重复注气压降法煤层渗透率模型与原位测试研究

煤层渗透率作为衡量瓦斯渗流与抽采难易程度的重要指标,对其进行准确测定具有重要意义。针对现有方法计算渗透率测试周期长、结果不稳定、模型不完善等问题,研究煤层渗透率的快速准确测定方法及相应的计算模型。基于煤层中气体径向不稳定流控制方程,结合不同压差下气体在煤层中的体积流量方程,建立可利用全区间压降数据测定煤层渗透率的注气压降计算模型。应用COMSOL数值模拟软件的达西渗流模块对模型进行求解,针对现场工程设计中可对压降曲线产生影响的测压气室长度进行单变量处理,根据模拟结果分析钻孔的测压气室长度可设计为2.0 m。根据数值模拟结果进行现场布置,搭建井下重复注气压降试验系统,结合煤层瓦斯赋存条件和巷道条件施工两组穿层钻孔,对2个测点分别注入两次高于煤层瓦斯压力的补偿气体进行渗透率原位测试,测试周期分别约为6 d和17 d,第2轮测试的注气压力高于第1轮。结合理论推导验证了注气压降过程中煤层瓦斯的雷诺数均处于线性达西渗流段,瓦斯在煤层中的渗流符合达西定律,满足计算模型的假设。与传统煤层渗透率计算方法进行了比较,结果表明:本方法和径向流量法的计算结果基本一致,可以满足实际工程需要。重复注气压降法的测试结果稳定可靠,具备快速测定的优点。

木瓜界选煤厂落煤溜槽智能化清堵系统研究及应用

为确保木瓜界选煤厂物料正常输送,保障后续工段作业物料供给,针对木瓜界选煤厂落煤管堵塞问题,进行了落煤管智能清堵系统的相关研究。通过分析现用清堵设备、技术及木瓜界选煤厂的实际堵塞原因,研制了一套能耗低、维修量低、可保证整个落煤溜槽通畅的智能清堵系统。智能清堵系统分别在落煤管的主要拐点及变径处外侧共铺设8层气动助流装置,其中每层气动助流装置由4个紧贴管壁的助流喷嘴构成,通过自动化控制系统控制高速气流沿管壁喷射,减小管壁与物料间的摩擦力,从根本上同时消除黏壁和结拱问题,且系统具备预清堵功能,可在设定的时间自行开启,确保管路顺畅,有效解决了现有技术中振动位置固定、清堵范围小、稳定性差、工作量过大、造价过高等问题。

带式输送机装载除尘装置设计及试验

通过设计一款带式输送机装载除尘装置,缓解综采工作面带式输送机运行过程中转载点粉尘浓度大、煤矸转载冲击砸断皮带、皮带跑偏等问题。通过现场测试应用,转载点粉尘质量浓度由132 mg/m^(3)减少至45 mg/m^(3),输送皮带跑偏、断带故障大幅减少,实用效果显著。

煤粉掺氨空气分级燃烧排放特性及炉内过程烟气特性试验

以往针对氨煤掺烧研究多集中在数值模拟及小型试验炉,大型试验炉上多为技术可行性的点工况试验。在一台50 kW自持燃烧下行试验炉中在不同工况下针对燃煤掺氨燃烧产物的排放和过程分布特性展开研究,重点分析了不同掺氨比例、燃尽风率及运行氧量的影响。为充分了解氨与煤燃烧过程中对NO生成的贡献,针对纯氨燃烧进行一系列试验。试验结果表明,空气分级燃烧可大幅降低燃煤掺氨燃烧NO的排放,掺氨比例为10%~90%时NO排放质量浓度在170~215 mg/m^(3),同纯煤燃烧NO排放质量浓度处于同一水平;最佳燃尽风比率维持在38%附近,继续增大燃尽风比率不会进一步降低NO排放,反而会导致燃烧不充分等负面影响。纯氨燃烧利用空气分级技术可以很好地控制出口NO浓度,但纯氨燃烧稳定性远不及氨煤掺混燃烧,运行氧浓度较低时易出现氨逃逸现象。燃煤掺混氨燃烧既可解决氨燃烧困难、出口NO排放浓度过高的问题,又可减少燃煤CO_(2)排放,是一项极具潜力的技术路线。

某火电#1机组锅炉掉焦导致MFT事件的分析与防范

以实际案例介绍了因经济煤种掺烧配比不合适,低负荷下进行炉膛吹灰引起炉膛掉焦,最终导致火检信号全失,触发MFT的事件。通过分析整个事件经过,找出事件原因,梳理暴露出的问题,并提出相应的防范措施,为采用同类型的锅炉的电厂运行维护提供参考。

