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不同黏土矿物与有机质互作及其对无烟煤力学非均质性影响的分子模拟研究

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煤炭学报 2024年

作者：张彬孙蓓蕾王德璋康天合冯智杰李立功李昊洋梁晓敏朱文庆张俊爽太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室太原理工大学矿业工程学院晋能控股装备制造集团有限公司太原理工大学煤与煤系气地质山西省重点实验室山西世德孙家沟煤矿有限公司太原理工大学经济管理学院

煤层气是我国重要的非常规天然气资源，但无机矿物影响下的煤储层具有强烈的力学非均质性，存在已成功使用的工程技术在其他煤层气井不适用的情况，深入研究煤中无机矿物与有机质的相互作用及其对煤力学非均质性的影响机制具有重要的意... 详细信息

煤层气是我国重要的非常规天然气资源，但无机矿物影响下的煤储层具有强烈的力学非均质性，存在已成功使用的工程技术在其他煤层气井不适用的情况，深入研究煤中无机矿物与有机质的相互作用及其对煤力学非均质性的影响机制具有重要的意义。利用分子模拟对比分析了高岭石、伊利石和蒙脱石三种典型黏土矿物与无烟煤有机质的相互作用范围、位置和强度及差异性，阐明了不同黏土矿物对煤孔隙率的影响规律，揭示了煤力学非均质对黏土矿物类型的响应特征。结果表明：高岭石或伊利石与煤有机质的径向分布函数呈双峰特性，同时存在氢键作用和范德华力，而蒙脱石的径向分布函数呈单峰分布，相互作用以范德华力为主，占总能量变化的89.36%，不存在氢键作用；矿物分子进入到煤有机质后会相互堆叠填充，形成具有一定的非均质性且形状不规则的纳米孔隙结构，相同矿物含量下，含不同矿物类型煤的孔隙率大小顺序为：蒙脱石＞伊利石＞高岭石；黏土矿物与煤有机质的相互作用强度主要取决于黏土矿物分子的尺寸，呈反比例关系；不同高岭石含量下，无烟煤的体积模量、弹性模量和剪切模量非均质性可分为五个部分，存在变异性极高的区域，而含伊利石和含蒙脱石无烟煤除了剪切模量存在高变异区域，其他力学参数均处于低变异范围以下，高岭石对无烟煤力学非均质的影响程度要大于伊利石和蒙脱石的影响。研究成果将为预测煤储层力学性质的变化规律且根据煤中不同黏土矿物特征有针对性的制定储层改造措施和开发方案提供力学依据。

关键词：无烟煤黏土矿物类型力学性质非均质性分子模拟

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暴露面积对煤样瓦斯吸附影响的试验研究

矿业研究与开发 2022年第4期42卷 102-107页

作者：马琳胡胜勇太原理工大学安全与应急管理工程学院山西太原030024 山西工程技术学院矿业工程系山西阳泉市045000

为查明暴露面积和吸附时间对瓦斯吸附的影响,以不同暴露面积型煤为研究对象,应用等温吸附试验仪,进行30 min、60 min、90 min的甲烷和二氧化碳气体的等温吸附试验。结果表明:气体吸附过程中,在吸附时间和吸附压力相同条件下,随着暴露面... 详细信息

为查明暴露面积和吸附时间对瓦斯吸附的影响,以不同暴露面积型煤为研究对象,应用等温吸附试验仪,进行30 min、60 min、90 min的甲烷和二氧化碳气体的等温吸附试验。结果表明:气体吸附过程中,在吸附时间和吸附压力相同条件下,随着暴露面积的增加,单位压力下吸附量增加,暴露面积越大,吸附量越大;煤样在前30 min内吸附量最大,吸附速率最快,在30~90 min时间内,吸附速率明显变慢;二氧化碳吸附速率大于甲烷的吸附速率;甲烷和二氧化碳气体低压条件下单位压力吸附量大于高压条件下的吸附量。

