NaCl溶液对电脉冲致裂煤体孔隙结构影响的实验研究

利用搭建的高压电脉冲致裂煤体增渗实验系统,对蒸馏水和不同浓度NaCl溶液浸泡后的贵州林华无烟煤进行电脉冲击穿实验,并结合扫描电镜、能谱分析和压汞分析等测试方法,研究了不同浓度NaCl溶液处理后,电脉冲击穿煤体的孔隙结构变化特征。实验结果表明,煤体在NaCl溶液浸泡的过程中,大量的导电离子Na+和Cl-进入煤体内部的原生孔隙裂隙,有效的改善了煤体的导电性,与蒸馏水浸泡的煤体相比,NaCl溶液浸泡的煤体在电脉冲击穿后破碎的程度更充分。同时,随着NaCl浓度的增加,电脉冲击穿煤体的比表面积、孔容、孔径以及孔隙度均有一定程度的增加,特别是大孔和中孔孔容增加显著,孔隙的连通性变好,有效地改善了煤体孔隙结构。     

基于高压电脉冲的煤体增透实验台

介绍了一种基于高压电脉冲的煤体增透实验台,详细地描述了实验台的工作原理和各组成系统的功能特性。该实验台由高压脉冲电源、脉冲放电装置、脉冲水激波传递管道、刚性三轴压力室4部分组成,可模拟10 MPa水压、500 m深度原岩应力下的煤体试样钻孔环境,并在此环境下实现最高15 k V的放电实验。该实验台可完成高压电脉冲水激波衰减特性实验、原岩应力下的煤体静态水压致裂实验、原岩应力下的煤体高压电脉冲水压致裂实验等多项研究工作,为高压电脉冲用于煤体增透的应用研究,提供了硬件支持。     

电脉冲对烟煤官能团及甲烷吸附特性影响研究北大核心

利用电脉冲致裂煤体增渗实验系统,对贵州轿子山煤矿烟煤进行电脉冲致裂实验,并结合工业分析、傅里叶红外光谱测试和等温吸附实验方法,研究了不同击穿电压条件下电脉冲致裂煤体的电流峰值、煤体官能团结构和吸附甲烷能力的演化规律。结果表明:煤样电脉冲击穿煤体的过程主要经历了热击穿、电击穿和残余阶段,同时,击穿煤样的电流峰值随着击穿电压的升高而增大,且呈现指数化趋势;电脉冲击穿煤样的官能团结构发生明显变化,CH吸收峰随着击穿电压的增加而升高,C=C、-CH_(3)、-CH_(2)、-OH吸收峰随击穿电压的提高而降低;电脉冲击穿煤样的甲烷极限吸附量a值都比原煤低,煤样吸附常数b值随击穿电压增加呈现出波动式的变化,表明电脉冲击穿煤体后,明显降低了煤样对甲烷的吸附能力,有利于煤层气的高效开采。     

预制裂纹对水中高压电脉冲致裂煤岩体的影响

为了探究预制裂纹对水中高压电脉冲致裂煤岩体的影响,提高矿区煤岩层渗透性,分别对包含和不含预制裂纹煤岩体相似试样进行了高压电脉冲致裂试验;在此基础上,运用PFC数值模拟软件,建立不同峰值压力下的包含和不含预制裂纹煤岩体模型进行致裂模拟。试验和模拟结果均表明:预制裂纹对高压脉冲放电致裂煤岩体有一定的促进作用;预制裂纹对裂纹的扩展具有一定的导向作用,但裂纹最终沿平行于最大主应力的方向进行扩展;随着峰值压力越高,预制裂纹旁形成的裂纹网络发育得越丰满、沿着预制裂纹的端头向外延伸的裂纹长度减小、与不含预制裂纹的力链断裂数目差值也在减小。     

航天固体推进剂对煤储层致裂增透试验研究

高瓦斯低渗透性的煤储层严重制约煤炭和煤层气的高效生产，必须对煤储层进行致裂增透。航天固体推进剂爆燃能够产生大量的高能气体冲击煤储层，可以达到致裂增透煤储层的目的。为研究航天固体推进剂致裂煤体特性，首先以民用航天固体推进剂配方为基底，研发了一种用于煤储层致裂增透的固体推进剂，并对其性能、感度、耐压和耐温性能进行了测试，然后采用模拟煤样开展了航天固体推进剂致裂试验，并对试验过程中的孔壁压力和模拟煤样内应变进行了监测，最后根据试验结果分析了模拟煤样的破坏特征。结果表明：航天固体推进剂性能良好，具备防水、耐压和不产生CO等优点，能够适应煤矿井下的环境。试验过程中孔壁压力时程曲线呈现急速升压阶段、缓慢升压阶段和非线性降压阶段，孔壁压力上升时间约为18 ms；孔内压力峰值较低且分布不均匀，孔中压力峰值为118.1 MPa，孔底压力峰值为85.3 MPa。航天固体推进剂致裂过程中，模拟煤样内产生的应力波由压缩相和拉伸相组成，应力波强度较低、持续时间长并且随距离的增大衰减缓慢。航天固体推进剂致裂煤储层以高能气体的准静态作用为主，应力波能量的利用率较高。研究结果为航天固体推进剂在煤层气开采领域的应用提供...     

