28篇“矿井瓦斯”热文深度剖析：如何抓住领域研究热点？

长期以来，科学前沿的重点领域和方向一直是科学家团体、科技规划部门、科技行业管理者、产业经济界等密切关注的问题。而对学术论文、学术关系等的计量分析，可以揭示学科发展趋势，展现重点领域和方向。为此《煤炭科学技术》编辑部从近3年来发表的100余篇“矿井瓦斯”论文选出28篇具有前瞻性的论文，通过提炼研究创新点，助力科学家快速抓住领域研究热点。

行业视野: 煤层气
类别; 128个
关键词; 131位
专家; 28篇
论文; 13979IP
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特厚煤层开采卸压瓦斯储集区演化特征分析及工程应用

作者(Author)：林海飞, 王旭, 徐培耘, 孔祥国, 双海清, 赵鹏翔

摘要：为研究特厚煤层开采卸压瓦斯储集区动态演化规律，采用3DEC 数值模拟软件，分析了采动覆岩应力及位移分布规律，研究了卸压瓦斯储集区演化特征，提出了卸压瓦斯储集区位置判别方法，并在试验工作面高位钻孔瓦斯抽采进行了实践。结果表明：特厚煤层开采后，覆岩垮落带高度49.5 m，裂隙带高度104 m。工作面侧卸压区范围内关键层失稳后，其下方形成卸压瓦斯储集区。卸压瓦斯储集区划分为3 类：①关键层处于弯曲下沉带，其下方形成高位储集区；②关键层处于裂隙带，砌体梁下方形成中位储集区；③关键层处于垮落带，悬臂梁下方形成低位储集区。储集区形态及面积与其上方控制关键层状态密切相关，控制关键层破断前，面积持续上升，低位储集区形态呈矩形，中位和高位储集区形态呈半椭圆形，拓展至三维形态呈矩形截面环体和椭圆截面半椭球体；破断后面积快速下降，之后随覆岩来压呈现周期性变化，低位储集区形态呈梯形，中位储集区形态呈三角形，高位储集区形态呈半椭圆形，拓展至三维形态呈矩形截面环体、三角形截面环体和椭圆截面半椭球体。现场将高位钻孔的终孔位置布置在中位储集区范围，进行了抽采验证，单孔最大抽采浓度34.5%，平均抽采浓度16.8%，抽采后上隅角瓦斯体积分数0.55%，瓦斯抽采效果良好，说明据此方法布置高位钻孔具有合理性。

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煤炭科学技术

2023年第02期

340

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超临界二氧化碳对煤体增透的作用机理及影响因素分析

作者(Author)：刘佳佳, 聂子硕, 于宝种, 杨迪

摘要：在如今的双碳背景下，超临界二氧化碳压裂技术不仅能增透煤体，还能用于地质封存二氧化碳，因此其在煤炭领域越来越受到重视。然而超临界二氧化碳对煤体增透的作用机理和主要影响因素尚未明晰，故为掌握其作用机理，探究其主要影响因素，进行了数据处理和总结分析。首先，明确了超临界二氧化碳对煤体增透的作用机理主要包含3 个方面：对煤体微观组分的改造作用、对煤基质的溶胀效应以及对煤中瓦斯的驱替作用。其次，阐述了影响超临界二氧化碳增透煤体的主要因素包含作用温度、作用压力、作用时间和煤体含水率，并得到了主要因素与煤体特性之间的关系：煤体孔隙率和渗透率会随着作用温度的升高而降低，随着作用压力、作用时间和煤体含水率的增加而增大，且其与作用压力和短时浸泡时间皆符合正指数函数关系；煤体力学强度会随着作用时间和含水率的增加而逐渐弱化，且抗压强度、弹性模量和抗拉强度与作用时间皆符合负指数函数关系。最后，对超临界二氧化碳增透煤体所存在的问题进行了探讨，指出现今研究忽略了浸泡次数对超临界二氧化碳增透煤体效果的影响，以及缺乏对主控因素和最佳增透条件的分析，可以仿照循环液氮致裂试验来进行超临界二氧化碳循环浸泡次数研究，可通过正交实验法来确定超临界二氧化碳增透煤体的主控因素和最佳增透条件。研究成果对于优化超临界二氧化碳增透技术、封存二氧化碳以及提高煤层气抽采效果具有一定的指导意义。

