加卸载作用下构造煤峰值前渗透率变化特征试验研究

利用自行研制改造的含瓦斯煤热流固耦合三轴渗流实验装置,以典型豫西"三软"构造煤原煤样为研究对象,进行三轴压缩下构造煤样渗透率测试,分析了轴向应变-渗透率变化关系;研究了轴向应力加卸载作用下含瓦斯构造煤渗透率的影响。结果表明:三轴压缩作用下含瓦斯煤的渗透率与轴向应变的关系呈斜"V"字型走势;渗透率在轴向应力加载过程中减小,卸载过程中有所恢复,且煤样渗透率与轴向应力在加卸载过程中符合负指数函数分布,并给出了数据拟合参数;在加载过程中,有效应力大,渗透率无因次量降低速率大;卸载过程中,有效应力大,使得渗透率无因次量变化幅度减小,变化速率趋近于0.渗透率无因次量与有效应力在加卸载过程中服从负指数函数分布。     

围压对含裂隙茅口灰岩渗透率的影响

取煤炭坝茅口灰岩制作成圆柱体试样,分析围压对含裂隙茅口灰岩渗透率的影响.基于MTS多功能岩石试验系统,研究了同一轴压不同围压作用下,含裂隙茅口灰岩渗透率的变化情况.实验结果表明,同一轴压作用下,试样渗透率随围压的增大而减少,其中低围压作用下渗透率变化比较敏感,高围压作用下渗透率变化缓慢,指数函数较好地拟合体积应力、渗透系数和渗透压之间的关系.     

应力加卸载作用下软硬原煤瓦斯渗透规律

使用自行改装的"瓦斯渗透模拟实验系统",在不同瓦斯压力条件下,对同一矿井的软硬原煤试件的瓦斯渗透特性进行研究。结果表明:应力加载阶段,随着应力的增加2种煤样试件的渗透率均呈减小趋势,且加载初期渗透率的降幅最大,当加载围压从0升到4 MPa时,硬煤与软煤的渗透率平均下降69.7%,73.3%;应力卸载阶段煤样渗透率随着应力的减小而增加,围压完全卸载后2种煤体的渗透率分别恢复到其初始值的22.6%,47.8%;同样的应力条件下,有效应力的增加对硬煤的影响作用大于煤基质收缩,渗透率随着其内部瓦斯压力的增大而增大,而对软煤则相反。实验结果可为煤体"卸压增透"效果最佳化提供参考,进一步完善低渗透率煤层的瓦斯抽采理论及方法体系。     

温度冲击下煤样渗透率的围压敏感性试验研究

通过试验研究了温度冲击前后煤样在围压加、卸载条件下的渗透率变化。对试验结果进行非线性拟合,得出煤样的渗透率与围压之间存在负指数关系。温度冲击影响着煤样渗透率对围压的敏感性。煤样经过冷冲击和热冷冲击处理后,煤样的最大渗透率损害率增幅分别为2.88%和10.64%,渗透率损害率增幅分别为18.35%和21.60%;即热冷冲击对煤样应力敏感性影响更大,热冷冲击对煤样渗透率的伤害大于冷冲击对煤样渗透率的伤害。在卸载过程中,渗透率的恢复存在明显的应力滞后效应,产生了塑性变形,由加载过程造成的渗透率伤害不能完全消除。冷冲击和热冷冲击都一定程度上加强了煤样渗透率的滞后效应,热冷冲击的滞后效果大于冷冲击。     

变围压条件下低渗砂岩储层渗透率变化规律研究

试验研究了低渗透砂岩储层岩石的围压 -渗透率关系和围压 -松弛循环 -渗透率关系 ,试验结果表明 :随围压增加岩石的孔隙结构和骨架结构发生变化 ,引起岩石渗透率的下降 .通过对变围压条件下低渗透岩石渗透率变化规律分析 ,找到了一种新的表征围压 -渗透率关系的公式——指数函数线性组合 ,对 5个低渗透区块的 3 1组岩石样品试验数据进行对比和验证 ,该指数函数线性组合的拟合误差在± 5 %以内     

单相气体在低渗透煤层运移规律

为探讨温度和孔隙压力以及围压对低渗煤层渗透率的影响规律,采用辽宁工程技术大学真三轴渗透仪,在不同温度和围压条件下,对煤层试样进行实时渗透率研究,试样为长方体,外观尺寸为50 mm×50 mm×100 mm。加温试验发现,煤渗透率存在门槛值温度,当温度达到门槛值后,其渗透率出现大幅度增加,与室温状态相比,渗透率增加33倍。在煤热破裂的门槛值温度区域,煤样渗透率同时具有孔隙压力门槛值,其渗透率在孔隙压力门槛值发生剧烈变化,出现拐点;继续增加温度脱离温度门槛值后迅速增加,孔隙压力对于渗透率的影响随之加强,随着围压的增大这种现象更为显著。     

