损伤和剪胀效应对裂隙煤体渗透率演化规律的影响研究

煤层瓦斯渗透率是影响瓦斯抽采和动力灾害防治的重要参数。为了研究煤体损伤和剪胀变形对渗透率的影响,首先引入损伤变量反映煤体损伤破坏状态,建立了基于体应变增量的煤体损伤本构模型。并采用Hurst指数表征裂隙表面粗糙度,基于裂隙表面的分形特征,建立了裂隙渗透率在压缩和剪切作用下的演化模型。通过对TOUGH2和FLAC3D软件进行二次开发,建立了基于双重孔隙模型的TOUGH2(CH4)-FLAC气-固耦合数值分析工具。采用本软件对煤样单轴压缩过程进行模拟分析,结果表明：煤体的破坏是损伤单元累积和贯通的结果,最终形成贯通煤体的损伤带是造成煤体失稳破坏的主因;围岩内的渗透率增加区域与损伤区位置基本一致,其中裂隙系统的渗透率增加幅度最大可达2个数量级;剪切破坏区的裂隙发生剪胀变形,引起裂隙渗透率大幅增加。建立的理论模型与数值计算工具为制定瓦斯治理措施提供了理论指导。     

瓦斯压力对煤系页岩瓦斯吸附特性影响核磁共振谱试验研究

瓦斯压力是影响煤系页岩瓦斯吸附特性的关键因素。以阜新高瓦斯矿井清河门矿煤系页岩为研究对象,采用低场核磁共振（NMR）谱技术,通过向放有试样的夹持器中不断充入瓦斯,模拟煤系页岩瓦斯集聚赋存过程。以核磁共振T2谱幅值积分作为反映瓦斯吸附量定量化指标,从微细观角度定量研究瓦斯压力对吸附态和游离态瓦斯量影响规律。试验结果表明,（1）两个截止阈值确定了吸附态和游离态瓦斯T2谱曲线范围;（2）瓦斯压力对煤系页岩吸附态和游离态瓦斯增量均有显著影响。吸附态瓦斯增量变化受控于煤系页岩和瓦斯分子间作用力,而游离态瓦斯增量则主要与煤系页岩孔隙结构有关;（3）吸附态瓦斯量与瓦斯压力间关系符合朗格缪尔等温吸附方程,而游离态瓦斯与瓦斯压力呈3次函数关系;（4）以瓦斯T2谱均值变化幅度定量描述孔隙平均半径扩胀变形程度,随瓦斯压力增加,煤系页岩中～大孔隙结构均发生显著扩胀,平均半径增加1.47倍,而微孔隙结构尺寸未见明显变化。     

基于断裂力学的特厚煤层综放开采顶板破断规律研究

针对特厚煤层综放开采过程中矿压显现剧烈支架工作阻力难以确定的问题,结合特厚煤层工作面顶板岩层破断形成的悬臂梁-砌体梁力学结构模型。工作面来压阶段支架工作阻力不足时,引起砌体梁结构下沉使悬臂梁结构回转变形破断,造成上覆砌体梁结构滑落失稳压架使工作面矿压显现剧烈的特点,建立了含中心斜裂纹的悬臂梁结构破断的力学模型,应用断裂力学理论,分析了悬臂梁破断失稳的影响因素,推导了支架荷载的表达式。结果表明：裂纹倾角和长度是悬臂梁破断失稳的主要影响因素;支架荷载除与悬臂梁自身因素有关外,还与砌体梁垮落步距等因素相关。结合塔山煤矿8102综采工作面地质条件,计算了支架荷载的理论值,验证了理论分析的合理性。理论研究成果对于分析特厚煤层开采时的支架荷载的大小,合理选择支架减少顶板事故具有一定的工程实际意义。     

中国西北某煤化工区土壤中砷的人体健康风险及其安全阈值

本研究对中国西北某大型煤化工区的土壤样品进行采集。通过密闭消解后应用ICP CCT MS法对土壤样品中砷（As）含量进行测定,选取吸入土壤颗粒、皮肤接触、经口摄入3种主要的暴露途径,对煤化工区3个不同煤气化单元土壤中As的人体健康风险进行评价。结果表明,煤化工区土壤中As的单物质综合致癌风险为可接受水平的6~9倍,As的危害商则在可接受水平范围之内。煤化工区土壤中As的人体健康风险以经口摄入为主体暴露途径,该途径下致癌风险的贡献率占全部致癌风险的68.64%。在对各暴露途径致癌风险控制值计算的基础上选择致癌风险贡献率最高、控制值最低的经口摄入途径的控制值1.59 mg/kg作为该煤化工区土壤中As的参考安全阈值。结合中国煤化工行业发展特点、区域土壤中As的背景值水平、地区气候和地质特点等,考虑不同国家和地区As的人体健康风险可接受水平差异和可行性,才能综合确定特定煤化工区域土壤环境中As的安全阈值。     

煤炭地下气化技术及其应用前景

煤炭地下气化是一种煤炭原位开采技术。文中介绍了煤炭地下气化的工艺过程、技术特征、技术发展历程及其应用前景,特别强调煤炭地下气化应用过程的科学选址及地下水污染防控问题。煤炭地下气化的析气过程是基于煤岩混杂的渗滤通道反应,包含沿径向及沿轴向的煤气化反应过程。随气化通道扩展形成单个稳定气化周期。基于长距离定向钻井及连续油管的移动注气点后退气化工艺,奠定了煤炭地下气化商业化应用的技术基础。地下气化煤气可用于燃气蒸汽联合循环发电,并逐步用作化工原料气。通过科学选址并采取地下水污染防控措施,可以使煤炭地下气化成为新一代的绿色化学采煤技术,具有广阔的应用前景。     