高煤阶煤层气井压降扩展规律研究及应用——以沁水盆地樊庄区块为例

文章以沁水盆地樊庄区块直井为研究对象,综合考虑因排采降压差异导致的储层渗透率动态变化这一特征,通过搭建应力-压缩性-渗透性三者之间的关系,构建了适用于高煤阶煤储层的气-水流动模型,同时分别对单相产水阶段、两相采气阶段的压降扩展规律进行了量化分析,理清了樊庄区块煤层气井压降扩展规律,从而优化了现场单井排采制度。结果表明:在采气阶段存在最佳提气速度,其次确定了影响煤储层压降扩展的6个主控因素,拟合得到了采气阶段-最佳提气速度预测公式,为樊庄区块及类似地区煤层气井的排采管控提供了指导依据。

Research on 3D Modeling and Visualization of Coal Pillars for Surface Protection

In order to safely exploit coal resource, protection coal pillars must be prepared in coal mines. Some correlative parameters of protection coal pillar are calculated by Drop face and Drop line methods. Models of protecting surface objects and coal pillars are established by TIN modeling and object-oriented technique. By using ACCESS2000as the database and the VC++ and OpenGL as the language, the calculation of protective coal pillars is realized and the 3D-visulizaiton system for protected objects on ground surface and for coal pillars is developed. The system can obtain the data of characteristic points on the surface interactively from the digitized mine topography map, constructing 3D model automatically. It can also obtain the interrelated parameters of the coal seam and drill hole data from existing geological surveying database to calculate the location, surface area and the total coal columns. The whole process can be computed quickly and accurately. And the 3D visualization system was applied in a mine, showing that the system solve the problem of complex calculation,not only realized the automatic 3D mapping and visualization of coal pillars for buildings protection , but also greatly improves the working efficiency.

基于机器视觉的带式输送机落料口堆煤检测

针对带式输送机落料口堆煤检测存在准确性、实时性和可靠性差的问题,提出一种基于机器视觉的带式输送机落料口堆煤检测方法,利用工业相机采集落料口图像,通过以太网传输给堆煤检测器,堆煤检测器利用堆煤检测算法对图像进行处理与分析,实现堆煤检测,并通过以太网将检测结果传输给上位机。改进了ShuffleNetV2网络模型,用空洞卷积替代模型中的标准卷积,在不增加计算量的前提下增大感受野,在基本单元中增加了高效通道注意力模块ECA,提高特征提取能力。提出了改进ShuffleNetV2网络模型的堆煤检测算法,利用暗通道的图像去雾增强算法对采集的图像进行去雾和增强处理,构建了落料口图像数据集,利用该数据集训练改进ShuffleNetV2网络模型,再利用训练好的网络模型进行堆煤检测。采用Cortex-A57架构4核JetsonNano开发板设计了堆煤检测器的硬件和软件。研究结果表明:该方法能够实现带式输送机落料口堆煤的实时检测,准确率达到98.34%,图像处理速度为23帧/s。

局部震动诱发煤体非稳态裂纹扩展及其冲击显现特征

为探明脆性煤体受静载作用下细观裂纹演化规律及宏观冲击显现特征,通过实验和模拟相结合的方法开展了煤样受压脆性破断的声发射信号演化及应力降过程研究。结果表明,煤体瞬时应力降过程裂纹演化规律与常规准静态受载过程在裂纹扩展诱发机制和裂纹扩展模式及范围方面均有显著差异:瞬时应力降中局部裂纹剪切滑移引发的大能量震动事件诱发其临自由面细观拉伸裂纹快速扩展贯通,进而形成碎屑并弹射飞出,其过程以拉伸裂纹动态扩展为主,而剪切裂纹在形成贯通面过程中产生;煤体受载大能量震动事件呈局部积聚并向周边扩展的规律,其形成的扰动诱发煤体局部细观裂纹快速扩展贯通及结构动态失稳,引发煤体宏观应力降及冲击显现现象;另外,震动事件、应力降及冲击显现存在时序性。煤体冲击显现烈度与应力降前后刚度比及释放能量正相关,所测试煤样临界刚度比约为18.2,小于此值时无明显冲击显现现象,反之,随着刚度比和释放能量增大相继呈现少量碎屑弹射、大量碎屑弹射、碎块弹射和剧烈煤爆4种冲击显现现象;冲击显现中碎屑弹射速度及动能随刚度比增大有一定的上升趋势,同时碎屑极限速度也相应增大。静载作用下煤体动态失稳过程的研究及结论对理解煤矿冲击矿压孕育演化过程及致灾机理有一定的借鉴作用。

