Research on mechanism of fracture formation, pressure relief, and permeabilityenhancement with composite technology of cavitation and CO2-frac
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摘要:
我国煤矿煤与瓦斯突出灾害严重，目前增透主要采用静力型技术和动力型技术，不同程度地解决了瓦斯治理难题。为获得更好的复合造缝卸压增渗效果，开发出造穴−气相压裂复合技术，综合采用185 MPa高压力CO2冲击煤样、数值模拟、光纤应变监测3种技术手段，研究造穴−气相压裂复合技术的瓦斯治理机理。结果表明：①煤样在CO2气相压裂应力波作用下，在煤基质表面新形成损伤坑（DM）和三翼型裂隙（TRW）典型显微构造。②煤层在静力型和动力型荷载复合作用下近钻孔中心范围内煤层中原始的裂隙被重新打开，形成以钻孔为中心的放射状多尺度、张剪性破坏为主的裂缝，该裂缝能够充分均化应力集中区，并使得煤层产生不可逆的破坏，其应力扰动范围为24 m。③在有效的气相压裂−造穴复合技术影响范围内，造穴孔有助于提高气相压裂应力波的能量利用效率，避免能量耗散在无效的震动区，充分导通压裂孔与造穴孔多尺度裂缝，使得煤层裂缝区域范围大、连续性强、卸压充分。研究为解决煤层低渗、难抽、高地应力的问题提供了参考。
Abstract:Coal mine disasters caused by coal and gas outbursts are severe in China. Currently, static and dynamic technologies are mainly used to address the difficult gas control problem. The gas control mechanism of the composite technology of cavity making and gas phase fracturing is studied by comprehensively using three technical methods: 185 MPa high pressure CO2 impact coal sample, numerical simulation, and fiber optic strain monitoring. The research results indicate that ① under the action of CO2 gas phase fracturing stress waves, typical microstructures such as damage pits (DM) and three wing cracks (TRW) are newly formed on the surface of the coal matrix in coal samples. ② Under the action of static and dynamic loads, the original fractures in the coal seam within the range near the borehole center are reopened along the direction of vertical fracture, forming a radial multi-scale, tensile-dominant fracture with the borehole as the center. The fracture can fully equalize stress concentration zones and cause irreversible damage to the coal seam, with a stress disturbance range of 24 m. ③ Within the influence range of effective gas phase fracturing hole making composite technology, hole making holes help to improve the energy utilization efficiency of gas phase fracturing stress waves, avoid energy dissipation in ineffective vibration areas, fully connect the multi-scale fractures of the fracturing hole and hole making hole, making the coal seam fracture area wide, continuous, and fully depressurized, which fundamentally solves the problem of low permeability, difficult extraction, and high ground stress in the coal seam.
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0. 引 言
煤炭与水资源作为战略性资源，对于保障社会经济发展和生态环境保护具有重要意义[1-2]。联合国《2030年可持续发展议程》制定了17个可持续发展目标(Sustainable Development Goals, SDGs)，与煤炭和水资源相关的目标主要有：清洁饮水和卫生设施(SDG6)，经济适用的清洁能源(SDG7)，负责任消费和生产(SDG12)和气候行动(SDG13)[3]。因此，世界各国致力于以可持续的方式使用自然资源和环境成本，使人类的发展控制在地球承载能力之内，从而推动实现2030年可持续发展目标[4-5]。然而，国家统计局数据显示2022年我国煤炭消费量占能源消费总量的56.2%[6]，煤炭在未来一定时期内仍将是我国主体能源[7]。同时，我国也面临着水资源短缺、时空分布不均、与经济社会发展不匹配等问题[8]，特别是水资源分布与煤炭资源分布截然相反的逆向分布格局[9]，使煤炭与水资源可持续利用陷入困境[10]。
