下峪口煤矿2~#煤层煤与瓦斯动力灾害机理及防治

针对下峪口煤矿2#煤层出现的煤与瓦斯动力灾害问题,结合2#煤层区域瓦斯分布规律和煤与瓦斯动力灾害特征,按照煤与瓦斯复合能量系统理论,探索煤岩系统失稳过程中的能量来源及其耗散传递过程;提出应力主导型煤与瓦斯动力灾害预测方法,形成了一套"区域-局部"煤与瓦斯动力灾害综合防治技术体系和突出危险性预测敏感指标体系。     

甲烷浓度对间接法测定煤层瓦斯含量的影响

大量实测资料表明煤层瓦斯的组分中,除CH4外尚含有一定比例的N2和CO2。在间接法测定煤层瓦斯含量时,由于使用的是煤对纯CH4吸附实验所测定的吸附常数,因此在瓦斯组分中CH4浓度较低的情况下,间接法计算的煤层瓦斯含量会出现一定误差,而且CH4浓度愈低造成的误差愈大。对多组分气体的吸附情况进行了讨论,并提出了校正吸附瓦斯总量的计算方法。     

应力对含瓦斯煤解吸特征影响的试验研究

深部开采时地应力的升高和剧烈开采的扰动,容易在采掘工作面形成应力集中区,从而导致应力主导型的突出事故和冲击-瓦斯复合动力灾害发生。为了探索深部开采时应力对含瓦斯煤解吸及涌出特征的影响规律,提高矿井瓦斯灾害治理的精准性,以焦作矿区九里山矿无烟煤为研究对象,利用煤岩三轴渗流-吸附-解吸试验装置进行了不同应力状态下煤样的等温解吸试验和恒吸附压力下的应力解吸响应试验,分析了应力作用对煤的解吸涌出特征的影响规律。研究结果表明:应力直接影响含瓦斯煤的解吸能力,决定应力集中区煤层瓦斯的涌出特征;在吸附等量瓦斯气体的情况下,煤的瓦斯解吸累积量、解吸初始速率均随着应力增加逐渐增大,解吸速率衰减指数随应力增加变化不大但呈现逐渐减小趋势,应力作用促进了煤样的瓦斯解吸;通过恒吸附压力下煤样对不吸附性气体(He)和吸附性气体(CH_4)应力解吸响应的对比试验,验证了应力作用会明显诱导煤样的解吸行为,导致相同条件下煤样的吸附能力降低;研究结果阐明了应力对含瓦斯煤解吸涌出特征的影响,揭示了应力对煤基质瓦斯解吸的诱导作用,对深部开采煤层瓦斯灾害的防治和煤层气的开采具有理论和工程实践意义。     

气体压力对煤体瓦斯渗透特征的影响

为了研究刚性围岩中不同瓦斯压力条件下含瓦斯煤体渗透特征,使用了自行研制的煤体瓦斯吸附-解吸试验装置,建立了煤体瓦斯渗透物理模型,分别采用N2和CO2在煤体内进行渗透试验,对瓦斯压力、总压力和渗透速度进行了监测.试验结果表明,同等温度和压力条件下N2在煤体内的渗透速度比CO2大;结果还表明,含瓦斯煤体的渗透速度随气体压力增加按照二次多项式规律增加.此项试验研究对矿井瓦斯动力灾害防治和煤层气开采技术理论研究具有重要的参考价值.     

软硬煤二元气体竞争吸附差异性研究北大核心

同一煤层软煤和硬煤物性参数特征不同,导致其对气体吸附行为存在差异。基于实验室测试模拟的方法,测试软硬煤体物性参数的差异性,搭建二元气体竞争吸附实验平台,研究软、硬煤体CO2和CH4竞争吸附特性规律。结果表明:除坚固性系数f值外,软硬煤基本参数相近,软煤微孔体积及孔表面积大于硬煤;单组分等温吸附,软煤吸附量大于硬煤,对CO2吸附量大于CH4,过程呈先增加后平缓趋势;煤对单一组分的CO2的吸附量最大,对CH4的吸附量最小,煤对CO2+CH42种混合气体总吸附量介于两者之间;随着吸附平衡压力增加,煤对混合气体的吸附曲线会逐渐远离煤对单一组分的CH4的吸附曲线,而不断接近CO2的吸附曲线。     

