围压对原煤和型煤渗透特性影响实验研究

为研究型煤与原煤的渗透特性与围岩应力之间的关系,使用MZY-Ⅰ型煤层渗透率测定仪分别对原煤与型煤进行渗透率测定,分析了不同围压、不同瓦斯压力下原煤与型煤渗透率的变化规律。研究结果表明:(1)在围压不变的条件下,受Klinkenberg效应的影响,原煤与型煤的渗透率随瓦斯压力的增大而减小,且煤样渗透率随瓦斯压力的增加呈负指数函数变化;(2)在瓦斯压力不变的条件下,原煤及型煤煤样的渗透率与围压呈负相关关系;(3)在相同条件下,型煤的渗透率大于原煤;随瓦斯压力增大原煤渗透率下降幅度小于型煤。     

构造煤原煤样制作及渗透性试验研究

为了研究构造煤原煤样的渗透率变化规律及其与型煤煤样的异同,通过改进煤样制作方法,采用在井下取大煤块、实验室加工成型的方法,制取了普氏系数为0.4的构造煤原煤样,并进行了渗透性试验。在改变围压、瓦斯压力等单一条件下,分别研究了不同围压和瓦斯压力对构造煤原煤样渗透性的影响,试验结果与同等围压、瓦斯压力条件下的型煤煤样的试验进行了对比分析。结果表明:在瓦斯压力一定的状态下,2种煤样的瓦斯渗透性都随着围压的增大而减小,型煤的渗透率下降速度大于构造煤原煤样;在围压一定的条件下,瓦斯压力为0.2~0.8 MPa时,受到Klinkenberg效应的影响,构造煤原煤样和型煤煤样的瓦斯渗透性随着瓦斯压力的增大而减小。型煤煤样的渗透率变化规律与构造煤煤样既有相同之处,也有不同之处,在试验中不能完全替代构造煤原煤样。     

Hypercoal制备热压型煤的试验研究

粉煤成型工艺不仅可以解决粉煤利用效率低、环境污染严重的问题,还可以满足某些特定工业生产的原料准备要求。以无黏性的瘦煤为原料,以Hypercoal(HPC)作为黏结剂,利用自制的热压成型设备进行了热压型煤的试验研究,研究中考察了保温时间、温度和HPC添加量对热压型煤抗压强度的影响。研究结果发现:HPC在热压条件下可以显著提高型煤的抗压强度,在不添加HPC的情况下,型煤的抗压强度仅有38~70 N/个,在加入10%的HPC后,型煤的抗压强度可以达到148~227 N/个;当HPC添加量为15%,热压成型温度为400℃,保温时间为15 min时,以30 MPa的压力成型,可以制得抗压强度高达436 N/个的型煤;与糖蜜作为黏结剂制成的冷压型煤相比,热压型煤有着相近的抗压强度,因此,以HPC作为黏结剂制备热压型煤是完全可行的。     

不同加载速率下原煤与型煤的力学渗流特性对比研究

以原煤、型煤煤样为研究对象,在三轴压缩变形过程中进行渗流试验,研究了不同加载速率下煤样的力学渗流特性。研究结果表明:加载速率对原煤的弹性模量影响较大,而型煤的弹性模量变化较小,且随着加载速率的增大,原煤、型煤的峰值应力均呈现先增大后减小的趋势;在破坏阶段,型煤的破坏呈现延性特征,而原煤的破坏是突发性的,更接近于现场煤与瓦斯突出的破坏过程;同一加载速率下,型煤和原煤的渗透率虽然都随着应力的增大先减小后增大,但前期型煤的渗透率降低幅度远远大于原煤,且型煤为剪切滑移破坏形式,峰后渗透率低于初始渗透率,而原煤为剪张破坏形式,峰后渗透率激增;随着加载速率的增大,煤样渗透率呈现更明显的“V”字形走势。     

两种典型受载含瓦斯煤样渗透特性的对比

利用自主研发的含瓦斯煤岩三轴压缩实验系统,进行了受载含瓦斯煤的渗透特性实验,对比分析了受载含瓦斯型煤与原煤两种典型煤样的渗透特性之间的异同。研究结果表明,控制煤体渗透率大小的直接原因是有效孔隙度而非总孔隙度,有效孔隙度大,则渗透率大。在恒定瓦斯压力条件下,型煤与原煤的渗透率随围压的增大而减小,均服从负指数函数变化规律;相同实验条件下,型煤渗透率普遍远大于原煤渗透率,且型煤渗透率随围压下降的速度比原煤的快。在恒定围压条件下,型煤与原煤的渗透率呈现先减小后增加的趋势,在瓦斯压力p<1.0 MPa范围内均具有明显的Klinkenberg效应。全应力-应变条件下,瓦斯渗流规律与煤样的破坏形式相关,煤样渗透率都表现出先减小后增大的现象,并且具有一般的“V”字型变化规律。     