2021年，我国煤炭利用产生的SO2、NOx和烟尘分别占全国总排放的54.4%、30.62%和39.45%，同时煤炭开采造成地表塌陷、植被退化和煤炭废弃物堆积等问题，进而导致区域生态系统功能和服务降低[11-12]。而煤炭开采对区域水资源产生重大影响且往往容易被忽视。中国14大煤炭基地大都集中在年降水量少、水资源供需矛盾突出地区，这将加剧区域水资源短缺[1]；同时，为防止突水事故发生，每开采1 t煤需要排出1.80～1.87 t矿井水[13-14]。以2022年为例，煤炭产量约为45.6亿 t[6]，则产生的矿井水量高达82.08亿～85.27亿t，直接破坏地下水资源系统格局，造成地表水体、地下潜水和浅层土壤受到二次污染；除此之外，矿井水经岩缝渗透进入地下，改变地下水中矿物质平衡，加快地下岩层的侵蚀，使地下水中有害成分增加，间接影响植物生长和人体健康[15]。可以看出，中国未来煤炭资源发展面临着水资源短缺和污染、CO2排放控制、污染物排放总量约束、能源开采生态保护等环境挑战[4,11-12,16]。特别是地下水作为全球可饮用淡水的最大来源，为全球饮用水供应以及卫生、农业、工业等系统提供保障[17]，而煤炭开采、分选对地下水资源产生严重负面影响。
2016年初，国务院印发《关于煤炭行业化解过剩产能实现脱困发展的意见》，拉开了煤炭行业供给侧结构性改革大幕[18]。“十三五”期间，全国累计退出煤矿5500处左右、退出落后煤炭产能10亿t以上，使得煤炭行业整体发展质量不断提升，我国煤炭市场供需实现了基本平衡[19-20]。但现有研究缺少对去产能产生的碳减排、生态环境和水资源等协同效益的关注[2,21]。从实现SDGs角度看，去产能不仅促进了清洁能源的研究和技术进步，还带来了巨大的环境、健康与水资源协同效益[4,16-17]。尤其对中国而言，井工矿数量超过90%，矿井关闭/退出对地下水资源的保护与可持续利用意义重大。联合国水机制地下水峰会呼吁各国提升对地下水的重视程度，以更可持续的方式利用地下水资源，推动实现SDGs涉水目标[22]。为此，研究以2016年去产能政策实施以来关闭/退出的矿井为研究对象，在分析关闭/退出矿井时空分布特征基础上，定量化分析煤炭去产能带来的水资源协同效应，以期为可持续发展和“双碳”目标下煤炭退出提供科学依据。
1. 数据来源与处理
首先，对中华人民共和国国家发展和改革委员会(官网http://www.ndrc.gov.cn)和国家能源局(官网http://www.nea.gov.cn)、各省级人民政府(不包括港澳台)及其所属相关部门网站以“煤炭去产能”为关键词进行直接检索，检索年限范围为2016—2022年底。其次，为确保煤炭去产能数据的准确性与有效性，通过仔细阅读内容与文本，人工遴选井工矿井信息。最后，选取2016—2022年包括中共中央、国务院及其各部门、涉煤省级行政部门公布的共计4027个去产能矿井信息，记录所属省份、矿井名称、经纬度信息、占地面积、开采年限等。其中，对于完全关闭的矿井，直接核定实际退出产能，对于部分关闭的矿井，计算其生产产能与核定产能，其差值为实际退出产能。
鉴于中国煤炭资源与水资源存在明显的空间差异，同时考虑到地质条件、煤矿开采利用技术以及行政区划，将中国划分为晋陕蒙宁甘区、华东区、新青区、华南区和东北区5个地理区域(图1)，台湾省、香港特别行政区和澳门特别行政区不包括在内。东北区包括黑龙江省、吉林省、辽宁省；晋陕蒙宁甘区包括内蒙古自治区、陕西省、山西省、甘肃省、宁夏回族自治区；新青区包括新疆维吾尔自治区和青海省；华南区包括西藏自治区、四川省、云南省、重庆市、贵州省、广西壮族自治区、广东省、湖南省、湖北省、海南省、江西省；华东区包括河北省、北京市、天津市、江苏省、山东省、河南省、浙江省、上海市、福建省、安徽省。水资源数据来源于SHANG等[13]统计的《中国能源统计年鉴》《中国煤炭工业年鉴》《中国水资源公报》《各省水资源公报》《中国农业统计年鉴》《重大能源工程和水利工程规划设计报告》中关于煤炭开采过程与水资源相关的数据(表1)。由于SHANG等[13]设置的煤炭区划将江西省划分至华东区，西藏自治区划分至新青区，因此本研究继续使用江西省和西藏自治区在华东区和华南区的水资源系数进行计算。
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图 1 中国煤炭五大分区和关闭/退出矿井点数量示意Figure 1. Diagram of the division of China into five regions and the number of closure/withdrawal of mines水资源系数 全国 北部 东部 东北 南部 西部 矿井水量/(m3·t−1) 1.8 1.2 1.9 2.2 2.4 0.9 耗水量/(m3·t−1) 0.9 0.6 1.5 1.3 1.2 0.7 废水量/(m3·t−1) 0.5 0.3 0.6 0.7 0.6 0.3 废水(含矿井水)
利用率/%59 76 68 65 38 56 将统计得到的各涉煤矿企业的实际退出产能，与SHANG等[13]规范收集的煤炭开采、分选阶段与水资源相关的矿井水量、耗水量和废水量系数相乘，可得到煤炭去产能过程中节省下来的水资源，即煤炭去产能带来的水资源协同效益。水资源协同效益是指煤炭去产能对水资源的正面综合影响，包括避免煤炭开采产生矿井水、煤炭开采和分选阶段消耗用水、煤炭分选(含煤矸石)阶段产生的废水，以及避免煤炭消耗造成的水资源货币化损失。
2. 结果与分析
2.1 煤炭去产能特征
