煤体结构类型判断的超声波探测系统研究

实践证明煤体结构和煤与瓦斯突出灾害之间存在着密切的联系。但是在可以实现快速、准确判断煤体结构类型的设备开发方面仍然存在不足。介绍了一种基于超声波方法的煤体结构类型检测系统。该系统根据超声波在固体介质中的传播性质，通过对超声波速的测量，实现对煤体结构类型的判断。     

基于核磁共振技术的煤体微观孔隙结构研究

为了了解煤样的微观孔隙结构特征,应用核磁共振技术(NMR)对煤样孔隙类型、连通性、孔径分布等特性进行分析,结合X射线衍射(XRD)和计算机断层(X-CT)扫描测试结果探究了煤样的物相组成、矿物质成分及表观形貌特征。结果表明:测试煤样含有多种矿物质成分,主要为高岭石、方解石和黄铁矿等,矿物质主要夹杂在煤样割理系统中;NMR测试的横向弛豫时间T2谱呈典型的三峰曲线,依照0.5~5 ms,5~100 ms,和100 ms的弛豫时间区间可将煤样内部孔隙类型对应为吸附孔、渗流孔和扩散孔;所测煤样的T2截止值在10~20 ms之间,表明具有高度发育的微观孔隙和较为发育的中孔结构;NMR的测试结果与CT扫描的三维可视化分析结果相吻合,证实样品具有较高的非均质性。NMR技术能较好弥补CT扫描在微孔观测中的不足,呈现出更为具体的煤样内部微观孔隙特征。     

红外热效作用对煤体孔隙结构影响试验研究

结合我国现阶段煤层气开采效率低、产量少等问题,提出了利用远红外辐射作用开采煤层气新方法。通过进行红外热效作用对煤体孔隙结构影响试验研究,结果表明:红外辐射对煤体微观状态下的致裂、促进孔隙发育等效果能够影响煤岩比表面积变化,进而影响宏观的吸附性能;煤体在红外辐射作用下有利于裂隙的扩展发育,能够增加煤层气解吸运移通道,提高煤层气的解吸运移效率。     

基于酸热耦合作用的煤体微观孔隙结构演化规律研究

为了揭示酸热耦合作用在提高煤层透气性的作用机理,结合低温氮吸附法和压汞法在不同孔径测试下的优势,以X射线衍射（XRD）物相分析为辅助手段,从细微观多角度分析煤体孔隙结构。研究结果表明：酸热耦合条件对煤体孔隙结构有显著影响,且呈现随温度增加先增强后减弱的趋势;在50℃条件下,5%HF+5%HCl混合酸液对孔隙的改造作用最为显著,具体在微小孔阶段（低温氮吸附法测得）孔体积提高了22.3%,比表面积提高了23.9%,平均孔径提高57.1%,在可见裂纹阶段（压汞法测得）孔体积提高了110.2%。     

平顶山矿区煤体微观结构的扫描电镜分析

我国煤矿多为高瓦斯低透气性矿井,由于煤层透气性低,瓦斯抽采效果差,治理难度较大。利用扫描电镜分析煤样的微观结构,可以较为直观的观察到煤的微观孔隙、空洞、裂缝(裂隙)的发育、分布情况,连通情况,孔隙结构等,可为有针对性的采取煤体增透措施、治理煤层瓦斯提供依据。通过对十二矿煤样的详细观测,可以看到其表面含有大量长200～3 500μm、宽1～20μm的裂缝结构,此外还有相当数量的截面积为10～20μm2孔隙结构和一定数量直径为100～200μm的孔洞结构。同时,还观察到这些孔、洞、缝之间也具有连通性。总体来看,十二矿煤样的孔隙、裂缝比较发育,缝、洞之间的连通性较好。另外,观察到十二矿煤样含有3种粘土矿物,分别是蒙脱石(不规则片状)、高岭石(六方板状)和伊利石(絮状),这些粘土矿物具有遇水急剧膨胀的特性,这是瓦斯治理过程中应该注意的问题。     

