基于正交试验的CO2致裂器泄能头的参数优化

为了对CO_2致裂器泄能头的参数设计提供优化方案,采用ANSYS-CFX对CO_2致裂器的泄能头内部的流场进行数值模拟与仿真,分析了CO_2致裂器的单孔泄能头在不同入口气体压力、扩张段长度、收缩断面直径下所受最大压力,建立了由25组数值模型构成的正交试验表。通过正交试验分析可得:在入口气体压力为290 MPa、扩张段长度为40 cm、收缩断面直径为0.073 m时,CO_2致裂器泄能头所承受的压力最大,达到317.2 MPa。研究结果可为提高CO_2致裂器使用的安全性提供理论支撑。     

CO_2致裂器药卷最小起爆长度试验

对CO_2致裂器药卷最小起爆长度进行测试,利用控制变量法分段逐步进行爆破试验,并对爆破效果进行理论分析,讨论工程应用当中药卷的最佳长度。得到不同型号致裂器的安全起爆药卷长度与增大起爆威力的方法,方法对煤层瓦斯抽采致裂及岩石致裂具有指导作用。     

CO2气爆致裂半径影响因素数值模拟研究

为了提高CO₂相变致裂增透效果,明确不同因素对CO₂致裂半径的影响。本文计算了液态CO₂相变气爆能量的TNT当量转化并采用LS-DYNA软件模拟研究了不同地应力、瓦斯压力、致裂器泄放压力对致裂半径的影响,给出了各个影响因素与致裂半径的关系式。结果表明：随着地应力的增大,有效致裂半径逐渐降低;瓦斯压力的存在使煤体内裂隙呈膨胀张开状态,降低煤岩的有效压缩应力,使得煤层中的原始瓦斯压力对有效致裂半径的扩大有积极的正效应。泄放压力的增大提高了爆生气体射流的冲击速度,增大了气爆冲击波对周围煤岩体的径向压缩效能,增大了气爆应力波能量,3种因素联合作用使得气爆有效致裂半径随致裂器泄放压力的增大而增大。     

CO_2致裂器深孔预裂煤体裂隙扩展范围试验研究

为了得出CO_2致裂器串接进行深孔预裂的影响半径,在山西某煤矿3~#煤层进行了2组试验,研究了在抽采区和未抽采区2种不同工况下深孔预裂的影响半径,并结合理论计算的结果进行了分析,结果表明,利用串接CO_2致裂器进行深孔爆破,钻孔深度100 m的情况下,影响半径约5 m,为致裂增透方案的设计和现场施工提供了有力的技术支持。     

CO_2气相致裂技术及在煤矿煤仓掘进中的应用

为解决昊华能源股份有限公司红庆梁煤矿井下煤仓凿井速度慢、施工效率低的问题,在国内首次开展了CO_2气相致裂掘进的技术应用。根据CO_2致裂器性能、岩层地质条件和现场试验条件,完成了气相掘进致裂钻孔设计、布孔,以及施工工艺应用和煤仓掘进施工。应用表明:致裂器可以在特殊领域替代炸药进行掘进;凿井过程安全,无有毒有害气体产生,单循环致裂掘进深度1~1.2m,不会对围岩稳定性产生影响;致裂后矸石松动显著易破碎,而且容易清理,提高了作业效率。     

液态CO2相变致裂器泄能头气孔压力研究

采用CO₂相变爆破代替传统炸药爆破作为输入能量,对低渗砂岩铀矿层进行“爆破增渗”物理改造,对于提高我国天然铀产量具有十分重要的意义。目前工业化生产的CO₂致裂器主要针对煤岩开采等领域设计,在爆破增渗工况中适应性不佳。为此,对传统致裂器泄能头进行多孔设计、平衡各泄气孔压力,为设计出针对爆破增渗领域的“各气孔压力大且均匀”的致裂器提供理论参考。以RNG k-ε湍流模型为理论基础,基于计算流体动力学（CFD）对致裂器泄能头部分进行了数值仿真试验,分析了泄能头内的气体流动规律及压力分布特征,探讨了位置关系和孔径特征两个因素对泄气孔压力变化的影响规律。结果表明：为保持气孔压力的稳定输出,对称式分布的泄气孔优于交错式分布的泄气孔布置;同时,泄气孔直径设置为由首部至端部递增的非均匀式,可有效降低各气孔之间的压差。上述分析进一步表明：非均匀对称式的泄能头类型更符合爆破增渗的需求。     

