煤岩材料对瓦斯吸附性能的研究进展

加快推进煤矿区煤层气勘探开发的步伐对推动我国能源结构调整有着重要的现实意义。煤岩材料对瓦斯的吸附性能蕴含了丰富的煤储层信息,对准确评价煤层气开发资源量至关重要。本文介绍了煤岩材料吸附瓦斯机理的研究进展,分析了高压容量法测定煤岩材料吸附瓦斯性能参数存在的问题,并探讨了相应的研究思路。主要介绍了水分、温度、低频振动、可控微波场、电场因素对煤岩材料吸附瓦斯的影响的研究成果,并提出了值得深入探索的方向。     

瓦斯压力对煤岩材料全应力-应变过程瓦斯渗透特性的影响

煤岩材料是典型的多孔介质材料,瓦斯压力是煤岩材料受到的内部孔隙压力.应用自行研制的煤岩材料三轴瓦斯渗流试验装置研究了不同瓦斯压力作用下煤岩材料全应力-应变过程瓦斯渗透特性的变化规律,结果表明,围压恒定时,在某一瓦斯压力下,煤岩材料全应力-应变过程曲线与渗流速度-轴向应变曲线具有较好的对应关系.理论研究表明,瓦斯气体对煤岩材料具有力学和吸附作用.围压恒定时,在一定的瓦斯压力范围内,增加瓦斯压力可增大煤样的渗透率.研究结果对预测煤岩瓦斯涌出和预防煤与瓦斯突出具有现实指导意义.     

考虑初始孔隙性的含瓦斯煤岩力学本构关系与损伤演化研究

冲击地压及瓦斯次生灾害更易在深部复杂的地质构造区域发生,其实质是煤岩介质在变化多样的地应力、采动应力与瓦斯共同作用下的力学平衡系统失稳过程,准确描述含瓦斯煤岩受载过程的力学关系是明确煤岩动力灾害孕育与发生机制的根本.考虑原生裂隙对煤岩力学性质的劣化特性,将其定义为初始损伤,理论推导了以孔隙率表征的初始损伤公式,综合考虑初始孔隙率、吸附瓦斯煤岩基质膨胀、瓦斯运移的软化特性及真三向应力状态,构建了基于非均匀性统计理论的含瓦斯煤岩损伤演化方程及力学本构模型,并定性分析了各参量对煤岩力学性质的影响规律.结果表明:当煤岩初始孔隙率越高时,任意截面的裂纹长度、宽度和条数均增加,有效面积减小,局部更易产生应力集中,损伤曲线在峰值损伤量更高及峰后段增长率略降低,反之,当均质度越高时,其峰值点处的损伤值越低,损伤演化越滞后并集中于峰后阶段发展,相应的损伤演化曲线斜率越大;随瓦斯压力升高,煤岩吸附产生的膨胀应力明显增加,吸附参量a、b值同样对膨胀应力具有促进作用;弹性模量和均质度对煤岩强度及峰后应力降模量均呈现为正相关影响,使煤岩冲击危险性增强;初始损伤和较高的瓦斯压力均促进了煤岩中裂隙的发育,降低了煤岩性质的均一性,使强度和峰后应力降模量减小而塑性特征越发显著并促进煤岩软化,这也是高瓦斯煤层冲击地压低于常规指标发生的原因.     

瓦斯突出煤体的纳米结构研究方法

提出了一种研究瓦斯突出煤体的纳米结构的新方法,介绍了用原子力显微镜(AFM)对煤矿石进行扫描并得到高精度微观图像的实验过程.该方法基于AFM的纳米级分辨率,可清晰观测到煤的裂隙、孔隙等显微构造.除了显示煤样的纳米结构,AFM还可对样品成像进行多角度分析,用于煤中瓦斯气体的含量测定和煤层气的开发,以及瓦斯吸附机理和煤的微观特性的研究.     