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煤炭科学技术

2023年第02期

449

342
瓦斯非均衡赋存煤层精准冲孔增透技术及应用

作者(Author)：刘厅, 林柏泉, 赵洋, 翟成, 邹全乐

摘要：为实现瓦斯非均衡赋存煤层的精准卸压增透，基于理论建模、数值模拟和现场试验的方法研究了水力冲孔关键工艺参数的判定准则和优化方法。构建了卸压煤层多场耦合模型，分析了冲孔最优出煤量的判定指标体系，提出了冲孔最优出煤量的判定准则及方法，绘制了水力冲孔关键工艺参数优化图谱，提出了瓦斯非均衡赋存煤层梯级精准增透强化抽采技术。结果表明：①抽采时间一定时，随着冲孔出煤量的增加，煤层残余瓦斯含量逐渐降低，而由于孔间应力集中程度的升高，残余瓦斯压力先降低后升高；②冲孔最优出煤量的判定准则包括瓦斯抽采达标约束和巷道失稳风险和施工成本最小化约束，当残余瓦斯含量和压力均小于临界值时，认为抽采达标，在满足抽采达标的前提下，应尽量减小冲孔出煤量以保证煤巷稳定、降低工程成本；③冲孔最优出煤量随地应力的升高而降低，随黏聚力、瓦斯压力和钻孔间距的增大而升高。对于给定煤层，冲孔出煤量存在最大值，抽采达标时间存在最小值；④综合考虑煤层瓦斯压力、出煤量、钻孔间距及抽采达标时间之间的关联关系，绘制了冲孔关键参数的优化图谱，提出了瓦斯非均衡赋存煤层梯级精准增透强化抽采技术，融合煤层瓦斯赋存特征和冲孔关键参数的优化图谱，确定不同瓦斯赋存区域对应的冲孔工艺参数，实现瓦斯非均衡赋存煤层的精准卸压增透。

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煤炭科学技术

2023年第02期

342

356
瓦斯对煤低温氧化过程微观结构及热反应性的影响研究

作者(Author)：邓军, 周佳敏, 白祖锦, 刘乐, 王彩萍

摘要：为研究瓦斯气氛下煤低温氧化过程中微观理化特性及宏观煤氧复合热效应，选择不同变质煤及二次氧化煤样作为研究对象，利用傅里叶红外光谱仪和C80微量量热仪，研究在不同瓦斯气氛下煤低温氧化过程物理化学结构特性、动力学参数、热效应等变化特征。通过分析不同瓦斯气氛下煤自燃氧化过程中微观结构以及宏观放热特性，明确瓦斯对煤氧化特性的最终影响。结果表明：瓦斯通过抑制煤低温氧化过程中关键活性基团相对含量，延缓煤低温氧化进程，4%瓦斯具有最为明显的抑制效果，其对4种活性基团的抑制程度为：含氧官能团(66.5%)>芳香烃(47.0%)>脂肪烃(29.7%)>羟基(24.7%)。在快速放热阶段，由于煤对瓦斯分子的吸附能力较大，瓦斯气体占据煤分子中的吸附位点，阻碍了煤氧复合反应进程，导致放热效应受到瓦斯抑制；同时瓦斯含量显著影响煤氧复合进程活化能的大小。对于较高变质程度的不黏煤、瘦煤和无烟煤，瓦斯对其低温氧化反应的抑制作用较为显著；对较低变质程度的长焰煤影响较小。对于二次氧化煤样，瓦斯对于煤样的抑制作用随着瓦斯含量的增加而增强，而瓦斯对一次氧化煤样的影响随变质程度降低而减弱，且瓦斯含量2%时的抑制程度强于4%。研究结果对防治瓦斯与煤自燃耦合致灾事故的理论研究有重要意义。

