褐煤热破裂的显微CT实验

采用μCT225kVFCB型高精度显微CT试验系统并配以微型气氛炉,研究了内蒙古平庄褐煤热破裂随温度的变化关系。研究结果表明,褐煤在100 ℃左右时,大裂隙(>800 μm)占主导地位;200 ℃左右时,中等裂隙（100~400 μm）占主导地位;300 ℃之后微裂隙（<100 μm）占主导地位;热破裂的阈值为300 ℃左右;在300 ℃之前孔隙裂隙的产生发展主要是因为热破裂,300 ℃之后,微裂隙和孔隙的产生主要是因为煤体发生热解化学反应,油气逸出,固体骨架逐渐转变为半焦体。     

煤岩热解渗透耦合过程的分析研究

运用多场耦合的理论对煤岩体原位热解过程进行了分析研究,得出了煤岩体原位热解过程实质是一个热解渗透耦合过程的结论,并在此基础上建立了煤岩体原位热解渗透耦合数学模型。这一研究为以后煤的原位汽化、液化开采奠定了一定的基础。     

微焦点显微CT机在岩石微细观结构中的应用

采用焦点尺寸＜3μm,分辨率0.5 μm,密度分辨率0.3％的显微CT系统,研究岩石微细观结构.研究了煤岩、油页岩、花岗岩在不同温度下的孔裂隙结构和钙芒硝的水溶过程,结果表明:1)随温度的增加,煤体孔隙率、连通团大小呈先增后减变化,逾渗转变发生在230～250℃.2)花岗岩在高温时形成包围花岗岩晶体颗粒的封闭多边形裂纹,裂纹多产生于颗粒之间,有少部分穿晶裂纹,且穿晶裂纹的比例随温度的升高而增大.3)钙芒硝的溶解速度与时间呈反比关系,溶解时间越长,速度越慢.     

基于卷积神经网络的煤岩微裂隙提取方法

深部开采导致的煤岩裂隙结构的延伸、贯通及扩展是引起煤岩破坏的关键因素。裂隙结构的准确表征是分析煤岩破坏机理及开展煤与瓦斯绿色共采的核心要素之一。本研究采用Waifu2x卷积神经网络模型对裂隙煤岩CT图像进行处理,获得分辨率更高的CT图像。并提出“裂隙煤岩标注七步处理法”,提高了标记效率,采用图像增强技术扩充训练集,满足了模型对于训练集数量和质量的要求。采用训练后的U-Net卷积神经网络进行图像分割,提取煤岩内裂隙信息。通过对比发现,本方法所获得的裂隙连通性、开度及分布与真实CT图像更为接近,所提取的裂隙4个量化指标均优于其他提取方法。研究为裂隙煤岩物理力学行为及机理分析提供基础。     

浅析显微CT技术在油气储层研究中的应用

从显微CT技术基本原理角度,分析了显微CT技术在多孔介质孔隙结构及渗透机理研究中的应用价值,直观、精确、无损地对钻孔岩心进行透视扫描、定量分析,鉴别岩石性质、矿物成分、量化岩石中孔隙发育情况,动态地显示重建后的透视投影数据,清晰地呈现出岩心内部微观结构和储层中油气运移规律,直接获取岩心有关储层物理特征数据,并模拟出所称岩心的3维立体模型。该技术非常适用于油气勘探开发过程,直观储层性质的变化规律,必将在石油地质中发挥重要的作用,应加大该设备的引进与研究力度。     

隙煤岩损伤破坏行为的数值模拟

利用ANSYS有限元软件,构建了孔隙煤岩细观单元的二维数值计算模型;提出了一种针对孔隙煤岩复杂几何模型的网格优化措施,实现了整体映射网格与局部自由网格相结合的划分方法,提高了生成单元的质量以及求解效率;借助单元生死技术模拟了孔隙煤岩的脆性损伤破坏过程,研究了孔隙率及孔隙形态对煤岩整体力学行为的影响。研究表明,孔隙煤岩的损伤破坏行为和孔隙率、孔隙位置、孔隙形态等几何参数有关。孔隙集中的区域会出现应力或应变集中的现象,随着孔隙率及孔隙长短轴比增大,煤岩细观单元损伤现象更加明显,弹性模量下降,煤岩强度急剧下降,且损伤阈值也有所下降。     

