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液氮冷加载对不同含水饱和度节理煤样损伤的影响

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采矿与安全工程学报 2022年第2期39卷 413-420页

作者：李和万刘戬高熹才王来贵孙思洋朱志洁辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 西安科技大学西部煤炭绿色安全开发国家重点实验室陕西西安710054 辽宁工程技术大学矿业学院辽宁阜新123000

为了研究煤层物理性质(节理角度、含水饱和度)在液氮制冷过程中对煤样原有节理结构的影响,利用物理实验及ABAQUS软件数值模拟的方法建立贯穿型节理模型,以节理角度与不同饱水度作为主要参数:节理角度按照与层理夹角分为15°、45°、60°... 详细信息

为了研究煤层物理性质(节理角度、含水饱和度)在液氮制冷过程中对煤样原有节理结构的影响,利用物理实验及ABAQUS软件数值模拟的方法建立贯穿型节理模型,以节理角度与不同饱水度作为主要参数:节理角度按照与层理夹角分为15°、45°、60°,含水饱和度分别为0%、50%和100%,对煤样进行循环冷加载交叉实验与模拟。结果表明:(1)随着加载周期的增加,45°夹角煤样节理结构损伤最明显,60°夹角煤样节理结构损伤效果最弱。(2)随着含水饱和度的提高,煤样破碎的冷加载周期减少,单轴抗压强度降低;(3)通过ABAQUS软件建立的煤样损伤物理力学模型,与实验结果吻合度较高,含水饱和度100%、45°节理角度煤样经过4T冷加载发生破裂。

关键词：液氮裂隙增透疲劳增扩含水煤样

基于氯化钠溶液放电介质的高压电脉冲对煤体强化致裂增透实验研究

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基于氯化钠溶液放电介质的高压电脉冲对煤体强化致裂增透实验研究

作者：苑进伟安徽理工大学

学位级别：硕士

由于我国煤层普遍富含瓦斯和具有低透气性的特征,学者们对煤体卸压增透的研究一直是煤炭安全开采的重要内容。为了提高煤体的透气性,实现煤与瓦斯的高效共采,高压电脉冲技术是较为有效的一种方法,此方法从石油引进煤矿后逐渐成熟,已从... 详细信息

由于我国煤层普遍富含瓦斯和具有低透气性的特征,学者们对煤体卸压增透的研究一直是煤炭安全开采的重要内容。为了提高煤体的透气性,实现煤与瓦斯的高效共采,高压电脉冲技术是较为有效的一种方法,此方法从石油引进煤矿后逐渐成熟,已从实验室研究应用到煤矿现场。为了进一步提高对煤体的致裂增透效果,本论文基于高压电脉冲增透技术,把高压电脉冲液中放电通常加入的水换成不同浓度的氯化钠溶液,研究不同浓度的氯化钠溶液对高压电脉冲放电压力峰值的影响规律,进而探究基于氯化钠溶液放电介质的高压电脉冲对煤体强化致裂增透作用。主要研究结果如下:1.高压电脉冲先后在0、0.5mol/L、0.8mol/L、1.0mol/L、1.2mol/L、1.5mol/L、2.0mol/L、2.2mol/L、2.5mol/L的氯化钠溶液中放电后,在距放电电极30cm处,随着氯化钠溶液浓度的增加,测得的压力峰值先是逐渐升高,当氯化钠溶液浓度达到1.2mol/L后,压力峰值稳定在2.2MPa左右不再变化。高压电脉冲在自来水中放电得到的压力峰值为1.25 MPa,这表明高压电脉冲在氯化钠溶液中放电后,可以提高放电压力峰值。2.运用COMSOL模拟了在高压电脉冲液电效应的冲击载荷下,煤块钻孔上原生裂隙的应力分布,从模拟结果可知,虽然煤块钻孔上原生裂隙的长度不同,钻孔受到冲击载荷后,原生裂隙的末端都分布了大量应力,而裂隙的其它部位应力较低。根据煤块钻孔上原生裂隙的应力集中现象,分析得出了高压电脉冲增透煤块的方式如下:在高压电脉冲的冲击载荷下,当煤块钻孔上原生裂隙的末端应力达到煤块的屈服强度时,这些裂隙会延伸扩展或者产生新的裂隙,煤块内部的裂隙在尺度上增大在数量上增多,裂隙在煤块空间上相互连接贯通。3.在两个相同的1煤块和2煤块钻孔中分别加入自来水和1.2 mol/L氯化钠溶液后,各进行了8次的高压电脉冲放电,结果表明:2煤块表面裂隙出现较早,裂隙的发育也较快,8次高压电脉冲放电完成后,2煤块表面产生的裂隙在尺度上较1煤块也更长;2煤块内部产生了较多的裂隙,高压电脉冲对2煤块内部裂隙改造较好。此实验说明,氯化钠溶液能提高高压电脉冲技术对煤体的增透能力。图39表10参71

