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Evaluation and intelligent deployment of coal and coalbed methane coupling coordinated exploitation based on Bayesian network and cuckoo search

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International Journal of Mining Science and Technology 2022年第6期32卷 1315-1328页

作者： Quanle Zou Zihan Chen Zhiheng Cheng yunpei liang Wenjie Xu Peiran Wen Bichuan Zhang Han Liu Fanjie Kong State Key Laboratory of Coal Mine Disaster Dynamics and Control School of Resources and Safety EngineeringChongqing UniversityChongqing 400044China North China Institute of Science and Technology Beijing 100083China Key Laboratory of Mine Disaster Prevention and Control in Hebei Province Langfang 065000China

Coal and coalbed methane(CBM)coordinated exploitation is a key technology for the safe exploitation of both ***,existing studies lack the quantification and evaluation of the degree of coordination between coal mining and coalbed methane *** this study,the concept of coal and coalbed methane coupling coordinated exploitation was proposed,and the corresponding evaluation model was established using the Bayesian *** this basis,the objective function of coal and coalbed methane coordinated exploitation deployment was established,and the optimal deployment was determined through a cuckoo *** results show that clarifying the coupling coordinated level of coal and coalbed methane resource exploitation in coal mines is conducive to adjusting the deployment plan in *** case study results show that the evaluation and intelligent deployment method proposed in this paper can effectively evaluate the coupling coordinated level of coal and coalbed methane resource exploitation and intelligently optimize the deployment of coal mine *** optimization results demonstrate that the safe and efficient exploitation of coal and CBM resources is promoted,and coal mining and coalbed methane extraction processes show greater *** observations and findings of this study provide a critical reference for coal mine resource exploitation in the future.

关键词： Coal and coalbed methane Coupling coordinated exploitation Bayesian network Cuckoo search Intelligent optimization

循环加卸载路径下不同含瓦斯煤渗流及损伤演化特征

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煤炭学报 2019年第9期44卷 2803-2815页

作者：李清淼梁运培邹全乐成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室四川成都610059 成都理工大学环境与土木工程学院四川成都610059 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 重庆大学资源与安全学院重庆400044

循环载荷广泛存在于采矿活动中并对煤岩的强度、损伤及渗透性质产生较大影响,例如煤层群开采多重保护工程中,被保护层煤岩就受到循环加卸载作用,并显著改变了煤岩的力学及渗流特性;瓦斯对煤的力学性质及能量耗散特征也具有显著的影响,... 详细信息

循环载荷广泛存在于采矿活动中并对煤岩的强度、损伤及渗透性质产生较大影响,例如煤层群开采多重保护工程中,被保护层煤岩就受到循环加卸载作用,并显著改变了煤岩的力学及渗流特性;瓦斯对煤的力学性质及能量耗散特征也具有显著的影响,不同加卸载路径下煤岩力学及渗流特性与常规加载下的性质存在显著差异,因而有必要研究循环加卸载条件下不同含瓦斯煤的渗流及损伤演化特征。根据煤层群开采条件下被保护层应力状态实时监测的相似模拟实验结果,设计了3种简化的循环加卸载应力路径,即阶梯循环加卸载、逐级增大循环加卸载和交叉循环加卸载,采用重庆大学自主研发的含瓦斯煤流固耦合三轴渗流实验装置对取自平顶山十矿和袁庄煤矿的煤样进行了瓦斯渗流试验。结果表明:在3种循环加卸路径中,2种煤样的渗透率变化与轴向应力应变曲线具有显著的一致性,循环加卸载作用下,煤样渗透率随着应力的增大和循环次数的增加呈减小趋势;应力卸载和加载对渗透率的影响不同;渗透率受到应力和损伤累积的双重影响。相同应力水平下,煤样经过卸载-加载过程后的渗透率有降低趋势,相对恢复率随着循环次数的增加而先降低后增大,只有应力超过煤样的屈服阶段后才能使渗透率增大。主要结论为:①3种循环加卸载路径下煤样在加载阶段的增透率随应力增大和循环次数的增加都可以分为3个阶段且呈增长趋势,单位体积变化引起的渗透率增加在变大,循环荷载的增透效果随着循环次数的增加而增强。②随着峰值应力的增大和煤样中损伤的累积,渗透率对应力的敏感性逐渐降低。随着荷载的施加,应力卸载对渗透率的影响先增强后减弱。③通过计算各循环阶段的加卸载响应比得到了煤样损伤变量的演化规律,通过回归分析可知损伤变量与轴向应力之间的关系可以用Boltzmann函数表征,该函数可以作为损伤的经验公式对实验中煤样的损伤进行预测计算。④循环加卸载对煤样渗透率及损伤的作用受煤种不同的影响不明显。研究结果为深入揭示多重保护下煤层增透机制和基于循环荷载致裂(重复水力压裂等)的煤层强化增透机制及瓦斯抽采工程设计提供理论支撑。