通许深部煤层气测试压裂技术探索及应用

通许区块山西组发育深部煤层,与浅层煤层气相比含气量高、游离气丰富,割理裂隙发育,压裂施工过程中滤失大、易形成短缝、加砂困难。前期采用浅层煤层气常规压裂技术压裂施工压力高,加砂困难,压后效果不理想。针对深部煤层储层特征及改造难点,开展了深部煤层气压前注入压降和原地应力测试,获取煤层参数,为压裂设计参数优化提供依据;同时,通过室内实验、数值模拟研究,探索试验了饱填砂压裂技术。现场A井山1煤层采用“大排量、大规模、饱填砂”体积压裂设计思路完成压裂施工,施工排量最高20 m 3/min,入地液量4315 m 3,加砂量347 m 3,是常规压裂加砂强度的7倍,压后最高日产气量7299 m 3,累计产气量71509 m 3,效果显著。该技术的试验成功,为深部煤层气压裂提供了技术指导。

不同形式正断层采动应力及瓦斯赋存规律研究

为了探究不同形式正断层的采动应力及瓦斯赋存规律,以界沟煤矿为工程背景,采用FLAC3D数值模拟研究了工作面过断层时的采动应力演化规律,通过在界沟煤矿西一采区进行现场测试,得出了不同类型正断层附近的瓦斯赋存规律。研究表明:正断层随着断裂带宽度的增大,断层带的影响范围也越大;断层带的卸压程度随断层倾角的增大,而逐渐变小,随断层落差的增大,而逐渐增大;阶梯式、地堑式、地垒式断层组合中间区域呈两边低中间高的应力分布规律,并且卸压程度要强于断层组合外侧区域;当煤厚突增发生在正断层上盘应力增高区附近时应力相对于非构造区域会增大约1.22倍,受叠加应力影响会出现应力集中现象;瓦斯含量与煤层厚度呈正相关关系,正断层附近煤层厚度与瓦斯含量总体呈现逐渐减小的趋势,并且断层落差越大断层附近的瓦斯含量和K1值就越小。当工作面推进到断层附近时应注意煤层厚度变化,加强瓦斯相关参数测试,提前预测风险,有针对性地做好防治措施。

煤储层压力变化规律模拟研究

准确量化储层压力的实时变化是预测储层孔渗变化特征、控制采气效果的关键因素。为了进一步探究保德地区煤储层压力动态变化特征及其对煤层气井产能的影响,在考虑正负效应的影响下,基于生产动态资料,建立了煤储层压力实时模拟检测技术,定量刻画了保德地区饱和煤层气藏和欠饱和煤层气藏煤储层压力动态变化规律。通过对比不同压降条件下的产能,为生产提供预测依据和理论指导。在煤层气井开发过程中,饱和煤层气藏平均储层压力呈线性下降,以单井平均日产气量为选定标准,压降速率分为快速降落型(大于0.096 MPa/m)、适稳降落型(0.063~0.096 MPa/m)和缓慢降落型(小于0.063 MPa/m),适稳降落型(4648 m^(3)/d)压降制度煤层气井产能明显好于快速降落型(2531 m^(3)/d)和缓慢降落型(2968 m^(3)/d),快速降落型煤层气井产能最低。欠饱和煤层气藏在开发初期单相水流阶段,平均储层压力急速下降,初期压降速率分为快速降落型(大于0.38 MPa/m)、适稳降落型(0.228~0.38 MPa/m)和缓慢降落型(小于0.228 MPa/m),快速降落型(526 m^(3)/d)压降制度煤层气井产能明显低于适稳降落型(1021 m^(3)/d)和缓慢降落型(1054 m^(3)/d);随着储层压力降到临界解吸压力后,为气、水两相流阶段,储层压力呈线性缓慢下降。建议保德地区饱和煤层气藏初期压降速率维持在0.063~0.096 MPa/m,欠饱和煤层气藏初期压降速率不超过0.38 MPa/m。

