专业教师科研能力提升路径分析——以晋城职业技术学院煤层气专业团队为例

科学研究和社会服务是高职院校的基本职能,专业教师的科研能力决定高职院校的科研水平。以晋城职业技术学院煤层气专业团队建设为例,从科研定位、科研素养、科研团队和科研平台等方面分析教师科研现状,提出专业教师要通过科技服务提升能力、科研实践提升素养、团队协作协同创新和多元筹资建设科研平台等建议。

高职煤层气抽采技术专业校外实践教学体系研究

构建科学完善的校外实践教学体系是实现高职煤层气抽采技术专业人才培养目标、强化毕业生职业素养和职业能力的重要抓手,也是专业建设的重要内容。基于职业岗位需求分析,构建了由目标体系、内容体系、管理与保障体系构成的校外实践教学体系,从根本上提高专业人才培养水平,促进毕业生顺利就业。

煤矿瓦斯抽采增产机制及关键技术

瓦斯抽采是煤矿瓦斯灾害治理的主要途径。长期以来,广大科技与工程技术人员研制了多种瓦斯抽采技术,为我国煤矿安全生产提供了有力保障。但是对于一些突出严重的低渗煤层仍存在抽采效率低、成本高的问题,迫切需要形成一套系统的、能够实现瓦斯抽采由"抽得出向抽得快、抽得省、抽得纯、抽得净"转化的技术体系。为此,首先系统介绍了煤岩体结构的定量表征、瓦斯运移产出机制和基于煤岩体结构的瓦斯运移产出过程,并以此瓦斯抽采增产理论为基础,从物理、生化和表面改性等方面厘清了瓦斯抽采增产机制,最后结合团队近20年从事瓦斯治理工作的研究成果,系统分析了水力压裂、钻冲压一体化、老孔修复、三堵两注固液两相封孔、下向瓦斯抽采孔自动排水排渣气驱、地面以孔代巷等六项瓦斯抽采技术的增产原理,简要介绍了研制的相关装备、装置和器材以及现场应用效果。指出煤体结构决定了煤层的可改造性,决定了瓦斯的运移产出流态,进而决定了瓦斯抽采增产技术的选择,是瓦斯治理技术体系建立的基础。揭示了瓦斯抽采的多重增产机制:造缝增透、增容增透、气驱增产、气胀致裂增透、微生物降解增产、强氧化剂氧化增产和表面改性增产等,指出水力压裂、钻冲压一体化、地面以孔代巷三项技术是以增透增产为主要途径的水力强化措施;三堵两注固液两相封孔、老孔修复增透、下向孔自动排水排渣三项技术则是以多重增产机制为基础,以延长抽采钻孔使用寿命、提高抽采瓦斯的质和量为途径的增产技术;气驱技术的本质是增加瓦斯压力梯度、实现抽采后期低压煤层瓦斯抽采增产。已经完成的工程试验和推广应用充分显示出这一技术体系的潜在优势,随着这一技术体系进一步的标准化和程序化,将成为煤矿瓦斯高效抽采的一种普适性技术,其推广应用将大幅度降低瓦斯治理成本。

潘庄煤层气井分压合采技术及其应用分析

为了查明潘庄煤层气分压合采井的主控因素和适用条件,选用了潘庄区块生产达五年以上的分压合采井为研究对象,通过对储层地质特征、水力压裂施工参数和排采数据的整理分析,探讨了分压合采井成功实施的地质和工程因素。研究结果表明,煤层气合采井成功的关键是压裂裂缝在煤层中充分扩展,控制裂缝的缝高,避免煤层与顶底板含水层在近井地带发生水力联系;各煤层的原始储层压力、临界解吸压力相匹配时或相差不大时,通过坚持"连续、缓慢、稳定"的排采方针,合层排采会取得成功。

煤层气水平井技术应用分析及优化

全国主要煤层气区块15年以上的开发实践表明,不同地质条件下,相同的水平井技术开发效果差异较大,可复制性差,亟需进行技术优化。基于水平井技术应用典型案例的数据统计分析,研究了井型、井身结构、完井方式、储层强化技术、排采装备及工艺的优化方法。结果表明,井型和井身结构对煤层气高效经济开发起决定性作用。U型和L型水平井最具推广应用价值。井身结构优化应保持水平段井眼平滑,U型井水平段井眼下倾,L型井水平段井眼上倾且设置沉煤粉“口袋”。根据地应力、煤层埋深和渗透性选择完井方式,低地应力、埋深浅的高渗煤层,水平井段采用筛管完井;高地应力、埋深大的低渗煤层,水平井段采用“套管水泥固井+分段密集多簇射孔+大规模水力压裂”技术。排采设备优选“杆式泵+抽油机”组合,实施智能化、精细化排采,严格管控“上产—稳产”阶段的排液速率,保证水平井高产稳产。

