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基于核磁共振和低温氮吸附的煤层酸化增透效果定量表征

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煤炭学报 2017年第7期42卷 1748-1756页

作者：李胜罗明坤范超军毕慧杰任延平辽宁工程技术大学矿业学院辽宁阜新123000 河南理工大学深井瓦斯抽采与围岩控制技术国家地方联合工程实验室河南焦作454003 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221116

针对某些煤储层中的孔隙和裂隙被方解石、白云石等矿物或杂质堵塞致使煤层渗透率降低的问题,提出一种煤层酸化增透方法。利用核磁共振(NMR)和低温氮吸附实验表征了煤样酸化前后的比表面积、孔隙体积、孔隙度、渗透率、孔径分布及核磁成... 详细信息

针对某些煤储层中的孔隙和裂隙被方解石、白云石等矿物或杂质堵塞致使煤层渗透率降低的问题,提出一种煤层酸化增透方法。利用核磁共振(NMR)和低温氮吸附实验表征了煤样酸化前后的比表面积、孔隙体积、孔隙度、渗透率、孔径分布及核磁成像等特性参数,分析了酸化作用下煤的细观结构变化规律。测试结果表明,煤样经酸化处理后,饱和水状态的NMR信号量增加,残余水状态的NMR信号量降低,T_2谱的中大孔峰(T_2>20 ms)的变化较大,NMR所表征的总孔隙度、有效孔隙度、渗透率均增加,残余孔隙度、T_2截止值降低;低温氮吸附所表征的比表面积和总孔隙体积均增加,且主要集中增加在10 nm左右的孔隙,但高煤阶煤增加不明显。NMR图像直观地反映了煤样酸化前后内部孔隙结构的变化特征,为揭示酸化增透的微观演变过程提供了新的手段。煤样初始孔隙越发育或孔隙裂隙中可溶性矿物质越多,所表征的特征参数变化越大,酸化增透效果越好。

关键词：酸化增透核磁共振低温氮吸附核磁成像

CH_4与N_2,CO_2间竞争吸附关系的核磁共振实验研究

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煤炭学报 2018年第2期43卷 490-497页

作者：罗明坤李胜荣海范超军杨振华辽宁工程技术大学矿业学院辽宁阜新123000 河南理工大学深井瓦斯抽采与围岩控制技术国家地方联合工程实验室河南焦作454003 辽宁工程技术大学煤炭资源安全开采与洁净利用工程研究中心辽宁阜新123000

利用核磁共振(NMR)技术测试了CH_4与CO_2,N_2在煤样中相互作用过程的NMR信号,并通过T_2谱形态和谱面积对各气体间相互作用的整个过程进行了描述和分析。测试结果表明:CH_4在煤中吸附过程的T_2谱呈双峰结构,弛豫时间较小的为吸附峰,另一... 详细信息

利用核磁共振(NMR)技术测试了CH_4与CO_2,N_2在煤样中相互作用过程的NMR信号,并通过T_2谱形态和谱面积对各气体间相互作用的整个过程进行了描述和分析。测试结果表明:CH_4在煤中吸附过程的T_2谱呈双峰结构,弛豫时间较小的为吸附峰,另一个为游离峰。随着吸附时间和注入压力的增加,吸附总量逐渐增加,但吸附速率逐渐降低。强吸附性气体能置换煤中已吸附的弱吸附性气体,反之效果不明显;置换过程中,大孔隙内的气体比小孔隙内的更容易置换。将弱吸附性气体注入已吸附强吸附性气体的煤中,一定程度上能促使原气体由吸附态向游离态转化;同时,少量的弱吸附性气体也能被吸附,气压越大越明显。NMR测试结果直观反映了CH_4与各气体间的相互作用关系。

关键词：核磁共振吸附解吸置换作用增产措施

低透气性煤层水力冲孔和抽采钻孔瓦斯治理模拟研究

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矿业安全与环保 2021年第1期48卷 11-16页

作者：李喜员荣海范超军中国平煤神马集团炼焦煤资源开发及综合利用国家重点实验室河南平顶山467000 平煤股份煤炭开采利用研究院河南平顶山467000 辽宁工程技术大学矿业学院辽宁阜新123000