煤层气液化技术研究进展

煤层气液化是对其回收利用的有效途径.由于需要进行甲烷提浓,低浓度煤层气的液化技术与常规天然气有较大差别.主要技术方案包括先液化再精馏提浓甲烷的液化-精馏方案,以及先吸附分离提浓甲烷再进行液化的吸附-液化方案.对于前者,主要介绍了适合于煤层气小型液化装置的液化流程、甲烷精馏提纯工艺、整体化液化-精馏方案等方面的研究进展.对于后者,主要介绍了甲烷/氮吸附分离、整体化吸附-液化方案等方面的研究进展.此外,还介绍了煤层气液化过程传热特性、超临界甲烷/氮冷却换热等研究情况.     

试论我国煤层气的开发与利用

论述煤层气的资源分布,煤层气的开发利用,指出煤层气开发利用的重要意义,并对我国煤层气的开发和利用的前景做介绍,最后给出对我国煤层气开发利用的几点建议.     

长治市高瓦斯矿井——井下抽放煤层气综合利用对策和建议

本文针对煤矿瓦斯安全问题，就高瓦斯矿井瓦斯综合治理提出具体方案。重点举例介绍了瓦斯发电技术。对煤炭资源丰富的地区，综合利用煤层气具有很强的操作性。     

浅谈威力巴流量计原理及现场运用

本文针对煤矿管道瓦斯输送计量现状,比较了传统的管道瓦斯流量计量优缺点,重点介绍了一种非常适合测量煤层气管道混合气体流量的新技术——威力巴流量计。通过威力巴流量计的原理、特点,分析并比对得出其更适合于煤矿管道瓦斯计量的理论依据,并通过现场应用案例进一步证实其在管道瓦斯计量领域的优势。     

蓄热材料的研究进展

介绍了蓄热材料的分类和特点,系统评述了相变蓄热材料和吸附蓄热材料的研究进展,着重介绍了复合相变蓄热材料和复合吸附蓄热材料开发的创新思路,展望了复合蓄热材料的发展方向,指出首先应该开发复合蓄热材料,其次还要根据应用场合研制具有特定功能的蓄热材料.     

矿井瓦斯回收及利用技术

本文介绍了目前矿井瓦斯开发利用技术，提出了煤层气产业的发展方向。     

浅谈阜新煤田东梁区辉绿岩活动对煤层气含量的影响

东梁区岩浆岩为第三纪喜山期产物,岩性为辉绿岩,呈高角度岩墙侵入。共组合25条辉绿岩墙,其中20条分布在煤层可采范围内。辉绿岩体以多种形式侵入到煤、岩层中,由于辉绿岩的侵入,引起局部煤层的热变质,受辉绿岩侵入体的烘烤作用,煤的变质程度增加,煤阶增高,煤层气含量增加。辉绿岩侵入体的烘烤作用使煤的煤层气最大吸附量增加,但煤变成天然焦后,储层煤层气含量降至很低甚至不含煤层气。     

岩石渗透率节流毛细管气体流量计量测试方法研究

岩石气体渗透率是油田勘探开发最重要的基础数据之一。文章介绍了国内外岩石渗透率测试气体流量计量技术的现状，针对低渗透储层油气藏勘探开发过程中岩石渗透率测试存在的问题，开发研制了一套节流毛细管气体流量计量自动测定装置，建立了岩石渗透率节流毛细管p-g回归测试方法。该测试方法计量气体通过岩石的能力速度快，测试精度高，自动化程度高，是岩石渗透率测试技术的重大突破。     

楚雄—思茅盆地油气资源潜力与勘探前景

楚雄—思茅盆地是我国西南地区较大型的中新生代沉积-构造残留盆地。该盆地晚古生代卷入特提斯构造-沉积域,中生代为统一的大型沉积盆地,沉积了巨厚的海相碳酸盐岩-陆相碎屑岩建造,具有寻找大中型油气田的物质条件。但是后期构造改造强烈、油气勘探与研究难度加大。通过系统总结该区的油气勘探与成果,论证了该区的油气资源潜力,认为楚雄—思茅盆地具有较好的油气勘探前景,应该坚持勘探和深入评价,并提出了今后的勘探思路与研究方向。     