中国2016—2022年关闭/退出矿井分布在25个省份，关闭/退出矿井共4027个，退出产能87477万t。关闭/退出矿井数量集中在长江上游区域 (图1)，煤炭去产能密度高的区域集中在黄河“几”字弯地区(图2)。其中，煤炭去产能力度排名前三的省份是山西省、贵州省和内蒙古自治区，分别去产能10679万t、8368万t和8274万t(图3)。关闭/退出矿井数量排名前三的省份是贵州省、云南省和湖南省，分别关闭/退出矿井505个、488个和455个。2016—2022年7 a间，年度去产能最大力度的省份分别是陕西省、河南省、山西省、山西省、云南省、山东省和内蒙古自治区，去产能分别为5377、2014、2240、2255、3234、3400和4120万t，山西省在2018年和2019年均为去产能最大的省份。2016—2022年间，2016年中国煤炭去产能26581万t，之后产能退出逐年降低，到2022年为5318万t。
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图 2 2016—2022年我国煤炭去产能空间分布特征Figure 2. Spatial distribution characteristics of coal de-overcapacity in China between 2016 and 2022![]()
图 3 2016—2022年间中国涉煤省份不同年度去产能Figure 3. China’s coal-related provinces de-overcapacity between 2016 and 20222.2 水资源协同效益
中国2016—2022年关闭/退出矿井仅考虑避免煤炭开采产生矿井水、煤炭开采、分选过程消耗用水及煤炭洗选(含煤矸石)阶段产生的废水3种情况下，带来的水资源效益达300525.6万t，高于中国第四大淡水湖洪泽湖的容积(266000.0万t)。其中，煤炭开采避免产生矿井水可节约160968.3万t，煤炭开采、分选过程避免消耗用水可节约95521.6万t，煤炭洗选(含煤矸石)阶段避免产生的废水可节约44035.7万t(图4d)。即使对产生的矿井水和废水通过工艺手段进行回收利用，被污染的水资源仍有214454.12万t。煤炭去产能水资源协同效益空间分布取决于关闭/退出矿井的地理位置，避免产生矿井水、消耗水资源和产生废水的空间分布格局也极为相似(图4a,4b,4c)。水资源协同效益较好的区域主要分布6大集中区域，分别在贵州省、云南省、四川省、重庆市交界的连片区域；山西省、河南省、河北省交界的连片区域；山东省、安徽省交界的连片区域；长江三角洲地区、湖南省中部和陕西省北部，总体上属于西南地区、华北地区和黄河流域(图4a,4b,4c)，上述区域具有水资源短缺共同特征，且煤炭开采与水资源承载力之间的矛盾突出。
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图 4 中国煤炭去产能的水资源协同效益空间格局Figure 4. China coal de-capacity generated water resources co-benefits in spatial patterns就不同的省份而言，2016—2022年间，煤炭去产能带来的水资源协同效益排名前10的省份是贵州省、云南省、山东省、山西省、河北省、河南省、内蒙古自治区、四川省、陕西省和湖南省，分别节省水资源量35 145.60万、29 534.40万、30 798.00万、25 036.00万、24 044.00万、22 425.90万、17 375.40万、16 262.40万、14 128.08万和13 230.00万t(图4d)。煤炭退出的水资源效益存在明显的空间分异，这取决于去产能规模大小和关闭矿井数量的有机结合。不同年份各涉煤省份煤炭去产能带来的水资源协同效益最大表现为：2016年为陕西省(11291.70万t)，2017年为河南省(8 056.00万t)，2018年为河北省(5 964.00万t)，2019年为山西省(4 735.50万t)，2020年为云南省(13 582.80万t)，2021年为山东省(13 600.00万t)，2022年为内蒙古自治区(8 652.00万t)(图5)。2016—2022年间不同年份煤炭去产能带来的水资源协同效益排序为2016年、2020年、2018年、2017年、2019年、2021年和2022年，分别节省水资源93 273.70万、45 472.80万、45 191.70万、44 885.40万、31 988.10万、27 818.00万和12 364.00万t。2021年和2022年协同水资源效益较低，原因是小型矿井等落后产能基本关闭完成，下一步将集中于大中型矿井的产能核减。
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图 5 2016—2022年中国煤炭去产能的水资源节约综合效益Figure 5. Comprehensive benefits of water conservation of coal de-capacity in China between 2016 and 20223. 讨 论
3.1 水资源协同视角下煤炭去产能的必要性
煤炭长期以来作为我国的主体能源，未来主体地位仍不会改变。截至2015年底，中国产能30万t/a及以下小煤矿占全国煤矿数量的60%以上，这些落后产能，生产集中度和生产成本低、环境污染程度高，限制了煤炭资源高效开发利用，形成了大量的落后过剩产能[23]。加之当时市场煤炭产量供大于求，煤炭价格持续走低，对煤炭企业和国民经济正常发展造成严重危害。2016年初，国务院印发了《关于支持煤炭行业化解过剩产能实现脱困发展的意见》，建立了部际联席会议制度，率先从煤炭、钢铁行业入手开展去产能工作[18]。已到达生命周期、不符合安全生产要求、开采成本高、亏损严重、面临关闭或废弃的煤矿[24]，开始逐步关闭。相关研究证明，碳排放2030年达到峰值，2060年前实现碳中和[25]，在未来几十年内必须逐步减少煤炭在中国能源结构的占比，以太阳能、风能和生物质能等可再生能源替代。
