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基于实时核磁共振的煤岩气驱水流动特性试验研究

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采矿与安全工程学报 2023年第1期40卷 194-203页

作者：葛兆龙王浩明周哲卢义玉高飞飞重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 重庆大学复杂煤层气瓦斯抽采国家地方联合工程实验室重庆400044

煤层气排采过程中,气水两相流阶段极易产生储层伤害,正确认识气水产出机理对高效开发煤层气具有重要意义。本文利用核磁共振技术,基于CPMG回波序列法,实时测试煤岩不同围压条件下饱水及氮气驱水过程中的横向弛豫时间,结合分形理论分析... 详细信息

煤层气排采过程中,气水两相流阶段极易产生储层伤害,正确认识气水产出机理对高效开发煤层气具有重要意义。本文利用核磁共振技术,基于CPMG回波序列法,实时测试煤岩不同围压条件下饱水及氮气驱水过程中的横向弛豫时间,结合分形理论分析煤岩气驱水过程中围压及驱替压力对气水运移路径的影响,研究煤岩气液两相微观流动特征。结果表明:在饱水条件下,随着围压的增加,煤基质在围压与孔隙水压的共同作用下发生摩擦挤压作用,导致大孔明显减少,而微孔及中孔增加;气驱水过程中,气体会优先占据大孔中央,高围压会对煤岩产生不可逆的损伤,含水饱和度的降低主要发生在运移孔中,残余水主要分布在煤岩狭小喉道和孔隙盲端及被狭小喉道连通的大孔中。该研究对加深煤层气水产出机理的认识及煤层气开发排采技术选择具有重要意义。

关键词：实时核磁共振气驱水围压微观渗流

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我国煤矿水射流卸压增透技术进展与战略思考

煤炭学报 2022年第9期47卷 3189-3211页

作者：卢义玉黄杉葛兆龙周哲刘文川管娅蕊重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 重庆大学复杂煤气层瓦斯抽采国家地方联合工程实验室重庆400044 重庆大学资源与安全学院重庆400044

煤炭是我国能源安全的“压舱石”,具有重要的兜底保障作用。随着我国煤炭开采逐步向深部进军,深部矿井所面临的构造复杂、瓦斯压力大、渗透率低等情况日趋严重,以煤与瓦斯突出为代表的灾害防治难度逐渐增大,严重制约着我国煤炭安全高效... 详细信息

煤炭是我国能源安全的“压舱石”,具有重要的兜底保障作用。随着我国煤炭开采逐步向深部进军,深部矿井所面临的构造复杂、瓦斯压力大、渗透率低等情况日趋严重,以煤与瓦斯突出为代表的灾害防治难度逐渐增大,严重制约着我国煤炭安全高效开采。大范围提高煤层透气性是消除突出危险性并提高煤层气抽采效率的关键。传统煤层增透技术如密集钻孔等单孔增透范围偏小、抽采效率较低;常规压裂技术受制于地应力作用常存在水力裂缝形态单一、易损伤顶底板等不足,且裂缝两侧增透“空白带”内遗留瓦斯在后续开采过程中易诱发灾害。近几十年来,以提高煤层透气性、瓦斯抽采效率,减少煤与瓦斯突出风险为导向,诸多水射流技术因其效果显著、清洁等特点,逐渐成为了煤储层卸压增透、强化瓦斯抽采的主要方法。梳理了我国水射流技术增透煤层强化瓦斯开发的研究历程及最新进展,系统性归纳了水力冲孔、水射流割缝卸压、割缝导向压裂、树状钻孔均衡增透强化瓦斯开发理论及技术研究现状。我国对能源安全战略布局不断深化,然而面对深部煤层瓦斯动力灾害的复杂性、特殊性和突变性,目前煤矿水射流卸压增透措施仍存在技术协同性不够等亟待攻克的难题。基于新形势下保障国家能源安全的极端重要性,针对性分析了水射流强化瓦斯开发技术在运用中所存在的不足与局限,提出了未来重点发展趋势及展望。

关键词：煤与瓦斯突出水射流割缝割缝复合压裂树状钻孔均衡增透

煤矿井下新型水力压裂封孔材料优化及封孔参数研究

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应用基础与工程科学学报 2014年第6期22卷 1128-1139页

作者：葛兆龙梅绪东卢义玉程亮夏彬伟陈久福重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400030 重庆市能源投资集团公司重庆松藻煤电有限责任公司重庆401445

针对目前煤矿井下水力压裂钻孔封孔材料易收缩、密封效果差、成本高及封孔长度不合理等问题,研究出一种由水泥、早强减水剂、聚丙烯纤维和拌合水组成的新型水力压裂封孔材料;通过室内实验优化出收缩率和抗压强度最优时的封孔材料配比及... 详细信息

针对目前煤矿井下水力压裂钻孔封孔材料易收缩、密封效果差、成本高及封孔长度不合理等问题,研究出一种由水泥、早强减水剂、聚丙烯纤维和拌合水组成的新型水力压裂封孔材料;通过室内实验优化出收缩率和抗压强度最优时的封孔材料配比及压裂钻孔封孔参数,建立新材料承压能力与封孔长度的计算关系式,并进行现场验证.结果表明,新材料的最优配比为m(水泥)∶m(水)∶m(早强减水剂)∶m(聚丙烯纤维)=1∶0.6∶0.03∶0.005;当钻孔孔径一定时,材料承压能力与封孔长度呈线性关系,现场实验结果与封孔参数计算关系基本一致,该新材料是一种性能好、成本低廉以及操作配比简单的水力压裂封孔材料.

