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煤与瓦斯突出相似模拟试验的能量原理

煤炭学报 2023年第11期48卷 4078-4096页

作者：程远平雷杨杨斯杰煤矿瓦斯治理国家工程研究中心江苏徐州221116 贵州大学矿业学院贵州贵阳550025 煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221116

煤与瓦斯突出作为一种破坏力极强的矿井动力灾害,由于这种动力灾害通常难以直接观测,煤与瓦斯突出的物理相似模拟成为了收集突出观测数据和研究突出机理的重要方法。然而,突出相似模拟试验的能量原理目前仍缺乏系统性研究。通过对过去7... 详细信息

煤与瓦斯突出作为一种破坏力极强的矿井动力灾害,由于这种动力灾害通常难以直接观测,煤与瓦斯突出的物理相似模拟成为了收集突出观测数据和研究突出机理的重要方法。然而,突出相似模拟试验的能量原理目前仍缺乏系统性研究。通过对过去70 a中突出模拟试验的回顾,发现实验型煤具有普遍较高的孔隙率(10%~40%,中位数为21.2%),显著增大了煤孔隙中储存的初始游离瓦斯膨胀能(几倍到几十倍)。为了进一步获得突出模拟试验的能量释放特征,基于相似准则,利用真三轴煤与瓦斯突出模拟系统开展了一系列突出模拟试验。结合观测数据与能量分析,发现瓦斯膨胀能是突出能量的主要组成部分,占总能量的87.50%~95.31%,其中初始游离气体的贡献占比为1/3~2/3;证明了实验室模拟试验的本质,是将突出过程等效为煤中高压气体驱动的动力过程。特别是,由于实验型煤高孔隙率引起的高初始游离瓦斯膨胀能,模拟试验可以不依赖应力条件,甚至可以由非吸附性气体(如He)在低压下(约0.45 MPa)诱发。与现场实际突出相比,模拟试验往往表现为瓦斯膨胀能与应力能的同时释放,缺乏应力与瓦斯之间的相互作用,因而难以还原突出的激发过程。在未来的试验装置设计中,如何使实验型煤孔隙率与原始煤层相当(通常为1%~11%)是突出相似模拟能否在相似性上获得突破性进展的关键。

关键词：煤与瓦斯突出瓦斯膨胀能试验仪器能量原理突出机理

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粉化煤体孔隙损伤特征及其对突出的影响

煤矿安全 2016年第5期47卷 174-177页

作者：金侃程远平中国矿业大学煤矿瓦斯治理国家工程研究中心江苏徐州221116 中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221116

为了研究粉化煤体的孔隙结构损伤特征及其对突出的影响,采用现场取样、实验室测试的方法,对铁法矿区大隆矿12煤层6个不同粒径煤样的工业分析、真密度、低温(77 K)N2吸附、高压瓦斯吸附和瓦斯放散初速度等参数开展系统测定。结果表明:粉... 详细信息

为了研究粉化煤体的孔隙结构损伤特征及其对突出的影响,采用现场取样、实验室测试的方法,对铁法矿区大隆矿12煤层6个不同粒径煤样的工业分析、真密度、低温(77 K)N2吸附、高压瓦斯吸附和瓦斯放散初速度等参数开展系统测定。结果表明:粉化后煤体的基本成分构成没有较大变化,但是孔隙结构和瓦斯吸附-放散性能均发生了显著改变;随着粉化程度的增加,煤样的比表面积,孔容均呈幂函数趋势增长;小粒径粉煤颗粒在相同条件下具有更高的瓦斯吸附能力和更快的初始瓦斯释放速率,对于突出的发动和发展具有促进作用。

关键词：粉化煤体煤与瓦斯突出孔隙结构瓦斯吸附瓦斯放散损伤特征

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中国煤层气地面井中长期生产规模的情景预测

石油学报 2013年第3期34卷 489-495页

作者：秦勇袁亮程远平孟建兵申建中国矿业大学煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室江苏徐州221116 煤矿瓦斯治理国家工程研究中心安徽淮南232001 中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221116

