DE2629841B2 - Verfahren zur Vorbehandlung von Kohleflözen zum Senken des Gasaustrittes und der Staubbildung beim späteren Abbau - Google Patents
Verfahren zur Vorbehandlung von Kohleflözen zum Senken des Gasaustrittes und der Staubbildung beim späteren AbbauInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Vorbehandlung von Kohleflözen zum Senken des
Gasaustrittes und der Staubbildung beim späteren Abbau, bei dem eine Vorausgasung nach hydraulischer
Rißbildung erfolgt, indem das Kohleflöz von der Tagesoberfläche durch verrohrte Bohrlöcher aufgeschlossen,
Flüssigkeit in diese eingedrückt und dann abgepumpt und danach Gas durch das Bohrloch
abgesaugt wird.
Es ist bekannt, eine Vorausgasung von Steinkohleflözen nach hydraulischer Rißbildung vorzunehmen, wobei
durch ein von über Tage her gebohrtes und verrohrtes Bohrloch Flüssigkeit, wie öl, Wasser oder Säure, unter
hohem Druck in das Gestein infiziert wird, wobei Sand als Stützmittel zur Herstellung eines hochpermeablen
Fließweges zugegeben wird (Bergbau-Wissenschaften, 1970,S.7-II).
Es sind auch schon die Möglichkeiten untersucht worden, das in das Grubengebäude ausströmende
Methain durch Bakterien, die das Methan zu Kohlensäure oxidieren, zu zerstören (Skotschinski, Komarow,
»Grubenbewetterung«, 1956, S. 92). Dieser Vorgang nimmt jedoch für die praktische Anwendung bei im
Abbau befindlichen Gruben viel Zeit in Anspruch.
Es ist schließlich bekannt, die Gebirgsfestigkeit durch
chemische Injektion mit Kunststoffen, in Form von Monomeren mit Katalysatoren oder auch auf der Basis
von Harnstoff-Formaldehyden zu verbessern (Bergbau-Wissenschaften, 1970, S, 281 -285),
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Vorbehandlungsverfahren anzugeben, durch das ein
gas- und staubgefährliches Kohleflöz im voraus für einen gefahrlosen Abbau vorbereitet wird, indem dem
Austritt von Methan und der Bildung von Kohlenstaub im Grubenbau weitgehend vorgebeugt und damit die
Entstehung von endogenen Bränden, Kohlen- und Gasausbrüchen in den offenen Abbauraum verhindert
wird.
Dies wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art durch die im Anspruch 1 erwähnten
Maßnahmen erreicht
Die Durchführung dieser Verfahrensschritte in der angegebenen Reihenfolge erlaubt es, ein gas- und
staubführendes Kohleflöz, in dem die Gefahr endogener Brände besieht, vor dem Abbau für einen gefahrlosen
und hochleistungsfähigen Abbau vorzubereiten, indem der Austritt von Methan und Kohlenstaub ^n den
Abbauraum sicher verhindert und der Zutritt von Luft—Sauerstoff an die Oberfläche der Kohle vermindert
ist
Die nach der hydraulischen Rißbildung im Kohleflöz vorgesehene mikrobiologische Oxidation des Methans
bewirkt eine weitere Senkung der Gasführung des Kohleflözes bei erniedrigtem Gasdruck und ergibt eine sii
Befeuchtung des Flözes, die zur Verringerung der Staubbildung beim Abbau der Kohle führt.