关键词：循环荷载渗透率恢复率应力敏感系数加卸载响应比损伤

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截割参数对镐型截齿截割比能耗的影响

煤炭学报 2018年第2期43卷 563-570页

作者：王想王清峰梁运培重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400039

为了研究相关截割参数对截割比能耗的影响,基于直线截割试验装置,在不同截割角条件下,使用5种不同锥角的镐形截齿对一种砂岩进行截割试验,研究了相关角度参数对截割力和比能耗的影响;在截割角为55°时,使用锥角80°的截齿,在不同截割厚... 详细信息

为了研究相关截割参数对截割比能耗的影响,基于直线截割试验装置,在不同截割角条件下,使用5种不同锥角的镐形截齿对一种砂岩进行截割试验,研究了相关角度参数对截割力和比能耗的影响;在截割角为55°时,使用锥角80°的截齿,在不同截割厚度和截线距条件下进行截割试验,探讨了截割厚度和截线距对截割力和截割比能耗的影响。试验结果表明,清理角对截割力和截割比能耗有显著的影响,当清理角过小时,截齿与岩石之间产生严重的摩擦使截割力明显较大,从而使截割比能耗较大。当清理角小于等于10°时,平均截割力随截齿锥角的增大呈线性增大,随前角的增大呈线性减小,此时截割比能耗明显小于清理角大于10°时的截割比能耗,但锥角和前角对截割比能耗未见明显的影响趋势。平均截割力随截割厚度和截线距的增大呈线性增大。截割比能耗随截割厚度的增大呈幂函数减小。截线距与截割厚度的比值存在一个最优值使截割比能耗最小,此时截割比能耗相对无截槽影响时约降低65.1%。截线距与截割厚度比值的最优值为2或3,且该比值不受截割厚度和截线距的影响。这些结论对镐型截齿工作角度的设计及采掘机械工作机构截齿布置有重要的指导意义。

关键词：镐型截齿岩石截割截割参数截割比能耗

截割厚度与截线距对镐型截齿破岩力学参数的影响

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振动与冲击 2018年第3期37卷 27-33页

作者：梁运培王想王清峰重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400039

基于对一种砂岩的直线截割试验,研究截割厚度和截线距对镐型截齿破岩力学参数的影响。单因素回归表明:截割力、法向力与截割厚度成正比,线性拟合和幂函数拟合均能很好地描述它们之间的统计学关系;随着截割厚度的增加,法向力截割力比值... 详细信息

基于对一种砂岩的直线截割试验,研究截割厚度和截线距对镐型截齿破岩力学参数的影响。单因素回归表明:截割力、法向力与截割厚度成正比,线性拟合和幂函数拟合均能很好地描述它们之间的统计学关系;随着截割厚度的增加,法向力截割力比值呈线性减小;随着截线距的增加,截割力和法向力呈线性增加,法向力截割力比值呈幂函数减小。载荷波动性系数随着截线距与截割厚度比值的增大呈线性减小。多元线性回归表明:截割力、法向力与截割厚度和截线距之间有极强的统计学关系;载荷波动性系数与截割厚度及截线距之间存在显著的统计学关系,且与截割厚度成正比,与截线距成反比。对比发现,Evans的理论模型较Roxborouth等、Goktan的改进模型对截割力有更好的预测性能。

关键词：镐型截齿岩石截割截割力法向力回归分析

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纳米氧化铝改性地面井固井水泥水化机制研究

煤炭科学技术 2024年第7期52卷 68-78页

作者：梁运培刘莹邹全乐王鑫重庆大学资源与安全学院重庆400044 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044