然而，去产能政策也给关闭煤炭企业及员工带来一定的就业压力[23]。淘汰落后过剩产能、实行煤炭退出，是全球所有国家都面临的共性问题，将煤炭退出带来的水资源协同效益纳入到煤炭退出的指标体系中，不仅有助于减少退出成本、增强煤炭退出信心、促进能源结构转变，也有助于缓解区域水资源压力。本研究结果表明，2016—2022年间中国去产能政策实施带来的水资源协同效益高达300 525.60万t。吴涛[24]通过资料统计和分析研究，估算出我国2014—2018年产生的废弃矿井水资源量达47.86×108 t，主要分布在我国西南和华北地区，其中湖南、贵州、四川、山西、河北等省份废弃矿井水资源量分布最多。而本研究结果显示，水资源协同效益较好的区域主要分布在贵州省、云南省、四川省、重庆市交界的西南区域；山西省、河南省、河北省交界的华北区域，与吴涛[24]研究结果类似。
华北地区是中国人口最密集、经济最发达的地区之一，是重要的粮食生产基地，但同时又是水资源最为短缺的地区之一。近40 a来，华北地区地下水水位显著下降，已形成规模巨大的降落漏斗，煤炭退出将有助于恢复地下水位和降落漏斗，对于保障华北生产、生活、农业用水和国家粮食安全具有重要意义[26]。西南地区原本水资源匮乏、干旱洪涝频发、生态环境脆弱，加之极端气候和大规模煤炭资源开采，水资源与水环境问题日益突出。由于西南地区整体经济发展水平不高，能源粗放式利用状况尚未得到根本性转变，能源消费集中于高耗能行业，产出附加值低，导致其生态环境约束性逐步增强[27]。然而，西南地区却拥有丰富的水能、太阳能、风能等清洁能源，煤炭退出带来水资源系统效益的同时，也加快西南地区的能源消费结构转变，以此带动社会经济、生态环境的可持续发展[27]。此外，全国14个大型煤炭基地中有9个在黄河流域，其产量占了全国煤炭总产量近70%[2]。黄河流域气候干旱、降雨量少、地表水蒸发量大，在本身水资源短缺的情境下，煤炭规模开采引起矿区地下水位大范围、大幅度疏降的同时，排出大量矿井水，导致乔、灌、草等植被衰败，形成资源与生态环境之间的负反馈[28]。因此，在发挥黄河流域保障国家能源安全的基础上，逐步退出低效益、高污染煤矿，对于黄河流域高质量发展和水资源保护具有重要意义。
总体上，中国关闭大量非法开采矿井、产煤量低的小型矿井以及与生态保护区域重叠的煤矿，淘汰落后煤炭产能，并针对大中型矿井进行核减产能，化解煤炭过剩产能，在减少水资源浪费与污染方面，也起到了至关重要的作用。SHANG等[13]研究发现，中国煤炭消耗造成的水资源损失约为52.76元/t，由此估算我国煤炭去产能产生的社会经济效益为461.65亿元。鉴于煤炭去产能产生的水资源和社会经济巨大效益，及尚未被量化的减少温室气体排放、减少空气污染、生态环境和健康效益，必须坚持煤炭去产能政策，积极探索中国煤炭退出机制和能源转型道路。在能源转型过程中，煤炭从减量到退出成为必然趋势[29–32]。考虑我国目前的现实情况，在相当长的时间内煤炭在中国能源中仍占重要地位[7]。因此，中国需要继续逐步淘汰落后产能，以倒逼科技产业创新，积极调整能源结构、发展可再生能源，积极向绿色、低碳、清洁能源转型是中国经济发展和环境保护的必由之路[15,33-34]。
3.2 关闭/废弃煤矿矿井水治理及利用
据统计，黄河流域仅2022年的矿井水量就高达65亿t，导致水资源的严重浪费，危害区域生态环境，引发矿山事故和地质灾害等问题[28]。在去产能背景下，关闭/退出导致废弃矿井数量逐年增多，仍遗留大量可开发利用水资源[1,35]。矿井水根据水质特征可以分为洁净矿井水、含悬浮物的矿井水、高矿化度的矿井水、酸性矿井水及含特殊污染物的矿井水等5种类型[36-37]。目前关于矿井水的直接利用主要集中在井下除尘、井下生产用水、地面绿化用水和市政用水等[24]。一方面，由于废弃矿井地处偏僻，距离居民点较远，其场内设备关停没有取水条件和设施，导致矿井水无法被利用[24]；另一方面，废弃矿井水在煤炭开采过程中重金属等污染超标，若利用需要对其进行治理，无形中增加了使用成本[36]。
废弃矿井水资源开发利用主要包括3大方向：矿井水污染处理与防治、地下发电和地热、太阳能等资源化利用[36,38-39]。废弃矿井水污染可通过矿井闭坑前控制措施[40]，如改善工艺，减少废弃矿井水排放量；严格控制污水水质，严禁使用渗坑、渗井方式排废水等，采空区治理[41]，如通过注浆系统将填充物注入采空区及其上覆岩体裂隙，防治岩层沉降产生矿井水等，串层污染防治，如切断串层污染途径；控制矿井水位和灰岩水位；实行采煤前预控制等，进行防治[36]。不同污染程度的矿井水，可根据其水质“因地制宜”进行处理和利用：①对清洁矿井水的处理与利用，多采用“洁污分流”的方法；②采用超磁分离工艺对含悬浮物矿井水进行处理[42]；③高矿化度矿井水的净化处理主要包括预处理和脱盐处理[43]，主要方法有离子交换法、膜分离法、药剂法及多效蒸发工艺等；④酸性矿井水的处理技术包括：中和法、吸附法、硫化法、高浓度泥浆法、人工湿地法、微生物法及膜分离技术等[36]；⑤含氟矿井水的处理方法主要有膜法、电化学法、离子交换-吸附法、混凝沉淀法等。对含有毒有害元素矿井水处理利用，通常采用絮凝沉淀法和离子交换法[36]。对于煤矿大规模污水处理，化学沉淀法和吸附法具有相对优势。废弃矿井水资源化利用，可将废弃煤矿矿井水改造成地下水库、作为后备水源地、可用作周边生产用水和深度处理后可并入城市管网[24]，也可采用膜生物反应器技术，实现系统的固液分离及污水中氨氮及难降解有机物的去除，将其建为地下污水处理中心[44]。
4. 结 论
1)中国主要省份关闭/退出矿井共4 027个，退出产能87 477万t。煤炭去产能密度高的区域集中在黄河“几”字弯，关闭/退出矿井数量集中在长江上游区域。