十二烷基硫酸钠对瓦斯水合物生长速率的影响

运用可视化瓦斯水合物实验装置,研究了4种浓度（0.4、0.5、0.6和0.7 mol/L）十二烷基硫酸钠溶液对瓦斯体系水合物生长速率的促进效果,实验获取了瓦斯水合物生成过程的压力-时间曲线,利用水合物生长速率模型对水合物生长速率进行了计算。结果分析表明：十二烷基硫酸钠提高了水合物生长速率,促进了瓦斯水合物生成;十二烷基硫酸钠促进作用存在一个最佳浓度,在所研究的各个体系中,0.6 mol/L SDS溶液中瓦斯水合物生长速率最大,9.0 MPa压力条件下生长速率可达3.35×10^-5 m³/h。     

高压氮气致裂增透实验系统的研发及应用

以气体射流冲击和高压氮气的准静态膨胀作用理论为基础,自主研制了高压氮气爆破致裂煤岩体实验系统,开展了不同氮气压力(5、7.5、10 MPa)和不同高压容器体积(1、2、3 L)条件下的高压氮气爆破致裂实验,以获得煤岩体在高压氮气爆破致裂过程中的动态变化规律。结果表明:随着氮气压力的提高,试块从最初的纵向主裂纹扩展为纵横2条主裂纹,次生裂纹更加发育,试块的裂纹增多、破碎度和裂纹扩展断裂区增大;同等压力下,随着高压容器体积的增大,试块主裂纹长度明显增加,次生裂纹扩展受到抑制。由高压氮气爆破致裂的p-t曲线分析,可将高压氮气爆破致裂过程根据其特点的不同分为3个阶段:气体射流冲击阶段、起裂阶段和断裂阶段。     

液氮致裂时间对煤样力学性能、渗透性与致裂机理的影响

为研究液氮致裂时间对煤样的力学性能和渗透率的影响，利用自主研发的WYS-800三轴瓦斯渗流试验装置及声发射检测系统，对4组不同液氮致裂时间处理的煤样分别进行三轴力学渗流试验并采集声发射信号，对三轴力学渗流试验中各组煤样的力学性能、渗透率的变化进行了分析，描述了声发射信号的特征；根据沸腾换热理论、一维圆柱导热理论、热应力理论分析了致裂机理，计算了不同致裂时间下产生的热应力，通过数据拟合揭示了平均温度降、平均热应力、初始渗透率与致裂时间的关系。研究结果表明：(1)液氮致裂时间对煤样的力学性能产生不同影响，抗压强度和弹性模量随致裂时间的增加呈现先减小后增大的趋势，泊松比则呈现先增大后减小的趋势，煤样三轴加载时轴向应力-轴向应变曲线的阶段性演化具有明显差异，与力学参数的改变相关。(2)不同液氮致裂时间煤样在三轴加载过程中的渗透率均呈U型变化，煤样的初始渗透率、最小渗透率、试验测得最大渗透率随致裂时间的增加而增大，致裂30 min时增幅分别为119.05%、437.5%、146.49%；声发射信号在压密和弹性阶段不活跃，主要产生于屈服阶段和破坏阶段，致裂后煤样的声发射振铃计数峰值产生于破坏点附近...     

脉冲放电应力波致裂不同煤阶煤体规律研究

为了揭示脉冲放电应力波加载条件(峰值压力)对不同煤阶煤体致裂效果及其振动速度变化规律,利用PFC2D软件对不同加载条件下裂纹扩展规律及振动衰减进行了研究.研究结果表明:随着峰值压力的增大,裂隙数目、破裂面积都呈现出先增大后减小的趋势,15 MPa峰值压力下,肥煤、焦煤的裂纹数目、破裂面积达到最大;不同煤阶煤体达到裂纹数...     

