渡,增强了煤体的扩散性能;影响了煤体吸附瓦斯表面自由能,且吉布斯自由能随着场强增大而减小,揭示了电场抑制煤体对瓦斯的吸附;煤体发生激发极化,电场通过改变煤体电性参数介电常数与电阻率进而影响瓦斯的吸附解吸能力。 展开更多

关键词 高强电场 吸附模型 实时加电 机理分析

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低渗煤层CO_2气相压裂裂隙圈形态研究 被引量：13

6

作者 曹运兴 田林 +2 位作者 范延昌 刘建中 张帅 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2018年第6期46-51,共6页

为了揭示低渗煤层气相压裂裂隙圈形态,采用球形震源理论建立了地震应力降和裂隙圈形态关系,并对山西高河能源公司山西组3号煤层气相压裂作业过程进行了监测研究。结果表明:微地震监测作为一种地球物理手段可以有效揭示气相压裂裂隙卸压... 为了揭示低渗煤层气相压裂裂隙圈形态,采用球形震源理论建立了地震应力降和裂隙圈形态关系,并对山西高河能源公司山西组3号煤层气相压裂作业过程进行了监测研究。结果表明:微地震监测作为一种地球物理手段可以有效揭示气相压裂裂隙卸压圈形态;气相压裂裂隙卸压圈形态显示为不规则的椭球型,椭球的长轴和钻孔压裂段长度相当,短轴长度为8~20 m;气相压裂裂隙扩展的不规则性主要受控于高压气体破岩的不同步,煤(岩)的各向异性及脆性指数也对裂隙扩展形态有影响。 展开更多

关键词 瓦斯治理 气相压裂 微地震 球形震源理论 裂隙圈形态

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倾斜煤层采空区自燃“三带”划分及防灭火措施 被引量：4

7

作者 刘德宝 韩颖 《河南理工大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2023年第3期27-33,共7页

山西金晖瑞隆煤业有限公司主采的8+10号煤层具有自然发火危险性,为准确确定8115工作面自燃带位置,以便为采取防灭火措施提供靶位,以氧气体积分数作为划分指标,采用束管抽气法进行采空区自燃“三带”现场测定。构建采空区数值模型,采用FL... 山西金晖瑞隆煤业有限公司主采的8+10号煤层具有自然发火危险性,为准确确定8115工作面自燃带位置,以便为采取防灭火措施提供靶位,以氧气体积分数作为划分指标,采用束管抽气法进行采空区自燃“三带”现场测定。构建采空区数值模型,采用FLUENT软件进行解算,得出采空区氧气体积分数分布规律。基于此,对自燃“三带”进行划分,确定自燃带宽度,并提出防灭火对策。结果表明:8115工作面采空区散热带为0~51.2 m;自燃带为51.2~86.2 m;窒息带为86.2 m以里。建议采用埋管注氮或架间插管汽雾阻化防灭火措施,对采空区自燃带进行全方位防灭火控制。 展开更多

关键词 倾斜煤层 采空区 自燃“三带” 氧气体积分数 数值模拟

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光照对大气细颗粒物中汞形态分布的影响

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作者 唐军婷 宋党育 +1 位作者 李云波 汤顺林 《河南理工大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2023年第4期86-91,共6页

为探究颗粒态汞的光还原及可能的二次释放结果,以细颗粒物(PM_(2.5))为载体,采用Bloom法和冷原子荧光法,在不同光照时长下,收集、测定细颗粒物中汞(PBM_(2.5))质量和形态分布。结果表明:模拟太阳光照射下PBM_(2.5)发生的化学反应以光还... 为探究颗粒态汞的光还原及可能的二次释放结果,以细颗粒物(PM_(2.5))为载体,采用Bloom法和冷原子荧光法,在不同光照时长下,收集、测定细颗粒物中汞(PBM_(2.5))质量和形态分布。结果表明:模拟太阳光照射下PBM_(2.5)发生的化学反应以光还原反应为主,产生的气态汞中90%以上为Hg0,少量为Hg^(2+);光照促进PBM_(2.5)向Hg0转化;光照时间增加,F5/PBM_(2.5)增加(F5为硫化物态汞),其余形态汞质量主要以指数形式降低;光照促进大气PBM_(2.5)以更稳定的形态存在,正向影响汞沉降。 展开更多

