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不同加载速率对煤岩组合体巴西劈裂特性的影响

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河南理工大学学报（自然科学版） 2025年第1期44卷 29-36页

作者：陈岩王嘉豪邓良涛洪紫杰荣腾龙侯志强河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454000 河南理工大学土木工程学院河南焦作454000

目的为了研究煤岩组合体在采掘过程中的抗拉特性,方法以煤岩组合体为研究对象,利用RMT-150B实验机对其进行不同加载速率下的巴西劈裂试验,分析加载速率对煤岩组合体劈裂破坏的强度特征、破坏形态、能量特征和裂纹演化的影响。结果结果表... 详细信息

目的为了研究煤岩组合体在采掘过程中的抗拉特性,方法以煤岩组合体为研究对象,利用RMT-150B实验机对其进行不同加载速率下的巴西劈裂试验,分析加载速率对煤岩组合体劈裂破坏的强度特征、破坏形态、能量特征和裂纹演化的影响。结果结果表明:煤岩组合体的应力-应变曲线大致经历了压密阶段、弹性阶段、屈服阶段、破坏阶段,其破坏模式与加载速率无关,均沿着圆盘交界面裂成两半;煤岩组合体的抗拉强度与加载速率呈正相关,加载速率较小时,试样的抗拉强度随加载速率变化十分显著;当加载速率增大时,试样的抗拉强度增幅减小;不同加载速率下,煤岩组合体试样的能量集中在0.33~0.42 J,且试样抗拉强度越大,损伤所需的能量也越大;应力-裂纹应变峰前曲线经历裂纹闭合阶段、弹性阶段、裂纹扩展阶段,轴向裂纹损伤应力与抗拉强度值接近,裂纹参数具有明显的加载速率效应。结论研究结果对于揭示煤岩组合结构拉伸破坏机理具有重要理论价值。

关键词：煤岩组合体巴西劈裂强度特征能量特征裂纹演化

防隔水煤柱定向爆破应力转移机理及参数优化设计

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河南理工大学学报（自然科学版） 2025年第1期44卷 1-9页

作者：刘少伟郭泽政冯超牛帅河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454000 安阳工学院土木与建筑工程学院河南安阳455000

目的针对内部存在断层的防隔水煤柱在采动影响下应力场持续变化对其稳定性和工作面安全开采造成极大威胁的问题,方法以鹤壁中泰矿业有限公司3309工作面为工程地质背景,采用理论分析、正交试验和FLAC3D数值模拟试验,研究定向爆破应力转... 详细信息

目的针对内部存在断层的防隔水煤柱在采动影响下应力场持续变化对其稳定性和工作面安全开采造成极大威胁的问题,方法以鹤壁中泰矿业有限公司3309工作面为工程地质背景,采用理论分析、正交试验和FLAC3D数值模拟试验,研究定向爆破应力转移保护防隔水煤柱的影响因素以及不同切顶深度和切顶角度下防隔水煤柱内部应力分布特征。结果结果表明:随着切顶角度和切顶深度增加,垂直应力集中区逐渐向深部转移,但当切顶深度和切顶角度达到一定数值后,继续增加切顶角度或切顶深度对应力集中区位置及垂直应力峰值影响不再明显,对比不同方案防隔水煤柱内部测线数据可知,当切顶深度为15 m、切顶角度为15°时,应力集中区距回风巷距离最远,最远距离为19.76 m,应力峰值最小,最小值为15.65 MPa。结论采用定向爆破技术可以实现切顶卸压应力转移,能够阻断回风巷上覆岩层与防隔水煤柱周边岩层的联系,将防隔水煤柱靠近回风巷一侧应力向深部转移,以减少采动对防隔水煤柱的影响;现场工业性试验结果验证了选定方案切顶深度15 m、切顶角度15°的合理性,防隔水煤柱内部实现了应力转移,选定方案的成功应用有效提高了防隔水煤柱的稳定性,能够满足安全生产要求。研究结果可为类似地质条件下内部存在断层的防隔水煤柱的应力转移保护提供参考依据。

关键词：定向爆破应力转移断层数值模拟防隔水煤柱正交试验

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基于神经网络模型的煤层气产能预测研究

河南理工大学学报（自然科学版） 2025年第1期44卷 46-56页

作者：金毅郑晨晖宋慧波马家恒杨运航刘顺喜张昆倪小明河南理工大学资源环境学院河南焦作454000 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454000 中原经济区煤层(页岩)气协同创新中心河南焦作454000 河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000