组态王6.53在煤矿瓦斯远程监控系统中的应用

文章详细介绍了组态王6.53在煤矿瓦斯远程监控系统中的应用,包括采集数据、传输数据、处理数据,以及通过组态王6.53完成环境参数的实时显示、曲线绘制、数据存储和数据管理等,并给出了系统编程的实例,系统分析和系统认证证明了该方法的高效性和系统的实时性。

影响中国煤层气开发的科学技术问题分析

在分析国外煤层气开发理论和技术的发展过程的基础上,针对我国煤层气开发的现状,提出了影响我国煤层气发展的主要的科学和技术难题,主要包括"硬煤"抽采理论和技术的精细刻画、结合井下瓦斯经验创新"软煤"抽采理论和技术。只有研究针对我国煤层气生成和赋存的物性条件的开采理论并指导开发实践才能推动我国煤层气产业的全面发展。

穿层钻孔水力强化抽采瓦斯关键技术及应用

穿层钻孔水力强化抽采瓦斯是煤与瓦斯突出矿井进行区域瓦斯治理的一项关键技术,包括钻孔布置方式、水力强化方式选择、水力强化泵注作业和效果评价方法。不同的煤体结构,选择不同的水力强化方式,其增透机理不同。对于硬煤,选择常规水力压裂和吞吐压裂,目的是在煤层中形成裂缝体系增透;对于软煤,主要通过水力喷射压裂和冲洗出部分软煤或软煤分层,使煤层卸压增透。软煤穿层钻孔水力强化在焦煤中马村矿成功试验,其良好的抽采瓦斯效果充分证明该技术在煤矿的应用价值。

平庆煤矿117801工作面钻孔施工、封孔和接抽安全技术的研究

为了解决平庆煤矿117801工作面的开采技术问题,本文对钻孔施工、封孔和接抽的技术进行了研究,解决了该工作面开采施工的技术难题,为多个同类工作面开采提供了技术指导。

平庆煤矿回风石门揭煤技术的研究

为了解决平庆煤矿回风石门的揭煤技术问题,对回风石门的防突技术、效果检验技术、突出危险性技术以及远距离放炮揭煤技术进行了研究,解决了回风石门揭煤的技术难题,为多个矿区回风石门的揭煤提供了可靠的技术指导。

风化煤暗发酵生物制氢与关键代谢途径分析

风化煤热值低、利用方式单一且污染环境,为拓宽风化煤的利用途径,实现资源利用和环境保护,对风化煤进行暗发酵制取生物氢气。选取山西晋城和太原、内蒙古乌海三个矿区的自然风化煤,以煤层矿井水作为菌种来源,通过生物产氢试验、GC-MS、三维荧光和宏基因组学等测试手段揭示风化煤生物制氢可行性及关键代谢产物和途径。结果表明:不同矿区风化煤可以被转化为生物氢气,其中乌海风化煤产氢量最大(10.26 mL/g),远高于晋城风化煤产氢量(5.22 mL/g)。风化煤产氢系统偏酸性环境,pH和COD质量浓度具有一定的规律性变化,随着发酵的进行部分有机物得到利用产生乙酸和氢气。风化煤产氢过程中液相有机物主要以酸类(乙酸、丙酸、正戊酸和丁酸)和醇类(2,3-丁二醇,糖醇和(S)-1,2-丙二醇)为主,可溶性有机质以腐殖酸和色氨酸蛋白类有机质为主,且随着发酵的进行,多种有机质被消耗利用。风化煤制氢过程中微生物主要以Pseudomonadota门和Citrobacter属为主,且主要通过分解和利用有机酸(乙酸、丙酸、丁酸、乳酸)产生氢气。风化煤制氢过程中,乙酸代谢途径以糖酵解途径为主,有机质被细菌分解生成丙酮酸后再被产氢细菌利用,其中丙氨酸激酶和醛酮酸脱氢酶在细胞代谢生成氢气过程中发挥着重要作用。研究结果揭示了风化煤产氢的潜力机制,为风化煤有效利用提供了理论参考。

