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Damage characteristics and catastrophic failure mechanism of coal rock induced by gas adsorption under compression 被引量:5
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作者 Xiaochun Xiao Lei Wang +3 位作者 Jun Xu Xiangfeng Lv Pengfei Guo Yishan Pan 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2020年第3期587-595,共9页
To reveal the damage characteristics and catastrophic failure mechanism of coal rock caused by gas adsorption,physical tests and theoretical methods are employed.The results show that adsorption swelling can damage co... To reveal the damage characteristics and catastrophic failure mechanism of coal rock caused by gas adsorption,physical tests and theoretical methods are employed.The results show that adsorption swelling can damage coal rock,which can be distinguished by fractal dimension.A fitting relationship between the adsorption damage and fractal dimension is proposed by experimental testing and theoretical analysis.High gas adsorption pressure proves to be the dominant factor that leads to coal failure softening and gas outburst disasters.Three main parameters concerning adsorption damage include the change rate of released energy density,the transition difference in the post-peak acoustic emission(AE)b value and the change rate of cumulative AE energy.Results show that all the three parameters present a step-type decreasing change with the increase in fractal dimension,and the fractal dimension shows a linear relationship within the same failure mode.Finally,a method is proposed to evaluate coal rock disaster transformation,based on the aforementioned three main parameters of adsorption damage. 展开更多
关键词 Damage characteristics Catastrophic failure mechanism Adsorption damage coal rock
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Chaotic characteristics of electromagnetic emission signals during deformation and fracture of coal 被引量:8
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作者 NIE Bai-sheng HE Xue-qiu +2 位作者 LIU Fang-bin ZHU Cheng-wei WANG Ping 《Mining Science and Technology》 EI CAS 2009年第2期189-193,共5页
Electromagnetic emission(EME) is a kind of physical phenomenon accompanying the process of deformation and fracture of loaded coal and rock and it is of importance in quantitatively analyzing its characteristics.This ... Electromagnetic emission(EME) is a kind of physical phenomenon accompanying the process of deformation and fracture of loaded coal and rock and it is of importance in quantitatively analyzing its characteristics.This will reveal the process of deformation and fracture of coal and predicting dynamic disasters in coal mines.In this study,the G-P(Grassberger and Procaccia) algorithm,calculation steps of the(if only 1 dimension) correlation dimension of time series and the identification standards of chaotic signals are introduced.Furthermore,the correlation dimensions of EME and the acoustic emission(AE) signals of time series during deformation and fracture of coal bodies are calculated and analyzed.The results show that the time series of pulses number of EME and the time series of AE count rate are chaotic and that the saturation embedding dimensions of a K3 coal sample are,respectively,5 and 6.The results can be used to provide basic parameters for predicting of EME and AE time series. 展开更多
