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整合压汞、N_(2)和CO_(2)吸附的中−高阶煤多重分形特征

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煤炭学报 2024年第5期49卷 2394-2404页

作者：张苗刘钦节王兴阵董志勇安徽理工大学地球与环境学院安徽淮南232001 合肥综合性国家科学中心能源研究院(安徽省能源实验室) 安徽合肥230031 山西焦煤集团有限责任公司山西太原030000

煤储层孔隙结构多重分形特征控制着煤层气的运移和可持续产出,直接决定了煤层气的开采效率,对煤层气开采具有重要意义。为了研究中−高阶煤孔隙结构多重分形特征及其在煤化作用过程中的演化趋势,针对取自沁水煤田生产矿井的中−高阶煤样,... 详细信息

煤储层孔隙结构多重分形特征控制着煤层气的运移和可持续产出,直接决定了煤层气的开采效率,对煤层气开采具有重要意义。为了研究中−高阶煤孔隙结构多重分形特征及其在煤化作用过程中的演化趋势,针对取自沁水煤田生产矿井的中−高阶煤样,整合高压压汞、低温氮气吸附实验和二氧化碳吸附实验,结合多重分形理论,表征并探究了中−高阶煤储层宏孔(>50 nm)、介孔(2~50 nm)和微孔(<2 nm)的多重分形特征在煤化作用过程中的演化趋势及其影响因素。结果表明,中−高阶煤宏孔、介孔和微孔的广义维数谱(D_(q)−q)和多重分形奇异谱(f(α)−α)均满足多重分形特征,这意味着中−高阶煤宏孔、介孔和微孔均表现出多重分形行为。相对于宏孔和介孔,微孔表现出更大的奇异性指数α_(0)和谱宽(ΔD)与较小的赫斯特指数(Hurst,H),即微孔具有更强的非均质性和更差的孔隙连通性。煤化作用促进了煤中大分子的聚合,使煤储层由宏孔优势型和宏孔−微孔并存型储层转变为更为致密的微孔优势型储层,煤中不同尺度孔隙孔径分布趋于均质化,导致中−高阶煤储层孔隙结构均质性的增强和孔隙连通性的改善。宏孔和微孔体积分数对其相应孔径范围内孔隙结构非均质性分别存在积极和消极的影响,而介孔体积分数并不是介孔孔隙孔径分布非均质性的有效约束。镜质组和惰质组对孔隙孔径分布非均质性表现出相反的影响,镜惰比(V/I)与H之间存在正相关性,与α_(0)之间呈负相关性,富镜质组煤发育更多的微孔从而表现出更强的孔隙结构均质性和较好的孔隙连通性。

关键词：中−高阶煤煤化作用多尺度孔隙多重分形沁水煤田

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安徽省关闭煤矿资源调查及其综合利用研究

煤田地质与勘探 2024年第6期52卷 1-11页

作者：刘飞跃陈澫赟杨科段敏克刘钦节杨凌越安徽理工大学深部煤炭资源智能绿色开采安徽省联合共建学科重点实验室安徽淮南232001 安徽理工大学安徽省关闭/废弃矿井资源开发利用工程研究中心安徽淮南232001

【目的】在煤炭资源持续高强度开发与能源供给侧结构性改革的背景下,安徽省关闭了一批资源枯竭、产能落后的煤矿,而关闭煤矿仍赋存有地下空间、遗煤、瓦斯、矿井水、土地与基础设施设备等资源,开展关闭煤矿资源再利用具有现实的工程价... 详细信息

【目的】在煤炭资源持续高强度开发与能源供给侧结构性改革的背景下,安徽省关闭了一批资源枯竭、产能落后的煤矿,而关闭煤矿仍赋存有地下空间、遗煤、瓦斯、矿井水、土地与基础设施设备等资源,开展关闭煤矿资源再利用具有现实的工程价值和经济效益。【方法】统计自2013年以来安徽省59座关闭煤矿基础信息和再利用现状,分析关闭煤矿分布特征、遗留资源与再利用潜力;构建安徽省关闭煤矿数据库与WebGIS云平台,实现关闭煤矿信息查询分析与可视化;以潘一矿与石台煤矿为例,分别介绍遗留瓦斯抽采与半地下抽水蓄能的关闭煤矿再利用方案。【结果和结论】结果表明:安徽省关闭煤矿主要集中分布在两淮矿区,部分关闭煤矿关闭时间较短、遗留资源丰富、产权隶属清晰,再利用潜力较大;潘一关闭煤矿综合使用封闭墙压管抽采、原抽采钻孔抽采和地面钻井抽采的立体化遗留瓦斯抽采技术,实施关闭煤矿采空区“排水-抽采-利用”的一体化工程,3年内累计抽采瓦斯量4 840万m^(3)、发电8 590万kW·h、直接经济效益5 120万元,同时保障了相邻矿井的安全生产;石台关闭煤矿拟建设半地下抽水蓄能电站,地下空间可提供有效库容30万m^(3)、装机容量35 MW。案例分析表明安徽省部分关闭煤矿资源再利用在技术经济上具有合理性,但仍需开展进一步深入研究。

