基于达标抽采量的顺层预抽钻孔抽采半径确定方法

针对现有煤层瓦斯有效抽放半径测定方法实用性差的问题,尤其是压降法对封孔要求较高的问题,提出了基于抽采达标所需抽采量,进而计算出达标抽采时间来确定抽采半径的新方法。通过测试不同间距试验钻孔单日瓦斯抽采量随抽采时间的变化规律,然后确定总的抽采量并与达标抽采量作比较得出不同抽采间距的抽采时间,最终确定合理的抽采间距,并在正珠煤矿进行了现场试验。现场试验表明钻孔间距2 m组、3 m组、4 m组所在区域抽采达标所需预抽时间分别为236、260、273 d。根据抽采钻孔间距与抽采达标时间拟合公式,当设计预抽时间为240 d时,有效抽采半径为1 m。     

采煤塌陷区周边土壤典型重金属元素调查与评价

为了查清毛集试验区采煤塌陷区周边农田土壤重金属元素Cu、Zn、Ni、Cd、Cr和Pb含量与污染水平,选择新集一矿3处(A、B、C处)典型采煤塌陷区周边土壤为研究对象,通过系统采集23个土壤样品,利用火焰原子吸收分光光度法测定6种元素含量,并采用单项污染指数法和综合污染指数法开展重金属污染评价。结果表明:基于元素含量的空间分布规律,得出Cu与Zn、Pb与Cd、Ni与Cr具有相似污染源;土壤重金属二级超标率测定结果表明Cu、Pb、Ni、Cr未超标,而Cd和Zn普遍超标;元素的单项污染指数结果表明Ni含量达到警戒线,Zn达到轻度污染,而Cd达到重度污染; A、B、C处周边农田土壤的综合污染指数高低顺序为ACB。研究结果为毛集试验区内开展农用地重金属污染防控与修复提供了技术参考。     

煤钻屑瓦斯解吸指标Δh_2自动测定系统设计

针对当前实验室内测定不同瓦斯吸附压力条件下的煤钻屑瓦斯解吸指标值Δh_2的过程存在步骤繁琐、自动化程度低、人为干扰因素较多的问题,设计了一种基于单片机控制的高精度煤钻屑瓦斯解吸指标Δh_2自动测定系统。该系统以Atmega16单片机为核心,以USART_HMI触摸屏为系统指令输入及显示输出装置。单片机通过识别触摸屏发送的指令对各种传感器、继电器、电磁阀进行操作,完成煤样的自动脱气、吸附、卸压、测定等过程,最终测得煤钻屑在不同瓦斯吸附压力条件下的解吸指标Δh_2值。测试结果表明,与现有煤钻屑瓦斯解吸仪相比,该自动测定系统相对误差控制在5%以内,具有良好的实用性和较好的数据准确性。     

渗透剂对含瓦斯煤体置换效应实验研究

为研究渗透剂对含瓦斯煤体置换效应的变化规律,自主研制了一套高压吸附状态下解吸测试装置。选用聚乙二醇-4000和吐温-80两种非离子试剂,十二烷基苯磺酸钠和十二烷基硫酸钠两种阴离子试剂,及前者非离子与阴离子的混合试剂作为渗透剂。研究瓦斯煤体置换的全过程,分析渗透剂对瓦斯的置换量的影响,并在此基础上研究置换增幅规律。结果表明,在质量分数某一范围内,渗透剂的质量分数越高,置换瓦斯量随之增多。混合溶液的置换瓦斯能力强于阴离子溶液,阴离子溶液强于非离子溶液。     

淮南煤田煤矸石中有害元素和放射性元素特征与风险评价

为了认识淮南煤田煤矸石中有害元素和放射性元素的含量与组成,以及这些元素的生态毒性,通过ICP-MS和XRD相结合的研究方法,对煤矸石的矿物组成和有害元素富集水平进行了研究。结果表明：(1)煤矸石中的矿物组成主要为黏土矿物(高岭石)和为石英;(2)Cd,Cr,Zn和Mn元素在煤矸石中相对富集,其他元素的含量水平为正常水平;(3)煤矸石的放射性核素对居民的有效剂量当量为0.328 mSv/a,远低于天然本底值2.21 mSv/a,不会对居民的健康造成影响;(4)Cd的潜在生态风险因子(E_r^cd=151.20)表明Cd元素达到重度生态风险,其余各元素的潜在生态风险因子(E_rⁱ)均低于40,表明这些元素均处于轻度生态风险。此外,煤矸石的整体生态风险指数(RI)为170.68,表明煤矸石有害元素整体表现为存在中度的环境风险。     