烟煤型煤与原煤渗透特性差异的试验研究

为研究煤体渗透性实验中型煤和原煤的差异性,选择唐山矿和钱家营矿区的烟煤原煤和型煤煤样,通过渗流实验平台对原煤和型煤的渗透性进行试验研究。试验研究了围压对型煤和原煤渗透性的影响差异;以及围压和气体压力不变的情况下,煤样在不同含水率的条件下,水分对型煤的渗透率影响。试验结果表明,型煤和原煤的渗透性随着围压的增大而减小,型煤渗透性优于原煤,水分对型煤渗透率影响较为明显,渗流实验中煤样的选取对结果有着较大的影响。     

围压循环加卸载作用下含瓦斯煤样渗透特性试验研究

煤与瓦斯突出综合假说明确了地应力、瓦斯及煤的物理力学性质对突出发生所起的主体作用。对比研究采动影响下型煤煤样和原煤煤样的渗透率响应特征,对于揭示两种煤样微细观结构损伤演化规律的异同、明确型煤煤样能否代替原煤煤样开展相关试验研究具有重要意义。以原煤煤样和型煤煤样为研究对象,采用自主研发的三轴煤岩渗透率试验系统,进行围压等幅循环加卸载渗流试验,研究渗透率对应力的响应特征。结果表明,两种煤样渗透率对应力的响应特征总体相似,但存在细节差异。①对于2种煤样,渗透率随围压的增大而减小,随围压的减小而增大,且任一次加载过程的渗透率均大于该次卸载过程的渗透率。②原煤煤样的渗透率在低围压阶段变化程度大,在高围压阶段变化程度小,而型煤煤样的渗透率在整个加卸载过程中几乎呈均等变化。③原煤煤样和型煤煤样的渗透率损害率D_k均随加卸载循环次数的增加和瓦斯压力的增加逐渐减小。④原煤煤样和型煤煤样的裂隙压缩系数c_f整体上随加卸载次数的增加而减小,随瓦斯压力的增加而增大。⑤原煤煤样的渗透率随瓦斯压力的增加而增大,型煤煤样的渗透率随瓦斯压力的增加而减小。用型煤煤样来代替原煤煤样研究含瓦斯煤的渗流特征是可行的,而且在某些特定场合还具有一定的优越性,但同时也应该注意两种煤样渗透率对应力响应特征的细节差异,以及这些细节差异给试验结果的可靠性所带来的影响。     

粒径对含瓦斯型煤力学性质及渗透特性的影响试验研究

以贵州矿区玉舍煤矿1#煤层3种不同粒径的型煤试件为研究对象,借助MTS815岩石力学伺服系统及自主研发的三轴渗流设备分别开展单轴压缩试验和三轴渗流试验,研究表明:含瓦斯型煤单轴抗压强度随粒径变化呈反相关关系,含瓦斯型煤抗破坏能力随粒径减小而增大;含瓦斯型煤弹性模量随粒径变化亦呈反相关关系;若有效应力恒定,3种粒径含瓦斯型煤渗透率均随温度升高而降低。若温度不变,3种粒径含瓦斯型煤渗透率随有效应力增加而减少;若温度和有效应力均恒定,300~450μm粒径含瓦斯型煤渗透率最高。相同粒径含瓦斯型煤渗透率随有效应力升高而降低。     

温度作用煤岩力学渗流特性演化规律试验研究

本文利用自主改造的三轴试验装置,以山西马兰煤矿18506工作面的焦煤为研究对象,在恒定围压与瓦斯压力条件下,探讨实时油域加热煤样时不同温度对煤样力学及渗流特性的影响。研究结果表明:含瓦斯煤三轴压缩下,温度越高其三轴抗压强度越低,两者呈反相关关系,说明随着温度升高,原煤的抵抗变形能力越小;煤样在受偏应力影响下,轴向应变越大,渗透率呈“V”字演化即先减小到最低点后迅速增大,当处于同一应变条件时,高温度降低了瓦斯的渗透率,不利于瓦斯抽采;温度越高,煤样初始渗透率与最小渗透率呈下降趋势,同一温度下的初始渗透率与最小渗透率之间差值越小。表明温度越高,对煤样的渗透率影响程度越低。     