关键词：关闭煤矿 WebGIS云平台瓦斯抽采抽水蓄能安徽省

基于风光储配置模型的废弃矿井重力储能参数优化研究

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中国矿业 2024年第8期33卷 16-26页

作者：包兴芮刘钦节杨卿干修雅馨邓卓越安徽理工大学矿业工程学院安徽淮南232001 合肥综合性国家科学中心能源研究院安徽合肥230031 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

我国能源生产和消费结构中煤炭比例居高不下,向清洁、低碳能源转型的任务艰巨,而风电、光电等新能源稳定性差,就地消纳困难,亟需大规模储能基础设施建设。同时,高质量发展和“双碳”目标下废弃矿井的数量日益增多,为提高废弃矿井空间资... 详细信息

我国能源生产和消费结构中煤炭比例居高不下,向清洁、低碳能源转型的任务艰巨,而风电、光电等新能源稳定性差,就地消纳困难,亟需大规模储能基础设施建设。同时,高质量发展和“双碳”目标下废弃矿井的数量日益增多,为提高废弃矿井空间资源利用率和可再生能源发电的稳定性和可靠性,提出以废弃矿井重力储能为基础的风光储联合发电系统。综合考虑矿区能源系统负荷特点,风电、光电等可再生能源条件,以及废弃矿井大规模物理储能优势,构建风光重力储能联合发电系统。以系统总净现成本值(NPC)最低为目标函数,提出风光重力储能联合发电系统参数优化模型,并以重力储能电站充放电功率、系统与电网交互容量、年可再生能源发电率为约束条件,对光伏电站、风力电站、重力储能电站等容量进行决策优化。基于淮南潘一矿区实际工程背景,利用HOMER仿真模拟软件进行案例分析,结果表明:算例在循环充放控制策略下最优,所得风光重力储能参数的总净现成本值最低,年可再生能源发电率最高,能够有效提高风光互补特性及系统的稳定性和可靠性,为风光重力储能联合发电系统的参数优化研究提供了参考。

关键词：废弃矿井重力储能多能互补容量优化规划仿真模拟

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Amplitude variation with offset and azimuth inversion to predict and evaluate coal seam fracture parameters

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Frontiers of Earth Science 2023年第2期17卷 505-513页

作者： Haibo WU Shujie ZHU qinjie liu Shouhua DONG Yanhui HUANG Pingsong ZHANG School of Earth and Environment Anhui University of Science and TechnologyHuainan 232001China Institute of Energy Hefei Comprehensive National Science Center(Anhui Energy Laboratory)Hefei 230051China Xi’an Research Institute China Coal Technology&Engineering GroupXi’an 710076China School of Resources and Geosciences China University of Mining and TechnologyXuzhou 221116China State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting China University of PetroleumBeijing 102249China

Amplitude variation with offset and azimuth(AVOA)inversion is a mainstream method for predicting and evaluating fracture parameters of conventional oil and gas ***,its application to coal seams is limited because of the specificity of the equivalent media model for coal—also,the traditional seismic acquisition system employed in coal fields falls within a narrow *** this study,we initially derived a P‒P wave reflection coefficient approximation formula for coal seams,which is directly expressed in terms of fracture parameters using the Schoenberg linear-slide model and Hudson *** analyzed the P‒P wave reflection coefficient’s response to the fracture parameters using a two-layer forward ***,we designed a twostep inversion workflow for AVOA inversion of the fracture ***,high-density wide-azimuth pre-stack 3D seismic data were utilized for inverting the fracture density and strike of the target coal *** inversion accuracy was constrained by Student’s tdistribution *** analysis and validation of the inversion results revealed that the relative fracture density corresponds to fault locations,with the strike of the fractures and faults mainly at 0°.Therefore,the AVOA inversion method and technical workflow proposed here can be used to efficiently predict and evaluate fracture parameters of coal seams.