井底煤仓CO_2致裂凿井技术安全管理对策

煤仓是煤矿硐室中施工难度较大的一项工程,常规方式是使用炸药爆破掘进。为了克服常规方式存在的缺点,创新性地利用CO2致裂技术进行煤仓掘进,该技术具有无明火、安全、高效的特点。针对此项创新性工艺的应用,探讨CO2致裂凿井技术的安全管理对策,对于井底煤仓质量控制和安全管理具有重要意义。     

王家岭煤矿CO_2相变致裂煤层增透技术应用研究

针对王家岭煤矿2#煤层低透气性的特点,采用CO_2相变致裂技术进行煤层增透现场实验研究,现场测试得出爆破深度在27~30 m内,当爆破孔与控制孔间距1.5 m时,单孔CH_4抽采纯量和浓度分别提高至6倍和5倍,160 min后CH_4浓度衰减明显;当爆破孔与控制孔间距2.5 m时,单孔CH_4抽采纯量和浓度分别提高至4倍,120 min后CH_4浓度衰减明显。说明在30 m爆破范围内,对于王家岭煤矿低透气性煤层CO_2爆破短时间抽采效果明显。     

CO_2致裂技术机理及其在底鼓治理中的应用

CO_2致裂技术是一种新型的物理爆破技术,爆破过程无外漏明火火焰产生,能够很好地应用在煤与瓦斯突出矿井中。通过对CO_2致裂机理的分析,确定了单孔爆破后产生的裂纹长度为0.5 m、裂纹条数为3.5条。根据理论分析,在成庄煤矿井下布孔治理底鼓,试验结果表明,底鼓治理效果良好,实测裂纹长度和条数与理论计算值吻合。     

二氧化碳致裂器研制与应用

介绍一种用于煤矿煤层预裂增透强化抽采、强制放顶、落煤及煤仓清堵的设备——二氧化碳致裂器的基本结构、工作原理、特点及现场应用情况。     

二氧化碳致裂器快速充装系统的研制

为了提高二氧化碳致裂器充装效率,研制出二氧化碳致裂器快速充装系统,合理地设计充装系统结构,通过PLC程序控制器,对充装管路的液态二氧化碳的压力、充装重量、充装泵的环境温度进行自动化控制,提高了充装质量,保障二氧化碳致裂器快速充装系统安全可靠的工作。     

基于表面活性剂解除水锁效应的压裂液性能研究

为解决煤层水力压裂过程中产生的水锁效应问题,对水锁效应产生的影响因素进行了分析,选择向压裂液中添加表面活性剂的方法来解除水锁效应。研究结果表明:所选用的7种表面活性剂都可以提高煤体的润湿性能,且表面活性剂的浓度越高,其接触角θ越小,润湿性能越好,表面张力σ降低的越多,直到趋于平缓;7种表面活性剂的黏附功都小于纯水的;根据Laplace公式计算压裂液和煤体孔隙壁之间的毛细管力,通过比较σcosθ的数值大小,得到阴离子表面活性剂SDBS是降低毛细管力的最佳选择。     

煤层气井水力压裂液氮伴注与CO2驱替技术研究

在我国煤层气的开发中普遍面临煤层具有的低压、低渗、低饱和度等自然属性问题,针对此问题,提出利用液态气体伴注辅助水力压裂改造煤层技术。文章阐述了液氮伴注技术提高煤层临界解吸压力机理和CO2驱替煤层甲烷机理,结合芦岭煤矿地面煤层气工业试验,进行了液氮伴注辅助水利压裂、液态CO2驱替煤层甲烷试验以及效果分析。结果表明:注入液氮后氮气分子会挤占煤层甲烷分子的空间,为甲烷气体提供外部能量,同时能够降低煤层甲烷分子分压,提高其临界解吸压力,促使煤层更快的解吸出甲烷气体,提高产气量,试验2号井,达到产气峰值3145.2m^3/d仅用190d,稳产期平均产气量为1400m^3/d;CO2具有的强吸附性能够与吸附态煤层甲烷发生置换作用,促使煤层甲烷更快的由吸附态变为游离态,实现煤层甲烷大量解吸的效果,同时CO2在等压条件下还能够降低游离甲烷分压,进一步提高产气量,试验3号井,实际/理论临界解吸压力比值为3.29,达到产气峰值3351.9m^3/d仅用了124d,稳产期平均产气量为800m^3/d。对比可知:液氮伴注技术优势明显,且在后续煤矿工作面回采过程中无新的CO2突出风险。     

