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《煤炭学报》创刊50周年特刊

来源:《煤炭学报》2014年第8期

《煤炭学报》创刊50周年特刊,发表于《煤炭学报》2014年第8期,共有论文49篇,可免费下载论文。

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  • 作者(Author): 唐书恒, 范二平

    摘要:为了研究富有机质页岩中黏土矿物对页岩气赋存的贡献,针对采自湘西北下古生界地层的富有机质页岩样品和购自国际黏土矿物协会的伊利石、蒙脱石、高岭石等标准黏土矿物样品,开展了不同条件下的甲烷等温吸附实验以及其他相关的测试分析。实验结果显示:在压力20MPa、温度为60℃条件下,蒙脱石的甲烷吸附量最高(4.02cm3/g),高岭石、伊利石和伊蒙混层也具有较大的吸附量(分别为3.48,3.46,3.10cm3/g),绿泥石的吸附量最小(0.88cm3/g)。黏土矿物对甲烷吸附量的大小主要受控于其有效表面积,不同种类黏土矿物内部吸附水对其甲烷分子有效吸附表面积会产生不同影响;同时对比不同温度下(30,60,90℃)伊利石的等温吸附实验结果发现,随着温度的升高甲烷吸附量呈递减的趋势;温度的升高会造成伊利石内部吸附水含量的变化,影响其对甲烷分子的束缚能力。根据等温吸附实验结果计算得到黏土矿物对两个黑色页岩样品的甲烷吸附贡献率分别为44.12%和16.74%。
  • 作者(Author): 张金才, 尹尚先

    摘要:对于塑性较强的页岩与煤层,水力压裂仍然存在一定的技术挑战。介绍了解决这些难点的一些关键技术。原岩应力与孔隙压力控制着水力压裂裂缝扩展与压裂效果。深部孔隙介质岩层与浅部岩层的原岩应力和孔隙压力的特性差异较大。最大、最小水平主应力一个重要的但往往被忽略的特点是具有岩性依赖性,这一特点对岩层的压裂效果至关重要。水平主应力还高度地依赖于孔隙压力的变化,例如孔隙压力的超压造成最小水平主应力增加,而开采后储层的孔隙压力降低造成最小水平主应力减小。这直接影响到水力压裂裂缝的扩展层位与方向,因为最小水平主应力的减小会造成起裂压力大幅度地减小,特别是对于开采了一段时间后需要重新压裂的储层。分析了地层中3种原始应力状态与裂缝形成和扩展的关系,特别是对于强构造应力区如果采用常规压裂技术,水平井并不能显著增产,就此提出了强构造应力区水平井长射孔多层水平压裂方法。另外,页岩储层在油气赋存方面的不均一性,可能导致一些原预计高产的井完井后达不到预期的结果,就此分析了如何寻找高富集的油气区,即"甜点",并介绍了一种提高煤层气压裂效果的间接煤层压裂新方法。
  • 作者(Author): 孟召平, 张纪星, 刘贺, 刘珊珊

    摘要:煤层气甲烷碳同位素值是反映煤层气成因及赋存条件的有效参数。通过对沁水盆地沁南东区块煤层甲烷碳同位素和煤储层含气性测试资料分析,剖析了3号煤层甲烷碳同位素分布特征,建立了煤层甲烷碳同位素与镜质组反射率、煤层埋藏深度和煤储层含气性之间的相关关系和模型,揭示了煤层甲烷碳同位素分布的控制机理。研究结果表明:本区3号煤层自然解吸气甲烷碳同位素为-28.89‰~-53.27‰,平均-36.48‰。与全国其他地区同等演化程度的煤层气相比总体偏重,表现出煤层具有较好的保存条件;3号煤层甲烷碳同位素与镜质组反射率和煤层埋藏深度之间呈对数函数关系,且随着镜质组反射率和煤层埋藏深度增加而变重,与全国煤层甲烷碳同位素统计规律一致,主要受控于煤层气形成的热动力学机制之下的同位素分异效应和煤层气解吸—扩散—运移过程中甲烷碳同位素的分馏效应;煤层甲烷碳同位素与煤储层含气性之间存在相关性,且随着煤层气含量、煤储层压力和含气饱和度增加,3号煤层甲烷碳同位素也相应变重,且呈对数函数关系,反映控制煤储层含气性的因素与控制煤层甲烷碳同位素的因素存在一致性。
  • 作者(Author): 侯泉林, 雒毅, 宋超, 韩雨贞, 杜建国, 徐容婷