中美致密砂岩气成藏分布异同点比较研究与意义

致密砂岩气已成为全球非常规天然气勘探的重点领域。中国致密砂岩气分布范围广,目前已在鄂尔多斯、四川等盆地实现了规模开发;美国落基山地区是致密砂岩气十分发育和勘探相对成熟的地区。对比研究中美致密砂岩气的形成条件和成藏特征是加快中国致密气开发利用与开拓勘探思路的有效途径。中国与美国致密气藏对比研究表明,中美致密砂岩气具有以煤系地层为主要烃源岩、储层致密、存在异常地层压力、源储紧邻与气藏大面积分布等共性特征;差异性主要体现在致密气源岩沉积环境与热演化程度,储层非均质性及其致密化因素,气藏纵向和平面分布特征等方面;控制中美致密砂岩气成藏条件和特征差异性的主要因素是沉积盆地性质、沉积环境和后期构造作用。针对中国致密砂岩气的特殊性,加强储层非均质性、优质储层预测、气藏的分布规律的研究以及加强工程技术攻关提高单井累计产量是致密砂岩气勘探开发工作的重点。     

煤岩灾害动力现象危险性预测中的定向定位研究

为了更好地应用非接触电磁辐射方法预测预报煤岩灾害动力现象的危险性，借助于力电耦合方程计算出在天线的各个朝向电磁辐射信号的变化规律及对某一个固定监测点结果的比较，就可以确定出某一个监测点电磁辐射信号的最佳监测方向以及应力变化最大（即危险性最大）的方向；在巷道掘进过程中进行巷道迎头电磁辐射动态监测时，天线测定的位置应该放置在巷道高度方向的中部，并对着煤层层理方向，通过不断改变天线朝向来监测巷道迎头和两帮煤岩层的突出危险性；可以通过应力场数值模拟得出的应力集中区来确定有效预测距离的范围。现场电磁辐射信号测定结果     

Fracture failure analysis of hard–thick sandstone roof and its controlling effect on gas emission in underground ultra-thick coal extraction

In underground coal extraction of fully mechanized caving, the overlying hard–thick sandstone main roof could control the failure extent and the movement evolution of the entire overburden strata. The instantaneous failure of the hard–thick sandstone main roof possibly causes strata pressure behaviors, rock-bursts and abnormal gas emissions, which may result in equipment damages and casualties. Tashan coalmine was chosen as a field case study base because of its super great mining height (SGMH) and the overlying hard–thick sandstone roof (HTSR). This mine has experienced a great deal of damaging hydraulic support and abnormal gas emission accidents caused by strata pressure behavior. The fracture failure analysis was analyzed based on “Key Strata Theory” and numerical simulation results. The hard–thick sandstone main roof could perform as a very large double-sided embedded rock beam in the primary fracture and as a cantilever-articulated rock beam in periodic fracture, simultaneously generates a huge hanging space in the gob. The fracture failure of the hard–thick sandstone main roof causes a permeability enhancement in the adjacent rock-coal strata and near face coal seam. The substantial amounts of gas stored in the remaining coal, surrounding rock strata and adjacent coal seams rush out and aggregate in the caved and fissure zone of the gob, thereby forming a huge gas cloud. The disasters due to coupled strata pressure behavior and abnormal gas emissions, which primarily occurred after primary and periodic fracture failure, are predominantly caused by the instantly fracture of main roof. When the main roof reached the ultimate broken span and underwent, rotation and collapse, substantial amounts of gas accumulating in the gob escaped to the working face under the extrusion and impaction of the caving rock strata, which easily produced abnormal gas emissions, some of which exceeded the statutory limit. Shortening the length of the HTSR failure span using hydraulic presplitting and decreasing the gas content of the coal seam using gas drainage technology are recognized as two effective approaches to solve this issue.     