关键词 coal and rock electromagnetic emission correlation dimension chaotic characteristics
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Molecular Organic Geochemical Characteristics and Coal Gas Potential Evaluation of Mesozoic Coal Seams in the Western Great Khingan Mountains 被引量:2
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作者 QU Yue SHAN Xuanlong +2 位作者 DU Tiantian DU XianLi ZHAO Rongsheng 《Acta Geologica Sinica(English Edition)》 SCIE CAS CSCD 2020年第2期409-417,共9页
Coal-bearing strata are widespread in the western Great Khingan Mountains. Abundant coal resources have been found in the Jurassic Alatanheli Groups, the Cretaceous Bayanhua Groups, the Damoguaihe Formation and the Yi... Coal-bearing strata are widespread in the western Great Khingan Mountains. Abundant coal resources have been found in the Jurassic Alatanheli Groups, the Cretaceous Bayanhua Groups, the Damoguaihe Formation and the Yimin Formation. The organic geochemical characteristics were analyzed in combination with hydrocarbon source rock evaluation and molecular organic geochemistry experiments, and the coal gas potential of coal seams was evaluated. The source rock evaluation results indicated that the Mesozoic coal samples have the characteristics of high organic matter abundance(TOC>30%), low maturity(Ro values of approximately 0.6%), and type Ⅲ composition. The hydrocarbon generation potentials of the Alatanheli Groups and Bayanhua Groups are high, while the generation potentials of the Damoguaihe Formation and the Yimin Formation are low. The results of geochemistry show that the depositional environment of the coal seam was a lacustrine, oxidizing environment with a low salinity, and the source of the organic matter was mainly higher plants. Affected by weak degradation, the coal seams mainly formed low-maturity gas of thermal catalytic origin. The Cretaceous coal seams contain a large amount of phytoplankton groups deposited in a low-stability environment affected by a transgression event, and the potential range varied widely. For the Jurassic coal seams, the depositional environment was more stable, and the coal seams feature a higher coal-forming gas potential. 展开更多
关键词 coal source rocks MOLECULAR organic matter geochemical characteristics low-maturity GAS coal GAS western part of the GREAT Khingan MOUNTAINS
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An Evaluation on the Physical and Chemical Composition of Coal Combustion Ash and Its Co-Placement with Coal-Mine Waste Rock 被引量:1
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作者 Ginting J. Kusuma Hideki Shimada +4 位作者 Takashi Sasaoka Kikuo Matsui Candra Nugraha Rudy S. Gautama Budi Sulistianto 《Journal of Environmental Protection》 2012年第7期589-596,共8页