MSP UV-VIS2000显微光度计在煤岩分析中的应用

简要介绍了MSP UV-VIS2000显微光度计的技术特点及其在煤岩分析中的应用。实践表明，该仪器具有工作条件稳定、光谱特性适宜、光电转换线性良好，测试精密度高等优点。所测定的镜质组反射率完全能满足国标要求；非常适于测试煤岩组分反射率波谱及荧光光谱。     

基于CT扫描的煤岩裂隙特征及其对破坏形态的影响

为了研究煤岩原始裂隙结构对其宏观破坏特征的影响,以河南城郊煤矿21304工作面的煤岩为研究对象,利用nanoVoxel-4000系统对不同围压作用下加载前后的煤样进行了CT扫描试验。基于图像处理软件对裂隙结构进行提取和三维重建,结合等效球体模型定量分析了煤岩内不同尺度原始裂隙在空间的分布特征。通过计算平面内原始裂隙与破裂主裂隙的裂隙组构张量,以及空间内原始主裂隙面与新产生主裂隙面的倾角,对比分析了不同围压下原始裂隙分布方向与破坏时新生成主裂隙方向之间的关系。研究结果表明:煤样试件内含有大量不同尺度的裂隙,等效直径小于1 000μm的裂隙数量多,体积小;等效直径大于5 000μm的裂隙数量少,体积大;当等效直径小于5 000μm时,随着裂隙等效直径的增加,裂隙的数目逐渐减少;在等效直径小于300μm时,裂隙体积分数随等效直径的增加而增大;等效直径在3 00～5 000μm的裂隙的体积分数整体呈现下降趋势,且等效直径在大于1 500μm以后波动较大。利用2阶和4阶裂隙组构张量计算得到的椭圆形分布规律,可以有效的描述裂隙的优势方向和劣势方向,且相比2阶张量,4阶对于平面裂隙分布规律的描述更全...     

高温水蒸汽作用后长焰煤细观结构的显微CT研究

利用显微CT技术研究了不同高温水蒸汽作用下长焰煤试样的细观结构。研究表明:热解温度低于300℃时,自由水及气体的散失造成裂纹的产生,当热解温度高于300℃时,有机质热解形成了相互贯通的裂隙网络,且孔裂隙主要在有机质内形成;热解分为3个阶段,300℃之前煤样缓慢热解,孔裂隙缓慢增加;300～500℃之间为热解加剧阶段,煤样孔隙率增加明显;热解温度高于500℃时,热解最为充分,煤样孔隙率急剧增加;550℃热解温度作用后,煤样的体孔隙率达到32.35%,较25℃下煤样的体孔隙率提高了9.82倍;300℃是热解阈值点,热解温度高于阈值点时,不同层理面发育良好,形成相互贯穿形成了孔隙网络,加快了热解作用,为热解产物提供了运移通道。     

基于CT成像的煤岩孔裂隙结构重建及渗流模拟研究

为了探索煤层压力注水在不同渗透率裂隙条件下的渗流特性,采用CT成像技术对煤样扫描,获得原始图像,利用MATLAB软件中值滤波函数对其噪声点进行滤除,获得二值化孔隙骨架图像,最后采用COMSOL数值分析软件中的插值函数重构煤体二维模型,建立煤体渗流过程的液体流动模型,数值模拟分析压力水的渗流演化过程。研究结果表明:利用MATLAB分析软件处理CT扫描图像,可准确的描述煤岩的孔隙结构;经过COMSOL插值函数对煤的二维模型做出精细表征;水在煤体中流动主要受孔隙结构的影响,在主裂隙水流动衰减速度很小,而在煤基质和次裂隙夹杂区域部分流动,在基质部分基本不流动。     

