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Influences of clean fracturing fluid viscosity and horizontal in-situ stress difference on hydraulic fracture propagation and morphology in coal seam

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International Journal of Coal Science & Technology 2024年第3期11卷 159-175页

作者： Gang Wang Shuxin Wang Yixin Liu Qiming Huang Shengpeng Li Shuliang Xie Jinye Zheng jiuyuan fan College of Safety and Environmental Engineering Shandong University of Science and TechnologyQingdao266590China Mine Disaster Prevention and Control-Ministry of State Key Laboratory Breeding Base Shandong University of Science and TechnologyQingdao266590China

The viscosity of fracturing fluid and in-situ stress difference are the two important factors that affect the hydraulic fracturing pressure and propagation morphology. In this study, raw coal was used to prepare coal samples for experiments, and clean fracturing fluid samples were prepared using CTAB surfactant. A series of hydraulic fracturing tests were conducted with an in-house developed triaxial hydraulic fracturing simulator and the fracturing process was monitored with an acoustic emission instrument to analyze the influences of fracturing fluid viscosity and horizontal in-situ stress difference on coal fracture propagation. The results show that the number of branched fractures decreased, the fracture pattern became simpler, the fractures width increased obviously, and the distribution of AE event points was concentrated with the increase of the fracturing fluid viscosity or the horizontal in-situ stress difference. The acoustic emission energy decreases with the increase of fracturing fluid viscosity and increases with the increase of horizontal in situ stress difference. The low viscosity clean fracturing fluid has strong elasticity and is easy to be compressed into the tip of fractures, resulting in complex fractures. The high viscosity clean fracturing fluids are the opposite. Our experimental results provide a reference and scientific basis for the design and optimization of field hydraulic fracturing parameters.

关键词： Clean fracturing fluid Hydraulic fracturing Viscosity Horizontal in-situ stress difference Hydraulic fracture morphology Acoustic emission

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采空区自燃“三带”模拟系统开发研究

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煤炭技术 2024年第7期43卷 173-178页

作者：张九零宁涛范酒源王洪岩华北理工大学矿业工程学院河北唐山063210 河北省矿山开发与安全技术重点实验室河北唐山063009

为揭示采空区内氧浓度分布规律,有效划分采空区自燃“三带”,开发了采空区自燃“三带”模拟系统。首先依据质量守恒定律、热传学理论建立采空区氧气场、温度场离散化耦合模型;其次采用Twinbasic开发工具设计了基于VB语言的采空区自燃“... 详细信息

为揭示采空区内氧浓度分布规律,有效划分采空区自燃“三带”,开发了采空区自燃“三带”模拟系统。首先依据质量守恒定律、热传学理论建立采空区氧气场、温度场离散化耦合模型;其次采用Twinbasic开发工具设计了基于VB语言的采空区自燃“三带”模拟系统,以开滦唐山矿Y251工作面采空区为工程背景,利用开发的采空区自燃“三带”模拟系统研究“三带”分布规律。研究结果表明:系统输出氧浓度分布符合氧气在采空区运移规律,回风侧氧化带宽度67~166 m;束管监测Y251工作面氧化带宽度58~180 m,采空区自燃“三带”模拟系统计算精度较高,综合实测与模拟结果可将Y251工作面采空区氧化带划定为63~173 m。

关键词： “三带” 采空区耦合模型系统开发

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深部邻近采空区多漏风条件下自燃“三带”分布规律研究

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安全 2024年第2期45卷 50-57页

作者：张九零白阳范酒源李江涛陈建广华北理工大学应急管理与安全工程学院河北唐山063210 河北省矿山开发与安全技术重点实验室河北唐山063210

为探究深部邻近采空区多漏风通道对煤自燃“三带”的影响,以唐山矿0291工作面为工程背景,采用FLUENT软件模拟多漏风环境采空区内氧气浓度的分布规律,并依此划分不同漏风条件下采空区自燃危险区域;在工程现场设置束管监测装置监测采空区... 详细信息

为探究深部邻近采空区多漏风通道对煤自燃“三带”的影响,以唐山矿0291工作面为工程背景,采用FLUENT软件模拟多漏风环境采空区内氧气浓度的分布规律,并依此划分不同漏风条件下采空区自燃危险区域;在工程现场设置束管监测装置监测采空区内氧气浓度,依据监测数据对模拟结果进行现场验证。模拟结果表明:随工作面推进,采空区上下隅角相邻区域形成多漏风通道且漏风量增加,漏风导致采空区散热带和氧化带向深部运移,其进、回风巷氧气浓度大于8%的范围由64、40m增至101、80.2m。现场验证表明:束管监测工作面采空区氧化带宽度与数值模拟结果误差小于5%,模拟结果得以验证。

关键词：邻近采空区多漏风通道自燃“三带” 氧气浓度数值模拟束管监测

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水力割缝辅助定向压裂煤体的割缝间距模型研究

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采矿与安全工程学报 2020年第3期37卷 622-631页