In the last few decades, the utilization of coal to generate electricity was rapidly increasing. Consequently, the production of coal combustion ash (CCA) as a by-product of coal utilization as primary energy sources ... In the last few decades, the utilization of coal to generate electricity was rapidly increasing. Consequently, the production of coal combustion ash (CCA) as a by-product of coal utilization as primary energy sources was increased. The physical and geochemical characteristics of CCA were site-specific which determined by both inherent coal-source quality and combustion condition. This study was intended to characterize the physical, chemical and mineralogical properties of a coal-combustion ash (CCA) from a site specific power plant and evaluate the leachate characteristic of some scenario on the co-placement of CCA with coal-mine waste rock. The physical properties such as specific gravity, dry density, porosity and particle size distribution were determined. Chemically, the CCA sample is enriched mainly in silica, aluminum, iron, and magnesium along with a little amount of calcium and sodium which includes in the class C fly ash category. Moreover, it is found that the mineral phases identified in the sample were quartz, mullite, aragonite, magnetite, hematite, and spinel. Co-placement experiment with mudstone waste rock shows that the CCA, though it has limited contribution to the decreasing permeability, has important contributed to increase the quality of leachate through releasing higher alkalinity. Moreover, addition of CCA did not affect to the increase of the trace metal element in the leachate. Hence, utilization of CCA by co-placement with coal mine waste rock in the dumping area is visible to be implemented. 展开更多
关键词 coal Combustion ASH Characteristic Co-Placement Sulfidic WASTE rock
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Compaction and seepage characteristics of broken coal and rock masses in coal mining:A review in laboratory tests
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作者 Cun Zhang Yanhong Chen +1 位作者 Zhaopeng Ren Fangtian Wang 《Rock Mechanics Bulletin》 2024年第2期1-20,共20页
Broken coal and rock(BCR)are an important component medium of the caving zone in the goaf(or gob),as well as the main filling material of fault fracture zone and collapse column.The compaction seepage characteristics ... Broken coal and rock(BCR)are an important component medium of the caving zone in the goaf(or gob),as well as the main filling material of fault fracture zone and collapse column.The compaction seepage characteristics of BCR directly affect the safe and efficient mining of coal mines.Thus,numerous laboratory studies have focused on the compaction seepage characteristics of BCR.This paper first outlines the engineering problems involved in the BCR during coal mining including the air leakage,the spontaneous combustion,the gas drainage,and the un-derground reservoirs in the goaf.Water inrush related to tectonics such as faults and collapse columns and surface subsidence related to coal gangue filling and mining also involve the compaction seepage characteristics of BCR.Based on the field problems of BCR,many attempts have been made to mimic field environments in laboratory tests.The experimental equipment(cavity size and