风化煤与褐煤转化生物甲烷的差异性分析

为查明风化煤与褐煤生物甲烷生成量差别的内在原因,分别选取风化煤和褐煤,以富集驯化的菌液为菌种来源,通过生物产气模拟,红外光谱、X射线光电子能谱、16srRNA测试、扫描电镜测试来分析风化煤与褐煤生物产气量差异性的内在机制。结果表明:褐煤的生物产气潜力(7.63 mL/g)大于风化煤(3.24 mL/g);褐煤相比于风化煤,在产气过程中各类基团脱落明显,芳香类物质更多的被转化为小分子量的其它物质,同时酚碳或醚碳(C—O)氧化更加明显,有利于形成更多的小分子有机酸类物质;褐煤相较于风化煤在生物产气过程中表面侵蚀较严重,出现了较多的孔裂隙,使得有机质能够从这些孔隙中析出,有利于微生物进一步利用产气;褐煤中细菌和古菌多样性低于风化煤,但主要功能菌群占比较大,细菌中Macellibacteroides属和Lysinibacillus属占比达68.05%,古菌中Methanosarcina属和Methanobacterium属占比达89.99%,远大于风化煤,对煤中有机质的降解利用起到积极作用,能为后续产甲烷菌提供原料,因此褐煤更有利于被微生物利用产生物甲烷;风化煤的甲烷代谢类型为甲基类营养性区别于褐煤的氢营养型;在褐煤中微生物能够更好的利用乙酸作为碳源、葡萄糖和糖原能够被有效降解为丙酮酸,氧化(还原性)强,并产生供生化反应所需的ATP。研究结果为风化煤与褐煤产气差异机制提供理论参考,为今后风化煤与褐煤生物甲烷化利用提供现实意义。

煤层气井排采过程中压裂裂缝导流能力的伤害与控制

煤层气井排采过程中,压裂裂缝导流能力大小变化,直接影响压降漏斗扩展范围,进而影响煤层气井产气量的高低。以晋煤集团寺河矿3号煤制作煤片,以兰州石英砂为支撑剂,运用FCES-100裂缝长期导流能力评价仪,在实验室物理模拟了排采过程中煤储层压裂裂缝的导流能力变化规律。实验结果认为:煤层气井排采过程中压裂裂缝导流能力具有较强的应力敏感性,如果控制排采降压连续缓慢稳定进行,可以使压降漏斗充分扩展前应力敏感对导流能力的伤害较小;在水力压裂施工中可以通过增加砂比来减小支撑剂嵌入的影响,对于深井选用更高强度支撑剂可以克服支撑剂破碎引起的伤害;不稳定和断续排采可造成压裂裂缝导流能力快速下降,只有坚持排采降压的"连续、缓慢、稳定"进行,才能避免应力敏感和流速敏感带来的储层伤害,确保煤层气井开发取得好的效果。

煤储层水力压裂支撑剂的优选实验研究

针对我国600 m 以深煤层气井采用石英砂支撑剂和活性水压裂液,难以取得商业化开发价值产气量的现状,运用FCES-100 裂缝导流能力评价仪,分别测试了石英砂、陶粒和覆膜酸枣仁在不同闭合压力下的导流能力,统计了支撑剂的破碎率,并通过扫描电镜观测支撑剂的圆度和球度.实验结果表明：闭合压力小于15 MPa 时,陶粒、石英砂和覆膜酸枣仁均有良好的导流能力;当闭合压力为15-25 MPa 时,陶粒和覆膜酸枣仁的导流能力相对较高;当闭合压力大于25 MPa 时,只有陶粒保持相对较高的导流能力.在煤层气井水力压裂设计时,可根据煤层埋深选择水力压裂支撑剂.若煤层埋深小于600 m,选用石英砂支撑剂;若煤层埋深介于600-1 000 m,采用木质支撑剂（覆膜酸枣仁）或陶粒;若煤层埋深大于1 000 m,建议用陶粒支撑剂.

煤层气井越流补给的判识方法

排水降压是煤层气开发的技术依据,及时判别煤层气井是否存在越流补给,将关乎到排采工作制度的制定和产气量预测。通过煤层气井不同排采阶段的实际产水量与理论值的比较,并结合套压、井底流压、动液面和产气量的变化特征,能够快速判识越流补给。若煤层气井实际产水量明显高于理论值,且开始产气时动液面上升后不再下降,产气量和套压保持在较低水平,则认为该井存在越流补给。在此基础上,根据动液面、套压和产气量特征划分越流补给井类型,确定合理的后续排采制度。通过分析沁水盆地煤层气井的排采数据,验证了越流补给井及类型的快速识别方法。