目的煤层气产能主要受地质和工程因素影响,阐明这些因素对煤层气井产能的影响机制是实现储层精细改造和煤层气井提产的基础。方法本文以沁水盆地柿庄南区块为研究对象,综合考虑地质背景、储层物性和动态排采数据,利用神经网络算法开展... 详细信息

目的煤层气产能主要受地质和工程因素影响,阐明这些因素对煤层气井产能的影响机制是实现储层精细改造和煤层气井提产的基础。方法本文以沁水盆地柿庄南区块为研究对象,综合考虑地质背景、储层物性和动态排采数据,利用神经网络算法开展煤层气产能预测。首先,利用灰色关联分析法遴选出10个地质参数作为煤层气产能预测的主控因素,在此基础上,运用模糊数学法实现研究区34口煤层气井富集区划分,最后,根据分类结果,结合实际排采数据,分别利用BP(back propagation)和LSTM(long short-term memory)神经网络算法实现煤层气井日产气量预测。结果结果表明:(1)渗透率、含气饱和度和储层压力梯度等10个参数是影响研究区煤层气产气性能的关键因素;(2)利用模糊数学评价方法评价煤层气的富集,可将研究区34口井产气效果划分为有利区、较有利区和不利区;(3)依托LSTM算法建立了煤储层日产气量预测模型,预测误差值为4.06%~14.79%,平均误差值为11.09%,预测精度明显高于BP神经网络模型,结论根据LSTM算法建立的煤储层日产气量预测模型稳定性好且预测精度高,可作为煤储层产能长程预测的一种有效手段,进而为煤层气开发工艺布施与排采方案制定提供科学依据。

关键词： LSTM神经网络 BP神经网络灰色关联分析产能预测

平顶山煤田岩溶地热水中稀土元素的分布特征及其影响因素

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河南理工大学学报（自然科学版） 2025年第1期44卷 88-99页

作者：李延河武占辉李洁祥于振子张波王心义平顶山天安煤业股份有限公司河南平顶山467099 河南理工大学资源环境学院河南焦作454000 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454000 河南理工大学矿业研究院河南焦作454000 中国平煤神马集团炼焦煤资源开发及综合利用国家重点实验室河南平顶山467099

目的为了探究华北型煤田深部岩溶地热水中稀土元素地球化学行为的指示意义,方法以平顶山煤田为例,通过野外调查取样,室内测试,再结合稀土元素配分模式分析和赋存形态模拟等手段,探究深层岩溶地热水中稀土元素(rare earth elements,REEs... 详细信息

目的为了探究华北型煤田深部岩溶地热水中稀土元素地球化学行为的指示意义,方法以平顶山煤田为例,通过野外调查取样,室内测试,再结合稀土元素配分模式分析和赋存形态模拟等手段,探究深层岩溶地热水中稀土元素(rare earth elements,REEs)的分布特征与迁移规律。结果结果表明,寒武系灰岩含水层中REEs质量浓度较低(0.054~0.244μg/L),沿径流路径呈下降趋势;稀土元素(post-archean Australian shale,PAAS)标准化配分模式表现为MREEs和HREEs相对富集,LREEs相对亏损,并且具有明显的Eu正异常和程度不一的Ce负异常,且Ce负异常程度和Eu正异常程度从补给区到排泄区呈降低趋势;水化学平衡软件MINTEQ 3.1模拟结果表明,地热水中REEs以Ln(CO_(3))^(2-)和Ln CO_(3)^(+)络合态为主,随原子序数增大或p H升高,Ln(CO_(3))^(2-)摩尔分数明显增大,而Ln CO_(3)^(+)摩尔分数依次递减,另外,地热水中还存在少量Ln SO_(4)^(+),Ln_(3)^(+),Ln HCO3^(2+),Ln F^(2+)和Ln(SO_(4))^(2-),其摩尔分数随原子序数增大依次减小,同时受地热水p H和HCO_(3)^(-),SO_(4)^(2-),F^(-)浓度共同控制;此外,岩溶地热水中还表现出明显的Y正异常和高ρ(Y)/ρ(Ho),可能与地热水富集Ca^(2+)有关。结论研究结果拓展了稀土元素在煤田水文地球化学研究中的应用,可为揭示矿区深部岩溶地热水补径排过程提供重要依据。