随着地面井固井技术发展加快,工程现场对于地面井固井水泥浆的早期流动性及凝结性能有了更高的要求。为了提高固井工程注水泥作业的顶替效率,改善固井工程现场作业应用情况,提出了纳米氧化铝颗粒改性固井水泥的方法,利用核磁共振技术对... 详细信息

随着地面井固井技术发展加快,工程现场对于地面井固井水泥浆的早期流动性及凝结性能有了更高的要求。为了提高固井工程注水泥作业的顶替效率,改善固井工程现场作业应用情况,提出了纳米氧化铝颗粒改性固井水泥的方法,利用核磁共振技术对质量分数为0、0.05%、0.10%、0.15%及0.20%的纳米氧化铝改性水泥浆(水灰比为0.44)在不同水化龄期的水化反应变化特征进行了研究,探究了纳米氧化铝改性水泥的水相分布、物理结合水总信号量变化、峰形指数及迁移速率。结果表明:纳米氧化铝改性水泥浆在水化阶段的T2图谱会出现3个弛豫峰,分别对应絮凝结构填充水(0.1~10 ms)、毛细水(10 ms)、自由水(800~1000 ms);其物理结合水总信号随纳米氧化铝质量分数增加而逐步减少,其中质量分数为0.20%的纳米氧化铝改性水泥浆信号量减少速率最快;峰形指数呈现先上升后下降的趋势,当水化反应进行至600 min时,质量分数为0.20%的改性水泥浆变化速率最快,弛豫峰向短弛豫方向移动速率加快;结合迁移速率将纳米氧化铝改性固井水泥水化反应阶段划分,其水化机制分别作用在4个水化时期:①初始水化期(5~60 min),水化速率未发生明显改变;②加速水化期(60~600 min),纳米氧化铝使水泥浆中物理结合水转化为化学结合水所经历时间变短,水化进程加快,达到促进水泥水化的效果;③稳定水化期(600~1200 min),水泥体系趋于稳定;④延缓水化期(1200~1800 min),物理结合水转化为化学结合水速率变慢,水泥水化进程减慢。研究结论得到,纳米氧化铝改性水泥浆水化时期可以划分为4个阶段,分别起到物理填充、加速、稳定、延缓的作用。在加速期,纳米氧化铝促进水泥的早期流动,有利于水泥浆的泵送及流动,在延缓期,纳米氧化铝延缓水泥的进一步水化进程,利于发展早期强度。其中,质量分数为0.20%的纳米氧化铝改性水泥浆对于水泥水化进程影响最大,促进填充水向结合水的转化,在加速水化期间对于水泥浆水化反应加速程度最大,以此作为依据对现场固井水泥的制备及应用提供指导。

关键词：地面井固井水泥纳米氧化铝核磁共振水化反应弛豫时间

碳酸盐矿物溶蚀对页岩孔隙的改造作用及其意义——以川东地区下志留统龙马溪组页岩为例

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天然气工业 2021年第1期41卷 93-101页

作者：梁运培陈强廖志伟林丹煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室·重庆大学重庆大学资源与安全学院成都大学

碳酸盐矿物与页岩气储层的孔隙结构密切相关,探讨二者之间的定量关系有助于深化对页岩岩石学定量表征与微米/纳米尺度孔隙改造等的认识。为此选取四川盆地东部彭水地区下志留统龙马溪组页岩,开展了稀盐酸—页岩酸岩反应实验;综合利用场... 详细信息

碳酸盐矿物与页岩气储层的孔隙结构密切相关,探讨二者之间的定量关系有助于深化对页岩岩石学定量表征与微米/纳米尺度孔隙改造等的认识。为此选取四川盆地东部彭水地区下志留统龙马溪组页岩,开展了稀盐酸—页岩酸岩反应实验;综合利用场发射电镜、微CT以及低压氮气吸附方法,表征溶蚀前后孔隙结构;研究碳酸盐矿物对页岩储层孔隙结构的影响,进而探讨溶蚀孔的地质、工程指示意义。研究结果表明:①常温下酸岩反应120 h,碳酸盐矿物完全溶蚀而其他矿物则无明显变化;②碳酸盐矿物完全溶蚀后,出现大量孔径介于3.9~62.5μm的溶蚀孔,溶蚀孔总体积分数占比为6.8%,与样品酸溶率数值6.9%接近,同时纳米孔的形态、体积、孔径、表面积等参数未发生明显的变化;③碳酸盐矿物完全酸溶后仅产生微米孔,而在纳米尺度未表现出增孔、扩孔现象,表明碳酸盐晶粒处于微米尺度。结论认为,基于微米级溶蚀孔的图像统计参数,可以有效反演碳酸盐矿物的微观分布、形貌、数量、粒径等特征参数,为页岩岩石学定量研究提供了一种新的方法,同时该溶蚀孔协同水力压裂缝网,有助于加速页岩气的产出。