2)中国2016—2022年间关闭/退出矿井仅考虑避免煤炭开采产生矿井水、煤炭开采及分选过程消耗用水和煤炭分选(含煤矸石)阶段产生的废水3种情况下，带来的水资源效益达300 525.6万t，高于中国第四大淡水湖洪泽湖的容积。
3)水资源协同效益较好的区域主要分布西南地区、华北地区和黄河流域等水资源短缺的地区，煤炭退出对于区域地下水保护、可持续利用和生态环境建设具有积极作用。
4)未来，在地球大数据支撑下（GRACE遥感卫星产品），配合水文模型，可系统揭示煤炭去产能政策实施下多项SDGs协同与权衡效应和机制。
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图 3 CO2气相压裂煤样试验装置及方法
1—煤样；2—煤样盒；3—爆破片；4—储液管；5—加热器；6—居中夹持器；7—钻孔模拟钢管；8—密封法兰盘；9—充气头；10—液态CO2；11—喷气头；12—喷气孔
Figure 3. Experiment apparatus and methods for CO2 gas fracturing on coal specimen
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图 5 冲击后煤基质的微观发育特征
Figure 5. Development characteristics of coal matrix after impacting
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图 6 模型边界条件施加与实测压力时程曲线
σ'，σ''—模型边界施加的应力；P—致裂压力
Figure 6. Time history curve of pressure and model boundary conditions applied
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图 9 不同增透方案的裂缝发育规律
Figure 9. Development law of cracks in different enhancement schemes
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图 10 3217工作面工程平面图及试验区域位置
Figure 10. Engineering plan of No. 3217 mining face and location of testing area
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图 13 造穴−气相压裂复合光纤应变曲线
Figure 13. Fiber optic strain curve of composite technology of cavitation and CO2-frac
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图 14 造穴−气相压裂煤层的造缝卸压增渗机理概念模型
Figure 14. Conceptual model for mechanism of fracture formation, pressure relief, and permeability enhancement induce by cavitation and CO2-frac in coal seams
表 1 新景煤矿3号煤基础参数
Table 1 Basic parameters of No. 3 coal seam in Xinjing coal mine
Ro,max/% Mad/% Ad/% Vdaf/% $ \rho $/(t∙m−3) ${2.28\sim 2.87} $ ${0.52\sim2.12} $ ${7.31\sim35.76} $ ${9.11\sim16.22} $ ${1.35\sim1.41}$ 注：ρ为视密度。 
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表 2 新景矿煤的力学参数
Table 2 Mechanical parameters of Xinjing coal mine
密度$ \rho $/（kg·m−3） 弹性模量$ E $/GPa 泊松比$ \mu $ 抗压强度$ {f_{\mathrm{c}}} $/MPa 抗拉强度$ {f_{\mathrm{t}}} $/MPa 峰后应变$ \varepsilon _I^B $/10−3 极限应变$ {\varepsilon _{\mathrm{s}}} $/10−3 脆性指数n 1400 1.30 0.36 5.94 0.58 14.5 16 0.75
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[1] LI H,LIN B,YANG W,et al. Effects of an underlying drainage gallery on coal bed methane capture effectiveness and the mechanical behavior of a gate road[J]. Journal of Natural Gas Science and Engineering,2015,27:616−631. doi: 10.1016/j.jngse.2015.09.012
[2] 方志明,李小春,李洪,等. 混合气体驱替煤层气技术的可行性研究[J]. 岩土力学,2010,31(10):3223−3229. FANG Zhiming ,LI Xiaochun,LI Hong,et al. Feasibility study of gas mixture enhancedcoalbed methane recovery technology[J]. Rock and Soil Mechanics,2010,31(10):3223−3229.
