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割缝数量影响下穿层瓦斯抽采钻孔注浆后裂隙扩展研究

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岩石力学与工程学报 2024年第S1期43卷 3296-3309页

作者：王登科郭玉杰魏建平尚政杰王保国王岳栩付建华董博文唐家豪河南理工大学河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室–省部共建国家重点实验室培育基地河南焦作454000 河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454000 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454000 郑煤集团白坪(河南)煤业有限公司河南登封452482

为解决煤矿瓦斯抽采难题,提高瓦斯抽采钻孔封孔效果,探究瓦斯抽采钻孔注浆封孔后岩石注浆体受割缝影响的力学性质劣化及裂隙扩展规律,开展岩石注浆体的工业CT扫描及三轴压缩试验,全面分析割缝对岩石注浆体力学性质的劣化作用和岩石注浆... 详细信息

为解决煤矿瓦斯抽采难题,提高瓦斯抽采钻孔封孔效果,探究瓦斯抽采钻孔注浆封孔后岩石注浆体受割缝影响的力学性质劣化及裂隙扩展规律,开展岩石注浆体的工业CT扫描及三轴压缩试验,全面分析割缝对岩石注浆体力学性质的劣化作用和岩石注浆体受载破坏后的裂隙扩展规律。研究结果表明:三轴应力条件下,岩石注浆体试样破坏后,二维裂隙率和分形维数随割缝数量线性增加,并在割缝位置附近达到峰值,这表明钻孔割缝对岩石注浆体的裂隙扩展具有导向作用,且割缝数量为1时试样裂隙分布范围最小;试样在受载破坏后三维裂隙率和分形维数随割缝数量线性增加,欧拉数则随割缝数量呈现出线性减小的趋势,这表明钻孔割缝会改善裂隙连通性,使得裂隙网络趋于复杂;同时,4种不同割缝数量的岩石注浆体试样的抗压强度随割缝数量的增加而减小,但其渗透率随割缝条数的增加而减小,综合考虑选取1~2条割缝较为合理,并经现场试验验证了割缝注浆封隔一体化技术的合理性。

关键词：岩石力学岩石注浆体裂隙扩展工业CT扫描割缝注浆封孔技术穿层钻孔

微纳米孔隙内气体流动特性与LBM数值模拟研究

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河南理工大学学报（自然科学版） 2024年第2期43卷 15-25页

作者：王登科袁明羽李振张清清尚政杰付建华王岳栩唐家豪郭玉杰庞晓非河南理工大学河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室-省部共建国家重点实验室培育基地河南焦作454000 河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454000 河南理工大学煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454000 太原理工大学安全与应急管理工程学院山西太原030024 中煤科工集团沈阳研究院有限公司辽宁抚顺113122 郑州煤炭工业(集团)有限责任公司河南郑州450000

目的研究瓦斯气体在煤层中的流动特性对于揭示煤层瓦斯赋存机理和扩散运移特性具有重要意义。煤中微纳米级孔隙结构十分复杂,为研究煤层瓦斯气体在微纳米孔隙中的流动特性,方法以均质纳米多孔炭薄膜为测试对象,采用扫描电镜实验对其孔... 详细信息

目的研究瓦斯气体在煤层中的流动特性对于揭示煤层瓦斯赋存机理和扩散运移特性具有重要意义。煤中微纳米级孔隙结构十分复杂,为研究煤层瓦斯气体在微纳米孔隙中的流动特性,方法以均质纳米多孔炭薄膜为测试对象,采用扫描电镜实验对其孔隙大小和孔隙率进行定性定量分析;利用纳米尺度气体流动特征实验装置开展微纳米孔隙的气体流动实验研究,通过对比分析传统达西渗流模型和适用于微尺度下气体流动模型,结果得到更为详细的微纳米孔隙内气体流动特性:纳米多孔炭薄膜的视渗透率随着进气口压力的升高而下降,二者呈负相关的线性变化规律;视渗透率随着努森数降低而降低,二者呈正相关的线性变化规律,表明气体在微纳米尺度下的流动不符合传统的达西定律,滑脱效应和气体扩散不可忽视。采用格子Boltzmann方法(lattice boltzmann method,LBM)模拟不同进气口压力下的气体流动,得到不同气体压力下出口的气体流量,与实验结果进行对比,LBM模拟的平均误差为8.25%,整体吻合性较好,表明LBM数值模拟可有效揭示气体在微纳米尺度下的流动特性。结论研究结果可为今后分析煤层中的瓦斯流动机制和流动规律提供理论借鉴。

关键词：微纳米孔隙纳米多孔炭气体流动特性 LBM模拟 LBM-D2Q9模型

基于工业CT扫描和LBM方法的含瓦斯煤裂隙演化与渗流特性研究

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采矿与安全工程学报 2022年第2期39卷 387-395页

作者：王登科田晓瑞魏建平张宏图姚邦华付建华尚政杰吴岩河南理工大学河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室—省部共建国家重点实验室培育基地河南焦作454000 安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室安徽淮南232001 河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454000 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454000 郑州煤炭工业(集团)有限责任公司河南郑州450000