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煤炭科学技术

2023年第01期

234

265
中低阶煤孔隙结构特征及其对瓦斯解吸特性影响

作者(Author)：刘纪坤, 任　棒, 王翠霞

摘要：煤的孔隙结构是影响瓦斯储存和运移的重要因素。为了进一步研究中低变质程度煤瓦斯解吸特性，选取 6 组阜康矿区煤样进行压汞试验和瓦斯解吸试验。通过绘制进退汞曲线、统计各孔径段孔隙结构特征以及绘制瓦斯解吸曲线，着重分析了煤的孔隙形态、孔容、孔比表面积和体积分形维数及其对瓦斯解吸量及解吸速率的影响。结果表明：试验煤样均存在不同比例的开放孔，大孔主要以开放孔为主，中孔和小孔主要以半封闭孔为主，微孔主要以封闭孔为主；煤样孔容以微孔和大孔贡献为主，比表面积以微孔贡献为主。通过绘制瓦斯解吸曲线和解吸速率散点图，发现瓦斯解吸量随解吸时间先快速增加后趋于稳定值，进而拟合发现，中低阶煤瓦斯解吸曲线可采用 1/Q=m/t 0.75+n 表示，拟合度在 0.995 以上，其中参数 m 为与瓦斯解吸速率相关的参数，参数 n 为解吸体积常数，系数 0.75 可能与煤变质程度有关，后期可对不同变质程度的煤样解吸曲线进行分析，解吸速率随解吸时间呈指数式递减。将不同孔径段孔隙结构特征与解吸特性参数拟合发现，在瓦斯解吸初期，大孔中的瓦斯优先被解吸，随着孔径的减小，优先率逐渐降低。中大孔分形维数介于 2.879 1~ 2.991 5，分形特征明显，解吸初速度与分形维数呈明显正相关关系，n 与分形维数关系不明显。

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煤炭科学技术

2022年第12期

227

230
煤体结构与宏观煤岩类型对煤体吸附/解吸瓦斯的影响

作者(Author)：赵方钰, 邓　泽, 王海超, 王　泽, 孙丕臣, 杨胜博

摘要：为研究高阶煤中煤体结构和宏观煤岩类型对煤体吸附、解吸的影响，收集了沁水盆地南部 3 号煤层 55 口煤层气井的 79 个煤岩样品的煤岩、煤质、等温吸附及解吸资料，对比研究了相同宏观煤岩类型、不同煤体结构煤样和相同煤体结构、不同宏观煤岩类型煤样的兰氏体积（VL）、兰氏压力（PL）、解吸率和解吸速率等的变化规律，探讨了煤体结构和宏观煤岩类型对煤体吸附、解吸的影响机理。研究结果表明：研究区煤样的 VL 平均为 37.00 m3 /t，其中 86.61% 煤样 VL 分布在 33.00~41.00 m3 /t， PL 平均为 2.82 MPa，其中 82.28% 煤样 PL 分布在 2.30~3.30 MPa；碎裂煤的吸附、解吸能力均优于原生结构煤，由构造破坏引起的孔隙连通性的差异是导致原生结构煤和碎裂煤解吸、吸附特征差异的根本原因；原生结构煤与碎裂煤的孔裂隙发育程度不同，碎裂煤因孔隙更发育导致其破碎后的甲烷放散效果好于原生结构煤；煤吸附甲烷时表面自由能降低值规律为糜棱煤>碎粒煤>碎裂煤>原生结构煤，反映了不同煤体结构煤吸附甲烷能力的差异；3 种宏观煤岩类型煤的吸附能力和解吸能力均表现为光亮煤>半亮煤>半暗煤，一方面是由煤的比表面积大致按照光亮煤、半亮煤和半暗煤的顺序逐渐减小反映的煤基质表面吸附点位差异所致，另一方面是由于镜煤与暗煤中镜质组和惰质组含量的差异所引起。研究旨在进一步揭示高阶煤储层煤层气赋存、产出机理，为煤层气有利区及目标层位优选提供依据。