煤热解特性及热解动力学的研究

采用热天平对不同煤种在同一升温速率下的热解特性进行了试验研究,同时对其热解动力学特性进行了分析。试验结果表明,煤的热解过程主要分为干燥脱气阶段、主要热分解阶段和二次脱气3个阶段。在热重试验的基础上,用Doyle积分法求取动力学参数的处理方法获得了有关煤热解反应的动力学参数。     

热解气氛对煤催化热解焦油品质的影响

为考察不同热解气氛对煤热解产物分布及焦油品质的影响,在固定床反应器内,以粒径范围为0.2～0.5 mm的和什托洛盖煤为研究对象,依次考察了热解温度、热解气氛和模拟热解气（SPG,N2+H2+CH4+CO+CO2）经过不同填装催化剂后对煤热解产物分布及焦油组成的影响。实验结果表明：N2气氛下,煤在550～750 ℃范围内进行热解时,在600 ℃热解时的焦油产率最大,为15.0%,是格金理论焦油产率的83.3%;在考察各热解气组分及模拟热解气对煤热解特性的影响时,发现以模拟热解气为热解气氛时,焦油中轻质焦油质量分数（沸程＜360 ℃）为63.2%,比在N2气氛下提高6.6%;当煤在通过各种催化剂层后的模拟热解气氛中热解时,获得的焦油产率均下降,但焦油中轻质焦油质量分数显著提高。其中,当模拟热解气通过Ni,Mo质量比为1∶1的4%Ni-4%Mo/HZSM-5催化剂时,煤热解焦油中轻质焦油质量分数为68.6%,这比无催化剂条件下煤在模拟热解气氛以及N2气氛中获得的轻质焦油质量分数分别提高8.5%和15.6%。     

升温速率对准东褐煤热解特性及煤焦孔隙结构的影响

为了简化活性焦的制备工艺流程,降低其生产成本,同时拓宽准东褐煤利用途径,需要对准东褐煤热解过程进行更深入的研究。利用热重(TGA)技术考察了准东褐煤在不同升温速率(10,20,30,40和50 ℃/min)热解失重特性并采用等转化率法分析了其动力学参数,同时利用程序升温和快速热解在终温为800 ℃条件下制备出活性焦SC1和SC2。采用氮吸附仪(BET)获得煤焦的孔隙结构参数,利用红外吸收光谱仪(FT-IR)和拉曼仪光谱仪(Raman)分别获取煤焦大分子结构中的官能团和碳骨架结构信息。研究结果表明,基于热重法分析出准东褐煤热解动力学参数,活化能和指前因子变化范围为38.89～229.13 kJ/mol和108.26～1.18×109 s-1。升温速率为30 ℃/min时,有足够热量促进煤焦内部有机结构分解生成大量挥发分,煤焦内部形成合理的温度梯度,阻碍了热缩聚反应造成孔隙阻塞,挥发分顺利释放促进了孔隙结构形成。程序升温热解焦SC1烧失率为46.5%,比表面积为312.91 m2/g,孔容为0.178 cm3/g,平均孔径为2.271 nm;而快速热解焦SC2烧失率为37.3%,比表面积达到424.25 m2/g,孔容为0.189 cm3/g,平均孔径2.342 nm,以微孔为主,结构参数明显好于SC1。快速热解炭化制备活性焦前驱体,促进煤焦生成大量无定形结构和缺陷结构,利于活化阶段微孔孔隙结构的构筑。     

煤及其显微组分热解特性研究

选取4种不同变质程度的煤类,对原煤及其显微组分进行了热解特性研究,利用最大失重速率评价了原煤及其显微组分富集物的热解反应性,并采用一级反应模型、Doyle积分法求取了样品的动力学参数.动力学分析结果表明,由于样品热解各段的反应历程不同,因此求取的热解动力学参数也不同,4种原煤及其显微组分主要热解段的表观活化能介于35.93 kJ/mol～63.84 kJ/mol.     