为消除平煤十矿己15-16-24100工作面在准备和回采过程中的突出危险,精细化模拟研究了水力冲孔结合抽采钻孔的瓦斯治理过程。分析了瓦斯解吸、渗流及煤岩变形的相互作用,构建了煤层瓦斯运移应力-渗流耦合数学方程,采用有限元软件对其求解... 详细信息

为消除平煤十矿己15-16-24100工作面在准备和回采过程中的突出危险,精细化模拟研究了水力冲孔结合抽采钻孔的瓦斯治理过程。分析了瓦斯解吸、渗流及煤岩变形的相互作用,构建了煤层瓦斯运移应力-渗流耦合数学方程,采用有限元软件对其求解,通过数值模拟己15-16-24100工作面顺层钻孔、底板巷穿层钻孔、水力冲孔掩护风巷、机巷和开切眼掘进及本煤层回采全过程,研究瓦斯抽采对降低工作面突出危险性的影响,并结合现场监测结果对抽采效果进行验证。研究结果表明:对己15-16煤层进行“穿层钻孔+顺层钻孔+穿层水力冲孔”综合抽采瓦斯可有效降低己15-16-24100工作面在准备和回采过程中的突出危险。在该设计方案下,己15-16煤层中残存瓦斯压力值降为0.25~0.45 MPa,相应的煤层残存瓦斯含量降为2.8~4.5 m^3/t,均满足平煤十矿煤与瓦斯突出防治规定要求。

关键词：低透气性煤层瓦斯治理应力—渗流耦合立体抽采水力冲孔精细化模拟

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综放沿空留巷顶板下沉规律与控制

煤炭学报 2015年第9期40卷 1989-1994页

作者：李胜李军文范超军罗明坤韩永亮辽宁工程技术大学矿业学院辽宁阜新123000

针对综放沿空留巷顶板下沉控制困难问题,揭示了综放沿空留巷顶板下沉规律,建立了顶板下沉力学模型,结合损伤力学和能量守恒理论,推导出了顶板下沉量的理论公式,在此基础上对其影响因素进行了分析,提出了综放沿空留巷顶板下沉控制对策,... 详细信息

针对综放沿空留巷顶板下沉控制困难问题,揭示了综放沿空留巷顶板下沉规律,建立了顶板下沉力学模型,结合损伤力学和能量守恒理论,推导出了顶板下沉量的理论公式,在此基础上对其影响因素进行了分析,提出了综放沿空留巷顶板下沉控制对策,并进行了工程应用。结果表明:顶板下沉量理论计算公式与现场实测值基本一致;各因素对顶板下沉影响程度依次为:巷旁支护体宽度、直接顶有效弹性模量、基本顶给定载荷、关键块破断位置、巷旁支护体有效弹性模量、巷内支护阻力、巷道宽度、顶煤有效弹性模量。顶板下沉控制对策应围绕关键性影响因素进行,据此提出"锚网索+高强度墩柱+木垛"耦合支护方式,即采用锚杆+锚索+高强度钢筋网进行巷内耦合支护,巷旁采用高强度墩柱支护,并用木垛进行巷旁加强支护。工程应用表明,综放沿空留巷围岩变形稳定,顶板下沉得到了有效控制。

关键词：综放工作面沿空留巷顶板下沉规律力学模型控制对策

高瓦斯厚煤层顺层钻孔有效抽采区及参数优化研究

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煤矿安全 2022年第10期53卷 212-221页

作者：王一琦杨雷范超军辽宁工程技术大学矿业学院辽宁阜新123000

为研究顺层抽采时不同参数对高瓦斯煤层抽采效果的影响,以Fick扩散、Darcy定律、理想气体状态方程和Langmuir方程为基础,结合煤体的裂隙-孔隙双重孔隙介质结构、瓦斯和水的运移特性,建立了瓦斯-水的气水两相流的流-固耦合数学模型;利用C... 详细信息