中高煤阶煤层气富集高产区形成模式与地质评价方法

煤层气富集高产区富集机理和地质评价方法对煤层气勘探选区至关重要,以往的研究主要集中在资源富集区形成机理和预测方面,但煤层气勘探开发实践表明资源富集区并不一定是高产区,如何在煤层气资源富集区中寻找高产区即煤层气富集高产区是国内外煤层气勘探面临的难题。通过国内外典型煤层气富集高产区的剖析,结合我国中高煤阶富集区地质特点,以沁水盆地南部、鄂尔多斯盆地东缘和两淮矿区为研究对象,采用地质统计、实验验证和生产数据分析相结合的研究方法,揭示了基于含气量渗透率耦合控制的煤层气富集高产区形成机理,提出了3种中高煤阶煤层气富集高产区形成模式;围绕煤层含气量和渗透率两个核心要素,利用层次分析法和主成分分析法确定了包含7大地质参数的评价指标体系,建立了基于产能分析的煤层气富集高产区方法体系。这些认识对我国中高煤阶煤层气区带、区块、目标的优选具有重要的指导作用。     

中国煤中微量元素锡（Sn）的研究进展

锡（Sn）被认为是具有环境负效应的元素。近年来,不同地区的沉积物样品显示近几十年来地壳中的Sn明显快速上升,并认为煤炭的燃烧可能是导致环境中Sn含量增加的重要途径。锡在中国煤中的平均含量约为3.38 μg/g,略高于世界煤中Sn的均值,与上地壳的含量基本持平。由于煤中Sn的含量在10-6量级,因此,在测试过程中可以考虑选择利用ICP MS和高精度AAS结合微波消解技术对Sn进行测定。因为该元素本身在煤中含量微少,几乎不以独立的矿物相存在,因此鲜少有文献报道。但在本文中,还是提出了几种Sn在煤中的可能存在方式：锡石态、硫化物态、钽铌矿物中的类质同象、有机结合态、硅酸盐矿物中的类质同象,以及非紧密结合的可交换离子态。并以中国典型的高Sn煤层为例,分析了高Sn煤出现的可能原因。此外,当煤中Sn的赋存状态为可交换离子态与有机质结合态时,部分Sn可以在煤的开采和燃烧中迁移并进入环境,应当予以关注。     

华南晚二叠世层序—古地理及聚煤规律*

晚二叠世是地质历史中重要的成煤时期,在中国南方多个省区都形成了可采煤层。受海平面变化的影响,华南地区晚二叠世发育一套完整的陆相—海陆过渡相—海相含煤岩系。通过对野外露头及钻孔剖面资料分析,识别出了区域不整合面、下切谷底部冲刷面、河道间古土壤层和沉积相转换面等关键层序地层界面,以及依据海相石灰岩标志层横向分布规律反映的区域最大海泛面,同时结合前人关于华南地区地层对比及煤层对比方面的成果,将华南上二叠统划分为3个三级层序及9个体系域。利用单因素分析多因素综合作图法恢复了各层序中岩相古地理及煤层分布规律,结果表明:层序Ⅰ中煤层主要形成于潮控下三角洲平原以及潟湖潮坪环境,厚煤层的展布受这些沉积相带控制;层序Ⅱ中三角洲平原环境中煤层最厚,开阔台地煤层最薄,平面上煤层厚度表现为西部厚、中部次之、东部无煤的阶梯式递变;层序Ⅲ中煤层主要形成于三角洲平原环境,此时聚煤作用主要发生于华南西部的康滇古陆东侧,在华南中部及东部大部地区发育的浅海台地和深水盆地均不利于聚煤作用发生。     

2000-2014年中国重特大煤矿事故时空分布分形特征

本文汇总整理了2000-2014年中国发生的472起重特大煤矿事故,获得其空间分布状况;基于分形理论,利用网格法统计不同网格尺度下覆盖重特大煤矿事故的非空网格中的事故数量,计算煤矿事故的全国、三大自然地理区以及干湿分区的分维值,分析其空间分布分形特征;利用R/S方法研究15年来重特大煤矿事故发生的时间分形特征。研究表明,从全国范围来看,重特大煤矿事故具有较好的空间分形特性,但不同区域的重特大煤矿事故的分形特性却具有很大差别。15年来发生重特大事故数量及事故死亡人数逐年下降,由R/S分析得到的Hurst指数表明事故时间序列的分形特征客观存在,并且年发生事故数量及事故死亡人数量减少趋势。     

中国可供性煤炭资源潜力分析

以全国第三次煤田预测数据为基础,通过对查明煤炭资源量和未查明煤炭资源量的分布、埋藏深度和煤类的系统分析,指出中国查明尚未占用的煤炭储量2282.97亿t,经济可采储量仅684.89亿t。未查明的预测煤炭资源量45521.04亿t,潜力巨大,但在近期可供找煤普查的埋深小于1000m的预测可靠级煤炭资源量只有9169.10亿t。因此,必须科学地、客观地再认识中国煤炭资源优势,合理地制定国家能源政策,以确保中国能源安全。