Die nachfolgende Zuführung von wäßrigen Monomer- oder Polymerlösungen in das Kohleflöz blockiert
Gasreste im Sorptionsvolumen, verschließt Einschlüsse v~>
von freiem Gas und Staub in der Struktur der erhärteten Lösung, wodurch der Gasaustritt bzw. der Ausbruch der
Kohle und Gas in den Abbauraum und der Brände verursachende Zutritt von Luft—Sauerstoff ins Kohleflöz
verhindert werden. ·")
Die Zuführung von Flüssigkeiten mit erhöhter Viskosität bei der hydraulischen Rißbildung bewirkt die
Ausfüllung der vorher aufgebrochenen Spalten und führt zum Ansteigen der hydraulischen Belastung. Das
sichert das nachfolgende Eintreten hochviskoser Flüssigkeiten in neu entstehende Systeme weniger durchlässiger
Spalten. Bei wiederholter Einpressung wenig viskoser Flüssigkeit wird eine gleichmäßige Sättigung
des Flözes mit Flüssigkeit und eine weitere Spaltenbildung in von Natur aus vorhandenen Schwachstellen des
Flözes erreicht.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind \n
den Unteransprüchen gekennzeichnet, deren Vorteile sich aus den angeführten Beispielen zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben.
Die Zeichnung zeigt im Senkrechtschnitt ein Kohleflöz mit Nebengestein und die darin eingebrachten
Bohrlöcher.
Die Tagesoberfläche über dem zu behandelnden Abschnitt eines Grubenfeldes wird in Quadrate mit w>
einer Seitenlänge von 350 bis 400 m (in der Zeichnung
nicht gezeigt) eingeteilt. An deren Eckpunkts werden senkrechte Bohrlöcher — unter Einschluß bereits
vorhandener Untersuchungs- und Aufschlußbohrlöcher - niedergebracht. (v>
Zum Aufschluß des gas- und staubgefährlichen Kohleflözes t werden von der Tagesoberfläche 2 z. B.
Bohrlöcher 3, 4 gebohrt, die das Kohleflö/ 1 in seiner gesamten Mächtigkeit durchteufen. Jedes der Bohrlöcher 3,4 wird mit Futter-Rohren 5,6 verrohrt
In den Raum zwischen diesen Futterrohren 5,6 und der Wandung der Bohrlöcher 3, 4 wird Zement
eingebracht
Nach Zementierung dieses Ringraumes wird mittels Radiobohrlochmessung die Lagerungstiefe des Kohleflözes
1 bestimmt Um das Kohleflöz 1 aufzuschließen, wird das Bohrloch 3 mit einem auf einem Bohrgestänge
(Steigrohre 7) angeordneten Bohrer 8 perforiert
Diese Arbeiten werden auch in den übrigen, nicht dargestellten Bohrlöchern durchgeführt in die hinterher
eine Tauchpumpe 9 hinabgelassen wird. Die Steigrohre 7 weisen an der Tagesoberfläche 2 Rohrstutzen 11 für
die Zufuhr und Entfernung von Flüssigkeiten in das jeweilige Bohrloch und die nachfolgende Entfernung
flüssiger Reaktionsprodukte auf. Die Futterrohre 5, 6 weisen Rohrstutzen 12 für Gasabführung auf, die mit
Schiebern 13 versehen sind.
Nach dem Aufschluß des Kohler..)zes 1 werden
hydrodynamische Versuche durchgetüh 1 und das
natürliche Aufnahmevermögen dieses Flözes ermittelt, insbesondere wird das Gesamtaufnahmevolumen für die
Einpreßflüssigkeit für einen gesicherten Einwirkungsradius von 200 bis 250 m von einem Bohrloch aus ermittelt.
Dann tritt man in die erste Stufe der Behandlung des Kohleflözes 1 ein. Dafür wird in ein Bohrloch Wasser
mit Zusätzen von oberflächenaktiven Substanzen im Hydrofrac-Verfahren in einem Tempo eingepreßt, das
etwas das natürliche Aufnahmevermögen des Kohleflözes übersteigt Dabei entsteht in demselben ein primärer
Hohlraum 14 durch hydraulische Rißbildung (Hydrofrac) von dem aus im weiteren Verlauf des Einpressens
ein System von Spalten 15 ausgeht
Zwecks Gewährleistung des öffnens sämtlicher Spaltensysteme wird die Flüssigkeit einem Bohrloch
portionsweise zugeführt. Bei Zuführung der ersten Portion zum Aufbrechen eines besonders ieitfärJgen
Spaltensystems wird eine niederviskose Flüssigkeit (Wasser mit Zusätzen von oberflächenaktiven Substanzen)
\ ^rwendet. Zum Aufbrechen weiterer Spalten wird Flüssigkeit mit erhöhter Viskosität — normalerweise 2-bis
5°/oige Stärkelösung — verwendet.