shape,acoustic emission,CT,etc.)and experimental design for the BCR were firstly reviewed.The main objects of laboratory analysis can be divided into compression tests and seepage test.During the compaction test,the main research focuses on the bearing deformation characteristics(stress-strain curve),pore evolution characteristics,and re-crushing characteristics of BCR.The seepage test mainly uses gas or water as the main medium to study the evolution characteristics of permeability under different compaction stress conditions.In the laboratory tests,factors such as the type of coal and rock mass,particle size,particle shape,water pressure,temperature,and stress path are usually considered.The lateral compression test of BCR can be divided into three stages,including the self-adjustment stage,the broken stage,and the elastic stage or stable stage.At each stage,stress,deformation,porosity,energy,particle size and breakage rate all have their own characteristics.Seepage test regarding the water permeability experiment of BCR is actually belong to variable mass seepage.While the experimental test still focuses on the influence of stress on the pore structure of BCR in terms of gas permeability.Finally,future laboratory tests focus on the BCR related coal mining including scaling up,long term loading and water immersion,mining stress path matching were discussed. 展开更多
关键词 coal mining Broken coal and rock Laboratory test Engineering problems Experimental equipment Breakage characteristics Compaction characteristics Seepage characteristics
原文传递
Research on attenuation characteristic of sound wave in coal or rock body 被引量:5
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作者 聂百胜 何学秋 +1 位作者 李祥春 高虹 《Journal of Coal Science & Engineering(China)》 2007年第2期154-158,共5页
In order to using power sound wave increase permeability of coal, rules of attenuation of sound wave in coal should be studied. In this paper, characteristic and mechanism of attenuation of sound wave in coal was rese... In order to using power sound wave increase permeability of coal, rules of attenuation of sound wave in coal should be studied. In this paper, characteristic and mechanism of attenuation of sound wave in coal was researched according to acoustic theory and attenuation coefficients was estimated by acoustic parameter of coal. The research results show that the main attenuation mechanism of sound wave in coal is absorption attenuation and scattering attenuation. The absorption attenuation includes viscous absorption, thermal conduction absorption and relaxation absorption. Attenuation coefficient of sound wave in gaseous coal is 38.5 Np/m. Researches on attenuation characteristic of sound wave will provide the theoretical basis for power sound wave improving permeability of coal and accelerating desorption of coal bed gas. 展开更多
关键词 sound wave coal or rock body ATTENUATION CHARACTERISTIC
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急倾斜深埋巨厚煤层掘巷冲击地压前兆特征及其灾害防治 被引量:2
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作者 来兴平 贾冲 +6 位作者 胥海东 崔峰 刘旭东 王昊 陆长亮 张随林 何仕凤 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期337-350,共14页