不同加载条件下原煤力学渗流特性试验研究

以潞安集团常村煤矿煤样为研究对象,利用WYS-800微机控制电液伺服三轴试验装置研究不同加载条件下原煤的力学渗流特性。结果表明,三轴压缩煤样的极限抗压强度和弹性模量均大于单轴条件下的相应值;随着围压的不断增大,煤样抗压强度和弹性模量也会增大,且弹性模量呈现很好的线性;循环加卸载轴压应力-应变曲线在一定程度上受制于常规三轴压缩试验相应曲线,峰值强度降低;煤岩应力-体应变曲线,在低围压试验下表现出扩容机制;在高围压条件下,从峰前至峰后,煤样体积始终呈压缩状态。三轴压缩条件下含瓦斯煤的渗透率与轴向应变呈斜"V"字型走势;循环加卸载轴压试验,随着加卸载次数的增加,煤样渗透率整体降低,但降低梯度减小。     

冷压型煤强度影响因素的研究现状及展望

为了便于开展在物理力学性质和吸附性能方面与原煤相似度较高的突出模拟相似材料配比试验研究,对粉煤成型机理以及冷压型煤强度影响因素的研究成果进行了梳理,概括了现有粉煤冷压成型机理,重点分析了粉煤粒度及组成、成型压力、成型水分和粘结剂对冷压型煤强度的影响规律,并在此基础上对煤与瓦斯突出模拟试验型煤制作工艺进行了优化,对后续型煤强度影响因素研究前景进行了展望,为大尺寸突出煤相似模拟材料配比制作及其工艺研究提供参考。     

两种含瓦斯煤样的渗透性对比试验研究

为了解井下煤层受采动作用的影响时原岩应力升降过程中引起的煤体瓦斯渗透性变化规律,利用MYS-Ⅰ型煤岩样渗透率测试系统,通过改变围压和瓦斯压力的方法,对比研究了成型煤样和原煤样渗透率之间的异同。试验结果表明：成型煤样和原煤样之间的渗透率差别很大,数值上相差在一个数量级左右;在瓦斯压力固定的条件下,原煤样渗透率随围压增大而下降的速度比成型煤样要缓慢;成型煤样和原煤样渗透率随围压和瓦斯压力改变的变化趋势基本相同,在实验室用成型煤样代替原煤样用于渗透性试验是可行的,但只能研究大致的变化规律。     

基于智能反演的等效型煤构建方法、原理与技术

基于典型的松散煤体实际赋存状态,提出以原煤的坚固性系数为纽带,建立成型煤体的强度与原煤强度相似的关系,同时利用制备的型煤的孔隙率与原煤孔隙率相似的关系,综合构建室内成型煤体等效于现场松散煤体的方法。试验在测定原煤参数如成分、含水率、粒径级配基础上,选取了型煤的关键“构建参数”即成型压力、成型时间和成型水分,形成了系列成型工艺与方案,分析了松散软煤实验室制备型煤成型的机理。建立了基于人工智能算法的天牛须-进化支持向量机（BAS-ESVM）型煤参数智能反演模型,通过型煤数据库和模型反演结果表明,在给定现场软煤强度和孔隙率情况下,该智能模型能够精确反演室内型煤的成型压力、成型时间和成型水分。在该参数下制备的型煤强度和孔隙率与现场煤体参数高度吻合,验证了该模型的正确和可靠性。     

无烟煤型煤和原煤的渗透特性对比研究

通过搭建渗流实验平台,选取焦作矿区具有代表性的无烟煤型煤和原煤煤样,研究了煤体渗透性实验中型煤和原煤的差异。同时,在改变围压、气体压力等单一条件下,研究了不同围压和气体压力对型煤和原煤渗透性的影响差异;以及在固定围压和气体压力时,在施加轴向应力加载的条件下,对比分析了应力变化过程中型煤和原煤的渗透率变化。结果表明,型煤的渗透性在围压和气体压力变化时趋势相近,但在应力加载过程中有较大差异,渗流实验中煤样的选取对结果有着较大的影响。     

生物质型煤热压成型工艺条件

通过对型煤抗压强度的测定,比较全面地分析了生物质含量、成型压力、成型温度、恒温时间及煤粉粒度等因素对成型效果的影响,并提出了生物质型煤热压成型的推荐工艺参数.最后讨论了生物质与煤粉表面作用及生物质型煤强度的机理.     