Weitere Spaltensysteme werden mittels abwechselndem Einpressen von Wasser mit Zusätzen von
oberflächenaktiven Substanzen und 2- bis 5%iger Stärkelösung bis zur Erreichung des berechneten
Einpressungsvolumens geöffnet.
Als stärker viskose Flüssigkeit kann auch eine wäßrige Lösung verwendet werden, die außer 2- bis
5%iger Stärkelösung — in Volumenprozenten — aus 2-bis 3'yoiger Karboxylmethylzellulose, 5- bis 7%iger
Karboz'linlösung, 5- bis 10°/ciger Lösung einer Sulfitalkoholabiauge. 20- bis 40%iger Lösung einer
Zelluloseablauge unC 2- bis 3%iger Lösung von
Glykolzelluloseester besteht.
Nach dem Abschluß des Hydrofracprozesses wird dem Kohleflöz Preßluft in einer Menge zugeführt, die
der der vorher dem Kohleflöz zugeführten Flüssigkeit entspricht. Dann hält man das Bohrloch während drei
und mehr mehr Monate unter Druck.
Diesen Arbeitsgang führt man zum Fortbewegen der Flüssigkeit im Spalten- und Sorptionsvolumen des
Kohleflözes und zur Aufrechterhaltung eines hohen Flözdruckes aus.
Danach beginnt man mit der Entgasung des Kohleflözes aus den geöffneten Spalten und Poren
durch Absaugen. Dafür wird zunächst durch Abpumpen
die Flüssigkeit aus dem Kohleflöz und dem Bohrloch entfernt. Das Gasausbringen je Bohrloch steigt zunächst
im Laufe von 1,5 bis 2 Monsten an. und nach Erreichen des Maximums (etwa 1500 bis 1800 mVTag, umgerechnet
auf 100%iges Methan) fällt es nach einer Fxponentialkurve ab. Das Gasabsaugen erfolgt über
einen Zeitraum von I bis 3 Jahren.
Mit dem Ziel der weiteren Entgasung und einer größeren Gleichmäßigkeit des Kohleflözes auch für die
folgenden Schritte wird eine 20- bis 25°V>ige Lösung von
Salzsäure, ggfs. angewärmt bis auf 50 bis 60°C. in Portionen von 25 bis 30 m' eingepreßt.
Dabei wird Wasser in einer N·* nge zugeführt, die clic
Verdünnung der Lösung clcr ,m/säure im Kohleflöz bis
auf 2 bis 4 Vol.-% senkt.
Dem Kohleflöz kann sowohl angewärmte als auch nicht angewärmte wäßrige Lösung von 0,5 bis 10 Vol.%
Salzsäure zugeführt werden.
Außer Salzsäure kann auch eine wäßrige Lösung von Fluorwasserstoffsäure und für die Auflösung eines
organischen Teils der Kohle können wäßrige Lösungen von Anthrazenöl oder Piridin verwendet werden. Das
Einpressen der letzteren kann auch bei Durchführung des Hydrofracs unter erhöhtem Druck erfolgen.
In der Zeit zwischen der Zuführung einzelner
Säureportionen wird dem Kohleflöz nur Wasser in einer Menge von nicht weniger als dem lOfachen Rauminhalt
des Bohrloches zugepumpt.
Beim Einpressen einer Lösung von Salzsäure in das Kohleflöz erfolgt die Auflösung der dann enthaltenen
Karbonate. Nach Beendigung der Salzsäurebehandlung werden die Bohrlöcher im Laufe von 1 bis 2 Monaten
zur vollständigen Auflösung der Karbonate unter Druck gehalten. Danach wird das Bohrloch geöffnet, die
Reaktionsprodukte werden entfernt. Dampf wird eingepreßt und danach die Flüssigkeit und das
Kondensat aus dem Flöz und aus dem Bohrloch entfernt. Hinterher wird erneut Methan abgesaugt.