为研究顺层抽采时不同参数对高瓦斯煤层抽采效果的影响,以Fick扩散、Darcy定律、理想气体状态方程和Langmuir方程为基础,结合煤体的裂隙-孔隙双重孔隙介质结构、瓦斯和水的运移特性,建立了瓦斯-水的气水两相流的流-固耦合数学模型;利用COMSOL Multiphysics软件对漳村煤矿3^(#)煤层顺层抽采进行数值模拟研究。结果表明:在一定范围内钻孔直径越大,抽采效率越高;抽采负压变化对瓦斯有效抽采区域和瓦斯压力变化的影响非常微弱,对抽采效率的提升不大;减小钻孔间距可以有效提高抽采效率,但并不是钻孔间距越小越好;在抽采初期,各钻孔的有效抽采区域处于相互独立状态,随着抽采进程,各钻孔有效抽采区域逐渐增大并与相邻钻孔的有效抽采区域汇合叠加,形成整体有效抽采区域;当要求抽采100 d内达标时,漳村煤矿3^(#)煤层单排布孔最佳方案为钻孔直径94 mm、抽采负压20 kPa、钻孔间距3 m。

关键词：顺层抽采有效抽采区域流固耦合数值模拟高瓦斯煤层

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露天矿滑坡体预应力锚索远程监测技术

自然灾害学报 2015年第4期24卷 207-211页

作者：李胜罗明坤范超军赵博姜宝平辽宁工程技术大学矿业学院辽宁阜新123000 辽宁省阜新市国土资源局辽宁阜新123000

针对露天矿开采破坏了岩体结构,原岩的应力平衡状态被打破,围岩支承能力大大降低,边坡处于不稳定状态,存在发生滑坡、崩塌、沉陷等地质灾害的危险性,利用预应力锚索技术和无线通讯技术和网络技术等理论,通过主动监测岩体内应力的变化情... 详细信息

针对露天矿开采破坏了岩体结构,原岩的应力平衡状态被打破,围岩支承能力大大降低,边坡处于不稳定状态,存在发生滑坡、崩塌、沉陷等地质灾害的危险性,利用预应力锚索技术和无线通讯技术和网络技术等理论,通过主动监测岩体内应力的变化情况来获取边坡变形和滑移的相关信息,实现了边坡监测的自动化、智能化。经过海州露天矿边坡监测的现场实践发现,海州露天矿边坡暂时处于稳定状态。该技术能够对边坡稳定性进行实时监测,对边坡滑坡灾害防治的顺利实施具有重要作用。

关键词：滑坡预应力锚索海州露天矿远程监测

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冲击载荷作用下煤岩孔隙演化特征试验研究

中国安全科学学报 2019年第10期29卷 91-97页

作者：李胜王箫鹤范超军张浩浩刘铮殷坤辽宁工程技术大学矿业学院辽宁阜新123000 煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116

为研究冲击载荷作用下煤岩的孔隙与裂隙演化特征,以贵州马场矿的突出煤岩为研究对象,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统、核磁共振(NMR)试验系统和扫描电镜(SEM)试验系统对不同冲击载荷作用下的煤岩孔隙与裂隙的演化特征进行试验研... 详细信息

为研究冲击载荷作用下煤岩的孔隙与裂隙演化特征,以贵州马场矿的突出煤岩为研究对象,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统、核磁共振(NMR)试验系统和扫描电镜(SEM)试验系统对不同冲击载荷作用下的煤岩孔隙与裂隙的演化特征进行试验研究,分析煤岩在冲击载荷的作用下的孔隙、裂隙的演化规律与煤岩冲击对煤与瓦斯突出的影响。研究表明:随着冲击气压的增加,煤岩的微小孔峰值信号量与孔径占比先增大后减小,孔隙与裂隙的连通性增强,中大孔峰值孔径占比先减小后增大;马场矿煤样微小孔的孔喉分布占总孔喉的38.85%~56.14%,中大孔的孔喉分布占总孔喉的43.86%~61.15%;在冲击载荷作用下,煤体中孔隙与裂隙演化是以孔隙扩展、裂隙扩张与延伸和次生裂隙的产生等形式进行的,冲击载荷增强了孔隙与裂隙的连通性,瓦斯的吸附/解吸平衡被打破,瓦斯压力升高,煤体中产生了应力集中和能量积聚,使得煤与瓦斯突出发生的可能大大增加。