[3] 郝光生,马钱钱. 王坡煤矿本煤层预抽钻孔布置方式优化研究与效果考察[J]. 煤矿安全,2019,50(2):148−151. HAO Guangsheng,MA Qianqian. Optimization study and effect investigation of pre-pumping borehole layout in mining-coal bed of wangpo coal mine[J]. Safety in Coal Mines,2019,50(2):148−151
[4] 王德忠. 初采期密集钻孔代替高抽巷的瓦斯治理技术[J]. 山东煤炭科技,2020(5):95−97. doi: 10.3969/j.issn.1005-2801.2020.05.035 WANG Dezhong. Gas control cechnique of ceplacing cigh-ctrengthening clley with cense crilling in carly cining[J]. Shandong Coal Science and Technology,2020(5):95−97. doi: 10.3969/j.issn.1005-2801.2020.05.035
[5] 薛俊华,肖健,杜轩宏,等. 我国煤矿保护层开采卸压瓦斯抽采现状及发展趋势[J]. 煤田地质与勘探,2023,51(6):50−61. doi: 10.12363/issn.1001-1986.22.11.0894 XUE Junhua,XIAO Jian,DU Xuanhong,et al. Current situation and development trend of pressure-relief gas extraction in the protective layer mining in coal mines in China[J]. Coal Geology & Exploration,2023,51(6):50−61. doi: 10.12363/issn.1001-1986.22.11.0894
[6] GUANHUA N,KAI D,SHANG L,et al. Gas desorption characteristics effected by the pulsating hydraulic fracturing in coal[J]. Fuel (Guildford),2019,236:190−200. doi: 10.1016/j.fuel.2018.09.005
[7] TIAN L,CAO Y,CHAI X,et al. Best practices for the determination of low-pressure/permeability coalbed methane reservoirs,Yuwu Coal Mine,Luan mining area,China[J]. Fuel (Guildford),2015,160:100−107. doi: 10.1016/j.fuel.2015.07.082
[8] DONGDONG C,WENRUI H,SHENGRONG X,et al. Increased permeability and coal and gas outburst prevention using hydraulic flushing technology with cross-seam borehole[J]. Journal of Natural Gas Science and Engineering,2020,73:103067. doi: 10.1016/j.jngse.2019.103067
[9] WANG H,ENYUAN W,ZHONGHUI L,et al. Varying characteristics of electromagnetic radiation from coal failure during hydraulic flushing in coal seam[J]. Arabian Journal of Geosciences,2020,13(14):644. doi: 10.1007/s12517-020-05606-1
[10] 刘明举,赵文武,刘彦伟,等. 水力冲孔快速消突技术的研究与应用[J]. 煤炭科学技术,2010,38(3):58−61. LIU Mingju ,ZHAO Wenwu,LIU Yanwei,et al. Research and application of hydraulic flushing borehole to quickly elmi- inate outburst [J]. Coal Science and Technology,2010,38(3):58−61.
[11] 段贺明,王毅,金新,等. 随钻水力造穴技术工艺模拟与应用[J]. 煤矿安全,2022,53(4):87−93. DUAN Heming,WANG Yi,JIN Xin,et al. Process simulation and application of hydraulic cavitation while drilling technology[J]. Safety in Coal Mines,2022,53(4):87−93.
[12] 荆俊杰,于丽雅,延婧. 高瓦斯低渗煤层水力造穴增透技术优化研究[J]. 煤矿安全,2022,53(1):8−14. JING Junjie,YU Liya,YAN Jing. Research on optimization of hydraulic flushing and permeability enhancement technology in high gas and low permeability coal seam[J]. Safety in Coal Mines,2022,53(1):8−14.