岩体动力失稳及能量释放特征分析

基于岩体动力失稳现象,建立了两体系统的力学模型。分析了两体系统失稳发生的条件和过程,并给出了岩体动力失稳的临界条件,确定了岩体动力失稳的弹性能释放终止点位置。给出的弹性能释放量图解中蕴涵了丰富的信息量,该图解与Ⅰ体荷载-形变曲线一起,使对岩体动力失稳弹性能释放特征描述图像化。研究表明Ⅰ体曲线指数m值和Ⅱ体的刚度k_n值是影响岩体动力失稳弹性能释放量的2个重要因素,m值增大和k_n减小都将导致弹性能释放量的增加。     

燃煤型烟气中二氧化碳的分离富集工艺研究

阐述了采用DEA(二乙醇胺)为吸收剂,吸收燃煤烟气中CO2的工艺研究.以CO2的吸收及解吸速率和吸收及解吸体积为指标,研究得出DEA对烟道气中CO2适宜的吸收及解吸条件分别是:吸收温度为40℃,解吸温度为100℃,DEA溶液浓度为20%.     

底抽巷穿层钻孔液态CO2相变致裂增透技术研究

为了提高松软、低渗煤层的瓦斯抽采效率,采用底抽巷穿层钻孔进行了液态CO2相变致裂试验。结果表明：煤层经历致裂后,致裂钻孔直径明显增大,瓦斯抽采影响半径为10m左右|钻孔瓦斯纯流量和瓦斯浓度均得到大幅提升,虽然每次致裂后期呈现一定程度衰减,但依然维持较高水平|与水力冲孔措施相比,液态CO2相变致裂后的前期增透效果更佳|液态CO2致裂不仅增强了煤层瓦斯抽采效率,也提高了矿井掘进速度,具有显著的安全和经济效益。     

亭南煤矿液态CO2致裂巷道卸压技术的应用研究

为了消除冲击地压给亭南煤矿带来的安全隐患，采用液态CO₂致裂技术对危险区域的煤体进行预裂爆破。通过数值模拟研究控制孔对钻孔爆破的影响及亭南煤矿爆破孔的合理间距，并采用钻屑法对爆破后的效果进行分析。研究结果表明：控制孔的存在对煤预裂爆破效果是有利的，施工控制孔之后进行煤层液态CO₂爆破的裂隙区影响范围明显大于无控制孔时的爆破的裂隙区影响范围；爆破孔的合理间距为7 m；爆破后钻屑量的测定结果均小于钻屑量的临界值，爆破后消除了煤体冲击地压的安全隐患，可以正常开采。     

煤在限定封闭环境中CO和CO_2的生成动力学研究

通过自制装置,在限定封闭环境中研究了不同温度、不同粒径对CO和CO2的生成动力学影响,得到了煤低温氧化生成CO和CO2的机理是不同的,且煤与氧反应更倾向于生成CO2,CO生成表观活化能大于CO2生成表观活化能。     

CO2泡沫压裂技术在煤层气开发中的应用前景

依据煤层气储层的特点和CO2的性质，作者通过CO2泡沫压裂液实验研究、压裂工艺探讨。对CO2泡沫压裂技术在煤层气开发中的应用前景进行了探讨。结果表明，CO2泡沫压裂技术是一项较为理想的煤层气储层改造技术，但由于其发泡温度(40℃以上)和施工成本等原因，其应用在地层温度较低和煤层气产量不高的地区会受到一定的限制。     

煤半焦和残渣半焦的CO_2气化过程的反应动力学研究

对神华煤半焦(CC)和神华煤直接液化残渣半焦(RC)在不同温度下和CO2反应进行了研究,结果显示,由于矿物质的催化作用,残渣半焦CO2气化反应性略强于煤半焦;利用不同温度下的实验结果,采用均相反应模型(HM)和未反应缩芯模型(SCM)对煤和残渣的CO2气化动力学进行了模拟,得到煤半焦和残渣半焦均相反应模型和未反应缩芯模型的Arrhenius方程式。把模拟结果和实验数值进行比较,结果发现均相反应模型和未反应缩芯模型都能较好地模拟煤半焦和残渣半焦的CO2气化过程;未反应缩芯模型的模拟结果要好于均相反应模型的模拟结果。