关键词：煤体高压电脉冲氯化钠溶液裂隙增透

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ITO薄膜可见光区增透性能研究

人工晶体学报 2013年第11期42卷 2252-2257页

作者：李仁莹王明董国波高方圆唐芳王玫刁训刚北京航空航天大学物理科学与核能工程学院北京100191

采用MPS单极性脉冲磁控溅射法,在PMMA衬底上制备SiO2增透薄膜,通过改变溅射时间达到最优的增透效果。在此基础上,制备了不同溅射时间的ITO薄膜,系统研究了增透前后的可见光透过率、方块电阻和红外发射率的变化。实验结果表明,增透后薄... 详细信息

采用MPS单极性脉冲磁控溅射法,在PMMA衬底上制备SiO2增透薄膜,通过改变溅射时间达到最优的增透效果。在此基础上,制备了不同溅射时间的ITO薄膜,系统研究了增透前后的可见光透过率、方块电阻和红外发射率的变化。实验结果表明,增透后薄膜可见光平均透光率提高大约6%,对于溅射时间小于60 min的ITO薄膜增透之后的平均透光率达到80%以上,同时薄膜的方块电阻以及红外发射率变化较小。

关键词： SiO2薄膜增透 ITO薄膜

深部含瓦斯煤体渗透率演化及卸荷增透理论模型

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煤炭学报 2014年第8期39卷 1650-1658页

作者：程远平刘洪永郭品坤潘荣锟王亮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 山西焦煤集团有限责任公司博士后科研工作站山西太原030022 河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454000

利用渗透率理论模型对深部煤层渗透率的变化进行了探讨,认为深部煤层地应力主导有效应力的变化,直接或间接的控制着渗透率。要有效增加煤层的渗透率,只能降低地应力。据此开展了煤体卸荷渗透率试验研究,获得煤体卸荷过程中既存在原始裂... 详细信息

利用渗透率理论模型对深部煤层渗透率的变化进行了探讨,认为深部煤层地应力主导有效应力的变化,直接或间接的控制着渗透率。要有效增加煤层的渗透率,只能降低地应力。据此开展了煤体卸荷渗透率试验研究,获得煤体卸荷过程中既存在原始裂隙的扩展,也有新生裂隙的产生,两者的综合作用是导致卸荷煤体渗透率骤增的原因。在实验和理论分析的基础上提出了煤体卸荷渗透率演化概念模型,建立了考虑有效应力和瓦斯吸附/解吸变形等因素的、以应变为变量的煤体卸荷损伤增透理论模型。该模型搭建了煤体卸荷与增透的桥梁,可采用岩石力学软件获得的采场围岩应力场和应变场计算得到卸荷后煤岩的渗透率演化规律。最后在窑街煤田海石湾煤矿进行了应用,理论模型的应用使瓦斯抽采设计更科学和有效。

关键词：深部煤层渗透率主控因素增透理论模型

千米深井高瓦斯煤层W-S-W水力压裂强化增透试验研究

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煤炭学报 2017年第7期42卷 1757-1764页

作者：马海峰程志恒张科学曹家明安徽理工大学能源与安全学院安徽淮南232001 煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室安徽淮南232001 煤炭科学技术研究院有限公司安全分院北京100013 中国煤炭科工集团有限公司北京天地玛珂电液控制系统有限公司北京100013 淮南矿业(集团)有限责任公司安徽淮南232001