《煤炭科学技术》安全技术及工程栏目征稿启事

＂安全技术及工程栏目＂主要刊登以下内容：①煤矿瓦斯灾害防治技术。主要报道瓦斯地质和赋存规律、瓦斯爆炸机理及防治技术、煤（岩）与瓦斯突出机理、突出和冲击地压耦合的动力灾害、煤岩动力灾害预测指标及技术、煤层瓦斯渗透率的提高方法、煤层瓦斯抽放技术、     

注气置换煤层瓦斯技术的气源优选分析

为了解决注气置换煤层瓦斯技术气源选择的问题,分析了注CO2和N2在置换煤层瓦斯机理方面的效果以及煤吸附2种气体后对煤体渗透率、突出危险性的影响。分析发现,虽然注入CO2置换煤层瓦斯的效果优于N2,但煤吸附CO2后会造成煤层膨胀变形、渗透率降低、突出危险性增大的现象,且CO2在瓦斯利用系统中会导致瓦斯失     

注超临界CO_2开发煤层气技术研究进展

为了解决传统煤层气开发工艺采收率低的问题,向煤层中注CO2既可以提高采收率,又可以实现CO2地质埋存,减少CO2排放。从CO2物性参数、煤岩微观孔隙特征、煤层渗流规律、煤岩吸附/解析附、煤岩力学稳定性和体积变形等方面,综述了国内外CO2与煤层相互作用的研究进展。针对在井下CO2极易达到超临界状态,结合国内外在CO2气体状态下的研究方法,指出超临界状态的CO2对煤层吸附-渗流-力学-变形性质的耦合影响是未来的研究方向,提出了利用注超临界CO2开发煤层气需要解决的关键问题。     

高瓦斯煤层的物性参数研究

煤与瓦斯突出是一种复杂的多因子瓦斯动力灾害,主要与煤体的瓦斯吸附解吸特征及突出危险性结构组成、力学特性、瓦斯赋存等一系列因素有关。为了研究煤体瓦斯的吸附解吸特性及突出危险性,通过对某煤矿4个采样点取样,并进行了工业性分析、煤岩学分析与孔隙结构分析,测定了煤样的瓦斯特征参数,为研究煤层瓦斯赋存状况、确定煤与瓦斯突出危险性敏感指标提供借鉴。     

煤岩动力灾害能量机理的数值模拟

根据煤岩固体变形能和瓦斯气体膨胀能,建立了煤岩动力灾害统一能量方程,在数值模拟软件FLAC3D中编写了能量计算模块,并考虑采动应力波动载和流固耦合的条件分析了不同瓦斯初始压力作用下巷道围岩的能量分布状态,解释了深部开采条件下在一些含瓦斯煤层中出现的兼具冲击地压和煤与瓦斯突出2种灾害特征的动力灾害现象。认为瓦斯的不同参与程度导致了不同的动力灾害显现特征,瓦斯参与动力灾害的程度可由瓦斯压力或瓦斯含量来表征;煤体中瓦斯压力存在一个临界范围,当瓦斯含量高于此临界值范围时,动力灾害以煤与瓦斯突出的特征为主,反之则以冲击地压的特征为主;在低瓦斯压力下,瓦斯膨胀能量也具有与煤岩体变形能相当的数量级,对含瓦斯煤层的冲击地压研究不可忽视瓦斯的作用。     

几种氯化物对高炉喷吹用煤粉燃烧性能的影响

为了提高高炉喷吹煤粉的燃烧率,分析了Ca Cl2,Mg Cl2,Na Cl和Fe Cl3添加剂对高炉喷吹用煤粉燃烧性能的影响,得到各物质添加量对煤粉燃烧率的影响规律。结果表明,适量的Ca Cl2,Mg Cl2,Na Cl和Fe Cl3均能改善高炉喷吹用煤的燃烧性能。当Ca Cl2和Mg Cl2添加量小于1%、Fe Cl3添加量小于2%时,煤粉燃烧率分别随Ca Cl2,Mg Cl2和Fe Cl3添加量的增加而提高;继续增加各物质的添加量,煤粉燃烧率均下降;煤粉燃烧率随Na Cl添加量的增加而提高。与原煤燃烧后产生的未燃煤粉相比,加入氯化物添加剂后高炉喷吹用煤的未燃煤粉颗粒均变得不规则,且粒度明显减小。综合考虑,高炉喷吹用煤粉中Ca Cl2和Mg Cl2适宜的添加比例均为1%,Fe Cl3适宜的比例为2%,Na Cl的添加比例应小于1%。为改善高炉喷吹用煤粉的燃烧性能,4种氯化物添加剂优的先选用顺序为Fe Cl3,Ca Cl2,Mg Cl2和Na Cl。     