随着冲击地压矿井逐渐向深开采,其巷道掘进伴随的冲击显现愈发强烈。针对巷道掘进过程中的冲击地压有效防治问题,以新疆乌东煤矿急倾斜煤层矿井为例,运用微震监测对巷道掘进的冲击地压时空前兆特征加以分析。结合巷道掘进的应力与能量... 随着冲击地压矿井逐渐向深开采,其巷道掘进伴随的冲击显现愈发强烈。针对巷道掘进过程中的冲击地压有效防治问题,以新疆乌东煤矿急倾斜煤层矿井为例,运用微震监测对巷道掘进的冲击地压时空前兆特征加以分析。结合巷道掘进的应力与能量变化数值模拟分析,揭示巷道掘进的冲击地压发生机理,提出急倾斜巨厚煤层巷道冲击地压防治策略,并完成现场工程实践验证。研究结果表明:急倾斜巨厚煤层巷道掘进的冲击地压发生前第2~5天出现微震总能量极低值,或存在至少4 d的能量潜伏期;冲击地压发生前5 d普遍存在3 d以上的最大能量占比高频波动期。冲击地压发生前存在明显缺震现象,发生位置集中分布在距离掘进工作面较近的微震能量极小值区间范围内,或位于微震能量极值区间附近的微震频次极小值区间范围内,且冲击地压事件位于冲击变形能指数较高区域。急倾斜巨厚煤层水平分段综放开采的坚硬覆岩结构不易破断,使得巷道掘进存在上水平采空区两侧“双翼型”应力集中,掘进工作面前方与巷道底部受顶底板岩层相互挤压的应力集中分布且能量积聚显著,随着巷道掘进深度增加其应力集中与能量积聚进一步增强,容易诱发冲击地压等动力灾害。综合分析形成急倾斜巨厚煤层巷道掘进的工作面爆破卸压、巷道钻孔卸压与补强支护、复杂区域架蓬的冲击地压防治策略。结合冲击地压时空前兆异常为及时加强卸压力度提供时机。通过工作面与巷道卸压使得掘进期间未发生单日累计1×105 J以上微震能量,在对支护优化调整与复杂区域重点防护后,巷道掘进日均微震能量降至2.2 kJ,其1 kJ以上微震事件占比下降且巷道断面整体平整。研究结果为急倾斜巨厚煤层巷道安全掘进提供了科学依据。 展开更多
关键词 急倾斜巨厚煤层 巷道掘进 冲击地压 前兆特征 防治策略
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鄂尔多斯盆地中东部地区石炭系本溪组煤岩气储层特征
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作者 刘新社 黄道军 +3 位作者 虎建玲 周国晓 杜小伟 戴贤铎 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期51-62,共12页
近年来,鄂尔多斯盆地多口风险探井在石炭系本溪组煤岩中获得工业气流,展示出该盆地煤岩气良好的勘探前景,但关于该盆地煤岩气储层特征的研究较少,煤岩气储层分布规律认识不清,制约了下一步勘探部署。为此,以本溪组8号煤为例,综合岩心、... 近年来,鄂尔多斯盆地多口风险探井在石炭系本溪组煤岩中获得工业气流,展示出该盆地煤岩气良好的勘探前景,但关于该盆地煤岩气储层特征的研究较少,煤岩气储层分布规律认识不清,制约了下一步勘探部署。为此,以本溪组8号煤为例,综合岩心、扫描电镜及物性等分析化验资料,对盆地深层煤岩的宏观煤岩类型、显微组分、煤质特征、孔-裂隙发育特征、物性特征和甲烷吸附能力等储层特征开展了系统研究,建立煤岩气储层评价标准,并预测了煤岩气的有利分布区。研究结果表明:①8号煤以原生结构的光亮煤、半亮煤为主,显微组分中镜质组含量高,灰分平均值为17.77%,镜质体最大反射率为1.08%~2.23%,以肥煤-贫煤为主。②8号煤储集类型以胞腔孔、气孔和裂隙为主,其中裂隙包括宏观割理和微裂隙;孔裂隙体积分布以“U”字形结构为主,微孔贡献最大,其次为微裂隙;比表面积分布呈“L”字形,呈现出微孔单峰。③8号煤氦气法孔隙度平均值为6.25%,渗透率平均值为4.21 mD,煤岩在地层状态下具有良好的渗透性。④8号煤空气干燥基兰氏体积为7.79~26.08 m^(3)/t,平均值为18.60 m^(3)/t,兰氏压力为2.03~4.17 MPa,平均值为3.12 MPa,煤岩吸附能力与灰分含量呈负相关性,与成熟度呈正相关性。结论认为,鄂尔多斯盆地本溪组8号煤发育2类有利区,其中横山-米脂-绥德一带为Ⅰ类有利区,面积约11200 km^(2);乌审旗西和榆林北为Ⅱ类有利区,面积约13300 km^(2),2类有利区资源量超过4.5×10^(12) m^(3),可形成煤岩气规模增储上产的现实领域。 展开更多
关键词 鄂尔多斯盆地 石炭系 本溪组 8号煤 深层煤岩 储层特征 煤岩气 勘探有利区
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鄂尔多斯盆地煤岩气富集条件及资源潜力
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作者 牛小兵 范立勇 +4 位作者 闫小雄 周国晓 张辉 荆雪媛 张盟勃 《石油勘探与开发》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期972-985,共14页
通过对鄂尔多斯盆地深部煤层的沉积环境、分布特征、煤岩性质、储层特征、含气性特征以及聚散组合等方面开展系统研究,以揭示该盆地煤岩气富集条件,评价其资源潜力。研究表明:①鄂尔多斯盆地石炭系—二叠系广泛发育厚层煤层,主力煤层二... 通过对鄂尔多斯盆地深部煤层的沉积环境、分布特征、煤岩性质、储层特征、含气性特征以及聚散组合等方面开展系统研究,以揭示该盆地煤岩气富集条件,评价其资源潜力。研究表明:①鄂尔多斯盆地石炭系—二叠系广泛发育厚层煤层,主力煤层二叠系山西组5^(#)、石炭系本溪组8^(#)煤生烃能力强,热演化程度高,为煤岩气形成奠定了丰富的资源基础;②深部煤岩储集物性好,孔渗条件佳,5^(#)、8^(#)煤平均孔隙度为4.1%和6.4%,平均渗透率分别为8.7×10^(-3)μm^(2)和15.7×10^(-3)μm^(2);煤岩中割理和裂隙发育,与微孔共同构成主要的储集空间,且随着演化程度增高,微孔体积呈增大趋势;割理和裂隙的发育程度对渗透率影响较大;③煤岩储层与工业分析的成分在纵向上存在较为明显的非均质性分布,与下段相比,中上段受灰分充填影响较小的光亮煤,其孔隙和裂隙更为发育,为优质储层发育层段;④鄂尔多斯盆地深部煤岩含气性好,含气量为7.5×20.0 m^(3)/t,煤岩气中游离气占比明显高于浅层煤层气,游离气占比为11.0%~55.1%,超过10%;深部煤岩中游离气富集程度主要受控于宏孔和微裂缝的数量;⑤煤岩压力测试分析表明,煤灰、煤泥聚散组合封盖性好,泥岩/灰岩(顶板)-煤层-泥岩(底板)的成藏组合条件下,煤岩气测值总体较高;⑥通过体积法对鄂尔多斯盆地煤岩气资源量进行了初步评价,估算结果为22.38´1012 m3,并优选了鄂尔多斯盆地煤岩气主要有利区。研究认为,鄂尔多斯盆地中东部的乌审旗、横山—绥德、延安、子长以及宜川地区是8^(#)煤层煤岩气有利勘探区,盆地中东部的临县西、米脂、宜川—黄陵、榆林以及乌审旗—横山地区是5^(#)煤层煤岩气有利勘探区,有望形成新的天然气规模储量、产量增长区。 展开更多
关键词 煤岩气 煤层气 临界深度 煤岩特征 富集条件 聚散组合 资源潜力 勘探方向 鄂尔多斯盆地
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煤巷掘进过程中煤岩破裂微震事件研究