采用情景分析这一基本方法分析了影响煤层气产业发展的情景因素,认为中国煤层气产业发展规模呈国家需求与技术进步双要素单向增长趋势,存在较低规模、基准规模、跨越规模3类可能的基本情景。根据中国煤层气产业发展现状并参考美国煤层... 详细信息

采用情景分析这一基本方法分析了影响煤层气产业发展的情景因素,认为中国煤层气产业发展规模呈国家需求与技术进步双要素单向增长趋势,存在较低规模、基准规模、跨越规模3类可能的基本情景。根据中国煤层气产业发展现状并参考美国煤层气产业发展历史,进一步筛选出单井产量、钻井总数、投产井比例3个关键要素,对今后20年期间中国煤层气地面井产量进行了情景设计和模拟分析。研究认为,在技术较大进步情景下,未来4个五年计划末期的全国地面井产量规模可能分别为113×108 m3、252×108 m3、452×108 m3和624×108 m3。这种情景的实现,需要在现有基础上进一步强化国家产业政策的扶持,提高煤层气井增产技术进步的速度,加大煤层气基地产能建设的力度。

关键词：煤层气地面井生产规模情景要素情景分析

基于煤中瓦斯赋存和运移方式的孔隙网络结构特征表征

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煤炭学报 2022年第10期47卷 3680-3694页

作者：张开仲程远平王亮胡彪李伟中国矿业大学矿山互联网应用技术国家地方联合工程实验室江苏徐州221008 中国矿业大学物联网(感知矿山)研究中心江苏徐州221008 中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学煤矿瓦斯治理国家工程研究中心江苏徐州221116

煤层微观孔隙结构对瓦斯储运特性具有关键控制作用,厘清煤的复杂孔隙网络结构表征对瓦斯高效抽采及灾害防治具有重要意义。通过流体侵入法、光电辐射与数字岩心技术,分别从孔隙多级性、网络特性、连通性、自相似性等开展对煤中孔隙网络... 详细信息

煤层微观孔隙结构对瓦斯储运特性具有关键控制作用,厘清煤的复杂孔隙网络结构表征对瓦斯高效抽采及灾害防治具有重要意义。通过流体侵入法、光电辐射与数字岩心技术,分别从孔隙多级性、网络特性、连通性、自相似性等开展对煤中孔隙网络结构特征的形态学、拓扑学和几何学新表征。结果表明:首先,随着孔隙尺度降低,多级孔隙形态由不规则外生孔转变为圆形矿物质孔或气孔,且不同阶段孔径分布大致呈递减趋势,其中微孔空间占主导地位,孔容和比表面积分别占56%~85%和92%~98%;不同煤样多尺度孔隙的三维重构体现出多级性和相似性,具有微纳米网络骨架特征且局部伴有纳米孔隙群,分别构成了储层气体运移微通道和主要赋存场所。其次,根据流体侵入法间接反映了孔隙网络连通性,运用分形维数论证了多级孔隙存在分段特征,且拟合系数高于0.9;利用数字岩心技术构建了具有拓扑等价的孔隙网络模型及其配位数,并基于泰勒多边形的煤体微观分形结构阐释多级孔隙间以串联为主的结构配置关系,证明了煤样作为分形几何体的可能性。最后,论证了绝大多数瓦斯分子是以吸附态附着在“填充孔-扩散孔-渗流孔”多级结构上,且微孔填充是煤中瓦斯主要赋存方式,其甲烷吸附量占比大都高于90%;填充孔(100 nm)充当与外界连通的“门户”,在此理解上构建了基于瓦斯赋存和运移方式的孔隙网络特征的表征模型。

关键词：孔隙结构多尺度连通性瓦斯赋存瓦斯运移

岩浆岩床环境离层瓦斯灾变机制及工程防治方法

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采矿与安全工程学报 2016年第6期33卷 1152-1159页