基于低温氮吸附的动态超临界CO2对煤纳米孔隙结构的影响

基于动态SCCO₂萃取平台,模拟了SCCO₂(温度55℃和压力12 MPa)与焦煤和瘦煤的动态相互作用。通过低温氮吸附技术分析了SCCO₂作用前后煤纳米孔隙结构的变化特征,探讨了SCCO₂对煤纳米孔隙结构的影响。结果表明:SCCO₂不会改变纳米孔隙形状,SCCO₂作用后,焦煤的比表面积和孔体积增大,微孔含量显著升高,中孔孔隙度下降,平均孔径降低,瘦煤表现出相反的趋势;分形分析表明SCCO₂增强了焦煤纳米孔隙表面的非均质性,但瘦煤孔隙表面变得光滑;SCCO₂的萃取效应和SCCO₂吸附引发的溶胀效应的净作用是上述焦煤和瘦煤纳米孔隙差异变化的主因,对于焦煤,萃取作用强于溶胀作用,对纳米孔隙结构产生增孔效应,瘦煤则相反。     

柱式采空区上行开采数值模拟研究

针对神广煤矿5^-2煤房式开采后4^-2上、4^-3煤上行开采安全生产问题,首先通过理论分析对4^-2上、4^-3煤上行开采可行性进行了初步论证;然后采用3DEC离散元软件建立了三维数值模型,分析了5^-2煤房式开采对上部4^-2上、4^-3煤整体性和连续性的影响;研究了4^-2上、4^-3煤开采对层间岩层及5^-2煤采空区留设煤柱稳定性的影响规律。结果表明：4^-2上、4^-3煤的比值K分别为33.07、23.46,均大于临界值7.5,5^-2煤采空区煤柱的极限承载强度为7.84MPa; 5^-2煤开采后,4^-2上和4^-3煤整体性和连续性保持完好;4^-2上、4^-3煤层上行开采使得层间岩层应力降低,位移减...     

刘河煤矿矿床地质特征研究

以刘河煤矿为研究对象,研究了该矿矿床地质特征,主要包括煤的含煤性、稳定性、煤质特征、工艺性能和可选性等。研究得出,井田二₂煤层大部可采,三₃²煤层局部可采,二₂煤层煤厚0～4.08 m,平均2.37 m,煤层结构较简单,二₂煤层为大部可采的较稳定型中厚煤层;二₂煤层以低灰分、低硫、特低磷、低水分、特高发热量贫煤为主,易磨碎、极易选。宜作各类动力、火力发电和民用燃料用煤;研究为矿区后续开发提供了坚实的基础。     

山西大成煤业有限公司瓦斯抽采方案优化设计

我国煤与瓦斯突出防治的区域性措施有:开采保护层、预抽煤体中的瓦斯和煤层注水.针对如何解决大成煤业有限公司2号煤层在开采期间的瓦斯超标问题,采用分源预测法对2号煤层在开采期间的最大瓦斯涌出量进行了预测,结果显示,2号煤层在开采期间最大埋深处的瓦斯含量较高,因此,必须采用瓦斯抽采的方法来解决2号煤层的瓦斯超标问题,从而为2号煤层的安全生产提供保证.本文对2号煤层本煤层顺层瓦斯抽放和临近层顶板高抽巷瓦斯抽放的方法进行了理论分析,为解决2号和6号煤层的瓦斯问题提供了理论指导.     