微细高岭石颗粒在惰性电解质溶液中的质子化和去质子化作用

为掌握微细高岭石颗粒在惰性电解质溶液中的质子化/去质子化过程对其电动特性的影响规律,通过ZetaProbe 分析仪测定不同浓度NaCl溶液中高岭石颗粒表面ζ电位,用Gouy-Chapman理论和Nernst 方程对高岭石颗粒在不同溶液环境中的质子化/去质子化作用进行理论分析。结果表明：两种不同浓度NaCl溶液中,高岭石颗粒表面ζ电位与pH的关系为：在溶液pH值为4.0和7.5附近产生一个非IEP的交点;当NaCl的浓度由0.001 mol/L增加到0.010 mol/L时,高岭石的IEP从pH=3.3降低到3.0,当NaCl的浓度≥0.100 mol/L时,高岭石颗粒在整个pH范围内均荷负电荷;在pHIEP 7.5时,高岭石颗粒表面ζ电位与NaCl浓度成正比。NaCl溶液中电解质离子在溶液pHpHPZNPC 时对HD面的去质子化反应的促进作用是微细高岭石颗粒在NaCl溶液的电动特性的主要成因。     

基于空气环境下的高压击穿电热致裂煤体实验研究

利用搭建的高压击穿电热致裂煤体试验系统,以贵州林华煤矿的无烟煤为研究对象,研究了在空气环境下高压击穿电热致裂煤体的可行性,并对高压击穿电热致裂煤体的宏观和微观特征进行了研究。实验结果表明,在针-针电极下,空气介质的击穿场强为18.0~18.3 k V/cm,煤体的击穿场强为0.3~0.8 k V/cm,无烟煤的击穿场强小于空气的击穿场强。在相同条件下,各个煤样的击穿电压和破坏特征均不相同,击穿电压在20~41 k V,煤样主要有3种破坏类型。高压击穿电热致裂煤体过程中,等离子体通道位置的煤样呈现出烧灼状态,形成了大量裂隙和孔隙。同时,等离子通道周围煤体在高温条件下发生氧化反应,形成了新的氧化产物。     

气相聚能压裂煤层的三维效应研究北大核心

液体二氧化碳相变气爆是一种点式气相聚能压裂技术,其对煤体致裂的三维效应是探究增透效果的重要判据。基于自主设计搭建的物理实验平台,实验研究得出了气爆压降的时空演化规律,气爆气体压力峰值与爆破口距离的空间关系呈二次抛物线形式,拟合关系式为y=0.04x2-5.86x+227.6;气爆气体压力上升时间与爆破口距离的时间关系呈幂函数形式,拟合关系式为y=8.78x0.143 7。数值模拟分析得出气相聚能压裂煤体的塑性区呈现以爆破孔轴向为长轴的近似椭圆体发育的分布规律;当气爆峰值压力为160 MPa和200 MPa时,2种工况对应的最大有效致裂半径分别为0.50 m和0.60 m,最大致裂半径增加约20%;致裂体积分别为0.50 m3和0.95 m3,致裂体积增加近1倍。     

冲击气压对含层理泥岩致裂形态的影响规律及声发射响应

为获得高压空气冲击致裂煤岩增透过程的动态响应特征，利用自研的高压空气冲击致裂煤岩体真三轴实验系统，开展了各冲击气压下高压空气冲击致裂含层理泥岩实验，得到了泥岩致裂形态规律及在致裂过程中动态破坏特征。实验结果表明：高压气体冲击致裂泥岩过程呈现4个显著阶段，分别为气压上升阶段、气压衰减阶段、气压回升阶段、气压持续降低阶段；当冲击气压较小时，试块产生沿层理的裂缝，当冲击气压增大时，试块出现跨层理破坏，当冲击气压为28 MPa时，试块出现大量的破坏孔洞；声发射信号特征分析发现，随着冲击气压的增大，声发射信号覆盖频段越宽，从RA-AF分析中发现，试块破裂以张拉破坏为主、剪切破坏为辅。     

改性沸石降低生物质型煤燃烧中VOC排量的影响因素分析

为了降低生物质型煤VOC的排放总量,采用硝酸钙改性沸石作为生物质型煤的添加剂。结果表明:最佳参数为沸石焙烧温度460℃,生物质型煤成型压力42 MPa,沸石添加量22 g(2.2 wt%),硝酸钙溶液浓度0.125 mol/L;各因素重要性从高到低依次为成型压力>沸石添加量>沸石焙烧温度>硝酸钙溶液浓度。     

气相聚能压裂煤层的三维效应研究

液体二氧化碳相变气爆是一种点式气相聚能压裂技术,其对煤体致裂的三维效应是探究增透效果的重要判据。基于自主设计搭建的物理实验平台,实验研究得出了气爆压降的时空演化规律,气爆气体压力峰值与爆破口距离的空间关系呈二次抛物线形式,拟合关系式为y=0.04x~2-5.86x+227.6;气爆气体压力上升时间与爆破口距离的时间关系呈幂函数形式,拟合关系式为y=8.78x~(0.143 7)。数值模拟分析得出气相聚能压裂煤体的塑性区呈现以爆破孔轴向为长轴的近似椭圆体发育的分布规律;当气爆峰值压力为160 MPa和200 MPa时,2种工况对应的最大有效致裂半径分别为0.50 m和0.60 m,最大致裂半径增加约20%;致裂体积分别为0.50 m~3和0.95 m~3,致裂体积增加近1倍。     