关键词：冲击载荷孔隙结构突出煤岩核磁共振(NMR) 孔喉分布

基于流-固-热耦合的深部煤层气抽采数值模拟

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煤炭学报 2016年第12期41卷 3076-3085页

作者：范超军李胜罗明坤杨振华张浩浩王硕辽宁工程技术大学矿业学院辽宁阜新123000 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116 河南理工大学深井瓦斯抽采与围岩控制技术国家地方联合工程实验室河南焦作454003

为了提高深部煤储层产气规律预测准确性、减小气井设计误差,分析了深部煤储层特征参数随埋深的变化规律,针对目前煤层气研究忽略了温度、地下水等因素问题,基于已建立的深部煤层气抽采流-固-热耦合模型,进行深部煤层气抽采数值模拟,分... 详细信息

为了提高深部煤储层产气规律预测准确性、减小气井设计误差,分析了深部煤储层特征参数随埋深的变化规律,针对目前煤层气研究忽略了温度、地下水等因素问题,基于已建立的深部煤层气抽采流-固-热耦合模型,进行深部煤层气抽采数值模拟,分析不同地应力、初始渗透率、储层压力和温度等深部特征参数以及不同埋深条件下煤层气抽采的储层参数和产气演化规律。结果表明:渗透率变化为地应力增加、温度降低和煤层气解吸引起的煤基质收缩效应与储层压力降低引起的煤基质膨胀效应的综合竞争结果;随着煤层气和水被采出,储层温度降低和煤层气解吸占主导,储层渗透率升高;地应力对深部储层渗透率比例的变化起着主要作用,初始渗透率对产气速率起着控制作用;当煤层埋深小于临界埋深时,产气量随埋深逐渐增加,达到临界埋深后,产气量随埋深逐渐降低;低渗透率是制约埋深超千米的气井高产的关键。

关键词：煤层气抽采深部储层流-固-热耦合模型气-水两相流产气量渗透率

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高瓦斯综采工作面瓦斯立体抽采技术与应用

辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2018年第2期37卷 244-250页

作者：李胜罗明坤周利峰范超军张帅辽宁工程技术大学矿业学院辽宁阜新123000 山西大同煤矿集团公司虎龙沟煤业公司山西大同037042 中国煤炭科工集团重庆研究院有限公司重庆400037

针对高瓦斯综采工作面瓦斯含量高、瓦斯涌出量大、开采强度大等特点,提出在回采巷道掘进和工作面回采过程中进行瓦斯立体抽采的治理方法,巷道掘进期间通过底抽巷穿层钻孔与掘进工作面顺层钻孔形成立体抽采系统;工作面回采期间利用底抽... 详细信息

针对高瓦斯综采工作面瓦斯含量高、瓦斯涌出量大、开采强度大等特点,提出在回采巷道掘进和工作面回采过程中进行瓦斯立体抽采的治理方法,巷道掘进期间通过底抽巷穿层钻孔与掘进工作面顺层钻孔形成立体抽采系统;工作面回采期间利用底抽巷穿层抽采、工作面顺层抽采和高抽巷组成立体抽采系统,确定了瓦斯立体抽采的主要技术参数;结合赵庄煤矿1307工作面实际的地质条件和开采条件,进行了瓦斯立体抽采试验.研究结果表明:瓦斯立体抽采大幅度降低了工作面的瓦斯含量,瓦斯抽排率达到69.28%,瓦斯抽采效果显著,是一种良好的瓦斯治理方法,实现了工作面掘进和回采期间的安全生产.

关键词：高瓦斯矿井瓦斯立体抽采高抽巷底抽巷煤与瓦斯共采