关键词： equivalent media model fracture density and strike azimuth Student’s t-distribution

基于叠后地震几何属性融合的煤层大尺度裂缝预测

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工程地球物理学报 2024年第2期21卷 297-304页

作者：李智吴海波刘钦节白泽安徽理工大学地球与环境学院安徽淮南232001 合肥综合性国家科学中心能源研究院(安徽省能源实验室) 安徽合肥230031

煤层大尺度裂缝是导致煤矿瓦斯突出和矿井突水的主要因素之一,准确预测煤层中的大尺度裂缝对于煤层气开发和矿井水害治理至关重要。本文以叠后地震数据为基础,提取能够反映目标层位裂缝几何特征和分布信息的叠后地震几何属性;为避免单... 详细信息

煤层大尺度裂缝是导致煤矿瓦斯突出和矿井突水的主要因素之一,准确预测煤层中的大尺度裂缝对于煤层气开发和矿井水害治理至关重要。本文以叠后地震数据为基础,提取能够反映目标层位裂缝几何特征和分布信息的叠后地震几何属性;为避免单一地震几何属性在预测煤层大尺度裂缝时出现的多解性或不确定性问题,通过PCA(Principal Component Analysis)-BP(Back Propagation)神经网络(主成分分析与反向传播神经网络相结合)模型对相干、曲率、倾角、方差等地震几何属性进行融合,预测得到目标煤层大尺度裂缝分布特征。通过对比预测结果与实际揭露情况,90%的断层位置与大尺度裂缝发育区相一致,融合结果与构造解释结果吻合较好。表明基于地震几何属性融合的预测方法具有一定的效果,能在一定程度上刻画煤层大尺度裂缝的特征。

关键词：煤层大尺度裂缝叠后地震几何属性 PCA-BP神经网络

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过断层压气储能巷道围岩变形特征与支护优化

安徽理工大学学报（自然科学版） 2024年第2期44卷 67-74页

作者：刘钦节陈强付强吴犇牛杨卿干安徽理工大学矿业工程学院安徽淮南232001 合肥综合性国家科学中心能源研究院煤炭清洁高效利用研究中心安徽合肥230031

目的为解决断层附近储气巷道围岩变形不协调、在储气循环荷载作用下易发生损伤失稳的问题。方法采用FLAC3D建立数值模型,基于淮南潘一矿第一水平西翼轨道石门实际地质条件和原有支护方案,分别开展单一内压荷载作用和循环荷载作用下,储... 详细信息

目的为解决断层附近储气巷道围岩变形不协调、在储气循环荷载作用下易发生损伤失稳的问题。方法采用FLAC3D建立数值模型,基于淮南潘一矿第一水平西翼轨道石门实际地质条件和原有支护方案,分别开展单一内压荷载作用和循环荷载作用下,储气巷道穿越Fe3正断层附近区域围岩变形破坏特征与支护方案优化模拟分析,针对该区域提出注浆加固方案,并通过数值模拟方法对注浆效果进行考察。结果随着内部储气上限压力的增大,储气库围岩变形加剧。尤其穿越破碎带区域,在循环荷载作用下,围岩累积损伤导致储气巷道极限承载能力大幅度降低,位移增加显著,成为潜在破坏区。注浆后巷道围岩顶底板及两帮位移量明显降低,对储气巷道围岩稳定性具有良好的控制作用。结论研究结果可指导破碎区域注浆加固提高储气巷道内压上限,为同类高压储气巷道的稳定性和安全性提供参考。

关键词：地下储气库断层构造数值模拟循环荷载注浆加固

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废弃矿井地下空间物理储能方式对比与优选

绿色矿冶 2024年第2期40卷 6-13页

作者：修雅馨刘钦节付强杨卿干包兴芮邓卓越安徽理工大学安徽省关闭废弃矿井资源开发利用工程研究中心安徽淮南232001 煤炭安全精准开采国家地方联合工程研究中心安徽淮南232001 合肥综合性国家科学中心能源研究院安徽合肥230031

为开展废弃矿井地下空间物理储能方式对比优选,在总结分析废弃矿井抽水蓄能、重力储能和压缩空气储能原理及发展现状的基础上,采用层次分析法选取6个一级指标(资源条件、技术方案、经济效益、环境影响、安全保障及能耗水平)、19个二级... 详细信息