水力压裂是增加煤岩体透气性的有效方法之一,针对深部水力压裂存在的问题,提出了"水-砂-水"(W-S-W)水力压裂强化增透技术,以千米深井高瓦斯煤层为研究背景,开展了W-SW水力压裂强化增透试验和常规水力压裂试验,并对增透效果进行了考察。... 详细信息

水力压裂是增加煤岩体透气性的有效方法之一,针对深部水力压裂存在的问题,提出了"水-砂-水"(W-S-W)水力压裂强化增透技术,以千米深井高瓦斯煤层为研究背景,开展了W-SW水力压裂强化增透试验和常规水力压裂试验,并对增透效果进行了考察。结果表明:煤体的非均质性和孔隙裂隙分布的非均匀性导致了煤体非对称性增透,在水力压裂的作用下裂缝的扩展演化是递进循环式的,并依次经历了能量缓慢增长、微裂隙萌生、局部损伤破坏、裂缝迅速扩展、裂缝网络循环扩展演化5个阶段。高压水对煤体内部结构产生切割,形成一种高压水驱动裂隙弱面不断扩展、延伸的连锁效应,并使支撑剂(砂)楔入到裂缝端部,抑制了裂缝的闭合,增加了煤体的透气性。采用W-S-W水力压裂强化增透区域煤层的百孔抽采量最高达1.2 m^3/min,平均百孔抽采量与瓦斯体积分数分别为0.77 m^3/min,52%,与常规水力压裂区域的平均百孔抽采量0.44 m^3/min和瓦斯体积分数31%相比分别提高了0.75倍、0.68倍,与未压裂区域的平均百孔抽采量0.32 m^3/min和瓦斯体积分数24%相比分别提高了1.4倍、1.2倍,W-S-W水力压裂强化增透区域煤层的百孔抽采量与瓦斯体积分数均具有明显的峰值阶段,且稳定抽采阶段可持续45 d以上,瓦斯抽采时效性明显,实现了千米深井高瓦斯煤层大范围增透和长时高效抽采瓦斯。

关键词：高瓦斯煤层千米深井增透水力压裂百孔抽采量

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高瓦斯低透气性煤体定向聚能爆破增透机制

岩土力学 2013年第9期34卷 2496-2500页

作者：穆朝民王海露黄文尧况常见安徽理工大学能源与安全学院安徽淮南232001 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安徽淮南232001 安徽理工大学化学工程学院安徽淮南232001

针对传统煤层预裂爆破增透存在的问题,对定向聚能爆破控制裂纹演化方向的理论和方法进行研究,即通过聚能射流的初始导向裂纹与后续高压气体形成的气楔联合作用,达到控制裂纹演化方向和长度的目的。基于模型试验和数值模拟,探讨了定向聚... 详细信息

针对传统煤层预裂爆破增透存在的问题,对定向聚能爆破控制裂纹演化方向的理论和方法进行研究,即通过聚能射流的初始导向裂纹与后续高压气体形成的气楔联合作用,达到控制裂纹演化方向和长度的目的。基于模型试验和数值模拟,探讨了定向聚能爆破聚能方向和非聚能方向裂纹演化的机制。在潘三矿掘进工作面现场运用定向聚能爆破技术,达到增加煤体裂纹与保护围岩稳定性有机的统一。试验结果表明:爆破后3 h内抽采瓦斯量变化最为明显,其中最大抽采量是原始抽采量的470倍。有效抽采半径为7 m以内,爆破后顶板振幅约为0.23 cm。

关键词：瓦斯灾害爆炸力学增透聚能

深孔定向聚能爆破增透机制模拟试验研究及现场应用

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岩石力学与工程学报 2014年第12期33卷 2490-2496页

作者：刘健刘泽功高魁马衍坤李重情郭林杰安徽理工大学能源与安全学院安徽淮南232001 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安徽淮南232001