凝灰岩破坏全过程渗流演化规律的实验研究

通过对凝灰岩在三轴环境下变参数条件的全应力-应变过程渗透性对比实验,研究了凝灰岩变形、破坏过程中渗透性演化规律,分析了凝灰岩破坏全过程中渗透率与体积应变及围压的关系,得出体积应变与渗透率函数关系.实验结果表明凝灰岩渗透率与应力水平密切相关.当岩样峰值强度之后,内部裂隙进一步扩展、贯通时,才会出现渗透率峰值,渗透率峰值拐点、应力峰值拐点和体积应变拐点很好的对应.该实验结果对于提出岩石破裂过程中更为合理的渗透性演化模型具有重要价值.     

声震法提高煤储层渗透率的实验与机理

为了提高低渗透煤层的渗透率,采用自制的可控声震法煤层气渗流实验系统,实验研究了不加声场和加声场作用下煤样的渗透特性。实验研究得出:当轴向应力和孔隙压力一定时,随围压的增大煤样的渗透率减小;当围压和孔隙压力一定时,在煤样应力应变曲线的初始压密和弹性阶段,渗透率随轴向应力增大而减小。在应变硬化阶段,因试件体积膨胀渗透率随轴向应力增大而增大;在相同轴向应力、围压、孔隙压力条件下,声场作用能提高煤样的渗透率,且渗透率随作用时间的增长而增加。研究结果表明:渗透率与平均有效应力呈负指数关系,声震法提高煤储层渗透率的机理主要源于声波的机械振动和热效应,研究成果为低渗透煤层提高煤层气抽采率探索出一条新的技术和方法。     

多场耦合作用下煤层气的渗流特性与数值模拟

根据实验研究煤样在轴向应力、围压、气压、温度单一因素作用下的渗流规律.利用Ansys12.0数值模拟了单场与多场耦合作用下煤层气的渗流规律,煤体的变形、孔隙压力、渗流场的分布规律.数值模拟得出:单场作用下煤层气在煤体中的渗流规律实验与数值模拟结果基本相同;多场耦合作用下煤的渗透率与平均有效应力曲线呈负指数关系;对试件变形的影响应力场大于渗流场,轴向应力对试件的变形大于围压;围压对渗流场的影响大于轴向应力,轴向应力对孔隙压力的影响大于围压,多场作用下孔隙压力大于单场作用.多场作用下数值模拟的结果与实验研究是一致的,因此研究煤层气的渗流规律必须考虑气-固-热的同时作用.     

煤样渗透率对有效应力敏感性实验分析

研究煤样渗透率对有效应力的敏感性.实验结果表明,在低有效应力水平下,煤样渗透率随着有效应力的增加而迅速减小,其变化规律符合负指数函数关系.由于煤层渗透率的影响因素比较复杂,定义了煤样渗透率对有效应力的敏感性系数,从而将影响因素进行归一化处理.根据渗透实验结果,拟合得到敏感系数与有效应力之间的幂函数关系,该敏感系数反映出煤样渗透率随有效应力的变化趋势.最后推导出基于敏感系数的煤样渗透率与有效应力的函数关系式.     

煤层动压注水的现场实验研究

主要以西山矿务忆官地矿３２３０３工作面高压注水为例,实测了高压注水时,注水压力,注水量与时间的变化规律及煤体的湿润情况与防水效果,论述了煤体高压注水及防尘机理。     

煤加压下炼焦的研究

用低变质程度,高挥发分煤,于高压釜内在煤挥发分本身的压力下焦化。焦炭的机械强度与该煤种所受压力的1/3次方成正比。配合煤以其最大反射率等于1为好,焦化时压力的作用使配合煤生成光学各向异性的焦。炭化条件为升温10℃/min,500～600℃维持2h,然后5℃/min升温到950℃维持1h,能生成高强度的焦炭。     

网络矿压观测下长壁工作面矿压显现特征

简要介绍了长壁工作面的网络矿压观测方案，并结合实测工作面说明在网络矿压观测方案下，各工作排的最大支柱工作阻力出现位置与数值随时间的变化情况，最后从整体上进行了矿压分析，提出了压力扩散余角的概念。     

煤造气制备碳化铁过程中压力的影响

研究了CO＋CO2、CO—CO2-H2系气体压力对还原度、金属化率、碳化铁率的影响，通过实验研究得到：提高压力加速了还原、析碳和渗碳反应。温度700℃、反应时间180min、气体成分80％CO＋20％CO2，压力0．2MPa条件下，产物的还原度、金属化率和碳化铁率均超过了60％；相同温度、反应时间条件下，气体成分为75％CO＋25％CO2，压力为0．48MPa产物的三个指标都超过了85％。氢气有促进还原和抑制析碳的双重作用。     