低温液氮作用下煤体瓦斯吸附特性试验研究

液氮致裂煤层增透技术具有良好的发展前景,而针对低温液氮作用下煤体瓦斯吸附特性研究目前尚不完善,大部分研究处于初步研究阶段;为了对液氮冻融作用及试验初始温度作用下的煤体瓦斯吸附特性变化规律及变化趋势进行研究,选取新疆硫磺沟煤矿煤样作为研究对象,利用PCTPro高压气体吸附仪对试验煤样在不同液氮冻融时间(0、30、60、90、120 min)及不同试验初始温度(30、40、50、60、70℃)条件下的吸附特性进行了研究,得出了不同液氮冻融时间及不同试验初始温度条件下煤体瓦斯吸附量、吸附增量及煤体瓦斯饱和吸附量的变化,并根据试验结果选取了3种吸附理论模型对试验结果进行拟合,分析拟合效果对吸附理论进行优选。归纳煤体在2个变量影响下吸附特性的变化。研究结果表明:煤体瓦斯吸附量随液氮冻融时间增加而逐渐增大、随试验初始温度增大而逐渐减小;煤体瓦斯饱和吸附量随液氮冻融时间增加呈上升趋势、随试验初始温度增加呈下降趋势。在2个变量条件下进行不同理论模型拟合,结果表明Langmuir理论模型拟合效果最好,其拟合度最高,误差范围小; 2个变量影响条件下,Langmuir理论模型中吸附常数b无明显规律,其影响因...     

冻融作用下煤体孔隙结构损伤演化规律研究

为了揭示冻融作用对煤体孔隙结构的影响,采用冻融试验机对煤样进行冻融循环试验,利用声波测速仪和核磁共振设备对不同冻融循环次数下煤样的孔隙演化规律进行了分析。研究结果表明,冻融循环会造成煤体的孔隙结构损伤,促进煤体孔隙的发育,造成煤样波速降低,随着冻融循环次数的增加,煤样的小孔和中孔不断的扩展联通,造成煤样的大孔数量显著增加,孔隙连通性增强,煤样的总孔隙度、残余孔隙度和有效孔隙度和渗透率也随之增加,表明冻融循环能够提高煤层的透气性,从而有利于煤层气的抽采。     

煤体爆破作用机理模拟试验研究

为进一步改善煤体爆破效果,在岩石爆破理论基础上分析了煤体爆破作用特点与原理,确定了煤体爆破损伤断裂准则。试验结果表明：煤体中爆炸应力波一般包含两段波形,爆炸应力波的衰减速度较一般岩石更快,爆炸应力波的主要作用是形成少量新裂隙、激活原生裂隙并打破瓦斯气体的平衡状态;煤体爆破损伤包含爆炸波作用的初始阶段和爆生气体与瓦斯气体作用的后期阶段,在近区,爆破损伤以爆炸波的衰减速度迅速减小;中远区在准静态爆生气体和瓦斯气体压力作用下爆破损伤缓慢减小。LS-DYNA数值模拟结果表明,瓦斯对煤体爆破具有积极作用,瓦斯压力可以增大应力波作用时间和应力峰值。煤体爆破是爆炸应力波、爆生气体和瓦斯气体共同作用的结果。     

卸载煤体渗透特性及微观结构应力效应研究

针对加载、卸载作用下煤体变形及渗透机制的复杂性,利用渗透-力学耦合特性测定仪,根据瞬态脉冲原理,在40℃下,研究了不同卸载状态时CH4在煤体中的渗透行为,并就卸载前后煤样红外光谱和透射电镜结果进行对比分析,从微观角度讨论了加卸载对渗透特性的影响及引起煤体微观结构的应力效应.研究结果表明:带围压试验的煤样渗透率均较低,卸载到设定值后渗透率增高,且有效围压越大,渗透率变化越大;在微观上,煤样的有效围压越大,红外光谱特征参数I2值越高,脂肪链变长且易断裂和脱落,裂隙结构面活性增强,煤体颗粒易于损伤而破裂,并呈现出颗粒多碎性和强度弱化区,对煤体微裂纹的萌生、扩展直至形成宏观裂纹起加剧作用,卸载后煤体渗透率增大.     