关键词 汞 PM_(2.5) 化学形态 光还原

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成庄井田西部15号煤储层物性对煤层气井产气量影响研究 被引量：2

9

作者 郭强 曹运兴 《煤》 2019年第2期1-5,71,共6页

基于成庄井田西部15号煤储层物性资料和煤层气生产资料,开展了煤储层物性对煤层气井产气量影响研究。结果表明:煤储层物性对煤层气产出特征和煤层气井产气量具有重要影响,不同的煤储层物性参数对煤层气井产气量的影响和作用机理各异。... 基于成庄井田西部15号煤储层物性资料和煤层气生产资料,开展了煤储层物性对煤层气井产气量影响研究。结果表明:煤储层物性对煤层气产出特征和煤层气井产气量具有重要影响,不同的煤储层物性参数对煤层气井产气量的影响和作用机理各异。煤层厚度越大、煤层气含量越高,煤层气资源量、资源丰度及含气饱和度越高,有利于煤层气井高产和提高累计产气量;煤储层压力、煤层渗透率越高,越有利于驱动煤层气渗流高效产出、煤层气井高产和提高采收率;煤的高变质,提高了煤的孔渗性、吸附性和煤层气储集性能,有利于煤层气井高产稳产。但延迟了煤层气井产气高峰期时间,对缩短煤层气开发周期亦不利。 展开更多

关键词 成庄井田西部 15号煤层 煤储层物性 产气量

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垃圾渗滤液DOM在砂土中的迁移转化规律研究

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作者 赵丽 张薏旸 +4 位作者 金毅 张庆 刘靖宇 卫杰 和世昌 《河南理工大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2024年第1期88-95,共8页

目的针对焦作市城市生活垃圾卫生填埋场运行年限长(10 a以上)、防渗层趋于老化、渗滤液渗漏到地下水风险大的问题,方法以稀释5倍的老龄垃圾渗滤液为注入淋滤液,以填埋场粉砂土为岩土介质,在水力停留时间32 h下开展室内土柱模拟试验,分... 目的针对焦作市城市生活垃圾卫生填埋场运行年限长(10 a以上)、防渗层趋于老化、渗滤液渗漏到地下水风险大的问题,方法以稀释5倍的老龄垃圾渗滤液为注入淋滤液,以填埋场粉砂土为岩土介质,在水力停留时间32 h下开展室内土柱模拟试验,分析老龄垃圾渗滤液中溶解性有机质(dissolved organic matter,DOM)的迁移转化规律。结果结果表明:0~2618 h内,溶解性有机碳(dissolved organic carbon,DOC),化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)和波长254 nm单位比色皿光程下的紫外吸光度(UV254)在地下水中变化规律相似,且三者线性相关性显著,说明DOM组分以芳香族化合物为主;CXTFIT 2.1软件拟合得到DOC和COD的阻滞系数(3.01和1.96)及衰减系数均处于较低水平,说明砂土对有机质吸附作用有限;试验前期,淋出液的荧光指数(fluorescence index,FI)一直高于淋滤原液的,说明试验前期微生物生长快速;所有样品的FI均大于1.9,说明淋出液中DOM主要为生物源;垃圾渗滤液DOM含有较多富里酸(峰A、峰C)和腐殖酸类物质(峰E)及少量类蛋白物质(峰T2);淋出液S1中的微生物代谢产物(峰B)来源于试验所用砂土,S1中峰B和S2中峰T2随时间变化消失,剩下难降解的峰A、峰C和峰E,淋出液有机组分变化明显,结构简单的类蛋白物质逐渐消失,复杂难降解的腐殖类物质逐渐累积,试验过程中淋出液单位有机碳的总荧光峰强均高于淋滤液的,说明淋滤液在迁移转化过程中芳构化程度和腐殖化程度均有所提高。结论研究结果可为垃圾渗滤液处置与环境风险评估提供参考。 展开更多