    摘要:煤在变形作用过程中是否会发生化学变化而产生气体以及产气机理是长期争论的基础问题。以中煤级煤为例,进行了次高温高压变形产气实验,实验过程中尽量避免实验煤样中残存气体和可能发生热解作用对实验结果的影响。收集实验产出的气体并测试其成分,并结合不同变形条件下的煤的元素质量测试分析和红外光谱分析结果,得出:中煤级煤在发生变形作用过程中,能够产生新的甲烷气体;实验过程中,新产生甲烷气体的量受到实验温度、围压与轴压的影响,并表现出随着煤变形作用的增强而增加的趋势;随着煤变形的增强,煤结构中的C,H元素的含量和甲基含量均表现出逐渐降低的趋势。因此认为,煤在构造应力作用下发生变形时,不仅改变了煤的物理结构,而且能够改变其化学结构并产生甲烷气体,且变形越强烈,损失的C,H元素及甲基越多,产生的甲烷也越多。进一步提出构造(变形)煤中甲烷气体的赋存状态可能并非仅仅是传统观念的物理吸附,还可能存在以低键能化学键的形式赋存的化学吸附状态。
  • 作者(Author): 周福宝, 王鑫鑫, 夏同强

    摘要:为提高煤矿瓦斯抽采运行过程的安全性,围绕瓦斯抽采过程由于空气的导入而造成抽采区域煤自燃、抽采管网中瓦斯燃爆等潜在风险开展研究,明确给出了瓦斯安全抽采的概念,提出了瓦斯安全抽采的定量评价指标——抽采安全度,并通过联立煤层瓦斯抽采中气体扩散-渗流,煤-氧反应以及热量传输方程,定量描述了抽采过程中场流演化,建立了抽采安全度的计算模型。以盘江煤电山脚树矿瓦斯抽采工程为例,揭示了抽采负压、封孔质量、巷道卸压区渗透率、煤层瓦斯吸附特性及煤自燃特性等因素对抽采安全度的影响机理,给出了提高抽采安全度的技术措施。
  • 作者(Author): 程远平, 刘洪永, 郭品坤, 潘荣锟, 王亮

    摘要:利用渗透率理论模型对深部煤层渗透率的变化进行了探讨,认为深部煤层地应力主导有效应力的变化,直接或间接的控制着渗透率。要有效增加煤层的渗透率,只能降低地应力。据此开展了煤体卸荷渗透率试验研究,获得煤体卸荷过程中既存在原始裂隙的扩展,也有新生裂隙的产生,两者的综合作用是导致卸荷煤体渗透率骤增的原因。在实验和理论分析的基础上提出了煤体卸荷渗透率演化概念模型,建立了考虑有效应力和瓦斯吸附/解吸变形等因素的、以应变为变量的煤体卸荷损伤增透理论模型。该模型搭建了煤体卸荷与增透的桥梁,可采用岩石力学软件获得的采场围岩应力场和应变场计算得到卸荷后煤岩的渗透率演化规律。最后在窑街煤田海石湾煤矿进行了应用,理论模型的应用使瓦斯抽采设计更科学和有效。
  • 作者(Author): 来兴平, 崔峰, 曹建涛, 单鹏飞

    摘要:为了优化并确定顶煤爆破参数,通过对爆破致裂机制的探讨,推导了爆炸作用下裂纹应力强度因子的表达式,给出了裂纹继续扩展的判断准则和裂隙区、压碎区的判定准则,运用理论分析和数值计算手段揭示了爆破致裂特性,分析了不同装药半径条件下爆破后煤体的压碎区、裂隙区范围。综合分析表明:爆炸后形成的压碎区、裂隙区与炸药性能及被爆体的物理力学特性有关,爆炸最终形成的压碎区、裂隙区半径与装药半径的比值不变,但压碎区和裂隙区半径随装药量的增加而加大。讨论认为裂隙区半径研究结果差异较大的原因与研究对象对爆破扰动的要求程度有关,爆破提高特厚、坚硬煤体冒放性主要与爆破致裂产生的宏观裂隙区有关。宏观裂隙区在15rb范围内,15rb以上的区域是微观裂隙萌生区。在进行涉及到安全防护方面的方案设计时,为保障安全性,必须考虑微观裂隙区的大小。
  • 作者(Author): 张农, 韩昌良, 阚甲广, 郑西贵

    摘要:在采场覆岩运动特征分析基础上,阐明了采空侧楔形区顶板的传递承载机制;提出留巷围岩区域应力优化技术思路,研究了采空侧顶板预裂卸压机理;基于巷旁支护系统刚度匹配原则,提出整体强化的沿空留巷结构控制原理。总结出预裂爆破卸压、分区治理、结构参数优化、"三位一体"围岩控制及墙体快速构筑等沿空留巷围岩控制关键技术,并给出了厚层坚硬顶板直覆和深井复合顶板2个典型条件下的工程案例。

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