关键词：煤暴露面积等温吸附吸附时间吸附速率

基于渗流力学的高瓦斯综放面窄煤柱宽度确定机制

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中国煤炭 2017年第5期43卷 47-51页

作者：王凯郝兵元张鹏鹏乔永凤山西工程技术学院矿业工程系山西省阳泉市045000 太原理工大学矿业工程学院山西省太原市030024

针对高瓦斯综放面沿空窄煤柱阻隔邻空区瓦斯有效性的问题,采用渗流力学及数值模拟的方法分析了煤柱内稳定区厚高比与瓦斯渗流量关系,以及不同宽度煤柱受动压影响时两侧破碎区演化规律。结果表明,超前支承压力强烈影响范围内,窄煤柱稳定... 详细信息

针对高瓦斯综放面沿空窄煤柱阻隔邻空区瓦斯有效性的问题,采用渗流力学及数值模拟的方法分析了煤柱内稳定区厚高比与瓦斯渗流量关系,以及不同宽度煤柱受动压影响时两侧破碎区演化规律。结果表明,超前支承压力强烈影响范围内,窄煤柱稳定区厚高比达到0.5,即可有效阻隔邻空区瓦斯。煤柱较小时,超前支承压力强烈影响范围内煤柱全部进入破碎状态;随煤柱宽度增大,超前支承压力强烈影响范围内煤柱出现稳定区,其两侧破碎区厚度之和为定值。研究成果在阳煤五矿8407综放面成功应用,并取得了显著的技术经济效益。

关键词：高瓦斯综放面渗流力学数值模拟窄煤柱合理宽度

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超细水雾抑制煤燃烧的模拟实验研究

中国安全生产科学技术 2013年第2期9卷 49-53页

作者：史文芳张爱绒郭勇义吴世跃太原理工大学矿业工程学院山西太原030024 太原科技大学安全工程系山西太原030024

为了研究超细水雾对煤燃烧的抑制效果,基于小尺寸空间抑制燃烧实验平台,研究了超细水雾对煤燃烧的抑制效果,计算在超细水雾作用下实验空间内部氧气、二氧化碳、一氧化碳体积分数的变化情况以及燃烧空间内不同部位的温度变化情况,并且与... 详细信息

为了研究超细水雾对煤燃烧的抑制效果,基于小尺寸空间抑制燃烧实验平台,研究了超细水雾对煤燃烧的抑制效果,计算在超细水雾作用下实验空间内部氧气、二氧化碳、一氧化碳体积分数的变化情况以及燃烧空间内不同部位的温度变化情况,并且与煤自由燃烧的情况做对比。研究表明超细水雾对煤燃烧的火灾发展过程有很好的抑制作用。研究结论对超细水雾应用于熄灭矿井煤炭火灾具有一定的指导意义。

关键词：超细水雾抑制煤燃烧小尺寸实验平台

鄂尔多斯盆地东缘石西区块含氦天然气的发现及成因初探

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煤炭学报 2021年第4期46卷 1280-1287页

作者：刘超孙蓓蕾曾凡桂畅向东郭盛强王宇红刘彦峰张绍韡陈建伟李健太原理工大学矿业工程学院山西太原030024 煤与煤系气地质山西省重点实验室山西太原030024 华新燃气集团有限公司山西晋城048204 山西省地质矿产研究院山西太原030024

氦气是国防军工和高科技产业发展不可或缺的稀有战略性资源。我国氦气资源匮乏,对外依存度达98%以上。基于鄂尔多斯盆地东缘石西区块25口井81个天然气样分析资料,发现氦气体积分数为0.02%~0.23%,平均值为0.089%,具备潜在利用价值。石西... 详细信息