煤与瓦斯突出潜在危险区（带）预测

煤矿的生产和实践证明,发生在矿井中的动力现象具有分区和成带的特点。文章探讨了把煤、岩和瓦斯作为一个体系,采用力学方法的划分问题。根据对煤岩复合样及含瓦斯煤样在复杂应力状态下力学性质的分析,基于对Drucker-prager理论的修正和完善,建立了它们的断裂判据,并给出了计算稳定性系数和潜在弹性应变能密度的公式,提出了按这两个指标划分煤与瓦斯突出潜在危险区（带）的基本方法。     

煤岩体水力致裂弱化技术及其进展

针对煤矿开采中坚硬顶煤（板）冒落性差的问题,讨论了煤矿生产中由此产生的顶煤放出率、冲击 矿压、自燃发火和瓦斯积聚等技术难题;分析了坚硬顶煤（板）水力致裂弱化技术的岩体水力致裂裂缝扩展行 为规律、渗透压力对裂隙岩体宏细观结构的改造作用及其宏观力学响应,水压裂缝扩展形态控制技术,钻孔封 孔技术和岩体水力致裂弱化的监测监控的研究现状和技术发展趋势。     

乳化炸药和膨化硝铵炸药的爆炸性能特征比较

以规格φ32 mm/200 g的1^#岩石乳化炸药、2^#岩石乳化炸药、一级煤矿许用乳化炸药、二级煤矿许用乳化炸药、三级煤矿许用乳化炸药及规格φ32 mm/150 g的岩石膨化硝铵炸药、一级煤矿许用膨化硝铵炸药、二级煤矿许用膨化硝铵炸药共8种工业炸药药卷为样本,测试了乳化炸药及膨化硝铵炸药的爆炸性能(药卷密度、爆速、猛度、作功能力、有毒气体产量)。分析比较了两类工业炸药爆炸性能及爆炸后有毒气体产量差异的原因,总结了两类工业炸药的性能特征。为产品配方的优化及进一步改良提供一定的参考依据。同时,为爆破作业人员根据工程特性和环境特点选择合适的炸药提供借鉴。     

Adsorbents for capturing mercury in coal-fired boiler flue gas

This paper reviews recent advances in the research and development of sorbents used to capture mercury from coal-fired utility boiler flue gas. Mercury emissions are the source of serious health concerns. Worldwide mercury emissions from human activities are estimated to be 1000 to 6000 t/annum. Mercury emissions from coal-fired power plants are believed to be the largest source of anthropogenic mercury emissions. Mercury emissions from coal-fired utility boilers vary in total amount and speciation, depending on coal types, boiler operating conditions, and configurations of air pollution control devices (APCDs). The APCDs, such as fabric filter (FF) bag house, electrostatic precipitator (ESP), and wet flue gas desulfurization (FGD), can remove some particulate-bound and oxidized forms of mercury. Elemental mercury often escapes from these devices. Activated carbon injection upstream of a particulate control device has been shown to have the best potential to remove both elemental and oxidized mercury from the flue gas. For this paper, NORIT FGD activated carbon was extensively studied for its mercury adsorption behavior. Results from bench-, pilot- and field-scale studies, mercury adsorption by coal chars, and a case of lignite-burned mercury control were reviewed. Studies of brominated carbon, sulfur-impregnated carbon and chloride-impregnated carbon were also reviewed. Carbon substitutes, such as calcium sorbents, petroleum coke, zeolites and fly ash were analyzed for their mercury-adsorption performance. At this time, brominated activated carbon appears to be the best-performing mercury sorbent. A non-injection regenerable sorbent technology is briefly introduced herein, and the issue of mercury leachability is briefly covered. Future research directions are suggested.