关键词 垃圾渗滤液 溶解性有机质 地下水 三维荧光 生物降解 吸附

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煤粒多尺度孔隙中瓦斯扩散机理及动扩散系数新模型 被引量：62

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作者 李志强 刘勇 +1 位作者 许彦鹏 宋党育 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第3期633-643,共11页

为解决经典扩散模型不能准确描述煤粒瓦斯全时扩散的科学问题。采集我国典型矿区的代表性煤样,开展了各种条件下的煤粒瓦斯扩散实验。采用经典扩散模型拟合实验表明,某时刻前,扩散率的实验值大于理论值,此时刻后,实验值小于理论值,此规... 为解决经典扩散模型不能准确描述煤粒瓦斯全时扩散的科学问题。采集我国典型矿区的代表性煤样,开展了各种条件下的煤粒瓦斯扩散实验。采用经典扩散模型拟合实验表明,某时刻前,扩散率的实验值大于理论值,此时刻后,实验值小于理论值,此规律惟一。经典扩散模型不能准确描述瓦斯扩散全过程,误差极大,进而发现了煤粒瓦斯扩散系数随时间延长而衰减的特有现象。为此,提出了煤粒多尺度孔隙分布的新物理模型,新模型假设煤粒中孔隙呈非均质多尺度形态分布,并具有自相似分形结构,这种多尺度分形结构孔隙决定了煤粒扩散系数的多级分布,进而决定了瓦斯宏观扩散力学机理,即,煤体由表及里,孔隙由大到小分级分布,其扩散系数亦相应的由大到小逐级递减。扩散初期,瓦斯从扩散系数较大的大孔隙中快速逸出,扩散后期,从扩散系数较小的小孔隙中慢速逸出,直至深达微孔内部。正是这种逐级递减的孔隙形态及相应的多级扩散系数分布,形成了瓦斯扩散系数随时间延长而衰减的扩散机理。根据这一物理假设,引入初始扩散系数D0、扩散系数衰减系数β两个参数反映扩散系数动态衰减特征,提出了动扩散系数数学模型,经200余组数据检验,新模型能较准确描述各条件下的煤粒瓦斯(CH4,CO2,N2)扩散全过程。新模型涵盖了经典单孔隙扩散模型和双孔隙模型,将其推广到了多孔隙维度,并能解释经典单孔隙扩散模型出现的问题,新模型在准确性、简单性、解释性、预测性上优于国外双孔隙模型及其它经验公式。多尺度动扩散系数扩散模型为准确计算瓦斯(煤层气)含气量、储量、突出预测指标,解释各种条件下的瓦斯扩散机理提供了新物理模型和计算新方法。 展开更多

关键词 瓦斯 煤层气 扩散模型 扩散系数 动态

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无烟煤微生物成气中间代谢产物组成及其转化 被引量：21

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作者 陈林勇 王保玉 +4 位作者 邰超 关嘉栋 赵晗 王美林 韩作颖 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第9期2305-2311,共7页