作者：徐超袁亮程远平王凯王亮中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院北京100083 中国矿业大学煤矿瓦斯治理国家工程研究中心江苏徐州221116 煤炭开采国家工程技术研究院安徽淮南232001

淮北杨柳煤矿岩浆侵蚀严重,在岩浆侵蚀区域发生过地面钻井喷"瓦斯-水"事故,严重破坏了地面瓦斯抽采系统。采用实验室试验、理论计算等手段分析了岩浆岩床对下伏煤体的热演化作用,建立了离层瓦斯压力和流量计算模型,研究了下伏离层瓦斯... 详细信息

淮北杨柳煤矿岩浆侵蚀严重,在岩浆侵蚀区域发生过地面钻井喷"瓦斯-水"事故,严重破坏了地面瓦斯抽采系统。采用实验室试验、理论计算等手段分析了岩浆岩床对下伏煤体的热演化作用,建立了离层瓦斯压力和流量计算模型,研究了下伏离层瓦斯灾变机制,并提出了工程防治方法。研究结果表明,岩浆侵入的热演化作用提高了煤的变质程度,促进了下伏煤体的二次生烃,煤层瓦斯含量大大增加,与岩浆岩床的封盖作用相叠加,造成瓦斯局部富集,为离层瓦斯包的形成奠定了物质基础;喷孔事故发生时作为主关键层的第2层岩浆岩床产生突然弯曲下沉运动但未破断,离层空间减小0.58万m^3,迫使离层瓦斯压力迅速增至1.68 MPa,地面钻井的瓦斯流量为178.4 m^3/min,共喷出瓦斯量35.3万m^3,导致该离层瓦斯灾变事故;提出并应用了岩浆岩床下伏煤层瓦斯综合立体抽采技术,能够有效防止离层瓦斯的二次灾变,保证了矿井的安全生产。

关键词：岩浆岩床热演化作用离层瓦斯灾变防治方法

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中国煤层气产业战略效益影响因素分析

科技导报 2012年第34期30卷 70-75页

作者：秦勇袁亮程远平中国矿业大学资源与地球科学学院江苏徐州221116 煤矿瓦斯治理国家工程研究中心安徽淮南232001

煤层气产业战略效益是指煤层气产业发展对经济社会的整体贡献,本文从国家能源供需趋势和煤层气产业自身发展条件两个方面对其影响因素进行了讨论。影响中国煤层气产业发展及其战略效益的宏观因素包括经济状况、煤炭生产、洁净能源生产... 详细信息

煤层气产业战略效益是指煤层气产业发展对经济社会的整体贡献,本文从国家能源供需趋势和煤层气产业自身发展条件两个方面对其影响因素进行了讨论。影响中国煤层气产业发展及其战略效益的宏观因素包括经济状况、煤炭生产、洁净能源生产和环境保护三大方面,未来的经济状况是一个不确定因素,未来能源需求注定持续增长,发展新能源和低碳技术将刺激天然气(含煤层气)生产和消费大幅度增长。就细观层次而言,煤层气产量是产业战略效益的核心考量,受到煤层气资源条件及其探明程度、抽采方式与抽采技术、资金投入等因素的影响。中国的煤层气资源非常丰富,但资源探明程度低,煤层气地质条件复杂,既有战略效益释放的巨大空间,又对开发技术创新提出了更高的要求。抽采技术发展水平决定着煤层气产业战略效益可实现的程度,研发重点在于围绕提高煤层气地面单井产量和矿井抽采率两个核心,发展适用于各类地质条件的开发技术。煤层气开发前期投资大,投资风险高,资金回收期长,需从国家层面完善鼓励政策,构建多元化投融资平台。

关键词：煤层气产业战略效益影响因素

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注水对煤层吸附瓦斯解吸影响的试验研究

煤炭科学技术 2014年第6期42卷 96-99页

作者：陈向军程远平煤矿灾害预防与抢险救灾教育部工程研究中心(河南理工大学) 河南焦作454000 中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221116