为开展废弃矿井地下空间物理储能方式对比优选,在总结分析废弃矿井抽水蓄能、重力储能和压缩空气储能原理及发展现状的基础上,采用层次分析法选取6个一级指标(资源条件、技术方案、经济效益、环境影响、安全保障及能耗水平)、19个二级指标以及3种储能方案,建立了废弃矿井地下空间物理储能方式评价指标体系。以山西白家庄煤矿为例,基于专家打分法分析了各指标及方案层权重,获得一二级指标中的主控因素及影响程度,并基于此分析对比3种物理储能方式的优劣。结果表明,在一级指标中,安全保障权重占比最高,环境影响次之,之后依次是资源条件、经济效益、能耗水平和技术方案;在二级指标中,权重最高的3个指标分别是技术保障、自然生态、资金投入;在3种方案中,重力储能最具优势,其次是抽水蓄能,最后是压缩空气储能。研究结果可为废弃矿井地下空间物理储能方式的选择提供参考。

关键词：废弃矿井物理储能重力储能压缩空气储能抽水蓄能层次分析法评价体系

基于Monte Carlo方法的地应力测量可靠性分析及其误差估算

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采矿与安全工程学报 2016年第5期33卷 917-923页

作者：刘钦节杨科安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室能源与安全学院安徽淮南232001

地应力测量分析在煤矿安全高效开采中具有非常重要的作用,但以往对地应力测试结果的可靠程度、影响因素及其误差分析方面研究较少。利用概率统计、Monte Carlo数值模拟等技术手段建立空心包体应变计法测试地应力的参数敏感性和误差估算... 详细信息

地应力测量分析在煤矿安全高效开采中具有非常重要的作用,但以往对地应力测试结果的可靠程度、影响因素及其误差分析方面研究较少。利用概率统计、Monte Carlo数值模拟等技术手段建立空心包体应变计法测试地应力的参数敏感性和误差估算模型,并以国投新集能源股份有限公司两淮矿区4个矿井的实验测试数据为例,统计分析了岩体物理力学参数分布概型和特性参数,并对地应力测量结果的敏感性因素及其影响规律进行了研究。结果表明:岩体泊松比、弹性模量和测孔直径是影响地应力大小的关键因素,而测孔方位角、岩体泊松比和内摩擦角则是影响地应力方位的重要因素,并通过多元回归分析方法获得了最大主应力的相对误差和方位偏角估算公式。研究成果可为空心包体应变计法测量地应力的结果可靠性分析及其他相关测试研究提供重要借鉴。

关键词：地应力测量可靠性分析误差估算空心包体应变计法

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深井沿空留巷底鼓演化机理模型试验研究

采矿与安全工程学报 2018年第1期35卷 1-9页

作者：华心祝杨明刘钦节杨朋安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室能源与安全学院安徽淮南232001

为研究深井沿空留巷底鼓特征及其演化机理,以淮南顾桥煤矿深井沿空留巷为工程背景,利用自行研制的双向四面可调加载多功能相似模拟试验装置,开展典型条件深井沿空留巷底鼓演化机理模型试验。结果表明:1)从开掘到报废整个期间留巷底鼓严... 详细信息

为研究深井沿空留巷底鼓特征及其演化机理,以淮南顾桥煤矿深井沿空留巷为工程背景,利用自行研制的双向四面可调加载多功能相似模拟试验装置,开展典型条件深井沿空留巷底鼓演化机理模型试验。结果表明:1)从开掘到报废整个期间留巷底鼓严重,掘巷期间就已产生底鼓,但底鼓主要发生在一次采动至二次采动期间;2)巷道底板深部岩体主要为压应变,浅部岩体呈现"拉-压"应变转变现象,且"拉-压"应变交界面随着沿空留巷时期的推移不断向深部移动;3)该地质条件下沿空留巷底鼓主要由压曲型底鼓、剪切错动型底鼓和挤压流动型底鼓复合而成,其破坏形态多以剪切破坏或拉剪破坏为主,又呈现出大变形和偏态特征;4)根据底鼓产生和发展情况,将底鼓演化过程分为滑移-弯曲线形成期、剪切错动破坏期、剪切破断期、挤压流动期、离层期5个阶段。基于底鼓变形特征及演化机理分析,提出应将深井沿空留巷底鼓防控纳入整个巷道围岩控制体系之中,并针对留巷不同阶段给出相应的防控对策,为深井沿空留巷提供指导。

关键词：沿空留巷深部矿井底鼓演化机理模型试验防控对策