液氮冷浸前后煤体的微观结构精细化表征方法研究

随着煤层增透技术的发展,液氮冷浸致裂煤体促进瓦斯抽采的研究取得了广泛关注。为研究液氮冷浸对不同煤质煤体微观结构的改造效果,分别采用电镜扫描仪、压汞仪和低温氮吸附仪对液氮冷浸前后不同煤质煤样（贫煤、肥煤和无烟煤）的微观结构进行了联合表征,对比分析了液氮冷浸对不同煤质煤样孔体积、比表面积分布情况的影响。结果表明：液氮冷浸煤体产生的热应力大于煤的抗拉强度,导致煤的微结构破坏,出现微裂隙萌生或颗粒脱落等现象,显著增加煤的透气性;液氮冷浸后不同煤质煤样的总孔体积和比表面积均增大,肥煤总孔体积增长率最小,其次是无烟煤,贫煤总孔体积增长率最大;液氮冷浸促使煤样内部微孔、小孔、中孔及宏孔/裂隙的孔体积均增大,促使煤样内部大孔贯通形成宏孔/裂隙,导致大孔的孔体积减少;液氮冷浸后各煤样的孔比表面积均集中分布在10～100 nm,并有明显的峰值特征;液氮冷浸促使贫煤、肥煤和无烟煤煤样的吸附量增大,且处于中高压区(0.4

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冲击荷载作用下各向异性煤体中大孔结构变化规律研究

为了研究冲击荷载对煤岩体孔隙结构中中大孔结构的影响,能够为煤层增透中爆破致裂技术参数的设置提供相关理论依据,对结构异性(垂直于层理方向、平行于层理方向)煤岩体采用分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson Pressure Bar, SHPB)冲击试验,进行不同冲击气压(0.1、0.15、0.2、0.3、0.5 MPa)下的动态力学性能测试,然后利用压汞试验对不同冲击荷载下结构异性煤岩体进行孔径结构分析,进而探讨冲击荷载对结构异性煤岩体中中大孔结构的影响规律。结果表明：煤样的动态抗压强度随着冲击荷载的增加呈线性增加,当冲击荷载相同时,垂直层理方向煤样的动态抗压强度均大于平行层理方向。冲击荷载和层理方向对煤样的进退汞曲线特征、孔隙度、退汞效率和孔径分布均有影响,当冲击气压为0.5 MPa时,对应垂直层理和平行层理方向动态抗压强度分别为29.624、24.339 MPa,较未受冲击荷载相比,垂直层理方向和平行层理方向煤样进汞量分别增加188%、205%,孔隙度分别增加155%、198%,退汞效率分别减少32%、69%,孔径分布中孔容最大值分别增加472%、492%。不同层理方向冲击...     

超声波时距曲线法探测煤体结构类型机理研究

实践证明煤体结构和煤与瓦斯突出灾害之间存在着密切的联系,准确判断煤体结构类型对于预防煤与瓦斯灾害的发生具有一定的指导意义。但是在准确检测煤体的结构类型的方法仍然存在着不足。本文介绍了一种基于超声反射法判断煤体结构类型的新型探测方法,通过利用时距曲线法实现对煤体超声波速的检测,根据波速与煤体结构类型间的量化关系,实现对煤体结构类型的判断和对煤与瓦斯突出灾害的预测进行指导。     

饱和蒸汽作用下煤体吸附甲烷运移产量规律试验研究

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试验研究了在单轴压缩条件下煤体受压产生电流的性质及变化规律,并对产生这种电流变化的原因进行了分析。实验表明,煤在受载破坏过程中,表面有微电流产生。在加载初期,电流产生不明显。当载荷δc≈0.75δmax时,电流开始出现较快增长,并且和载荷的相关系数达0.8~0.9以上,呈高度相关。载荷发生突变或卸压时有较强电流信号出现。根据电流和载荷的对应关系,可以用电流信号来反映煤体受载程度,从而为煤岩体稳定性监测提供一种新的思路。     

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