水力化措施在煤矿开采中广泛应用,为了研究注水对煤层瓦斯解吸的影响,采用高压吸附-注水-解吸测试装置对不同吸附平衡压力和水分条件下煤对瓦斯的置换解吸量、卸压解吸量及总瓦斯解吸量进行了测试计算。结果表明:注水过程中及注水一段... 详细信息

水力化措施在煤矿开采中广泛应用,为了研究注水对煤层瓦斯解吸的影响,采用高压吸附-注水-解吸测试装置对不同吸附平衡压力和水分条件下煤对瓦斯的置换解吸量、卸压解吸量及总瓦斯解吸量进行了测试计算。结果表明:注水过程中及注水一段时间内煤样罐瓦斯压力呈现出继续增高的趋势,说明注入的水置换出了煤体吸附的瓦斯,且水分越高,置换解吸量越大,测试的最大置换量可达11.88 mL/g;卸压后,注水煤样的瓦斯解吸量减小,且水分越大,瓦斯解吸量降幅越大,降幅最大值可达68.29%;注水后煤的总解吸量增大,说明注水对试验煤样的瓦斯解吸起促进作用。

关键词：煤层注水置换解吸卸压解吸瓦斯解吸量

原生结构煤与构造煤孔隙结构与瓦斯扩散特性研究

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煤炭科学技术 2018年第3期46卷 103-107,24页

作者：胡彪程远平王亮中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学煤矿瓦斯治理国家工程研究中心江苏徐州221116

为了研究原生结构煤与构造煤孔隙结构与瓦斯扩散特性,采用压汞、低温液氮、二氧化碳吸附和稳压吸附试验对试验煤样进行研究。分析了原生结构煤与构造煤的孔隙结构特征,以及在颗粒条件下吸附瓦斯的时间效应,获得原生结构煤与构造煤孔隙... 详细信息

为了研究原生结构煤与构造煤孔隙结构与瓦斯扩散特性,采用压汞、低温液氮、二氧化碳吸附和稳压吸附试验对试验煤样进行研究。分析了原生结构煤与构造煤的孔隙结构特征,以及在颗粒条件下吸附瓦斯的时间效应,获得原生结构煤与构造煤孔隙的复杂程度与瓦斯在煤粒中运移快慢的关系。研究表明:祁南矿和大宁矿原生结构煤的微孔孔长度分别为8.087×10^(10)m/g和1.202×10^(11)m/g,而构造煤的微孔孔长度分别为6.932×10^(10)m/g和1.090×10^(11)m/g;给定试验煤样条件下,原生结构煤吸附达到平衡状态需要的时间远大于构造煤,构造煤在前3 min的平均吸附速率分别为原生结构煤的3.3和3.8倍;煤样中的微孔孔长度越小,瓦斯在煤中的扩散路径越短,运移所需时间越少,在初期吸附的瓦斯量越大。

关键词：瓦斯吸附瓦斯扩散构造煤原生结构煤煤孔隙

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浅谈技工院校教师队伍建设

科技与创新 2014年第2期 133-134页

作者：程远平营口技师学院辽宁营口115004

在社会主义市场经济的新形势下,社会对技工人才提出了更高的要求,对技工院校教师素质的要求也相应地提高了,所以,技工院校必须加强教师队伍建设。教师要树立正确的世界观、价值观和人才观,恪守职业道德,率先示范,具备良好的综合业务素质... 详细信息

在社会主义市场经济的新形势下,社会对技工人才提出了更高的要求,对技工院校教师素质的要求也相应地提高了,所以,技工院校必须加强教师队伍建设。教师要树立正确的世界观、价值观和人才观,恪守职业道德,率先示范,具备良好的综合业务素质,防止职业倦怠的产生。学校要采用多种方式和途径,以提高教师的思想道德水准和业务能力。

关键词：技工院校教师队伍建设综合素质