基于低负碳减排的深部煤系气一体化开发技术路径

加快推进深部煤系气的商业化开发进程对保障国家能源安全、实现"双碳"目标具有重要意义。基于深部煤系气赋存地质特征,以煤系气一体化开发为出发点,论述采用复合压裂液对煤系气储层进行一体化缝网改造,建立集煤系气增产与CO_(2)同步封存为一体的低负碳减排技术体系,形成深部煤系气一体化开发技术路径。随着埋深和地层压力增大,深部煤系各类储层中游离气含量增加,煤系页岩气、致密气及水溶气资源贡献逐渐增大,煤系气总资源量增加。相较于煤储层,泥页岩层和致密岩层的可改造性强、敏感性弱,实施一体化改造,在泥页岩层和致密岩层中更容易建立可以长期维系的流体运移产出缝网通道,克服煤储层极易伤害的不足。液相CO_(2)前置液具有比水基压裂液更强的造缝能力,在深部储层条件下处于超临界态,可通过对储层萃取改性实现增解、增扩、增透和防水锁等增产效应;在储层条件允许的前提下可通过与CH4竞争吸附强化煤系气产出;液相CO_(2)吸附也可诱发煤岩体膨胀形成微裂缝,进一步沟通基质孔隙和压裂裂缝,促进气体由扩散运移转为渗流运移。液相CO_(2)的多重增产效应可以为煤系气这一低碳能源的商业化开发提供支撑,且注入的CO_(2)能够以吸附、游离和溶解态封存于煤系各类储层,因此,基于液相CO_(2)前置液的一体化开发技术属于低负碳减排技术。作为携砂液,水基低伤害压裂液的毛细管压力较低,具有更强的造缝能力,可有效抑制储层水锁和速敏伤害。建立了以煤系力学地层学为指导的储层评价方法,在煤系页岩气和致密气发育的多煤层区可优选宜采用直井/丛式井煤系气一体化开发的甜层和甜段,在煤系页岩气和致密气不发育的单一厚煤层区可优选水平井层位,实现地质—工程一体化和一井一法。通过分层(段)多簇不均匀射孔、大排量、变排量、大液量压裂形式,结合套管外暂堵、裂缝内暂堵、端部脱砂等限流措施及重复压裂等工艺,可以克服压裂阶段各类储层的层间矛盾,形成层间干扰,实现对各类储层的均匀改造,构建复杂的多级多类裂缝网络体系。采用多级配支撑剂可以实现对不同级别裂缝的有效支撑和裂缝网络的房柱式支撑。由此,在实现深部煤系气开发、获取低碳能源的同时,也可实现CO_(2)的同步封存,这一集低碳和负碳为一体的CCUS技术路径将为中国煤系气大产业建设和实现"碳中和"提供理论与技术支撑。

“停课不停学”在线教学实践与思考

为了更好落实教育部"停课不停学"在线教学政策,战胜疫情,做到"学校育人不停摆、教师教学有支撑、学生学习有成效",通过对"停课不停学"和在线教学模式的分析,总结在线课程建设与在线教学实践经验,归纳利用"超星学习通"和微信群开展在线翻转课堂教学的要点,从学校、教师和学生3个方面提出建议,促进在线课程建设和在线教学常态化,深化高职"三教"改革,提升办学水平,为地方经济建设培养更多高素质技术技能人才。

行动导向的“三环节”教学模式构建

针对高职"材料力学"教学原有模式的缺陷,以扭矩图的绘制教学为例,介绍了行动导向的"三环节"教学模式及方法,探讨了其在"材料力学"这类高职专业基础课程教学中的应用。

矿工心理疲劳试验研究

为了研究矿工心理疲劳,减少煤矿人因事故,保障煤矿安全生产,以煤矿工人为研究对象,通过双类内隐联想试验(IAT)和外显调查问卷相结合的方法对煤矿工人心理疲劳进行实证研究。首先,通过自由联想问卷、李克特量表及专家讨论确定试验材料;其次,通过卡内基梅隆大学等开发的试验生成系统E-prime 2.0软件编制内隐试验程序,试验预测矿工内隐心理疲劳;再次,借用马斯拉奇心理疲劳量表中文修订版,测量矿工的外显心理疲劳;最后,运用SPSS 25.0和Excel 19.0分析内隐和外显心理疲劳,以及内隐与外显心理疲劳的关系。结果表明:被试整体上存在心理疲劳;内隐和外显心理疲劳之间不存在相关关系或存在弱相关关系,它们属于不同的建构。

基于双IGT任务的矿工风险决策试验研究

为研究矿工个人风险决策倾向,控制人因事故的发生,降低煤矿事故发生率,保证煤矿生命和财产的安全,选用双爱荷华博弈任务(IGT)试验与调查问卷相结合的方法,邀请高平某煤矿矿工作为参与者进行实证研究,研究所获得的数据采用SPSS 25.0、GraphPad Prism 5.0和EXCEL 19.0等软件进行分析处理。结果表明:将试验中纸牌的选择次数进行检验,"突出奖励"试验中,参与者风险决策冒险倾向不明显;而"突出惩罚"试验中,参与者对高额惩罚条件下风险决策倾向更冒险,对低额惩罚条件下冒险决策倾向更保守;将试验中5个模块的净分数进行混合测量方差分析,"突出惩罚"条件下,参与者的风险决策更保守,而"突出奖励"条件下,参与者的风险决策倾向更冒险;"突出奖励"条件下,净分数与风险偏好及正向情绪边缘相关显著,"突出惩罚"条件下,净分数与特质自我控制显著相关,与其他变量不相关或存在弱相关。