矿井用压力变形仪

对所设计的单片机控制智能矿压仪的硬件电路及控制处理软件进行了详尽的论述．该仪器主要用于测试综合采煤设备顶板压力和活柱下缩量，进行连续测量和数据存贮，并用ＰＣ机进行数据处理与打印．     

防水型救生舱防护结构研究

参考潜艇结构设计方法,对耐水压150米的防水型救生舱环肋圆柱壳耐压结构的进行了研究,获得了壳板厚度、肋骨型材、肋骨间距和肋骨型号关键参数对耐压外壳所受关键应力和稳定性的影响。通过对外压容器的补强方式的比较和分析,确定了防水型救生舱舱门和观察窗开孔补强的方式方法和面积。通过数值模拟对舱段耐压结构的多种影响因素进行模拟计算,完成了整舱承压性能的应力应变模拟分析。结果表明,所设计防水型救生舱在2.25 MPa的外压下,舱体所受最大应力为100 MPa~300 MPa,整体形变最大值出现在舱尾椭圆封头的最中心,大小为6.1 mm。救生舱整体结构合理,对于防水型救生舱结构设计提供给了依据。     

大起伏山地浅埋煤层矿压现场试验研究

为探索研究大起伏山地浅埋煤层采场矿压显现,以西南山地某矿9100工作面为典型试验采场,采用理论分析、现场实测对大起伏山地赋存下的采场矿压显现特征、支架载荷分布、巷道围岩变形、超前支承压力分布进行了探索研究。研究结果表明:1采场两端来压瞬间完成,周期来压明显,初次来压突然且来压猛烈。过冲沟发育区时周期来压步距小且来压频繁,冲沟发育区过后表现为较长时空间隔的来压。2支架初撑力利用率小,来压期间支架过载率高,容易出现支架压死或压弯现象。3支承压力分布呈"下降—稳定—上升"发展趋势,超前支承压力峰值影响范围为工作面前方15 m,峰值过后超前影响范围为工作面前方30~50 m。研究成果可为类似条件下的采场提供理论借鉴,对山地顶板岩层控制探索具有现实意义。     

建北矿综放工作面矿压规律研究

黄陵矿区开采实践证实,综放液压支架能平衡采场上覆岩层载荷,综合机械化开采对于预防顶板事故固然就像"安全箱"一样可靠,但这必须是建立在设备选择合理并保证良好的运行状况的基础上的。并且建北矿的煤层赋存条件、支护、采高以及井型等方面与邻近的煤矿都有很大差异,如果不加研究而盲目地套用其综放工作面的矿压规律,将会存在严重的安全隐患,甚至导致事故的发生,而造成巨大的经济损失。4-2101工作面作为建北煤矿首采综放工作面其顶板运动及矿压显现规律具有一定的代表性。通过对首采工作面进行系统的矿压观测,获得了老顶初次来步距、来压的强度、支架阻力的动载系数等矿压规律参数。总结出了首采工作面的矿压显现规律,提出了合理的支护改善措施,研究成果不仅能指导4-2101工作面安全生产,而且对于研究工作面顶煤,顶板运动规律、支架选型、支护质量及实现矿井安全、高产、高效等都具有重要的现实意义。     

贺西煤矿3号和4号煤层瓦斯含量与压力的统计分析

通过对贺西煤矿地质构造、地质勘探钻孔探明的瓦斯基础参数分析发现煤层埋藏深度是影响该矿瓦斯含量和压力的控制因素。统计分析表明二者分别与煤层的埋藏深度成近似线性关系,并由此预测了生产采区生产区域的瓦斯含量和压力,预测值与实测值误差小于20%。贺西煤田的瓦斯风带深度为225 m,瓦斯带内瓦斯含量和压力的变化范围分别为5.27~8.64 m3/t和0.1~1.45 MPa。研究结论能作为瓦斯抽放设计的依据。     

煤矿乏风瓦斯变压吸附分离特性

以实验室活性炭吸附床为研究对象,建立了多维吸附床内煤矿乏风流动、吸附传质的数学模型.首先对活性炭富集煤矿乏风瓦斯过程进行了模拟,得到了各个循环步骤下床内详细的浓度分布和吸附量分布,模拟结果与实验结果符合较好.进而采用此模型,改变吸附压强、解吸压强和解吸温度等参数,对不同工况下瓦斯分离富集过程进行了对比模拟研究,揭示了煤矿乏风瓦斯变压吸附分离特性.