关键词：平顶山煤田岩溶地热水水化学稀土元素

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不同预氧化温度破碎煤在轴压下的自燃特性

河南理工大学学报（自然科学版） 2025年第1期44卷 10-17页

作者：徐永亮吴晋东李敏杰张健王文常州大学安全科学与工程学院江苏常州213164 河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454000 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454000 河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000

目的为了探究采空区破碎煤在应力状态下的氧化自燃特性,方法采用荷载加压煤自燃特性参数测定装置,研究不同预氧化温度破碎煤在不同轴压状态下的自燃特性,分析破碎煤在氧化过程的耗氧速率、特征温度点、气体生成和表观活化能等特征参数... 详细信息

目的为了探究采空区破碎煤在应力状态下的氧化自燃特性,方法采用荷载加压煤自燃特性参数测定装置,研究不同预氧化温度破碎煤在不同轴压状态下的自燃特性,分析破碎煤在氧化过程的耗氧速率、特征温度点、气体生成和表观活化能等特征参数变化规律。结果结果表明:轴压会增强煤的自燃特性,具体表现为耗氧速率增加,CO和C_(2)H_(4)气体体积分数增大,氧化特征温度点前移,表观活化能减小;轴压为0,4 MPa时,预氧化温度70℃煤样的氧化特性最强,轴压为8 MPa时,预氧化温度升高导致煤样的氧化特性降低;结合耗氧速率、指标气体和表观活化能的变化,表明预氧化温度70℃的煤自燃倾向性更高,更易复燃。结论(1)不同预氧化温度煤样的自燃特性在轴压的影响下表现一致:轴压会增强煤的氧化特性,更容易到达快速氧化阶段。(2)不同轴压下预氧化温度对煤样的自燃特性影响存在差异:预氧化温度升高反而会降低煤样的氧化特性,表明在高轴压影响下煤体预氧化温度越高,其氧化特性越弱。

关键词：轴压耗氧速率特征温度点指标气体表观活化能自燃倾向性

综采工作面过大落差逆断层回采技术研究与应用

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煤炭技术 2025年第1期44卷 44-47页

作者：张华伟曹庆华河南龙宇能源股份有限公司车集煤矿河南永城476600

落差较大的断层,严重影响采煤工作面的安全生产。逆断层在永夏矿区较为罕见,车集煤矿2902工作面切眼为矿井首次揭露大落差逆断层,通过对大落差逆断层回采技术难题研究分析,对工作面爆破机理及效果反向分析总结,对综采工作面爆破规律摸索... 详细信息

落差较大的断层,严重影响采煤工作面的安全生产。逆断层在永夏矿区较为罕见,车集煤矿2902工作面切眼为矿井首次揭露大落差逆断层,通过对大落差逆断层回采技术难题研究分析,对工作面爆破机理及效果反向分析总结,对综采工作面爆破规律摸索,优化了爆破参数及爆破防崩措施;合理控制回采层位,减少了破岩量;制定了托顶煤控制措施,有效实现了安全快速通过逆断层,对类似构造煤层开采具有较强的参考价值。

关键词：逆断层回采层位顶板控制爆破

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海上稠油油藏均热条件层段划分及配注方法

中国石油大学学报(自然科学版) 2025年

作者：张伟周法元林珊珊王弘宇王庆涛张建亮王新伟董琪伟中海石油(中国)有限公司天津分公司中海油田服务股份有限公司油田生产事业部中国石油大学(华东)新能源学院

由于海上油田稠油储层存在非均质等特点，导致了笼统配注方式在加热储层过程中出现传热不均、汽窜等问题，降低热采效率；为实现储层的均匀注汽和加热，需要提出一种合理的层段配注量计算模型。根据模糊数学的基本原理，在渗透率、孔隙... 详细信息

由于海上油田稠油储层存在非均质等特点，导致了笼统配注方式在加热储层过程中出现传热不均、汽窜等问题，降低热采效率；为实现储层的均匀注汽和加热，需要提出一种合理的层段配注量计算模型。根据模糊数学的基本原理，在渗透率、孔隙度等储层参数中筛选出最具影响力的的5个关键参数；建立关键参数对储层影响程度的层段组合配注量计算模型；同时以储层均匀加热为目标，求解出层段间的配注比例计算公式，以此为基础，提出一种新的层段划分方法即比例导数判别法，对实际生产中注汽层段的组合划分进行预测。结果表明：配注量计算模型以及层段划分方法相较笼统注汽方式，产油量提高了20%，具有较好的加热效果；依据储层参数设计配注方案，是海上油田稠油储层均匀加热的新思路，未来研究可在此基础上建立动态优化模型，并扩大验证范围。