为研究深孔定向聚能爆破的裂缝特征及应力演化特征，搭建定向聚能爆破试验系统，开展定向聚能爆破试验，分析聚能方向和非聚能方向的裂缝特征、应力演化规律。试验结果表明，定向聚能爆破的爆炸能量主要集中在聚能方向，能够在聚能方向... 详细信息

为研究深孔定向聚能爆破的裂缝特征及应力演化特征，搭建定向聚能爆破试验系统，开展定向聚能爆破试验，分析聚能方向和非聚能方向的裂缝特征、应力演化规律。试验结果表明，定向聚能爆破的爆炸能量主要集中在聚能方向，能够在聚能方向侵彻煤体形成较大的裂缝，产生的裂缝长度远大于非聚能方向；定向爆破的聚能效应导致试样的应力状态在聚能方向发生显著变化，聚能方向的力学变化大于非聚能方向。同时，进行深孔定向聚能爆破的现场试验，煤层采用定向聚能爆破增透技术后，瓦斯抽采量增大10～40倍，有效抽采半径达到7 m，并且定向聚能爆破对煤层顶底板的破坏较小，较好地保护巷道围岩的完整性。研究成果对井下煤层实施定向聚能爆破治理瓦斯灾害有重要的科学意义和应用价值。

关键词：爆破力学深孔爆破瓦斯灾害增透定向聚能爆破

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液态CO_2爆破煤层增透最优钻孔参数研究

岩石力学与工程学报 2016年第3期35卷 524-529页

作者：周西华门金龙宋东平李诚玉辽宁工程技术大学安全科学与工程学院辽宁阜新123000 辽宁工程技术大学矿山热动力灾害与防治教育部重点实验室辽宁阜新123000

爆破钻孔参数的选取是消除爆破空白区域、提高爆破增透和瓦斯抽采效果的关键。监测液态CO_2爆破过程中爆破器主管内高压气体压力时程曲线,研究液态CO_2爆破煤层增透机制,并建立FLAC3D数值模型,研究结果表明：在水平层理上,单孔液态CO_2... 详细信息

爆破钻孔参数的选取是消除爆破空白区域、提高爆破增透和瓦斯抽采效果的关键。监测液态CO_2爆破过程中爆破器主管内高压气体压力时程曲线,研究液态CO_2爆破煤层增透机制,并建立FLAC3D数值模型,研究结果表明：在水平层理上,单孔液态CO_2爆破有效影响半径为出气孔方向6 m和出气孔法向4 m;控制孔明显增加多孔连续爆破裂隙区范围。采用数学计算和数值模拟2种方法确定多孔连续爆破最优钻孔参数为：爆破器间距5 m和爆破孔间距7.5 m。进行井下液态CO_2爆破试验,爆破后煤层透气性系数提高17.49～22.76倍,瓦斯抽采浓度提高3.16倍,瓦斯抽采混量提高1.71倍。合理选取液态CO_2爆破钻孔参数,为井下节约爆破成本和达到最佳爆破效果提供参考。

关键词：数值模拟瓦斯抽采增透液态CO2爆破钻孔参数

钻孔割缝网络化增透机制及其在底板穿层钻孔瓦斯抽采中的应用

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煤炭学报 2012年第9期37卷 1425-1430页

作者：林柏泉张其智沈春明杨威煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221008 中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221108

针对底板穿层瓦斯抽采钻孔卸压不充分的主要问题,采用理论分析与现场试验相结合的方法,研究了钻孔割缝网络化卸压增透机制,提出了底板穿层钻孔割缝网络化增透技术,并且在国内相关矿井进行了现场应用。应用结果表明:采用该技术措施后,平... 详细信息

针对底板穿层瓦斯抽采钻孔卸压不充分的主要问题,采用理论分析与现场试验相结合的方法,研究了钻孔割缝网络化卸压增透机制,提出了底板穿层钻孔割缝网络化增透技术,并且在国内相关矿井进行了现场应用。应用结果表明:采用该技术措施后,平均透气性系数提高了122倍,瓦斯抽采流量提高了3.5倍,瓦斯抽采浓度提高了2.3倍,预抽达标时间缩短50%以上。

关键词：割缝网络化增透底板穿层瓦斯抽采