关键词：突出煤层瓦斯抽采水力压裂封孔材料封孔参数

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中国煤与煤层气共采理论技术现状及发展趋势

天然气工业 2022年第6期42卷 130-145页

作者：张千贵李权山范翔宇刘超葛兆龙蒋志刚彭小龙李相臣朱苏阳赵世林赵鹏斐陈昱霏西南石油大学石油与天然气工程学院四川省610500 “油气藏地质与开发工程”国家重点实验室·西南石油大学四川省610500 西南石油大学地球科学与技术学院 “深部岩土力学与地下工程”国家重点实验室·中国矿业大学 “煤矿灾害动力学与控制”国家重点实验室·重庆大学四川川煤华荣能源有限责任公司技术中心

在国家大力推进生态文明建设的背景下,快速发展清洁的煤层气资源来代替对国民生命安全与自然环境影响恶劣的煤炭能源的需求变得越来越迫切。为此,通过分析中国煤层气开发模式与资源产量、煤矿区煤层气抽采技术发展历史、煤与煤层气协调... 详细信息

在国家大力推进生态文明建设的背景下,快速发展清洁的煤层气资源来代替对国民生命安全与自然环境影响恶劣的煤炭能源的需求变得越来越迫切。为此,通过分析中国煤层气开发模式与资源产量、煤矿区煤层气抽采技术发展历史、煤与煤层气协调开发模式及相应的煤层增透理论和开发技术现状,指出了煤与煤层气共采形势与理论技术发展趋势,并提出了促进实现煤与煤层气高效开发的建议。研究结果表明:①需进一步原始创新支撑其安全高效共采的基础关键理论,并完善煤矿区煤层增透、煤层气集输与综合利用、煤炭地下气化—煤层气联采等关键技术;②提升煤炭领域与石油领域学科交叉理论技术攻关和行业合作力度,形成优势理论技术与产业配置互补发展,搭建基于多领域学科融合的创新产业发展模式;③完善国家和地方在煤与煤层气共采领域的政策保障体制,鼓励煤炭企业与石油企业合作以促进其规模化发展。结论认为,煤炭资源平稳缩减是中国经济高质量发展的重要能源保障策略,由此推行煤与煤层气共采对于确保煤矿生产安全,缓解清洁能源短缺和降低碳排放等均具有重要的现实意义。

关键词：能源转型煤层气煤与煤层气共采煤层增透煤层气开发技术技术现状发展趋势

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集约式动态仿真实验教学矿井模型建设及应用

中国现代教育装备 2023年第17期 24-26页

作者：黄启翔姚精明葛兆龙重庆大学煤矿灾害动力学与控制全国重点实验室重庆400030 重庆大学资源与安全学院重庆400030

针对当前采矿模型存在占用空间大、实验教学效率低等问题。基于集约化设计,运用偏转结构课程板块共用组件技术,融合信息技术与机电一体化技术,开发了集约式动态仿真实验教学矿井模型。该模型实现了实时对比式实验教学,结合“半翻转课堂... 详细信息

针对当前采矿模型存在占用空间大、实验教学效率低等问题。基于集约化设计,运用偏转结构课程板块共用组件技术,融合信息技术与机电一体化技术,开发了集约式动态仿真实验教学矿井模型。该模型实现了实时对比式实验教学,结合“半翻转课堂”等教学方式,有力提升了实验教学质量,提高了实验教学效率。

关键词：实验教学集约式动态仿真矿井模型

空化水射流声震效应促进瓦斯解吸实验的规律及机理研究

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煤炭学报 2011年第7期36卷 1150-1155页

作者：葛兆龙卢义玉周东平左伟芹夏彬伟重庆大学复杂煤气层瓦斯开采国家地方联合工程实验室重庆400030 重庆大学西南资源开发及环境灾害控制工程教育部重点实验室重庆400030 重庆市能源投资集团科技有限责任公司重庆400060

针对我国大部分煤层瓦斯高吸附、压力高、渗透率低、难于抽采,易造成瓦斯灾害事故等难题,提出了利用空化水射流声震效应促进煤层瓦斯解吸的新思路。研究了空化水射流液-气相变规律及声震效应促进瓦斯解吸的机理,通过改变泵压围压获得不... 详细信息