[13] 王亮,廖晓雪,褚鹏,等. 瓦斯抽采穿层钻孔钻扩造穴卸压增透机理研究[J]. 煤炭科学技术,2021,49(5):75−82. WANG Liang,LIAO Xiaoxue,CHU Peng,et al. Study on mechanism of permeability improvement for gas drainage by cross-seam cavitation borehole[J]. Coal Science and Technology,2021,49(5):75−82.
[14] 刘勇,何岸,魏建平,等. 高压气体射流破煤应力波效应分析[J]. 煤炭学报,2016,41(7):1694−1700. LIU Yong,HE An,WEI Jianping,et al. Analysis of stress wave effect during coal breakage process by high pressure gas jet[J]. Journal of China Coal Society,2016,41(7):1694−1700
[15] 徐颖. 高压气体爆破采煤技术的发展及其在我国的应用[J]. 爆破,1998(1):67−69. XU Ying. The development of high-pressure gas blasting coal mining technology and its application in China[J]. Blasting,1998(1):67−69.
[16] LI M,XINGPING L,JIANGUO Z,et al. Blast-casting mechanism and parameter optimization of a benched deep-hole in an opencast coal mine[J]. Shock and Vibration,2020,2020(1):1396−1483.
[17] BAI X,ZHANG D,ZENG S,et al. An enhanced coalbed methane recovery technique based on CO2 phase transition jet coal-breaking behavior[J]. Fuel,2020,265:116912. doi: 10.1016/j.fuel.2019.116912
[18] CAO Y,ZHANG J,ZHAI H,et al. CO2 gas fracturing:A novel reservoir stimulation technology in low permeability gassy coal seams[J]. Fuel,2017,203:197−207. doi: 10.1016/j.fuel.2017.04.053
[19] HU G,HE W,SUN M. Enhancing coal seam gas using liquid CO2 phase-transition blasting with cross-measure borehole[J]. Journal of Natural Gas Science and Engineering,2018,60:164−173. doi: 10.1016/j.jngse.2018.10.013
[20] 曹运兴,田林,范延昌,等. 低渗煤层CO2气相压裂裂隙圈形态研究[J]. 煤炭科学技术,2018,46(6):46−51. CAO Yunxing,TIAN Lin,FAN Yanchang,et al. Study on cracking ring form of carbon dioxide gas phase fracturing in low permeability coal seam[J]. Coal Science and Technology,2018,46(6):46−51.
[21] 曹运兴,张军胜,田林,等. 低渗煤层定向多簇气相压裂瓦斯治理技术研究与实践[J]. 煤炭学报,2017,42(10):2631−2641. CAO Yunxing,ZHANG Junsheng,TIAN Lin,et al. Research and application of CO2 gas fracturing for gas control in low permeability coal seams[J]. Journal of China Coal Society,2017,42(10):2631−2641.
[22] 杨百舸,张军胜,令狐建设,等. 突出煤层CO2气相压裂高效抽采防突掘进技术[J]. 煤田地质与勘探,2021,49(3):85−94. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2021.03.011 YANG Baige,ZHANG Junsheng,LINGHU Jianshe,et al. An advanced CO2 gas-phase fracturing technology for efficient methane drainage,outburst prevention and excavation in outburst coal seam[J]. Coal Geology & Exploration,2021,49(3):85−94. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2021.03.011
[23] NIANYIN L,JIAJIE Y,CHAO W,et al. Fracturing technology with carbon dioxide:a review[J]. Journal of Petroleum Science and Engineering,2021,205:108793. doi: 10.1016/j.petrol.2021.108793
[24] SHANG Z,WANG H,LI B,et al. Fracture processes in coal measures strata under liquid CO2 phase transition blasting[J]. Engineering Fracture Mechanics,2021,254:107902. doi: 10.1016/j.engfracmech.2021.107902
[25] YANG B,WANG H,WANG B,et al. Digital quantification of fracture in full-scale rock using micro-CT images:a fracturing experiment with N2 and CO2[J]. Journal of Petroleum Science and Engineering,2021,196:107682. doi: 10.1016/j.petrol.2020.107682
[26] 赵龙,王兆丰,孙矩正,等. 液态CO2相变致裂增透技术在高瓦斯低透煤层的应用[J]. 煤炭科学技术,2016,44(3):75−79. ZHAO Long,WANG Zhaofeng,SUN Juzheng,et al. Appli-cation of permecbility improvment technology with liquid CO2 phase transition fracturing to high gassy and low permeability seam[J]. Coal Science and Technology,2016,44(3):75−79.