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煤炭科学技术

2022年第12期

308

250
卸压瓦斯运移区“孔-巷”协同抽采布置参数优化及高效抽采

作者(Author)：赵鹏翔, 康新朋, 李树刚, 林海飞, 甘路军, 安星虣

摘要：高突矿井瓦斯抽采是治理工作面隅角瓦斯超限的重要手段，各抽采方式布置层位不同，其抽采效果存在明显差异，研究协同抽采各抽采方式的最优布置层位具有重要意义。为提高高抽巷抽采效率实现瓦斯精准抽采，基于“椭抛带”理论，运用Fluent数值模拟软件对协同抽采各抽采方式的布置层位进行模拟研究，分析各布置条件下工作面隅角瓦斯浓度，确定最优布置层位。模拟结果表明协同抽采中各抽采方式布置层位为：高抽巷最优平距25 m，最优垂距30 m，定向长钻孔最优平距在10～20 m，最优垂距在11～21 m。通过对单一抽采与协同抽采进行对比分析，协同抽采中回风侧快速提升区跨度明显增大，使得回风侧经上隅角涌入工作面的瓦斯强度降低，隅角瓦斯得到进一步控制。协同抽采较好解决了工作面回风侧风流引起的相对负压造成上隅角瓦斯大量聚集的问题，隅角涡流所引起的瓦斯聚集现象在长钻孔抽采下逐步消失。优化后的布置参数进行现场应用后，试验工作面在生产期间高抽巷平均抽采纯量为64.79 m3/min，占瓦斯涌出量的79.91%，定向长钻孔平均抽采纯量为9.68 m3/min，减小了风排瓦斯的压力，上隅角、回风巷最大瓦斯体积分数均控制在1%以内，试验工作面瓦斯超限问题得到有效治理，保证了生产工作安全高效进行。

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煤炭科学技术

2022年第02期

416

1085
综采工作面覆岩压实区裂隙动态演化规律影响因素分析

作者(Author)：李树刚, 刘李东, 赵鹏翔, 林海飞, 徐培耘, 卓日升

摘要：为研究综采工作面采动覆岩压实区演化综合因素影响效应，运用物理相似模拟试验及理论分析相结合的研究方法，开展不同采高（2m<4m<6m）、不同推进速度（3m/d<5m/d<7m/d）以及不同煤层倾角（0°<15°<30°）条件下的采动覆岩压实区裂隙演化规律的研究，得到了压实整体形态随工作面采高、推进速度以及煤层倾角变化的演化规律。结果表明：采空区覆岩“三带”高度随着工作面采高的增大、推进速度的减小以及煤层倾角的增大呈线性增大趋势。采空区上覆岩层离煤层顶板越远，其贯通度数值越小，并在达到一定高度后，出现迅速减小的现象。受更高层位岩层的挤压以及两侧煤壁的支撑作用，覆岩离层率呈现两侧高于中部的“马鞍形”。构建出以覆岩贯通度突减、覆岩离层率突增以及裂隙带发育高度为依据的综采工作面覆岩压实区边界判定准则，得到了不同开采条件下覆岩压实区整体发育形态，进而发现工作面采高对压实区影响主要表现在高度方面，煤层倾角对压实区宽度和对称度的影响较大，推进速度对压实区的高度与宽度都有较为明显的影响。基于采动裂隙椭抛带理论，结合物理相似模拟试验结果，构建了多因素影响下的采动裂隙椭抛带压实区演化综合效应模型，并结合工程实践，有效提高了现场瓦斯治理效果，保证了工作面的安全回采。

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煤炭科学技术

2022年第01期

508

1462