关键词：碳酸盐矿物溶蚀改造作用页岩储集层孔隙结构酸岩反应溶蚀孔四川盆地东部下志留统龙马溪组

基于颗粒流的倾斜厚煤层坚硬顶板运动失稳规律及水力弱化参数研究

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岩石力学与工程学报 2024年第S1期43卷 3428-3438页

作者：梁运培李其罡黄旭超武兆鹏陈亮瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室重庆400037 重庆大学煤矿灾害动力学与控制全国重点实验室重庆400044 重庆大学资源与安全学院重庆400044 中国煤炭科工集团重庆研究院有限公司重庆400037

为了探究倾斜厚煤层坚硬顶板的运动失稳规律,基于PFC^(2D)离散元颗粒流分析软件建立倾斜厚煤层采动覆岩的数值模型,并针对倾斜厚煤层坚硬顶板大面积悬露问题进行水力弱化方案设计,分析不同压裂参数对倾斜厚煤层坚硬顶板水力弱化效果的影... 详细信息

为了探究倾斜厚煤层坚硬顶板的运动失稳规律,基于PFC^(2D)离散元颗粒流分析软件建立倾斜厚煤层采动覆岩的数值模型,并针对倾斜厚煤层坚硬顶板大面积悬露问题进行水力弱化方案设计,分析不同压裂参数对倾斜厚煤层坚硬顶板水力弱化效果的影响,并提出一种水力弱化参数优选方法。研究表明:倾斜厚煤层的坚硬顶板初次来压以一种“堤坝体”的岩块结构破断,采空区上覆岩层垂向应力表现出非对称特征,在纵向上随工作面推进呈阶梯状垮落;针对倾斜厚煤层大面积悬露提出4种不同压裂角度,3种不同压裂高度的水力弱化方案,结果表明压裂角度为“直角”,压裂高度为基本顶厚度一半的弱化方案可以达到预期弱化效果,坚硬顶板水力弱化影响区域来压强度整体降低,来压峰值压力降低约42%,来压步距降低约52%;综合考虑施工难度和成本,基于弱化程度和压裂角度、高度之间的关系,对倾斜厚煤层坚硬顶板水力弱化参数进行优化,提出一种倾斜厚煤层坚硬顶板非充分定向水力弱化参数的优选方法,于1E201工作面进行工业性试验并取得了良好的顶板弱化效果。

关键词：采矿工程倾斜厚煤层坚硬顶板颗粒流水力压裂弱化参数

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酸性压裂液防治低渗煤层水锁损害实验研究

煤炭学报 2022年第12期47卷 4466-4481页

作者：胡千庭李晓旭陈强梁运培重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 重庆大学资源与安全学院重庆400044

压裂液易渗吸进入煤基质,大幅增加水力裂缝-煤基质界面水饱和度,严重降低甲烷气体产出速率,为此防治水锁损害是提升煤层压裂改造效果的重要手段。以阜新盆地刘家区低煤阶煤层气富集区为研究背景,选用阜新组富含方解石(体积占比约4.5%)... 详细信息