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作者 雷东记 刘宁 +2 位作者 王登科 刘丽英 贾子强 《河南理工大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2024年第1期25-34,共10页
目的为了监测和预警煤矿掘进巷道前方可能发生的危险,方法利用微震监测技术实时监测,利用监测系统捕获到的数据信息研究掘进影响下微震事件的空间分布规律、发生时间、频次和能量关键点,然后利用短时傅里叶变换和S变换方法分析典型煤岩... 目的为了监测和预警煤矿掘进巷道前方可能发生的危险,方法利用微震监测技术实时监测,利用监测系统捕获到的数据信息研究掘进影响下微震事件的空间分布规律、发生时间、频次和能量关键点,然后利用短时傅里叶变换和S变换方法分析典型煤岩破裂微震信号的时频特征。结果结果表明:(1)微震事件主要分布在沿掘进巷道前方50~100 m区域,大多为中低能量微震事件,仅在掘进工作面前方出现少量强度较大的煤岩破裂事件,且震级多为-2~0;(2)掘进速度和发生微震事件的数量及能量大小成正相关,同时掘进速度也影响着煤岩动力灾害的发生;(3)巷道掘进会造成煤岩体失稳,其中岩体破裂信号频率高,为0~2000 Hz,比重值大,主频约700 Hz;煤岩破裂微震事件信号频率为90~1000 Hz,主频约250 Hz;岩体破裂后,支撑力下降,压力转移给煤体,导致煤体破裂,煤体破裂微震事件信号频率为90~1000 Hz,主频约350 Hz。结论微震事件能够综合反映煤岩体受力破坏程度,判别掘进过程中煤岩破裂类型,为矿井生产中煤岩动力灾害的预警提供理论基础。 展开更多
关键词 煤巷 微震监测 空间分布规律 关键点 时频特征 掘进速度 煤岩破裂
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炼焦煤热解过程中膨胀压力的形成机制及对焦炭质量的影响
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作者 王帅 周文艳 +3 位作者 高亚芳 申岩峰 王美君 常丽萍 《煤炭转化》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期30-43,共14页
在工业室式炼焦过程中,膨胀压力过高会造成焦炉炉墙损坏及推焦困难,膨胀压力过低会影响焦炭产品质量。现行焦化工艺通过调节入炉煤挥发分控制膨胀压力,缺乏对炼焦煤膨胀压力形成机制的本质认识,可能导致焦炉运行不稳定、焦炭质量波动大... 在工业室式炼焦过程中,膨胀压力过高会造成焦炉炉墙损坏及推焦困难,膨胀压力过低会影响焦炭产品质量。现行焦化工艺通过调节入炉煤挥发分控制膨胀压力,缺乏对炼焦煤膨胀压力形成机制的本质认识,可能导致焦炉运行不稳定、焦炭质量波动大等问题。基于此,通过分析炼焦煤结构特性,从分子水平探究了膨胀压力的形成及演变,并揭示了炼焦煤膨胀性与焦炭质量的本质联系。利用核磁共振碳谱(^(13)C NMR)分析了五种不同煤阶的炼焦煤(Q1,JA1,F1,J1和S1)的化学结构。通过热重分析(TGA)、小型热解实验等方法以及基式流动度测定仪、奥亚膨胀仪、透气性在线检测装置及膨胀压力和膨胀位移检测装置等仪器探究了单种煤热解过程中煤基体分解行为、流动特性和膨胀特性的演化机制。结果表明:热解气体CO,CO_(2),CH4的释放和低透气性带的形成影响了膨胀压力的产生,适宜的膨胀压力可提高焦炭质量;300℃~450℃是煤产生膨胀压力的温区,与煤中f_(al)^(O1),f_(al)^(O2)和f_(al)^(1)~f_(al)^(5)结构的分解有关;膨胀压力过高(120 kPa~180 kPa)的煤,形成的焦炭孔隙多、真密度小,质量差;膨胀压力适中(90 kPa~120 kPa)的煤,形成的焦炭质量较好。 展开更多
关键词 煤化学结构 流动特性 膨胀特性 演化机制 焦炭质量
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循环冲击荷载作用下煤岩组合体力学响应和能量耗散特征研究
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作者 杨科 郑诗章 +4 位作者 刘文杰 许日杰 张寨男 刘帅 池小楼 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第20期150-161,共12页
为探究循环冲击下煤岩组合体的力学响应与能量耗散特征,采用分离式霍普金森压杆试验系统,设计开展5种不同冲击速度的煤岩组合体循环冲击压缩试验,对比分析不同冲击速度下组合体动态应力应变关系、能量耗散特性和破坏特征。研究结果表明... 为探究循环冲击下煤岩组合体的力学响应与能量耗散特征,采用分离式霍普金森压杆试验系统,设计开展5种不同冲击速度的煤岩组合体循环冲击压缩试验,对比分析不同冲击速度下组合体动态应力应变关系、能量耗散特性和破坏特征。研究结果表明:循环冲击下煤岩组合体存在明显的临界效应,冲击速度低于临界速度时动态抗压强度在冲击前期迅速降低,峰值应变变化率随冲击速度增加而降低;循环冲击下试件总吸收能和分形维数逐渐增大,在临界速度时达到峰值,超过临界速度后两者皆降低;冲击速度超过临界速度后,总吸收能相同时循环冲击条件下煤岩体破坏程度高于单次冲击;当煤岩强度比为1∶2时,随着总吸收能的增加,岩体从积聚和传递能量作用转向于加剧组合体破坏;冲击作用下组合体呈张拉劈裂破坏,低速条件下宏观裂纹萌发主要发生在远离胶结面的煤体端面,随着冲击速度增大远离胶结面岩体一侧亦有裂纹出现,根据失稳发生区域组合体破坏类型分为煤体失稳型和组合体失稳型,循环冲击下均发生组合体失稳型破坏。研究结果为软弱岩层动压巷道与采场围岩稳定性控制提供基础研究。 展开更多
关键词 循环冲击 煤岩组合体 动力学特性 能量耗散 分形维数 裂纹扩展
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深层煤岩气压裂研究进展与展望
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作者 李小刚 唐政 +4 位作者 朱静怡 杨兆中 李扬 谢鹏 廖宇 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期126-139,共14页
中国深层煤岩气资源丰富,勘探开发潜力巨大。水力压裂是开发深层煤岩气的重要工程技术,目前深层煤岩气水力压裂仍然存在技术瓶颈,在一定程度上制约了深层煤岩气的勘探开发。为进一步明确深层煤岩气水力压裂技术现状和发展趋势,基于鄂尔... 中国深层煤岩气资源丰富,勘探开发潜力巨大。水力压裂是开发深层煤岩气的重要工程技术,目前深层煤岩气水力压裂仍然存在技术瓶颈,在一定程度上制约了深层煤岩气的勘探开发。为进一步明确深层煤岩气水力压裂技术现状和发展趋势,基于鄂尔多斯盆地和沁水盆地深层煤岩气勘探开发案例,分析了深层煤岩气压裂地质特征的特殊性,论述了深层煤岩气压裂工程技术现状,剖析了深层煤岩气压裂存在的理论与技术挑战,最后展望了压裂改造理论与技术发展方向。研究结果表明:①与中深层页岩、低渗透致密砂岩和浅层煤层相比,深层煤岩具有更复杂的裂缝和割理裂隙网络系统,具有低孔低渗、煤体结构完整、高地应力、高弹性模量、低泊松比的特征,这些地质特征差异使得深层煤岩对应的压裂改造技术内涵应有差异;②深层煤岩主流压裂改造主体技术为水平井超大规模极限体积压裂和多轮次转向缝网弥合压裂;③下一步需持续研究不同煤阶、不同地域的深层煤岩气压裂地质特征差异性、压裂裂缝起裂及延伸规律、低成本压裂材料、高效压裂工艺技术。结论认为,深层煤岩气压裂改造开发需要结合压裂地质特征构建多尺度地质模型,建立“地质-工程”双甜点预测模型,并大力发展低成本、环境友好的压裂材料及工艺配套技术,进而实现深层煤岩气的规模效益开发。 展开更多