煤层裂隙系统的扩展和发育是控制煤层渗透率的主要因素,分析加载条件下煤层渗透率的变化对研究煤层气的运移特性及其开发具有重要意义。开展了基于工业CT扫描条件下的含瓦斯煤三轴渗流实验,测试结果表明:含瓦斯煤在加载条件下的变形过... 详细信息

煤层裂隙系统的扩展和发育是控制煤层渗透率的主要因素,分析加载条件下煤层渗透率的变化对研究煤层气的运移特性及其开发具有重要意义。开展了基于工业CT扫描条件下的含瓦斯煤三轴渗流实验,测试结果表明:含瓦斯煤在加载条件下的变形过程大致分为初始裂隙压密阶段、弹性变形阶段、屈服变形阶段、破坏阶段和残余变形阶段;基于CT扫描技术的裂隙重构真实客观反映了含瓦斯煤三维裂隙场的演化过程;含瓦斯煤渗透率大小与其内部裂隙发育和扩展密切相关,并随变形表现出了先减小后增加,再减小再增加的变化特征。采用格子Boltzmann方法模拟重现了含瓦斯煤全应力-应变过程中内部渗流场的演化规律,并预测了含瓦斯煤的渗透率,预测渗透率平均误差为11.11%。与含瓦斯煤内部裂隙发育程度及演化过程高度吻合,有效揭示了裂隙控制下的含瓦斯煤渗透性演化过程和特征。研究结果可为裂隙煤体瓦斯抽采和煤矿安全生产提供理论支撑。

关键词：含瓦斯煤格子Boltzmann方法 CT扫描裂隙演化瓦斯渗流

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瓦斯含量直接测定方法漏损量推算的研究

煤矿安全 2012年第1期43卷 1-4页

作者：尚政杰郑州煤炭工业(集团)有限责任公司通风管理部河南郑州450042

为了提高瓦斯含量直接测定法的准确性、可靠性,在实验室测试了崔庙煤矿11采区、裴沟32采区2个煤样在不同吸附平衡压力下不同时间段的累计解吸量,运用数学软件统计分析2个煤样的解吸数据,研究得出了2个煤样具有对数解吸规律。通过和巴雷... 详细信息

为了提高瓦斯含量直接测定法的准确性、可靠性,在实验室测试了崔庙煤矿11采区、裴沟32采区2个煤样在不同吸附平衡压力下不同时间段的累计解吸量,运用数学软件统计分析2个煤样的解吸数据,研究得出了2个煤样具有对数解吸规律。通过和巴雷尔、孙重旭、王佑安公式对比分析后发现对数函数公式优于其它漏损量推算公式,据此提出了对数函数公式用于直接法漏损量的推算及其工程应用初步建议。

关键词：矿井瓦斯防治瓦斯含量煤样解吸漏损量对数函数

极薄保护层钻采上覆煤层透气性变化及分布规律

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煤炭学报 2010年第3期35卷 411-416页

作者：刘海波程远平宋建成尚政杰中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221008 中国矿业大学煤矿瓦斯治理国家工程研究中心江苏徐州221008 郑州煤炭工业(集团)有限责任公司河南郑州452371

为了分析极薄保护层钻采的卸压保护效果,采用相似模拟和现场试验相结合的研究方法,系统研究了被保护层卸压前后煤层透气性变化及分布规律。相似模拟试验研究表明,极薄保护层钻采后,被保护层产生卸压膨胀变形,煤层透气性增大,煤层透气性... 详细信息

为了分析极薄保护层钻采的卸压保护效果,采用相似模拟和现场试验相结合的研究方法,系统研究了被保护层卸压前后煤层透气性变化及分布规律。相似模拟试验研究表明,极薄保护层钻采后,被保护层产生卸压膨胀变形,煤层透气性增大,煤层透气性系数由3.80 m2/(MPa2.d)增大到7.11 m2/(MPa2.d)。上覆煤岩体移动稳定后,由于煤岩体应力逐渐恢复,煤层透气性系数降至5.61 m2/(MPa2.d),在保护层始采线前方和停采线后方的一定范围内上覆被保护层透气性比采空区中部大。随着被保护煤层逐渐被压实,煤层透气性有所降低,为了达到最佳的瓦斯抽采效果,必须在保护层钻采的同时进行卸压瓦斯抽采。现场实测极薄保护层钻采后被保护层透气性系数由0.047 m2/(MPa2.d)增加到18.928 m2/(MPa2.d),提高了403倍。

关键词：极薄保护层被保护层煤层透气性相似模拟卸压

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豫西“三软”煤层煤样解吸规律研究

矿业安全与环保 2012年第1期39卷 8-9,13页

作者：尚政杰郑州煤炭工业(集团)有限责任公司通风管理部河南郑州450042

为了提高瓦斯含量直接测定法的准确性、可靠性,在实验室根据MT/T 641—1996规定的方法测定了郑煤集团崔庙矿11采区煤样、裴沟矿32采区煤样在不同吸附平衡压力下不同时间段的累计瓦斯解吸量,并运用数学软件统计分析两煤样的解吸数据,研... 详细信息