关键词：海上油田稠油热采配注量计算均匀加热层段划分

瓦斯抽采钻孔水射流扩孔修复增透技术研究及应用

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煤炭科学技术 2025年

作者：徐刚孟子涵刘佳伟刘晓马利伟单永科金洪伟西安科技大学安全科学与工程学院西部矿井瓦斯智能抽采工程研究中心河南理工大学能源科学与工程学院河南大有能源股份有限公司新安煤矿

瓦斯浓度衰减严重、抽采效率低下是我国煤矿瓦斯抽采中亟待解决的技术难题。依据水射流在空气中的射流结构建立了水射流破煤数学模型，应用空腔膨胀理论提出了水射流冲击作用下煤体破碎强度准则，进而得到了水射流破煤深度的计算方法；... 详细信息

瓦斯浓度衰减严重、抽采效率低下是我国煤矿瓦斯抽采中亟待解决的技术难题。依据水射流在空气中的射流结构建立了水射流破煤数学模型，应用空腔膨胀理论提出了水射流冲击作用下煤体破碎强度准则，进而得到了水射流破煤深度的计算方法；然后基于水射流对瓦斯抽采钻孔周围煤体的冲刷解堵作用、扩孔增透作用和冲击损伤作用阐释了瓦斯抽采钻孔水射流扩孔修复增透机理，并建立了钻孔周围煤体增透范围计算模型，获得了水射流作用下钻孔周围煤体径向应力、切向应力的分布规律；再采用有限元仿真软件LS-DYNA对水射流破煤过程进行了数值模拟，获得了射流压力作用下破煤深度的变化规律和煤体径向应力、煤体损伤的分布规律；最后研发了瓦斯抽采钻孔扩孔修复增透作业装置并在新安煤矿14250下部底板巷穿层钻孔进行了实践应用。结果表明：水射流破煤深度随射流压力的增大线性增加，随射流距离的增大线性减小，随煤体强度的增大呈幂函数形式减小；水射流对瓦斯抽采钻孔的增透作用包括冲刷解堵作用、扩孔增透作用和冲击损伤作用三个方面，水射流扩大了钻孔半径，增透范围随钻孔半径的增加而线性增大，水射流压力越高煤体径向应力和切向应力越大，钻孔周围煤体损伤范围也越大；形成了以喷头进入煤层段深度、冲出煤岩量和瓦斯浓度为指标的瓦斯抽采钻孔水射流扩孔修复增透效果评价体系。根据修复增透实验情况，喷头进入煤层段深度的比率达到90.5%，单孔冲出的煤岩量可达385.6kg，扩孔修复增透技术的实施使钻孔等效半径由56.5mm增大到114.02mm，增透范围由修复前的67.8mm扩大到136.82mm，瓦斯体积浓度由修复前的1.4%提升到13.46%，实现了瓦斯抽采钻孔的冲刷解堵作用、扩孔增透作用和瓦斯抽采效果的显著提升。研究成果可为提升煤层瓦斯抽采钻孔的利用效率提供理论依据和技术支持。

关键词：瓦斯抽采钻孔水射流动压破碎强度扩孔修复增透瓦斯浓度

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断层对矿山压力的影响研究

煤炭技术 2020年第5期39卷 22-24页

作者：陈可夯河南能源鹤煤公司生产技术部河南鹤壁458030

研究基于断层对矿山压力的影响展开。运用现场实测、数值模拟和理论分析研究了断层对矿山压力的影响,研究结果表明:工作面推进至断层附近时,易导致工作面矿压显现剧烈程度增加,应力增高区的范围较大,塑性区的范围显著扩展,易引发冒顶、... 详细信息

研究基于断层对矿山压力的影响展开。运用现场实测、数值模拟和理论分析研究了断层对矿山压力的影响,研究结果表明:工作面推进至断层附近时,易导致工作面矿压显现剧烈程度增加,应力增高区的范围较大,塑性区的范围显著扩展,易引发冒顶、片帮、支架损毁等一系列矿山事故,需提高警惕,多加防范。

关键词：断层矿山压力矿压显现塑性区矿井突水