研究了煤生物成气过程中中间产物的变化规律与成气过程的相互关系。以10 kg沁水盆地山西寺河矿的无烟煤为底物,以寺河矿区煤层气井口出水为菌源,进行了煤生物成气模拟实验,利用气相色谱-质谱联用对不同成气阶段发酵液中间产物进行了分... 研究了煤生物成气过程中中间产物的变化规律与成气过程的相互关系。以10 kg沁水盆地山西寺河矿的无烟煤为底物,以寺河矿区煤层气井口出水为菌源,进行了煤生物成气模拟实验,利用气相色谱-质谱联用对不同成气阶段发酵液中间产物进行了分析。实验发现煤生物成气有2个主要的产气周期,芳香环、杂环化合物和苯衍生物在反应初期转化为VFA等,发生在第1个产气周期;而长链烷烃的生成有2个高峰期,分别对应2个产气周期。根据煤生物成气模拟实验中间代谢产物的实验结果,进一步选取乙酸钠、丙酸钠、丁酸钠、己酸为底物,仍以同一煤层气井口出水为菌源,进行产气实验模拟,结果显示乙酸、丙酸、丁酸可以产气,而己酸则对成气呈现抑制作用。以底物计算甲烷产生效率为丁酸>丙酸≈乙酸,丁酸约为乙酸和丙酸的4倍;而以碳数计算时甲烷产生效率则为丁酸>乙酸>丙酸,丁酸约为乙酸的2倍,说明不同的有机酸产甲烷时可能存在有机酸碳数奇偶性的差异。以上结果表明,VFA和长链烷烃在煤生物成气中发挥着重要的作用,而有关煤生物成气中VFA和长链烷烃的生成和转化以及其对成气的影响尚需进一步研究。 展开更多

关键词 煤 生物成气 代谢产物 VFA 长链烷烃

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煤生物成气过程中溶解性有机物的光谱特征研究 被引量：6

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作者 赵同谦 李鹏 +5 位作者 邰超 象豫 李虹妍 马永霞 齐永安 张国成 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第S2期525-534,共10页

为进一步探讨煤生物成气过程中有机中间产物的变化特征,使用富集驯化后的底泥对3种煤样进行了煤生物成气模拟实验。对产气过程中产气量、液相样品中的可溶性有机质含量(总有机碳,TOC含量)、紫外和三维荧光光谱进行测定,并分析其耦合关... 为进一步探讨煤生物成气过程中有机中间产物的变化特征,使用富集驯化后的底泥对3种煤样进行了煤生物成气模拟实验。对产气过程中产气量、液相样品中的可溶性有机质含量(总有机碳,TOC含量)、紫外和三维荧光光谱进行测定,并分析其耦合关系。结果表明:3种煤样的产气过程均可分为3个产气周期:快速期、慢速期和产气停止期。成气过程中TOC含量总体下降,产气停止后含量有少量增高,TOC含量变化周期与产气时期具有一致性。紫外光谱及特征值显示产气过程中DOM分子量逐渐增大,芳构化程度增高,同时芳香环取代基上含氧官能团增多。荧光光谱显示成气过程中类蛋白荧光峰迅速降低,煤中的腐殖酸类物质转移到液相中,荧光基团中羰基、胺基和羟基含量增加。紫外和荧光光谱的变化与成气过程具有很好的耦合性,均表明煤中的有机质在微生物作用下进入液相并参与产气,但不同种类的物质对产气的作用不同。研究结论与此前GC-MS的相关研究结果相一致,且为煤生物成气过程中液相成分和性质的变化提供了参考。 展开更多

关键词 煤 生物成气 溶解性有机物 紫外光谱 三维荧光光谱

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新密矿区低临界值瓦斯动力现象及机理 被引量：6

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作者 李云波 姜波 张玉贵 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2015年第6期1-7,共7页

本文从区域构造演化及构造特征、"三软"煤层(顶、底板和煤层均破碎的煤层及组合)分布及瓦斯特性和构造煤瓦斯内能释放等方面探讨了新密矿区低临界值瓦斯动力现象发生的机理及地质控制作用。研究结果表明:新密矿区构造演化具... 本文从区域构造演化及构造特征、"三软"煤层(顶、底板和煤层均破碎的煤层及组合)分布及瓦斯特性和构造煤瓦斯内能释放等方面探讨了新密矿区低临界值瓦斯动力现象发生的机理及地质控制作用。研究结果表明:新密矿区构造演化具有多期叠加改造的性质,中、新生代拉张裂陷环境中形成的重力滑动构造对"三软"煤层的普遍发育具有重要控制作用,"三软"煤层的形成及组合形式影响井田瓦斯赋存和构造应力环境的非均衡性;顺煤层断层、煤层流变的规模及构造煤的发育程度是低临界值瓦斯动力发生的主控因素;高应力环境下"三软"煤层中构造煤的初期内能释放是激发低临界值瓦斯动力现象发生的关键;对低临界值瓦斯动力区域的预测可以通过对煤层流变和瓦斯初期解吸能的研究来实现。 展开更多