为了提高瓦斯含量直接测定法的准确性、可靠性,在实验室根据MT/T 641—1996规定的方法测定了郑煤集团崔庙矿11采区煤样、裴沟矿32采区煤样在不同吸附平衡压力下不同时间段的累计瓦斯解吸量,并运用数学软件统计分析两煤样的解吸数据,研究得出两煤样瓦斯解吸规律可用对数函数进行描述。据此提出对数函数公式用于直接法测定瓦斯损失量的推算及其工程应用的初步建议。

关键词：瓦斯含量煤样解吸损失量对数函数

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突出煤层采空区卸压影响范围确定研究

煤炭工程 2022年第8期54卷 72-77页

作者：陈广金周礼杰尚政杰李军校王岳栩张振立郑州煤炭工业(集团)有限责任公司河南郑州450000 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100086 郑煤集团(河南)白坪煤业有限公司河南郑州452482 郑州煤炭工业(集团)有限责任公司芦沟煤矿河南郑州452373

为了消除突出煤层瓦斯威胁,提高掘进效率,以白坪煤矿13091工作面及13111工作面为研究对象,采用数值模拟及现场实测的手段,测定突出煤层回采工作面采空区卸压影响范围,确定卸压煤巷条带卸压带宽度,优化新工作面临采空区巷道的布置,以便... 详细信息

为了消除突出煤层瓦斯威胁,提高掘进效率,以白坪煤矿13091工作面及13111工作面为研究对象,采用数值模拟及现场实测的手段,测定突出煤层回采工作面采空区卸压影响范围,确定卸压煤巷条带卸压带宽度,优化新工作面临采空区巷道的布置,以便在采空区卸压范围内作业。研究结果表明:通过13091工作面开挖模拟,研究了13111工作面位移、应力随时间及空间变化的规律,得出13091工作面采空区的卸压影响范围应当在30m范围内;随着煤层瓦斯参数测点与13091工作面采空区距离的接近,13111工作面实测煤层瓦斯含量呈逐渐减小趋势;综合分析得出距13091工作面采空区30m以内为有效卸压区域,距13091工作面采空区30~33m区域为过渡区域,距13091工作面采空区33m以外区域为原始区域。

关键词：突出煤层采空区卸压影响范围数值模拟瓦斯含量

“三软”煤层水力冲孔与压裂耦合致裂增透技术

维普期刊数据库评论

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煤矿安全 2017年第11期48卷 71-75页

作者：刘海波尚政杰中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221008 郑州煤炭工业集团公司河南郑州450007

通过数值模拟软件分析和现场工程试验等手段,研究了水力冲孔与压裂耦合致裂增透技术对豫西"三软"煤层煤体位移、应力分布、渗透率的影响。研究结果表明,水力冲孔与压裂耦合致裂增透技术可以使水力冲孔泄煤钻孔间煤体应力降低20%以上、... 详细信息

通过数值模拟软件分析和现场工程试验等手段,研究了水力冲孔与压裂耦合致裂增透技术对豫西"三软"煤层煤体位移、应力分布、渗透率的影响。研究结果表明,水力冲孔与压裂耦合致裂增透技术可以使水力冲孔泄煤钻孔间煤体应力降低20%以上、渗透率提高35%以上;告成矿23041下副巷(北)揭煤工作面穿层钻孔平均抽采浓度较相同瓦斯地质条件提高4.3倍,日平均抽采纯瓦斯量较相同瓦斯地质条件提高6.7倍,研究成果可推广应用于郑州矿区底板岩巷穿层钻孔预抽煤层瓦斯区域防突措施。

关键词：煤矿安全瓦斯抽采水力冲孔水力压裂耦合增透

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赵家寨矿揭煤工作面突出预测敏感指标的研究

煤矿安全 2017年第1期48卷 17-20页

作者：孙文标尚政杰河南工程学院安全工程系河南郑州451191 郑州煤炭工业集团通风管理部河南郑州450007

为确定适合赵家寨煤矿瓦斯地质特点的石门揭煤及近煤层岩巷掘进工作面的突出危险性预测敏感指标及其临界值,在实验室测试1~3 mm粒径煤样不同吸附平衡压力条件下的瓦斯解吸数据基础上,采用数学软件统计分析和现场测试验证相结合的方法对... 详细信息

为确定适合赵家寨煤矿瓦斯地质特点的石门揭煤及近煤层岩巷掘进工作面的突出危险性预测敏感指标及其临界值,在实验室测试1~3 mm粒径煤样不同吸附平衡压力条件下的瓦斯解吸数据基础上,采用数学软件统计分析和现场测试验证相结合的方法对赵家寨钻屑解吸指标敏感性和临界值进行了研究,发现钻屑解吸指标△h2较K1值敏感;钻屑解吸指标与吸附平衡压力呈幂函数关系,确定瓦斯压力0.6 MPa时的钻屑解吸指标△h2=185 Pa作为石门揭煤及近煤层岩巷掘进工作面突出危险性预测指标临界值。

关键词：石门揭煤突出危险瓦斯地质敏感指标临界值