针对我国大部分煤层瓦斯高吸附、压力高、渗透率低、难于抽采,易造成瓦斯灾害事故等难题,提出了利用空化水射流声震效应促进煤层瓦斯解吸的新思路。研究了空化水射流液-气相变规律及声震效应促进瓦斯解吸的机理,通过改变泵压围压获得不同空化数条件下,空化水射流空化声震规律:气穴溃灭时声震效应振动的频段很宽,集中在2 000～10 000 Hz,振动在5 400～6 800 Hz出现了一段振动频率的峰值,说明在此范围内溃灭的气泡更加集中;通过改变不同空化数,获得空化水射流声震效应对煤层瓦斯解吸具有促进作用,与未加空化效应的煤样解吸相比,当施加空化数为0.020 0(泵压15 MPa,围压0.3 MPa)的空化声震时,煤样解吸时间缩短19.6%,解吸量增加36.9%。

关键词：空化水射流声震效应瓦斯解吸

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割缝后煤层瓦斯的流-固耦合模型及应用

中国矿业大学学报 2014年第1期43卷 23-29页

作者：卢义玉贾亚杰葛兆龙夏彬伟重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室复杂煤气层瓦斯抽采国家地方联合工程实验室重庆400044

引入煤体孔隙率、渗透率的动态演化模型及D-P准则,建立高压水射流割缝后低透气煤层瓦斯渗流的流-固耦合模型,运用该模型优化重庆某矿W2704S回风巷条带下段预抽钻孔布置.结果表明,条带预抽达标时间与钻孔间距呈显著的指数关系,与实际达... 详细信息

引入煤体孔隙率、渗透率的动态演化模型及D-P准则,建立高压水射流割缝后低透气煤层瓦斯渗流的流-固耦合模型,运用该模型优化重庆某矿W2704S回风巷条带下段预抽钻孔布置.结果表明,条带预抽达标时间与钻孔间距呈显著的指数关系,与实际达标时间的最大相对误差为5.8%,验证了流-固耦合模型的工程适用性;高压水射流割缝优化钻孔布置后,煤巷条带的预抽钻孔数量减少了27.3%、预抽达标时间缩短了69.6%,煤巷月平均掘进进尺提高了1.6倍.

关键词：高压水射流割缝低透气煤层瓦斯渗流流-固耦合钻孔

煤矿井下水力压裂钻孔封孔力学模型及试验研究

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岩土力学 2014年第7期35卷 1907-1913,1920页

作者：葛兆龙梅绪东卢义玉夏彬伟陈久福重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400030 重庆市能源投资集团公司重庆松藻煤电有限责任公司重庆401445

针对目前煤矿井下水力压裂钻孔封孔理论缺乏,封孔材料密封效果差、成本高,封孔长度不合理等问题,建立了水力压裂钻孔封孔力学模型,得出封孔材料能够承受的最大水压与封孔材料性质、封孔长度等参数之间的关系。综合分析了密封条件、抽采... 详细信息

针对目前煤矿井下水力压裂钻孔封孔理论缺乏,封孔材料密封效果差、成本高,封孔长度不合理等问题,建立了水力压裂钻孔封孔力学模型,得出封孔材料能够承受的最大水压与封孔材料性质、封孔长度等参数之间的关系。综合分析了密封条件、抽采条件以及施工条件下压裂孔的合理封孔长度,并进行现场试验验证。结果表明:封孔材料性质和封孔长度是影响封孔材料能够承受最大水压的主要因素,封孔材料能够承受的最大水压随封孔材料强度、弹性模量以及封孔长度的增大而增大;当封孔长度达到某一定值后,封孔材料能够承受的最大水压随封孔长度的增大而趋于定值。以重庆松藻矿区为例,确定出穿层压裂孔的合理封孔长度为10 m,本煤层压裂孔的合理封孔长度为13 m,现场试验结果与理论分析基本一致。

关键词：突出煤层瓦斯抽采水力压裂封孔材料封孔长度

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生物转化对煤层孔隙渗透性质的影响

采矿与安全工程学报 2021年第1期38卷 165-172页

作者：卢义玉柴成娟周哲葛兆龙杨萌萌重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 重庆大学复杂煤气层瓦斯抽采国家地方联合工程实验室重庆400044

为了研究煤的微生物增透效果及其机理,采用压汞仪和孔渗仪研究了清水营养液和生物营养液处理前后塔山和咸阳煤矿煤样孔隙结构和孔隙度渗透率变化,研究了生物转化后有效应力对渗透率的影响规律。结果表明:不同营养液下,生物转化使塔山煤... 详细信息

为了研究煤的微生物增透效果及其机理,采用压汞仪和孔渗仪研究了清水营养液和生物营养液处理前后塔山和咸阳煤矿煤样孔隙结构和孔隙度渗透率变化,研究了生物转化后有效应力对渗透率的影响规律。结果表明:不同营养液下,生物转化使塔山煤样的孔隙度分别提高了42.02%和47.18%,渗透率则提高了496.78%和651.12%,高于清水营养液下对孔隙度和渗透率的改变。生物转化后分形维数增大,煤表面的粗糙程度增加,煤基质中大孔的分布和总孔容增加。且富含Mo,Se,Ni,Co和W等微量元素的生物营养液更有利于孔隙渗透性质的改变。生物转化后煤样渗透率对孔隙度的敏感性增大。生物转化后煤样应力敏感性降低,但在较高的原始应力下,生物转化后煤样仍然保持较高的渗透率。

关键词：煤层气生物转化营养液有效应力孔隙度渗透率