关键词 低临界值 煤与瓦斯突出 "三软"煤层 构造控制 构造煤 新密矿区

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基于差分进化算法的旧采空区水分质利用优化配置

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作者 郑立军 岳俊超 +3 位作者 魏亚辉 郭水涛 罗文骏 王心义 《河南理工大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2024年第2期68-76,共9页

大部分矿井水污染程度低,稍加处理即可供饮用、工业、农业、生态等使用。焦作煤田吴村矿旧采空区水可供水量为718 m^(3)/h,矿区周围饮用、电厂、灌溉、养殖、生态等用户需水量为1073.74 m^(3)/h,旧采空区水仅能满足66.87%的用水需求;旧... 大部分矿井水污染程度低,稍加处理即可供饮用、工业、农业、生态等使用。焦作煤田吴村矿旧采空区水可供水量为718 m^(3)/h,矿区周围饮用、电厂、灌溉、养殖、生态等用户需水量为1073.74 m^(3)/h,旧采空区水仅能满足66.87%的用水需求;旧采空区水需处理达标后才能供给用户,不同用户的水处理工艺和费用差异较大,依据水质优化配置旧采空区水量具有重要意义。目的为了实现矿井排水综合利用效益最大化,方法以焦作煤田吴村矿旧采空区水为研究对象,在计算其供水量和分析水质基础上,结合矿区周围饮用、电厂、灌溉、养殖、生态需水量及水质要求,构建718 m^(3)/h旧采空区水分质利用优化配置数学模型,并利用差分进化算法求解。结果结果表明:灌溉期分配饮用水6.00 m^(3)/h、电厂用水334.95 m^(3)/h、灌溉用水353.89 m^(3)/h、养殖用水19.76 m^(3)/h、生态用水3.40 m^(3)/h;非灌溉期分配饮用水6.00 m^(3)/h、电厂用水688.84 m^(3)/h、灌溉用水0 m^(3)/h、养殖用水19.76 m^(3)/h、生态用水3.40 m^(3)/h时,旧采空区水分质利用年收益最大。结论研究结果可为类似矿井旧采空区水和矿井排水资源化利用提供借鉴。 展开更多

关键词 差分进化算法 旧采空区水 分质利用 优化配置

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煤层瓦斯抽采顺层钻孔偏斜规律及原因分析 被引量：10

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作者 沈振 刘志文 +2 位作者 易伟欣 王恩营 谢洪波 《煤炭技术》 CAS 2020年第3期103-106,共4页

顺层钻孔抽采煤层瓦斯是矿井常用消突措施之一,但钻孔偏斜造成的消突空白带又给安全生产带来新的隐患。为了查明钻孔偏斜规律及原因,采用赤平投影及MATLAB滤波处理,再结合统计分析的方法,分别建立倾角-进尺、方位角-进尺2种数学模型。... 顺层钻孔抽采煤层瓦斯是矿井常用消突措施之一,但钻孔偏斜造成的消突空白带又给安全生产带来新的隐患。为了查明钻孔偏斜规律及原因,采用赤平投影及MATLAB滤波处理,再结合统计分析的方法,分别建立倾角-进尺、方位角-进尺2种数学模型。研究表明,顺层钻孔轨迹的倾角随钻进深度的增加总体是一个长周期或若干短周期。进尺小于50 m时,钻孔轨迹沿煤层向下偏斜,进尺大于50 m后,钻孔轨迹先向下偏斜,后向上发生偏斜;钻孔轨迹的方位角的变换呈左右摇摆的周期性变化,第1周期起始偏移的方向(向左或向右)总是向着地层的真倾向方向靠近,随进尺深度的增加周期变短。根据分析,造成钻孔偏斜主要原因为岩层产状、施工工艺和孔壁间隙等。 展开更多