高碱金属燃料灰结渣特性表征方法

由于准东煤和生物质等碱金属含量高,其燃烧用于发电供热易造成锅炉受热面沾污结渣,成为锅炉安全稳定长周期运行的技术瓶颈。灰的熔融特征参数是指导锅炉设计和运行的重要依据,实际工程应用中,普遍采用GB/T 219—2008《煤灰熔融性的测定方法》测定4个特征温度来描述灰熔融过程的变化,从而判断灰的沾污结渣特性。然而该方法制灰过程中碱金属挥发,导致测量结果明显高于实际值,对锅炉设计运行无指导意义。总结不同灰化终温下碱/碱土金属的释放规律:准东煤550℃时,Na析出约20%~50%,815℃时,析出在30%~80%;生物质中K在400℃时开始析出,到800℃时,K几乎全部析出。在此基础上,进一步分析了国标法制灰后熔点的测量方法,尽管采用低温灰样,在制灰过程中抑制了碱金属的挥发,但在后续加热测量熔点的过程中仍会引起碱金属的释放,进而明确了国标法不适用于高碱金属燃料灰熔融特性的测定。为此,针对高碱金属燃料,提出一种低温灰化后,用压差法测定灰初试烧结温度的测量方法,并在压差法试验装置上进行测量,达初始烧结温度前,样品室压降随温度升高而增大,满足达西定律,一旦出现烧结时,样品体积收缩,样品室两端压降迅速降低,则压降变化的拐点为燃料的初始烧结温度,也是灰熔融团聚的最低温度。采用低温灰化仪制得稻壳灰,并在试验台上开展初步试验,测得其初始烧结温度为695℃,与工业上实际结渣温度吻合较好,而国标法测得软化温度高达1500℃以上,远高于稻壳实际结渣温度,初步表明,该试验方法可准确表征高碱金属燃料结渣特性,为工业应用提供参考。

断裂自锁防掉钻杆的设计及应用

钻杆长期服役会不可避免地发生断裂并导致掉钻,严重影响了钻孔施工效率和成孔率,还会给煤矿带来重大经济损失。针对施钻过程中钻杆随机断裂导致的掉钻问题,指出了丝锥打捞技术存在的不足,通过分析钻杆断裂特点,得出解决掉钻难题的关键是研究公接头断裂后的轴向连接技术。提出具有断裂自锁功能的主动防掉技术,阐述了其技术原理,介绍了防掉钻杆设计原则,设计并研制了ø73 mm防掉钻杆。室内实验结果表明,钻杆抗扭能力20120 N·m,抗拉能力1444 kN,公接头断裂后的二次抗拉能力384 kN。并在山西焦煤西山煤电(集团)有限公司进行工业性试验,200根钻杆累计进尺43757 m,发生的5次断裂事故均位于公接头螺纹根部区域,其中4次直接将断点以深的钻杆全部提出,另1次因孔内严重埋钻未能提出孔内钻杆。现场试验结果表明,该钻杆结构合理,具有良好使用寿命和可靠的主动防掉能力。研究可为钻杆设计提供新方向,为煤矿井下钻孔安全高效低成本成孔提供钻具支撑。

基于煤颗粒热态研究的滴管炉应用现状与开发方向

目前滴管炉系统以其体积较小、操作便利以及模拟性能较好等优点被广泛应用于煤的热解、气化与燃烧等热模试验研究,以深入了解煤样品的相关特性及反应动力学机理,并为实际工业生产过程的优化提供试验基础和理论指导。综述了近年来国内外将滴管炉应用于煤粉热模试验的研究进展,目前应用的滴管炉主要可分为3类:气化炉型常压滴管炉、加压滴管炉及两段式滴管炉,各类型滴管炉以其结构、功能的不同而被应用于不同试验研究。基于对3类滴管炉应用现状的分析和炉内颗粒沉降仿真模拟,进一步剖析目前滴管炉存在的主要问题,并提出了3点改进开发方向:扩展可模拟条件、加强全面温度监控、维持颗粒沉降稳定,以期使滴管炉系统能在未来相关研究中发挥更大作用。