关键词 深层煤岩气 地质特征 多尺度地质模式 压裂改造技术 储层对比 展望
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循环梯度加载下煤岩损伤破坏特性及能量演化规律研究
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作者 张民波 李春欣 +4 位作者 张世龙 黄强勇 牛艺骁 贾雨豪 刘任涛 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2024年第2期133-140,共8页
煤矿开采中岩体受开挖卸荷因素的影响常处于反复的循环加载过程,为研究循环梯度加载作用下煤岩的损伤破坏特性和能量演化规律,对煤样进行单轴循环梯度加载实验,对比分析煤岩在不同循环梯度加载下的变形破坏特性、输入能量密度、耗散能... 煤矿开采中岩体受开挖卸荷因素的影响常处于反复的循环加载过程,为研究循环梯度加载作用下煤岩的损伤破坏特性和能量演化规律,对煤样进行单轴循环梯度加载实验,对比分析煤岩在不同循环梯度加载下的变形破坏特性、输入能量密度、耗散能密度和损伤变量的规律。结果表明:随着循环梯度应力的递增,煤岩试样所承受的循环次数递减、峰值强度降低,分别为17.97、14.86、11.23、10.53 MPa;在循环梯度加载中,输入能量密度绝大部分以弹性应变能的形式储存于岩样内部,耗散能在单次循环输入总能量的0.2%~40%之间递增。选用累积耗散作为煤岩损伤破坏全过程的量化指标,并通过Logistic方程对煤岩损伤进行了拟合,得到了煤岩损伤的演化模型。 展开更多
关键词 煤岩损伤 围岩控制 循环梯度加载 破坏变形 耗散能 能量演化 损伤特性
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层状复合夹煤岩石组合体试样强度试验与破坏特征研究
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作者 石建军 贾明琦 +5 位作者 冯吉成 苏士杰 张建伟 闻志雄 吉志海 牛格轩 《实验技术与管理》 CAS 北大核心 2024年第4期9-14,共6页
针对巷道复合夹煤组合结构顶板易冒落问题,以某矿取芯和钻孔窥视探测获得的巷道层状复合夹煤顶板结构组合类型为实验背景,对砂质泥岩、中砂岩以及煤厚度为20、30、40 mm不同结构组合类型的复合试件进行了单轴压缩试验,研究了复合夹煤岩... 针对巷道复合夹煤组合结构顶板易冒落问题,以某矿取芯和钻孔窥视探测获得的巷道层状复合夹煤顶板结构组合类型为实验背景,对砂质泥岩、中砂岩以及煤厚度为20、30、40 mm不同结构组合类型的复合试件进行了单轴压缩试验,研究了复合夹煤岩石组合体的力学特性与破坏特征。试验结果表明:复合夹煤岩石组合体的抗压强度均小于单一岩石,中砂岩夹煤厚度为30mm时抗压强度达到单一中砂岩抗压强度的85.95%,抗压强度随着煤厚变薄而下降;砂质泥岩夹煤厚度为20 mm时仅为单一砂质泥岩抗压强度的32.5%,随着夹煤厚度增加抗压强度也增大,夹煤厚度超过30mm后抗压强度增大不明显。复合夹煤岩石组合体整体呈X状共轭斜面剪切破坏、单斜面剪切破坏、部分拉伸破坏,随着复合夹煤岩石组合类型不同呈现不同的破坏特征等。 展开更多
关键词 层状复合顶板 复合夹煤岩石组合体 单轴压缩 力学特性 破坏特征
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黄河流域煤矿矿井水综合利用问题分析及管控建议 被引量:2
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作者 马怡斋 王海燕 +4 位作者 武亚凤 乔肖翠 李雪 何江涛 刘琰 《环境科学研究》 CSCD 北大核心 2024年第1期122-130,共9页
黄河流域煤炭资源丰富,但水资源匮乏,如何在确保生态环境安全的前提下,最大程度实现煤矿矿井水的综合利用,成为该地区迫切需要解决的热点问题.黄河流域煤矿矿井水的涌水量分布不均,呈南多北少的特征,且水质具有高矿化度、碱性或弱碱性... 黄河流域煤炭资源丰富,但水资源匮乏,如何在确保生态环境安全的前提下,最大程度实现煤矿矿井水的综合利用,成为该地区迫切需要解决的热点问题.黄河流域煤矿矿井水的涌水量分布不均,呈南多北少的特征,且水质具有高矿化度、碱性或弱碱性以及高氟化物的特点.结合当前煤矿矿井水主要的综合利用途径,在总结国内外煤矿矿井水排放管控要求的基础上,识别当前制约我国煤矿矿井水综合利用的原因包括外排受较多制约,缺少供水需求,缺少对水质标准、技术规范和政策监管的改善,处理过程中缺乏技术规范化指导以及缺乏鼓励矿井水综合利用的措施等.针对以上问题,从实事求是地制订煤矿矿井水外排的管理要求、科学制订基于不同利用途径的煤矿矿井水综合利用水质标准、加强煤矿矿井水处理技术的推荐和引导以及建立多部门协作机制等方面,提出提高黄河流域煤矿矿井水综合利用率的建议,以期为合理利用水资源、确保生态环境安全、促进黄河流域高质量发展提供支撑. 展开更多
关键词 煤矿矿井水 水质水量特征 综合利用 排放要求 管控建议
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基于深度特征的煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出图像感知报警方法 被引量:3
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作者 程继杰 刘毅 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期245-257,共13页