作者：王刚范酒源汪文瑞徐浩山东科技大学矿山灾害预防控制-省部共建国家重点实验室培育基地山东青岛266590 山东科技大学矿业与安全工程学院山东青岛266590

为研究定向水力压裂的割缝间距,引入弹塑性力学理论与分形维数理论,分别建立缝槽力学模型与煤层注水渗透范围模型,分析缝槽的塑性区宽度及煤层注水的渗透范围。结合2个模型推导出定向水力压裂的割缝间距。以高家堡煤矿为例,检验割缝间... 详细信息

为研究定向水力压裂的割缝间距,引入弹塑性力学理论与分形维数理论,分别建立缝槽力学模型与煤层注水渗透范围模型,分析缝槽的塑性区宽度及煤层注水的渗透范围。结合2个模型推导出定向水力压裂的割缝间距。以高家堡煤矿为例,检验割缝间距的合理性。同时,分析侧压系数、分形维数、迂曲度对割缝间距的影响效果。采用修正的Morris筛选法对影响定向水力压裂割缝间距的各因素进行灵敏度分析。研究结果表明:1)定向水力压裂割缝间距的理论值与现场实测值最大相对误差为8.643%,最大绝对误差为0.817 m,偏差较小,可为现场设计定向水力压裂的割缝间距提供理论参考。2)煤层注水渗透范围对定向水力压裂割缝间距的影响明显强于缝槽塑性区宽度。3)侧压系数对割缝间距影响较小,迂曲度与割缝间距呈现负相关性,分形维数与割缝间距呈现正相关性。4)煤层孔隙最大直径的灵敏度最大,迂曲度的灵敏度最小。

关键词：缝槽塑性区宽度煤层注水渗透范围割缝间距灵敏度分析

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吕家坨矿煤层注水技术应用与效果分析

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煤矿安全 2017年第10期48卷 136-138页

作者：张九零范酒源华北理工大学矿业工程学院河北唐山063009

为了降低5424Z工作面的粉尘浓度,提出了对5424Z工作面进行煤层静压注水的方法,利用水分充分湿润煤体,达到降尘、防瓦斯的效果。结果表明:对煤层进行2次静压注水试验后,工作面的降尘率分别为64.25%、60.04%,轨道巷的降尘率分别为17.71%、... 详细信息

为了降低5424Z工作面的粉尘浓度,提出了对5424Z工作面进行煤层静压注水的方法,利用水分充分湿润煤体,达到降尘、防瓦斯的效果。结果表明:对煤层进行2次静压注水试验后,工作面的降尘率分别为64.25%、60.04%,轨道巷的降尘率分别为17.71%、29.79%,瓦斯浓度平均下降68%、65%,工作面瓦斯释放均匀,注水效果显著。

关键词：综采工作面煤层注水参数优化降尘抑制瓦斯

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基于PFC^(2D)-COMSOL的煤层水力压裂增透促抽瓦斯数值模拟研究

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煤矿安全 2022年第10期53卷 132-140页

作者：王世斌王刚陈雪畅范酒源迟利辉山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590 山东科技大学安全与环境工程学院山东青岛266590

为了对水力压裂后的瓦斯抽采效果进行研究,将PFC^(2D)数值模拟与COMSOL数值模拟结合运用,提出了一种几何模型图像像素级处理方法,该方法将PFC^(2D)水力压裂后的裂隙几何模型导入到COMSOL软件中,完成了2个数值模拟软件之间的结合,实现了... 详细信息

为了对水力压裂后的瓦斯抽采效果进行研究,将PFC^(2D)数值模拟与COMSOL数值模拟结合运用,提出了一种几何模型图像像素级处理方法,该方法将PFC^(2D)水力压裂后的裂隙几何模型导入到COMSOL软件中,完成了2个数值模拟软件之间的结合,实现了对水力压裂煤层进行瓦斯抽采的数值模拟。研究结果表明:40 MPa与20 MPa注水压力相比,注水压裂的范围较大,产生的裂隙数量较多,裂隙扩展范围较大,压裂效果好;且相同抽采时间下,40 MPa注水压裂的煤层瓦斯抽采范围和抽采流量大,水力压裂可以提高煤层的瓦斯抽采效果,与实际工程应用效果相符。

关键词：瓦斯抽采水力压裂裂隙扩展 PFC^(2D) COMSOL

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基于DSC测试的含水煤自燃规律实验研究

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煤矿安全 2019年第6期50卷 41-44页

作者：张九零朱壮范酒源刘春雨华北理工大学矿业工程学院

为了有效防治吕家坨5424Z采煤工作面煤自燃,通过采取差示扫描量热技术(DSC),分析了不同含水量对煤样吸、放热参数的影响规律。研究表明:煤样水分增量在1%~9%范围内,其热流差零值点温度在230~250℃之间,其对应温度普遍较高,说明煤样的放... 详细信息