氦气是国防军工和高科技产业发展不可或缺的稀有战略性资源。我国氦气资源匮乏,对外依存度达98%以上。基于鄂尔多斯盆地东缘石西区块25口井81个天然气样分析资料,发现氦气体积分数为0.02%~0.23%,平均值为0.089%,具备潜在利用价值。石西区块内天然气氦稳定同位素组成(^(3)He/^(4)He)为0.02×10^(-6)~0.05×10^(-6),R/R_(a)((^(3)He/^(4)He)样品/(^(3)He/^(4)He)大气)值为0.01~0.08,属于典型的壳源氦。石西区块位于离石鼻状构造带,区块东部柳林尖家沟发育燕山期金伯利岩带(B.P.180~100 Ma),该岩带之北百余公里发育与其同源的燕山期紫金山碱性岩体(B.P.158.0~130.4 Ma)。航磁异常图显示,石西区块位于北东向展布的正磁异常带边缘。这些地质背景条件表明,石西区块内氦气的来源可能与尖家沟—紫金山岩体深部放射性元素衰变生气有关,该区东部离石断裂带可能提供了氦气运移的主要通道,区内多套储盖层组合为氦气提供了良好的保存条件。石西区块含氦天然气的发现及关于其地质成因的认识,表明鄂尔多斯盆地在适宜的地质条件下可能形成富氦天然气,为该盆地富氦天然气资源进一步调查提供了新的依据。

关键词：鄂尔多斯盆地煤系氦气富集

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市场不确定条件下煤制烯烃技术经济分析方法

化工学报 2017年第11期68卷 4288-4299页

作者：张媛媛王永刚田亚峻谢克昌中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院北京100083 北京低碳清洁能源研究所北京102209 太原理工大学煤科学与技术教育部和山西省重点实验室山西太原030024 清华大学热能工程系北京100084

建立了一种用于市场不确定条件下现代煤化工项目技术经济分析的方法。以煤制烯烃投资项目内部收益率、投资回收期、财务净现值、税后利润和单位利润CO2排放量为主要目标,以聚烯烃价格、煤炭价格、建设投资及碳税税率为表征市场不确定性... 详细信息

建立了一种用于市场不确定条件下现代煤化工项目技术经济分析的方法。以煤制烯烃投资项目内部收益率、投资回收期、财务净现值、税后利润和单位利润CO2排放量为主要目标,以聚烯烃价格、煤炭价格、建设投资及碳税税率为表征市场不确定性的4个变量,建立煤制烯烃技术经济分析模型。根据该模型,绘制了预测公式曲面图和等高线图,并在此基础上开展了敏感性分析和不确定性分析。敏感性分析表明聚烯烃价格变化与煤炭价格变化对各评价指标的影响最显著;利用Monte Carlo模拟的方法量化考察了市场不确定条件下煤制烯烃技术的经济性以及各风险因素对评价指标的影响,分析结果表明,在市场低迷情况下,当聚烯烃价格处于6000~8000元/吨、煤炭价格处于100~300元/吨的低位时,煤制烯烃仍可盈利。

关键词：煤制烯烃技术经济分析市场不确定性碳税试验设计模型 Monte Carlo模拟

资源三号卫星DEM数据与全球开放DEM数据的误差对比

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地球信息科学学报 2020年第3期22卷 370-378页

作者：赵尚民程维明蒋经天沙文娟太原理工大学矿业工程学院测绘科学与技术系太原030024 中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室北京100101 东方通用航空摄影有限公司太原030031 苏州中科天启遥感科技有限公司苏州215163

全球开放DEM数据为数字地形分析提供了重要数据源。与已有的全球开放DEM数据相比,资源三号卫星具有更高的空间分辨率、更大的覆盖范围和更好的现势性。将资源三号卫星生成的DEM数据与全球开放DEM数据进行误差对比则为基于资源三号卫星... 详细信息