冲击地压和煤与瓦斯突出容易造成煤矿重特大事故。针对目前煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出事故发生主要靠人工发现,结合灾害造成不同于正常工况下采掘工作面和巷道空间的颜色和深度特征,提出了一种基于深度特征的煤矿冲击地压和煤与瓦斯突... 冲击地压和煤与瓦斯突出容易造成煤矿重特大事故。针对目前煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出事故发生主要靠人工发现,结合灾害造成不同于正常工况下采掘工作面和巷道空间的颜色和深度特征,提出了一种基于深度特征的煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出图像感知报警方法:在煤矿井下巷道顶板、巷帮靠近顶板以及采掘工作面液压支架顶部或靠近顶部等位置多点布置带有补光灯的彩色双目摄像机,实时采集采掘工作面和巷道空间彩色图像和深度图像;以煤矿井下与灾害抛出煤岩有着鲜明颜色差别的生产设备作为背景,监测识别是否出现彩色图像颜色发生较大变化;如果掘进巷道端头、巷道中间、巷道入口,或回采工作面,或进风巷道入口、巷道中间,或回风巷道入口、巷道中间,或主运输、辅助运输大巷等位置彩色双目摄像机监测到图像颜色发生较大变化,则监测彩色图像平均亮度是否小于设定的亮度阈值;如果平均亮度小于设定的亮度阈值,则以与灾害抛出煤岩有鲜明颜色差别的生产设备为背景,监测深度图像是否发生较大变化;如果深度图像发生较大变化,那么监测导致深度图像发生较大变化物体的移动速度是否大于设定的速度阈值(v>13 m/s);当移动速度大于设定速度阈值时,利用多点布置的甲烷传感器监测监视区域内甲烷浓度,当采煤工作面、掘进工作面、进风巷道、回风巷道、总回风巷道等多个不同地点均监测到甲烷浓度大幅升高或达到报警值,那么进行煤与瓦斯突出报警,反之,则进行冲击地压报警。提出了彩色双目摄像机感知灾害最佳倾角的确定方法,以及导致深度图像发生较大变化物体移动速度的确定方法。在确保安全性的前提下,简化了灾害模拟试验,设计了一套煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出颜色和深度特征模拟试验装置:采用与煤岩颜色和比重相近的10 mm橡胶球替代灾害抛出煤岩;利用直径315 mmPVC管模拟煤矿井下巷道受限空间以及与抛出煤岩有着鲜明颜色差异的背景设备;利用轴流式高压鼓风机作为动力装置,进行模拟冲击地压和煤与瓦斯突出发生时大量煤岩抛出造成的采掘工作面和巷道空间颜色和深度异常特征;利用3.4 mm焦距、30FPS、71°×55°视场角的彩色双目摄像机,完成对整个灾害模拟过程的监视与彩色双目图像采集。研究分析表明,提出的方法可识别出灾害发生时颜色和深度特征,验证了基于深度特征的煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出图像感知报警方法的可行性与有效性。 展开更多
关键词 冲击地压 煤与瓦斯突出 颜色特征 深度特征 速度特征 图像识别
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循环载荷作用下煤岩复合结构宏-细观破坏特征及能量-损伤本构模型 被引量:2
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作者 王凯 左晓欢 +3 位作者 杜锋 孙加智 鞠杨 丰程涛 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期767-784,共18页
煤炭深部开采过程中,周期性开采扰动行为会使邻近煤层的煤岩复合结构承受循环载荷的作用,因此,研究不同循环载荷作用下煤岩复合试样的力学响应行为及宏-细观失效特征具有重要工程意义。选取3种不同的加(卸)载速率,开展了2种循环加卸载... 煤炭深部开采过程中,周期性开采扰动行为会使邻近煤层的煤岩复合结构承受循环载荷的作用,因此,研究不同循环载荷作用下煤岩复合试样的力学响应行为及宏-细观失效特征具有重要工程意义。选取3种不同的加(卸)载速率,开展了2种循环加卸载路径下的单轴循环压缩试验(同步测定声发射信号),分析了煤岩复合试样的损伤失效特征;基于能量耗散原理,构建了煤岩复合试样在循环载荷作用下的能量-损伤本构模型,最后结合试验实测数据进行验证。结果表明:加(卸)载速率与复合试样的峰值强度呈正相关,当加(卸)载速率从0.05 mm/min增大到0.15 mm/min时,恒定下限逐步循环加卸载路径(路径I)、变上下限等幅循环加卸载路径(路径II)下,试样的峰值应力分别增加了22.44%和28.89%;高加(卸)载速率下,试样的内部裂纹扩展越快,煤岩复合试样中煤组分的破碎程度加剧,分形维数随之增大,试样的内部裂纹扩展越快;随着加(卸)载速率的增大,煤组分中沿基质破坏增多。循环分级跨度大的路径(路径I)有助于试样内部的应力传递,为试样内部裂纹的发育提供了有利条件,导致对应试样的破坏程度更高。试验曲线和能量-损伤本构理论曲线具有较强的一致性,表明所建的能量-损伤本构模型能够很好地描述煤岩复合试样在循环加卸载过程中的变形行为。 展开更多
关键词 煤岩复合结构 循环载荷作用 加(卸)载速率 宏-细观特征 能量-损伤本构模型
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高强度重复开采覆岩与地表移动机理
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作者 张传宝 蔡来良 +3 位作者 王巍 柴华彬 邹友峰 张文志 《金属矿山》 CAS 北大核心 2024年第7期173-180,共8页
为了给神东等大型煤炭生产基地生态修复和“三下”开采提供理论和技术支持,以实测方式为基础,深入研究了高强度重复开采地表移动特征和机理。分别对老采空区下开采、工作面隔离煤柱下开采、跨老采空区和隔离煤柱下开采这3种工况布设地... 为了给神东等大型煤炭生产基地生态修复和“三下”开采提供理论和技术支持,以实测方式为基础,深入研究了高强度重复开采地表移动特征和机理。分别对老采空区下开采、工作面隔离煤柱下开采、跨老采空区和隔离煤柱下开采这3种工况布设地表移动观测线,开展快速密集监测,采集了丰富的地表移动数据。结合井下推进过程,通过数据分析,获得了不同时期下沉和水平移动值,绘制了地表移动曲线时序图。研究表明:隔离煤柱对地表下沉的发展过程具有阻碍性、带动性和活化性等特征,水平移动方向对井下推进方向具有追随性等现象。据此建立了高强度重复采动条件下形成的块体岩层结构模型,分析了块状岩体在井下推进过程中平衡—旋转平移—再平衡的运动过程,揭示了地表移动实测曲线形态背后的岩层移动机理。研究成果可为该矿区或类似矿区开采沉陷预计模型建立和生态环境修复治理提供参考。 展开更多
关键词 开采沉陷 重复开采 煤柱 地表移动特征 块体岩层结构
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贤按煤田煤岩煤质特征及成煤环境研究
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作者 曹磊 朱士飞 +2 位作者 张谷春 张莉 徐惠恒 《中国煤炭地质》 2024年第5期29-32,共4页
对贤按煤田合山组钻孔煤样进行了元素分析和煤岩煤质分析,结果表明:贤按煤田合山组煤样整体为特低全水分、特高灰分、高挥发分、特低固定碳煤。有机组分以镜质组为主,含少量惰质组,不含壳质组。镜质组以基质镜质体为主,偶见均质镜质体... 对贤按煤田合山组钻孔煤样进行了元素分析和煤岩煤质分析,结果表明:贤按煤田合山组煤样整体为特低全水分、特高灰分、高挥发分、特低固定碳煤。有机组分以镜质组为主,含少量惰质组,不含壳质组。镜质组以基质镜质体为主,偶见均质镜质体、结构镜质体。惰质组偶见碎屑惰质体和半丝质体。有机质总量平均值为30.18%。无机组分以黏土为主。合山组煤主要形成于温暖潮湿的海陆过渡相缺氧还原环境。 展开更多
关键词 贤按煤田 煤岩 煤质 成煤环境
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