压裂液易渗吸进入煤基质,大幅增加水力裂缝-煤基质界面水饱和度,严重降低甲烷气体产出速率,为此防治水锁损害是提升煤层压裂改造效果的重要手段。以阜新盆地刘家区低煤阶煤层气富集区为研究背景,选用阜新组富含方解石(体积占比约4.5%)低渗煤样与质量分数6%乙酸溶液,测试了水相返排过程原煤样与酸化煤样气相渗透率变化规律,并结合扫描电镜、核磁共振岩心分析及CT成像,分析了方解石溶蚀对煤样渗流通道与毛管力影响。结果表明:(1)原煤样孔缝壁面倾向于强亲水,水相易渗吸侵入,加之煤基质储集空间以直径<100 nm的微、小孔隙为主,导致煤基质存在高毛管阻力,不利于渗吸水相返排,测试表明0.1,0.5 MPa气体驱替压差下仅少量水被返排出,滞留水饱和度大于90%,造成气相渗透率降低90%以上,当驱替压差增加至2.0 MPa(接近阜新组煤层最大返排压力梯度),部分煤样水锁损害率仍大于60%;(2)质量分数6%乙酸渗吸流动过程能够有效解除方解石对天然裂缝的充填堵塞,使煤岩心内部形成低毛管力、高渗透率的裂缝性酸溶蚀通道,为此0.1,0.5 MPa气体驱替压差即可有效返排主要渗流通道中的渗吸水相,返排过程气体渗透率达(6.9~82.3)×10^(-15)m^(2),较酸化前增加10~79倍,有效实现了防水锁与增渗目的;(3)借助酸溶蚀孔缝扩展延伸数值模拟、岩心柱尺度渗流实验等评估结果,优化压裂液中乙酸浓度、酸化溶蚀时间,适量解除方解石对煤层裂缝的充填堵塞,在煤层水锁损害带形成数量合理的低毛管力、高渗透率的裂缝性渗流通道,可最大程度防治水力裂缝-基质界面水锁损害,并降低酸溶蚀对煤体强度及煤粉运移影响。对于富含方解石的低渗煤层,采用乙酸改性的活性水压裂液,既可防治压裂液渗吸诱发的水锁损害,又不污染、破坏煤质,有利于煤层气抽采后煤炭绿色开采。

关键词：水锁压裂液毛管力酸化方解石水力裂缝-基质界面气相渗透率煤层气

新疆大倾角多煤组煤矿区煤层气开发利用进展与前景

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煤炭科学技术 2023年第S1期51卷 162-172页

作者：孙东玲梁运培黄旭超冉启灿瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室重庆400037 中国煤炭科工集团重庆研究院有限公司重庆400037 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 重庆大学资源与安全学院重庆400044

煤层气是非常规天然气的重要组成部分,新疆作为我国十四个特大型煤炭产业基地之一,煤层气资源储量丰富,约占全国煤层气资源总量的26%。为分析归纳新疆特殊的大倾角多煤组煤矿区煤层气资源特征,总结了“十三五”以来,新疆煤矿区煤层气开... 详细信息

煤层气是非常规天然气的重要组成部分,新疆作为我国十四个特大型煤炭产业基地之一,煤层气资源储量丰富,约占全国煤层气资源总量的26%。为分析归纳新疆特殊的大倾角多煤组煤矿区煤层气资源特征,总结了“十三五”以来,新疆煤矿区煤层气开发利用在理论、技术及装备方面取得的突破性研究进展,并对未来新疆煤矿区煤层气开发利用潜力和应用前景作出长远的展望。结果表明:新疆煤矿区资源具有“倾角大、煤层多、煤阶低、含气高”的特征。取得的突破性研究进展主要包括:提出了基于“三孔四区五量”的大倾角多煤组煤矿区时空协同煤与煤层气协调开发模式;阐明了大倾角采动地面井变形模式及高危位置确定方法,提出了“避、抗、让、疏、护”五字理念的地面井设计技术;研发了大倾角碎软煤层下向递进式抽采钻孔成套技术与装备;构建了新疆高寒地区煤层气利用蓄热氧化供暖技术;上述研究成果在现场试验中成功应用,提升了新疆煤矿区煤层气开发利用的整体水平。然而,规模化的煤层气开发利用产业尚未大面积形成。因此,亟需总结推广典型的大倾角多煤组煤矿区三区联动煤层气开发模式;加强多煤组煤矿区的地面井均匀超前预抽;研发井下煤层气高效抽采技术及装备;基于非对称采动卸压作用实现靶向精准抽采煤层气;拓展适用于高寒地区的全浓度范围煤层气利用技术;重点加快推进国家级“新疆准噶尔盆地南缘煤层气产业化基地”建设,实现新疆丰富煤层气资源的规模有效开发利用。

关键词：煤层气大倾角多煤层采动区地面井开发与利用

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