全球开放DEM数据为数字地形分析提供了重要数据源。与已有的全球开放DEM数据相比,资源三号卫星具有更高的空间分辨率、更大的覆盖范围和更好的现势性。将资源三号卫星生成的DEM数据与全球开放DEM数据进行误差对比则为基于资源三号卫星的全球DEM数据研制提供科学依据。本文以山西省中部太原市为研究区,基于高精度激光点云数据生成DEM为参考数据,对资源三号卫星影像生成的DEM数据与全球典型的开放DEM数据(AW3D30、SRTM1和ASTER GDEM)的误差进行了对比分析,并获得了其在不同坡度等级下绝对误差与相对误差的平均值、平均绝对值、均方根值和标准偏差值。研究结果表明:①4种DEM数据的误差分布均具有较好的对称性。同时,平均误差接近于0 m,SRTM1和ASTER GDEM数据更是如此。因此均方根误差值与标准偏差值近似一致;②资源三号DEM具有最高的精度,误差最小(均方根误差4.6 m)。其次为AW3D30数据(均方根误差5.6 m)和SRTM1数据(均方根误差8.8 m)。ASTER GDEM数据误差最大(均方根误差12.6 m),精度最差;③资源三号DEM、SRTM1和ASTER GDEM数据的误差均随坡度的变大而增大,而AW3D30数据误差随着坡度增加呈现先减小后增大的趋势。总体上,与其他3种DEM数据相比,资源三号DEM在所有坡度范围均具有最小的误差值。

关键词：资源三号DEM 全球开放DEM 绝对误差相对误差坡度 AW3D30 SRTM1 ASTER GDEM 太原市

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煤矿安全人为事故预防关键技术

西安科技大学学报 2008年第2期28卷 283-287页

作者：栗继祖张韶红太原理工大学矿业工程学院山西太原030024 山西中医学院中药系山西太原030024

人为因素是导致中国各类煤矿安全事故的重要原因,为了寻求解决这一问题的有效办法,在对煤矿从业人员实验基础上建立了以能力与非能力因素为基本内容的人为事故预防指标体系,并对这一技术指标体系的科学性进行了实践验证。提供了煤矿从... 详细信息

人为因素是导致中国各类煤矿安全事故的重要原因,为了寻求解决这一问题的有效办法,在对煤矿从业人员实验基础上建立了以能力与非能力因素为基本内容的人为事故预防指标体系,并对这一技术指标体系的科学性进行了实践验证。提供了煤矿从业人员人为事故预防技术指标与方法,包括能力测验、兴趣测验和人格测验3者组合而成的共性指标与涉及机械和空间能力、感知运动能力等专业指标的测评方法。

关键词：煤矿安全管理人为事故

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高应力全煤尾巷围岩变形破坏机理及控制技术

煤矿安全 2016年第10期47卷 81-84页

作者：王凯郝兵元山西工程技术学院采矿工程系山西阳泉045000 太原理工大学矿业工程学院山西太原030024

针对高应力综放工作面瓦斯尾巷围岩稳定性控制难题,综合运用理论分析、数值模拟及现场实测的方法分析围岩变形破坏特征。结果表明:在非采动影响期间,巷道两帮塑性区不断向深部发展是引起顶沉和底鼓的根源;受采动影响时,缺乏超前支护是... 详细信息

针对高应力综放工作面瓦斯尾巷围岩稳定性控制难题,综合运用理论分析、数值模拟及现场实测的方法分析围岩变形破坏特征。结果表明:在非采动影响期间,巷道两帮塑性区不断向深部发展是引起顶沉和底鼓的根源;受采动影响时,缺乏超前支护是片帮垮顶的主因。据此提出"支顶-控底-助帮"支护理论及技术,即:在尾巷内布设1排混凝土支柱,给顶板强有力地支撑,并将顶板压力传递至底板以控制底鼓,继而减轻两帮载荷,阻止两帮塑性区向深部扩展;同时,对尾巷起超前支护作用。

关键词：高应力内错尾巷数值模拟力学分析混凝土支柱