添加物对宁夏煤热解气相产物生成的影响

以西部弱还原性宁夏煤为研究对象,酸洗脱灰并负载Na、Ca及Fe盐,对其进行了固定床热解过程中气相产物生成规律的研究。实验结果显示,原煤中的矿物质和Na、Ca、Fe添加物的存在均降低了煤的起始和最大分解温度,对煤的热解反应均表现出较好的促进作用;煤中原有的矿物质和添加物对煤热解气相产物形成的影响可以划分为200~550,550~750和750~1 000 ℃三个温度区间,在各温区中的影响显示出明显不同的作用。低温时促进了CH₄的生成,高温时抑制了H₂的生成;除载铁煤外,累积产率均表现为H₂的增大和CH₄的减少,这主要受中温段热解结果的影响;煤中矿物质及Ca在整个热解过程中均使CO和CO₂累积产率增大,Na和Fe在较低温度区间也表现出对CO和CO₂生成的促进作用,但温度较高时抑制作用明显。     

煤中矿物质对热解过程的影响研究

以烟煤为对象,研究其与矿物质掺混时的热解特性。利用热重天平TGA-601分析了各种样品在不同温度时的质量损失及质量损失一阶导数。按照美国SOP-CR-007标准提供的方法,得出了当原煤与矿物质掺混时,混合物的性质与原煤比较发生了变化。指出煤中矿物质对热解过程有抑制作用,这种作用随矿物质增加而增加。     

热解温度及气氛变化对神府煤热解产物分布的影响

为阐明煤热解过程中,温度及气氛对神府煤热解产物分布的影响规律,采用程序升温法在固定床反应器上对N2,H2,CH4,H2-CO(2∶1) 等不同气氛下神府煤的热解行为进行了研究。结果表明,随着热解温度的升高,焦油产率呈现出先增大后减小的趋势,气体和水产率不断增加、半焦产率不断减少。不同气氛对焦油产率的影响为：H2>CH4>H2-CO>N2,气氛变化对气体和半焦产率影响较小,对水产率影响较大。热解温度对焦油4组分分布影响较小,均为芳香分>饱和分>胶质>沥青质,H2,CH4,H2-CO(2∶1)比N2气氛下生成更多的饱和分。随着热解温度的升高,N2气氛下气体产物中H2含量呈不断增加趋势,CH4含量先增大后减小,CO,CO2和C2~C4烃类气体含量逐渐降低;半焦的芳碳率fa、环缩合度2(R-1)/C和平均缩合环数R呈明显增加趋势,环缩合度较原煤有较大提高。相对于N2气氛,还原性气氛下,半焦的环缩合度和平均缩合环数增加,芳香层片间的距离降低。     

基于热重的煤热解反应动力学试验研究

采用热重分析法对4种不同粒径范围内的5种不同煤样进行热解特性试验研究,以考察煤化程度和粒径对煤热解过程的影响规律,同时对其热解动力学进行了特性分析。试验结果表明,煤的热解反应活性随着煤化程度的增加而逐渐降低;煤的传质传热受到粒径影响,煤的热解总失重率随着粒径的增大而减少,但当粒径小于一定数值时,蒙东褐煤、河曲2#煤和孙家沟煤的热解总失重率反而随着粒径的减少略有增加。在热重试验的基础上建立热解反应动力学模型并求解模型参数,把握热解特征和规律,以期在一定程度上对煤炭地下气化提供相应的理论指导。     

裂解温度对煤粉裂解特性影响的模型预测和实验研究

裂解温度是影响煤粉裂解特性的主要因素之一,采用CPD模型对裂解产品的分布进行预测,计算结果表明,CPD模型对煤粉裂解产物分布的预测具有一定的准确性,可以根据煤质特性参数初步判断煤粉一次裂解产品的产率。通过固定床裂解炉,采用快速升温的方式对煤粉进行裂解,研究了500~1 000℃裂解终温对我国典型的烟煤和褐煤裂解特性的影响。研究表明,裂解终温越高,裂解气产量越高,剩余固体质量越少;经过500℃和1 000℃的裂解,神华烟煤和宝日希勒褐煤挥发分析出量分别增加301.48 mL/g和347.82 mL/g,固体失重率分别增加12.49%和15.35%。因裂解气各组分的产生机理不同,裂解气中H_2,CH_4和CO的产量随裂解温度的升高而升高,CO_2的产量随裂解温度的升高而降低。