N2和CO2对煤明火燃烧灭火性能的对比实验研究

为掌握N₂和CO₂对煤明火燃烧过程的不同灭火效果,采用自主研制的煤明火燃烧实验装置,对平煤八矿煤样进行了通入相同流量N₂和CO₂气体灭火剂的煤明火燃烧灭火实验,测定了在煤有焰燃烧和阴燃熄灭阶段的温度场温度、标志性气体(O₂、CO和CH₄)组分、热释放速率以及火焰图像面积的变化规律。结果表明:相比于煤自由燃烧,在煤有焰燃烧阶段,通入CO₂时明火火焰熄灭时间、煤温上升速度、耗氧量、热释放速率以及CO和CH₄浓度的下降速度比通入N₂时更低;同时,通入CO₂时火焰图像面积呈指数下降,而通入N₂时呈线性下降;在煤阴燃熄灭阶段,通入CO₂时煤温、CO和CH₄浓度下降速度比通入N₂时的更高,而通入CO₂时的耗氧量和热释放速率比通入N₂时的更低;说明CO₂比N₂具有更好的熄灭煤明火燃烧的能力。     

神东矿区石圪台矿2-2#煤自燃特征温度与指标气体实验研究

通过对神东矿区石圪台矿2-2#煤热重分析和程序升温氧化实验,得出了2-2#煤自燃过程中的特征温度以及升温氧化过程中CO、CO2、CH4、C2 H4、C2 H6和C2 H2等气体浓度随温度变化的规律,为石圪台矿2-2#煤自燃的早期预测预报提供了科学依据.     

煤与不同原料重整气化制甲醇对CO2排放的影响

通过介绍煤制甲醇对整个煤化工行业CO2排放的影响,选择以煤制甲醇工艺CO2排放为研究对象,分别叙述了煤气化制合成气,煤与天然气、煤与焦炉气以及煤与重质油重整气化制合成气联合生产甲醇过程中,吨甲醇产品工艺CO2排放情况,探讨不同煤气化形式对工艺CO2排放的影响因素,为如何通过气化工艺选型,降低煤制甲醇生产过程中工艺CO2排放量提供理论判断依据。     

隆德煤矿浅埋上下煤层协调同采技术研究

为了确定隆德煤矿浅埋深1-1煤与2-2煤协调开采合理安全间距,采用CT探测技术及钻孔应力监测系统两种测试方法开展了上下煤层同采应力实测研究。研究得出：CT探测确定了2-2煤层大采高工作面超前采动应力范围最大为59.5m,1-1煤工作面顶板在采空区后方47.5m开始垮落,并影响下方2-2煤工作面应力分布|钻孔应力计实测确定了2-2煤层工作面超前应力影响距离最大50.7m,应力峰值超前于工作面6m,应力集中系数1.23,而2-2煤层工作面不受间隔煤柱宽度20m的相邻工作面以及间隔顶板岩层厚度54m的上覆1-1煤回采影响|采用了3种方法综合确定了隆德煤矿上下煤层协调同采合理滞后距离为138.4m。数值模拟研究表明,安全间距50m以内拉应力贯穿整个层间距,从而验证了隆德煤矿上下煤层协调开采安全间距138.4m的安全性。     

煤层处置二氧化碳模拟实验研究

为了研究CO2在煤层中的储存能力与置换驱替CH4特性,利用沁水煤田潞安矿区3号煤层大尺寸(100 mm×100 mm×200 mm)煤样,在确定应力约束条件下,开展了CO2在煤体中的吸附特性与其在含甲烷煤试样中的驱替实验,并对含甲烷煤和不含甲烷煤中CO2的储存特性做了对比分析。结果表明:在模拟真实地应力(围压=轴压=8 MPa)条件与0.5 MPa注入压力作用下,180min内试验煤样中储存CO2量达11.03 L,CO2在测试煤体中的渗透率随其吸附量的增加而减小;在既定的地应力条件和近于14.93 cm3/g煤层平均瓦斯含量条件下,当CO2注入压力由0.5 MPa提高到1.0 MPa时,CO2在试验煤体中的储存量可提高93.00%、储存率提高13.50%、相应CH4的解吸量提高了18.13%;在实验初期,CH4的解吸量高于CO2的吸附量,随注入过程的持续,煤体中CH4的解吸量逐渐趋于平缓且远小于CO2的吸附量;同等条件下,含CH4煤比不含CH4煤可多储存59.29%的CO2,储存率提高了12.51%。