关键词 顺层钻孔 瓦斯抽采 偏斜 钻杆自重

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锯末与低阶煤共降解对生物甲烷增效实验研究

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作者 武俐 李啸林 +2 位作者 曹斌 赵同谦 刘兴勇 《煤炭转化》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期20-27,共8页

采用气相色谱分析、扫描电子显微镜分析和红外光谱分析等方法,研究了锯末与煤的质量比对产甲烷周期以及生物气组成的影响,确定了锯末与煤增产甲烷的最佳质量比。结果表明:驯化后的菌源主要由细菌(相对丰度为91.67%)和古菌(相对丰度为8.3... 采用气相色谱分析、扫描电子显微镜分析和红外光谱分析等方法,研究了锯末与煤的质量比对产甲烷周期以及生物气组成的影响,确定了锯末与煤增产甲烷的最佳质量比。结果表明:驯化后的菌源主要由细菌(相对丰度为91.67%)和古菌(相对丰度为8.33%)组成;锯末与煤的质量比对产甲烷周期有影响,当锯末与煤的质量比分别为0∶1,0.5∶1,1∶1,1.5∶1时,产甲烷第一阶段为快速阶段(0 d~7 d),第二阶段为慢速阶段(7 d~28 d),而当锯末与煤的质量比为2∶1时,产甲烷的第一阶段是慢速阶段(0 d~14 d),第二阶段是快速阶段(14 d~28 d);在微生物降解煤产气过程中,添加适量的锯末可提高甲烷产量,但锯末过量会抑制甲烷产量,在锯末与煤的质量比分别为0.5∶1,1∶1,1.5∶1的条件下,扣除空白组(不含锯末和煤的混合物)甲烷产量(378.15μmol/g)后,锯末与煤共降解的甲烷产量分别为303.35μmol/g,385.21μmol/g,303.94μmol/g,比煤单独降解的甲烷产量(268.83μmol/L)分别增加了12.84%,43.29%和13.05%,而当锯末与煤的质量比为2∶1时,扣除空白组甲烷产量后,锯末与煤共降解的甲烷产量为95.19μmol/g,比煤单独降解的甲烷产量减少了64.59%。扫描电子显微镜结果表明,不同锯末和煤质量比对煤的降解程度影响不同。红外光谱分析发现,添加一定量的锯末后,会增加样品中碳碳双键含量,降低芳烃和羧基含量。一定量的锯末可提升微生物对煤的利用效率,增加生物甲烷产量,该方法可为增产生物甲烷量提供一种新思路。 展开更多

关键词 生物甲烷 增效 锯末 低阶煤 微生物降解

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不同变质煤的瓦斯膨胀能演化特征及其突出预测启示

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作者 刘高峰 李宝林 +3 位作者 张震 刘欢 关文博 司念 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期1-8,共8页

为了提高煤与瓦斯突出(突出)预测的准确性,选取6种不同变质程度的煤样,开展高压压汞实验、等温吸附实验,计算瓦斯膨胀能,分析不同变质程度煤的瓦斯膨胀能演化特征及其与突出预测指标间的关系。结果表明:不同变质程度煤的孔隙结构与吸附... 为了提高煤与瓦斯突出(突出)预测的准确性,选取6种不同变质程度的煤样,开展高压压汞实验、等温吸附实验,计算瓦斯膨胀能,分析不同变质程度煤的瓦斯膨胀能演化特征及其与突出预测指标间的关系。结果表明:不同变质程度煤的孔隙结构与吸附性的差异,导致煤体所含的瓦斯膨胀能存在差异。煤的总瓦斯膨胀能与吸附瓦斯膨胀能随瓦斯压力的升高而增大,增加趋势逐渐变缓;相同瓦斯压力下,煤的变质程度越高,总瓦斯膨胀能与吸附瓦斯膨胀能越大。煤的游离瓦斯膨胀能随瓦斯压力升高呈指数增大;相同瓦斯压力下,游离瓦斯膨胀能随单位质量煤体孔隙体积的增加而增大。当R_(max)>1.6%,0.74 MPa对应的游离瓦斯膨胀能与初始释放瓦斯膨胀能突出临界指标42.98 mJ/g基本相等,进一步验证了游离瓦斯在突出触发阶段起主要作用,也为突出预测临界压力值采用0.74 MPa的合理性提供了科学依据。当R_(max)为0.6%~1.6%时,0.74 MPa对应的游离瓦斯膨胀能小于42.98 mJ/g,夸大了煤体所具备的突出潜能,会加大防突工作量。当R_(max)<0.6%,0.74 MPa对应的游离瓦斯膨胀能大于42.98 mJ/g,这会导致低指标突出灾害的发生。因此,在进行煤与瓦斯突出预测和防治时,应充分考虑煤的变质程度对突出的影响,研究可为突出预测提供新的科学依据和方法借鉴。 展开更多