半焦粉制气化型煤的试验研究

以府谷半焦粉为原料,原料粒度上限为3mm,-1mm含量占70%,在25MPa的成型压力下进行气化型煤成型的试验研究。探究了不同成型水分下型煤的抗压强度,并以型煤产品的抗压强度、热稳定性和型煤生产的经济效益作为评价指标,探究半焦粉制备气化型煤的粘结剂和添加剂选择及用量。试验结果表明,府谷半焦粉的最佳成型水分为25%,其中掺入2.00%淀粉、6.00%膨润土、4%焦煤粉,或者1.00%CMC、4.00%膨润土、4%焦煤粉制成的型煤具有较高的抗压强度和热稳定性,同时也具有较好的经济效益。     

半焦粉制气化型煤的试验研究

以府谷半焦粉为原料,原料粒度上限为3mm,-1mm含量占70%,在25MPa的成型压力下进行气化型煤成型的试验研究。探究了不同成型水分下型煤的抗压强度,并以型煤产品的抗压强度、热稳定性和型煤生产的经济效益作为评价指标,探究半焦粉制备气化型煤的粘结剂和添加剂选择及用量。试验结果表明,府谷半焦粉的最佳成型水分为25%,其中掺入2.00%淀粉、6.00%膨润土、4%焦煤粉,或者1.00%CMC、4.00%膨润土、4%焦煤粉制成的型煤具有较高的抗压强度和热稳定性,同时也具有较好的经济效益。     

高温作用后原煤、型煤力学及声发射特性对比试验研究

利用单轴压缩试验仪器与声发射检测系统对煤样进行单轴压缩声发射试验，分析温度对原煤、型煤力学及声发射特性的影响规律。结果表明：同一温度下，型煤的峰值强度大于原煤,随着试验温度的升高，原煤的峰值强度与损伤强度逐渐降低，峰值应变也随之减小；型煤的峰值强度逐渐增大，但高温处理后型煤的损伤强度较常温相比降低，两者损伤强度数值在应力-应变曲线拐点附近。通过分析煤样不同阶段的声发射特征，相同温度下原煤、型煤的力学与声发射特性相吻合。原煤加载初期声发射计数出现一段“空白期”，随着试验温度的升高，原煤最大振铃计数增大，200℃时达到最大值，型煤最大振铃计数先增大后减小，100℃时达到最大值；应力-时间曲线拐点附近，煤样声发射计数活跃，原煤激增现象明显，且高温处理后的煤样与常温煤样相比，拐点前移；原煤、型煤在加载过程中声发射信号的差异性间接表明了两者结构的差异，对比高温作用后两者力学及声发射特征规律上的不同，更加说明高温作用后原煤内部产生的热应力对结构破坏的剧烈程度。原煤、型煤高温处理后拐点的出现及附近声发射信号激增标志着煤岩内部裂纹大面积产生，据此可对矿井可能发生动力学灾害部位及时采取预防措施。     

煤与瓦斯突出模拟试验型煤相似材料研发与特性分析

为了解决煤与瓦斯突出物理模拟试验中型煤相似材料的性质与原煤性质相似性低的问题,以典型突出案例为原型,依据煤与瓦斯突出物理模拟相似准则,研发了一种基本物理力学参数调节方便、性质符合原煤相似要求的型煤相似材料。试验分析了粉煤颗粒级配和胶结剂浓度对型煤物理力学参数的影响规律。试验结果表明:型煤的抗压强度、弹性模量、黏聚力均随胶结剂浓度的增加而增大,且抗压强度可调范围在0.5～2 MPa、弹性模量可调范围在55～300 MPa、黏聚力可调范围在60～170 kPa;颗粒级配对型煤的内摩擦角起主要控制作用;型煤具有和原煤相似的吸附性质;相似材料的重复利用试验证明该相似材料具有良好的重复利用性。最后,通过改变颗粒级配和胶结剂浓度配制出了符合煤与瓦斯突出物理模拟相似准则、与原煤性质相似的试验型煤。     

瓦斯压力对原煤渗透特性的影响

以松藻煤电公司渝阳煤矿8号突出煤层原煤试样为研究对象,利用实验室研制的三轴渗透仪,进行不同轴压围压条件下瓦斯压力对突出原煤渗流特性试验。试验结果表明,瓦斯渗流速度随着瓦斯压力的增加而增加,呈显著的二次多项式函数关系;随着瓦斯压力的增加,突出煤体的渗透率呈现出先减小后增大的趋势,具有明显的Klinkenberg效应;渗透率随瓦斯压力的增加呈“V”字形变化,具有明显的阶段性;随着瓦斯压力的增加,Klinkenberg系数b与绝对渗透率Kg之间呈显著的幂函数关系;瓦斯压力p与渗透率K之间呈显著的二次多项式函数关系。