[27] 王兆丰,李豪君,陈喜恩,等. 液态CO2相变压裂煤层增透技术布孔方式研究[J]. 中国安全生产科学技术,2015,11(9):11−16. WANG Zhaofeng,LI Haojun,CHNE Xien,et al. Study on hole layout of liquid CO2 phase-transforming fracture technology for permeability improvement of coal seam[J]. Journal of Safety Science and Technology,2015,11(9):11−16.
[28] 张东明,白鑫,尹光志,等. 低渗煤层液态CO2相变射孔破岩及裂隙扩展力学机理[J]. 煤炭学报,2018,43(11):3154−3168. ZHANG Dongming,BAI Xin ,YIN Guangzhi,et al. Mech-anism of breaking and fracture expansion of liquid CO2 phase change jet fracturing in low-permeability coal seam[J]. Journal of China Coal Society,2018,43(11):3154−3168.
[29] 张宏伟,朱峰,李云鹏,等. 液态CO2压裂技术在冲击地压防治中的应用[J]. 煤炭科学技术,2017,45(12):23−29. ZANG Hongwei,ZHU Feng,LI Yunpeng,et al. Application of liquid CO2 fracturing technique in rock burst control[J]. Coal Science and Technology,2017,45(12):23−29.
[30] BAIGE Y,YUNXING C,XINSHENG Z,et al. Research on pore-fracture structure alteration and gas emission Homogenization in an outburst coal seam induced by CO2 gas fracturing[J]. ACS Omega,2024,9(22):23917−23926. doi: 10.1021/acsomega.4c01784
[31] 白俊杰. 新景矿气相压裂与水力造穴相结合的增透效果研究[J]. 煤,2018,27(3):16−17. BAI Junjie. Research on the permeability enhancement of Xingjing gas and water combining with hydraulic cavern making[J]. Coal,2018,27(3):16−17.
[32] 郝智峰. 气相压裂−机械造穴复合增透技术在新景矿的应用[J]. 能源与环保,2020,42(10):7−11. HAO Zhifeng. Application of gas-phase fracturing-mechanical cave-making compound anti-reflection technology in Xinjing Mine[J]. China Energy and Environmental Protection,2020,42(10):7−11.
[33] 李定龙. 水力造穴、气相压裂综合增透技术在煤矿井下的应用[J]. 内蒙古煤炭经济,2019(5):118−119. doi: 10.3969/j.issn.1008-0155.2019.05.061 LI Dinglong. Application of hydraulic caving ang gas fracturing comprehensive permeability enhancement technology in underground coal mine[J]. Inner Mongolia Coal Economy,2019(5):118−119. doi: 10.3969/j.issn.1008-0155.2019.05.061
[34] 史晓琼. 瓦斯钻孔综合增透技术研究与应用[J]. 山东煤炭科技,2020(11):90−93. SHI Xiaoqiong. Research and application of comprehensive permeability enhancement technology for gas drilling[J]. Shandong Coal Science and Technology,2019(11):90−93.
[35] 张慧. 煤孔隙的成因类型及其研究[J]. 煤炭学报,2001,26(1):40−44. doi: 10.3321/j.issn:0253-9993.2001.01.009 ZHANG Hui. Genetical type of proes in coal reservoir and its research significance[J]. Journal of China Coal Society,2001,26(1):40−44. doi: 10.3321/j.issn:0253-9993.2001.01.009
[36] 杨昌永,常会珍,邵显华,等. 扫描电镜下不同煤体结构煤微孔隙特征研究[J]. 煤炭科学技术,2019,47(12):194−200. YANG Changyong ,CHANG Huizhen,SHAO Xianhua,et al. Study on micro-pore characteristics of structural coal in different coal bodies under scanning electron micros-copy [J]. Coal Science and Technology,2019,47(12):194−200.
[37] MOU P,PAN J,WANG K,et al. Influences of hydraulic fracturing on microfractures of high-rank coal under different in-situ stress conditions[J]. Fuel,2021,287:119566. doi: 10.1016/j.fuel.2020.119566
[38] LAUBACH S E,MARRETT R A,OLSON J E,et al. Characteristics and origins of coal cleat:a review[J]. International Journal of Coal Geology,1998,35(1):175−207.
[39] 张军胜,郭帅房,张新生,等. 冲击荷载下煤的塑性硬化-软化过程动态损伤本构模型[J]. 煤炭学报,2021,46(S2):759−769. ZHANG Junsheng,GUO Shuaifang,ZHANG Xinsheng,et al. Dynamic damage constitutive model of plastic hardening-softening process of coal under impacting load[J]. Journal of China Coal Society,2021,46(S2):759−769.
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1. 徐小涛，宁树正，徐强，孙杰，张培新，张建强，黄少青，严晓云，周汝贤. 准东煤田五彩湾矿区八道湾组A_2煤层煤岩煤质特征及清洁利用方向. 煤炭技术. 2024(09): 103-108 . 
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