氨-煤在沉降炉中掺烧试验及氨的氧化动力学

发展先进的碳减排技术、实现双碳目标已成为能源领域最迫切的攻关难题。我国燃煤电厂碳排放占比很大。氨作为零碳燃料,在热值、合成、运输等方面具有显著优势。氨在燃煤锅炉中混烧是实现大规模利用的重要途径,然而大规模掺烧过程中NO_(x)排放控制将是未来面临的主要挑战之一。在沉降炉试验平台对氨煤开展混燃试验,研究温度(1000~1300℃)、空燃比(0.8~1.5)、掺烧比例(0~30%)等对NO_(x)排放的影响。结果表明,控制较低燃烧温度和空燃比是抑制氨向NO_(x)转化的关键。在空燃比1.5、掺烧20%氨工况下,1200和1300℃下NO_(x)排放量可达780×10^(-6)和1870×10^(-6)。随氨掺烧比例增加,NO_(x)排放水平线性增长,但整体燃料氮向NO的转化显著下降。借助详细化学反应机理(Glarborg 2018、Mendiara 2009、Konnov)计算结果表明,Konnov机理预测结果更接近试验结果。进一步采用Konnov机理讨论了燃烧温度、空燃比等变量对纯氨燃烧NO_(x)排放的影响,发现温度与NO_(x)排放浓度呈指数型增长,而空燃比由1.0提高至1.1时NO_(x)排放总量发生突变。引入混合因子讨论氧化剂与氨的混合水平对NO_(x)排放的影响,发现延长氨与氧化剂的混合距离能显著降低NO_(x)排放强度。

粉尘治理技术在炼化热电装置的改造应用

为治理炼化企业热电装置粉尘危害,通过工程分析、职业病危害检测等方法对某热电装置粉尘的时空分布进行调查分析,对现场采用曲线落煤管、无动力除尘、干雾抑尘和负压除尘等粉尘治理技术实施改进。结果表明:上述技术方案能有效降低现场粉尘的浓度,具有较好的推广应用前景;同时由于热电装置粉尘治理需考虑经济性、可靠性、实用性,以及考虑物料的不同性质、工艺系统的不同特点,因此设备需采取多种组合方案布置。通过提出粉尘控制措施,为职工创造良好的工作环境、保护作业人员健康。

国产甲烷化催化剂在煤制天然气项目中的应用

煤制天然气技术的煤炭综合利用率高,是对我国“少气”短板的一个有效补充。但煤制天然气技术的核心甲烷化催化剂被国外垄断,不仅削弱了企业的经济效益,还制约了我国煤制清洁能源的发展。为增加我国的能源供给,打破国外对甲烷化催化剂的垄断,实现我国煤制天然气项目甲烷化催化剂的国产化替代,国内某公司甲烷化催化剂于2021年5月在河南晋控天庆煤化工有限责任公司煤制天然气装置上实现主反应器甲烷化催化剂的国产化替代应用,并通过168 h的满负荷连续运行考核。经过近10个月的运行,证明国产甲烷化催化剂的活性指标达到国外同类产品标准,但甲烷化催化剂床层的阻力升高相对偏快。此外,国产甲烷化催化剂的供货价格和供货周期均优于国外催化剂,具有显著的经济效益。

煤层气井储层地质工程特征对产能的控制研究

为了提高煤层气井的单井产气效果,从煤层气开发的地质静态参数和工程动态参数出发,研究煤层气井产气效果的影响因素。文章基于山西沁水盆地某区块12口典型煤层气井的储层参数、地质特征和开发数据,从地质控制因素和工程控制因素出发,详细剖析了煤层气资源特征、煤储层渗流、构造、能量特征、钻井、压裂、排采工程等七个方面的24种因素,研究各因素对煤层气井产气效果的控制程度。结果表明:同一区块煤层气井的产气效果存在差异,受地质因素和工程因素共同影响;煤层气资源及煤储层渗流、构造和能量特征对煤层气井的产气影响较显著,且当研究区煤储层渗透率大于0.7 mD时,有利于煤层气井获得较好的产气效果;断层影响煤储层的含气性和排采过程中的流体运移,煤层气开发应避开断层,保持400 m的安全距离;煤层气井的见套压力及放气压力越高,越有利于扩大煤储层的解吸半径,有利于煤层气井高产稳产;煤储层的压裂施工规模对产气量影响较大,研究区加液规模比加砂规模对煤层气井的产气影响更显著;煤层气井应合理控制各个阶段的压降速率和产气提升速率,在控压提产阶段的压降速率宜控制在10 kPa/d以内,扩大煤储层的压降漏斗半径。通过对研究区煤层气井的地质及工程因素进行分析,为煤层气地质选区、选点提供理论支撑,为煤层气工程开发提供技术指导。

破碎机粉尘数值模拟及除尘器的选择

为进一步解决破碎机对煤炭进行破碎操作时粉尘通过缝隙或在诱导风的作用下溢出至周围工作环境,导致粉尘浓度超标影响操作人员身心健康和设备运行可靠性的问题,基于CFD数值模拟软件对破碎机落煤管导料槽内外的粉尘特性进行仿真分析,并为其配套相匹配的除尘器。通过数值仿真模拟和实际测量的方式验证了加装除尘器后的除尘效果。