关键词 煤与瓦斯突出 瓦斯膨胀能 煤变质程度 孔隙结构 瓦斯压力 瓦斯含量

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水力压裂煤体相位频谱曲线试验研究 被引量：1

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作者 储天庆 雷东记 +3 位作者 闫江伟 陈鑫源 李健 周猛 《河南理工大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2023年第3期34-41,共8页

为探明水力压裂前后煤体内部结构改变引起的复电阻率变化规律,在实验室开展加载围压下煤体水力压裂试验,测量压裂前后煤体相位和振幅频谱曲线。结果表明:(1)压裂前后干燥煤体相位频谱曲线均为“U”型,压裂后相位频谱曲线移动明显;(2)含... 为探明水力压裂前后煤体内部结构改变引起的复电阻率变化规律,在实验室开展加载围压下煤体水力压裂试验,测量压裂前后煤体相位和振幅频谱曲线。结果表明:(1)压裂前后干燥煤体相位频谱曲线均为“U”型,压裂后相位频谱曲线移动明显;(2)含蒸馏水的压裂煤体相位频谱曲线呈“W”型;(3)压裂煤体中,“W”型曲线是由于未充分填充的含水次生裂隙和原有裂隙的不充分界面极化共同所致,这与水力压裂对煤体破坏的不均匀性有关;(4)采用等效电路的方法,用不同电容器代替煤体不同频率界面极化,模拟相位频谱曲线从“W”型变为“U”型的过程发现,未充分填充的含水次生裂隙和原生裂隙在不同频率下的不充分界面极化是产生“W”型曲线的原因。 展开更多

关键词 水力压裂 界面极化 相位频谱曲线 “W”型曲线 等效电路

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受载煤体水力压裂复电参数实验研究

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作者 陈鑫源 李鹏 +2 位作者 雷东记 王平 贾子强 《能源与环保》 2023年第5期26-31,共6页

为研究单轴受载煤体压裂后煤体复电阻参数变化关系,在实验室搭建受载煤体的水力压裂变频复电阻率测试平台进行实验,对受载煤体进行压裂前后复电性测试。运用电介质极化理论和激发极化理论,分析煤的水力压裂复电阻率频散机理。结果表明,... 为研究单轴受载煤体压裂后煤体复电阻参数变化关系,在实验室搭建受载煤体的水力压裂变频复电阻率测试平台进行实验,对受载煤体进行压裂前后复电性测试。运用电介质极化理论和激发极化理论,分析煤的水力压裂复电阻率频散机理。结果表明,压裂前煤体复电阻率实部、虚部均随频率变化而变化;复电阻实部整体呈现“三段式”趋势,虚部呈“U”型,趋势略有不同;煤体电容随着频率的增大而减小。压裂后复电阻率虚部呈现“阶梯状”,实部呈现“持续下降”的趋势,不论压裂前还是压裂后,煤体电容都随着频率的增大而减小;压裂后的煤体在含水状态下其虚部呈现“单边上升”,其物理机制是空间电荷积聚效应产生的。 展开更多

关键词 受载煤体 水力压裂 复电阻率 电容

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