用脱碲铅渣制备三盐基硫酸铅的研究

研究了以脱碲铅渣为原料制备三盐基硫酸铅的工艺。该工艺包括NaCl溶液浸出、PbCl2结晶、PbCl2固相转化得到PbSO4、PbSO4合成三盐基硫酸铅。采用此工艺在实验室制得符合HG2340-92标准一级品要求的产品,并确定浸出过程的最佳工艺参数是:NaCl溶液浓度≥5.5mol/L,浸出温度≥100℃,浸出时间120min,CaCl2浓度0.3mol/L,HCl浓度0.15mol/L,液固比8∶1;合成三盐基硫酸铅的最佳工艺条件为:PbSO4∶NaOH=4∶6(mol比),液固比≈2∶1,室温反应时间60min,溶液的终点pH8.4~8.8。     

坚硬顶板高压定向水力致裂现场试验研究

为了削弱宽沟煤矿B_(4-1)煤上方坚硬岩石的整体结构,降低岩石强度,实现减弱可能发生或潜在的冲击危险的目的,通过理论分析确定了高压水力致裂的主要参数,包括B4-1煤上方坚硬岩层致裂的层位、致裂位置及致裂压力,开展了现场高压定向水力致裂技术试验研究。研究表明,宽沟煤矿B_(4-1)煤上方粉砂岩的致裂压力为28.3~29.6 MPa,试验实现了致裂半径5~7m以上;煤层上方细砂岩、中砂岩的致裂压力为42.7~43 MPa,致裂半径为2~5 m,现场试验表明高压定向水力致裂能够有效降低坚硬顶板的强度和整体性厚度。     

高压电脉冲对烟煤微观孔隙结构的影响作用

煤体微观孔隙结构特征对瓦斯解吸流动至关重要,本文利用高压脉冲放电碎煤实验系统,对山西红柳煤矿的烟煤进行高压电脉冲击穿实验,结合扫描电镜和液氮吸附法分析煤样击穿前后孔裂隙的表面形态特征和孔结构的分布特征.同时在分形理论的基础上,应用盒子覆盖法分析了扫描电镜图像的分形特征,结合FHH方程计算了击穿前后煤样孔隙的液氮吸附分形...     

氯化钠强化煤泥浮选过程的机理探讨

煤泥浮选是选煤厂提质增效的重要环节,以无机盐离子为基本要素的溶液化学环境对煤泥.浮选过程具有重要影响。文章以溶液体系中常见的无机盐一NaCl为调控因素,研究了NaCl对无烟煤煤泥浮选过程的影响。采用气泡尺寸检测、气泡破裂时间检测、聚焦光束反射测量等技术手段研究了NaCl对浮选体系气泡尺寸和颗粒聚集行为的影响。结果表明:NaCl可以显著降低气-液两相体系的气泡尺寸,0.4mol/L的NaCl对气泡尺寸的降低作用与9 mg/L的仲辛醇相当;NaCl促进了矿浆体系中的颗粒聚集,0.6mol/L NaCl溶液的加入使矿浆中颗粒的平均弦长由28.5μm增大至40μm;NaCl对气泡尺寸和颗粒聚集行为的调控作用对煤泥浮选过程具有显著的促进作用,在氯化钠浓度为0.6 mol/L条件下,浮选精煤可燃体回收率可从26.32%提高至74.04%.     

高压空气爆破煤层致裂增透工艺研究

为解决高压空气爆破技术在实施过程中爆破参数不准确、操作程序不规范的问题,采用理论研究与现场试验相结合的研究方法,对高压空气爆破致裂增透工艺进行了研究,得出了以钻孔孔径、爆破压力、爆破孔间距和爆破冲击次数为主的高压空气爆破参数,制定了选址、钻孔施工、系统组装、爆破筒置入、封孔、起爆等6步高压空气爆破致裂增透工艺,实现了爆破增透工艺的流程化、完整化和标准化。煤层高压空气爆破致裂增透工艺现场验证结果表明:高压空气爆破致裂增透工艺能够适用于井下操作,爆破压力选择50 MPa、爆破孔与抽采孔孔径选择94 mm、单孔爆破次数2~3次时,致裂效果明显,大幅增强了煤层的透气性,提高了煤层瓦斯的涌出量与抽采量,改善了煤层瓦斯抽采效果。