为了有效防治吕家坨5424Z采煤工作面煤自燃,通过采取差示扫描量热技术(DSC),分析了不同含水量对煤样吸、放热参数的影响规律。研究表明:煤样水分增量在1%~9%范围内,其热流差零值点温度在230~250℃之间,其对应温度普遍较高,说明煤样的放热整体出现较晚,不易发生自燃现象。但煤样水分增量在1%~4%时,吸收峰峰值温度较低,且吸热速率此时达到最值,则这一水分段煤样较其他实验水分段易发生自燃现象;煤样水分增量在6%~9%时,其曲线斜率较大,较其它含水量煤样而言,该区间内的煤样放热速率较高。

关键词：煤自燃含水量差示扫描量热法放热速率水分增量

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含水量对煤自燃特性的影响实验研究

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煤矿安全 2019年第7期50卷 42-45页

作者：张九零朱壮范酒源朱定刘春雨华北理工大学矿业工程学院

为有效防治吕家坨5424Z采煤工作面含水煤自燃,通过采用差示扫描量热技术(DSC)与程序升温相结合的方法,分析了不同含水量对煤样吸、放热参数的影响规律。研究表明:水分增量在1%~9%范围内,其热流差零值点温度普遍较高,说明煤样不易发生自... 详细信息

为有效防治吕家坨5424Z采煤工作面含水煤自燃,通过采用差示扫描量热技术(DSC)与程序升温相结合的方法,分析了不同含水量对煤样吸、放热参数的影响规律。研究表明:水分增量在1%~9%范围内,其热流差零值点温度普遍较高,说明煤样不易发生自燃现象。但在煤样水分增量为1%~4%时,其吸收峰峰值温度较低,且此时吸热速率达到最值,这部分煤样与其他实验水分段相比较易发生自燃现象。随着煤样含水量增大,其产生的CO、CO2的量也逐渐增大,但是差别不明显,说明对煤层增加1%~7%含水量时,能适当促进煤升温氧化、自燃的过程。

关键词：煤自燃含水量差式扫描量热法放热速率程序升温吸氧量

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均压通风技术防治综放工作面CO浓度超限研究

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中国矿业 2019年第2期28卷 117-120页

作者：张九零朱壮范酒源刘春雨张瑞江华北理工大学矿业工程学院河北唐山063210 河北省矿山开发与安全技术重点实验室河北唐山063210 开滦(集团)有限责任公司河北唐山063009

针对串草圪旦矿6煤层6106综放工作面CO异常涌出问题,本文系统全面地分析了该区域采空区的自燃危险性,提出采取均压通风等综合技术措施,将CO浓度控制在安全值范围内。结果表明:工作面在回采期间,采空区漏风量始终控制在1m3/s以下,风压始... 详细信息

针对串草圪旦矿6煤层6106综放工作面CO异常涌出问题,本文系统全面地分析了该区域采空区的自燃危险性,提出采取均压通风等综合技术措施,将CO浓度控制在安全值范围内。结果表明:工作面在回采期间,采空区漏风量始终控制在1m3/s以下,风压始终稳定在430～480Pa之间,保障了均压通风系统安全平稳,使工作面得以安全生产。

关键词：综放工作面 CO防治均压通风自然发火

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复杂漏风条件下弱黏煤样氧化特性研究

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煤炭技术 2022年第7期41卷 124-128页

作者：陈建强马祖杰龙在海王刚范酒源神华新疆能源有限责任公司乌鲁木齐830027 山东科技大学安全与环境工程学院山东青岛266590

针对急倾斜特厚煤层复杂采空区遗煤自燃的防治问题,以新疆乌东煤矿+425 m 水平B_(3-6)煤层工作面的弱黏煤新鲜煤样为研究对象,结合其矿井实际情况,通过 ORIGIN 对实测数据进行数学处理,并比较交叉点温度和特征参数 C_(70)的变化,研究在... 详细信息

针对急倾斜特厚煤层复杂采空区遗煤自燃的防治问题,以新疆乌东煤矿+425 m 水平B_(3-6)煤层工作面的弱黏煤新鲜煤样为研究对象,结合其矿井实际情况,通过 ORIGIN 对实测数据进行数学处理,并比较交叉点温度和特征参数 C_(70)的变化,研究在不同供风速度、预氧化温度下弱黏煤的氧化特性。研究结果表明:对于所设定的不同实验条件,供风速度越大,预氧化温度越高,交叉点温度越靠前,煤样越具有自燃倾向性,且预氧化温度对煤样的氧化能力的影响更大;预氧化 150 ℃、供风速度 80 mL/min 的实验煤样易自燃程度最高,乌东煤矿煤样临界温度和干裂温度分别为 90 ℃和 140 ℃左右。

关键词：煤自燃二次氧化预氧化临界温度

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