煤层定向分段水力压裂增透装置应用试验研究

煤层定向分段水力压裂技术是增加煤层透气性的有效方法,通过介绍定向分段水力压裂增透技术的基本原理,在实验室内试验了考察所研制的分段水力压裂关键装置的特性,并在淮南潘四东煤矿进行了现场工业试验,结果表明:高压封孔胶囊具有良好的膨胀性和抗收缩性,封孔效果良好,注水器的端堵扭矩在现场应用中应设定在3 N·m以上,13-1煤层的起裂压力在28～30 MPa,单段压裂10 m距离所用的时间为1 h,耗水量10～13 t,压裂时间和耗水量均远小于全孔段水力压裂工艺;实施定向分段水力压裂增透措施后,煤层的平均瓦斯体积分数提高了1.72～3.04倍,平均混合流量提高了2.00～4.04倍,平均日抽采量提高了2.94～10.87倍,能够有效增加煤层透气性。     

燃烧温度对两淮烟煤中汞含量与赋存形态的影响

为了调查两淮烟煤中汞元素在不同燃烧温度下的地球化学行为,在两淮地区4个典型煤矿床分别采集了4个烟煤样品。采用程序升温石英管式炉获得400、500、600、700、800℃和900℃下的煤灰样品。利用ICP-MS测定了原煤及煤灰样品中Hg元素的含量,结合X射线衍射(XRD)和傅里叶转换红外光谱(FTIR)分析,取得如下成果:烟煤中Hg的丰度值约为0.1μg/g;烟煤中Hg主要以残渣态形式为主,其次为可交换态和碳酸盐结合态;烟煤中Hg主要挥发温度位于400~500℃间,仅有少量的Hg会赋存在灰渣之中;XRD实验表明,烟煤中黏土矿物含量变化与汞的变化关系密切;此外,残渣中固定碳的存在影响着其Hg含量变化;FTIR实验表明,烟煤中Hg含量与C=O官能团含量呈较好的正相关关系,表明煤中C=O含量可以用作检测煤中Hg含量的指示剂。     

超高压水力割缝卸压增透最优参数研究

针对登茂通煤矿1~#煤层在深部区域整体透气性差、瓦斯含量高、传统抽放方法效果差的问题,提出利用超高压水力割缝卸压增透技术提高煤层透气性,并在108底抽巷进行工业试验。通过控制变量法确定在1~#煤层开展超高压水力割缝卸压增透的最优化参数,其中,割缝压力为60～70MPa,割缝时间为25min、割缝转速为80r/min,割缝间距为2m。通过割缝钻孔与普通钻孔抽采情况对比分析,表明割缝后钻孔的抽采浓度是普通钻孔的1.75倍,抽采纯量是普通钻孔的3.25倍,抽采达标时间降低了42%,煤层残余瓦斯含量明显减小,瓦斯抽采效果显著提高。     

锚网支护下巷道围岩稳定性的数值模拟

利用FLAC3D模拟软件模拟了巷道围岩在锚网支护下的稳定性情况,分析了巷道在锚网支护情况下围岩的应力、位移以及塑性区的变化情况,并与现场实验相对比,得出锚网支护能够有效改善巷道围岩的受力情况,并能够有效提高巷道围岩的稳定性。     

水压力作用下煤层内控制孔对裂纹扩展影响

煤层卸压是有效降低煤层压力的措施,为了提高煤层卸压的效果,利用RFPA3D并行分析系统,应用有限元的计算方法,建立流固耦合模型。模拟分析了在有恒定水压力下4个方向的控制孔诱导裂纹扩展的过程,其结果表明由于最大主应力的作用,新萌生裂纹最终向着有恒定水压力的控制孔方向扩展,并且最终与控制孔贯通。这对煤层卸压起到了一定的增透作用。