Diese Stufe der Behandlung des Kohleflözes trägt weiter zu seiner Entgasung bei.
Die Verwendung von Säure in der ersten Stufe ist unzweckmäßig, denn der Effekt des Hydrofracs wird
besser durch eine billigere mechanische Energie erreicht, während die chemische Energie die Verbesserung
der Entgasung ermöglicht. Die Gesamtdauer der Säurebehandlungsstufe einschließlich der nachfolgenden
Gasabsaugung beträgt 4 bis 6 Monate. Auch dieses Absaugen des Gases aus dem Kohleflöz führt zur
Senkung des Flözgasdruckes, und folglich Senkung der Entgasung, die r?.ch Ablauf der genannten Zeit als
erschöpft anzusehen ist.
Mit dem Ziel der weiteren Senkung des Gasgehaltes des Kohleflözes wird eine mikrobiologische Einwirkung
auf das Flöz durchgeführt, bei der unmittelbar in der anstehenden Kohle ein weiterer Teil von Methan
mittels Methan oxidierender Bakterien in ungefährliche Verbindungen umgewandelt wird.
Durch das Bohrloch werden daher in das Kohleflöz aktive Stämme von Bakterien (z. B. Methylosinus
trichosporium, Methylococcus sp. u. a. m) zusammen mit
Nährmedium eingepumpt.
Die Zuführungsmenge von Bakteriensuspension wird aufgrund Berechnung mit nicht weniger als 20 1 pro 1
Tonne anstehender Kohle bei einer Bakterienkonzentration von 10* bis 109 Zellen/ml festgelegt.
Als Nährmittel wird Wasser mit Zusätzen von Kalium-, Magnesium-, Natrium-, Phosphorsalzen, Stickstoffverbindungen
und Siostimulantien verwendet Nach Einpumpen der Bakteriensuspension in das Kohleflöz wird zur Absicherung der Lebenstätigkeit der
Bakterien Preßluft in einer Menge von mehr als fünf Volumeneinheiten pro verbrauchtes Methanvollumen
zugeführt. Die Umwandlung von Methan in ungefährliche Verbindungen mittels Bakterien wird 2 bis 3 Monate
aufrechterhalten.
Als Bakterienkultur kann eine Suspension verwendet werden, die aus einer Paste zubereitet wird, die Methan
oxidierende Bakterien enthält und die mit Was' <-r bis zu einer Bakterienkonzer.tration von 10* his 10" /cllen/ml
verdünnt wird.
Die Zuführung der Suspension aus Bakterien und der Preßluft in das Kohleflöz kann abwechselnd durchgeführt
werden. Die Dauer jedes Zyklus — in Abhängigkeit von der Bakterienart — beträgt 7 bis 8 Stunden bis 5
bis 6 Tage. Die Menge von Preßluft, die dem Kohleflöz verbrauchtes rvieiharivoiumen zugeführt werden liegt
— wie bereits gesagt — bei einem Verhältnis von 5:1.
Luft kann dem Kohleflöz auch gleichzeitig mit dem Einpressen der Suspension, die die Methan oxidierenden
Bakterien und das Nährmittel enthält, zugeführt werden.
Die Menge von Luft beträgt dabei mehr als 200 I pro Tonne zu behandelnder Kohle.
Dem Kohleflöz kann auch vorher belüftete Suspension zuführt werden.
Die mikrobiologische Behandlung des Kohlel'lözes führt zur weiteren Senkung des Methangehaltes in der
anstehenden Kohlt und damit des Flözgasdruckes.. Das Einpressen von Wasser in das Flöz vergrößert
außerdem noch mehr das Vermögen des Flözes zur plastischen Vertormung und senkt die Staubentwicklung.
Mit dem Ziel einer weiteren Senkung des Methanaustrittes aus dem Kohleflöz, der im Verlaufe des Abbaues
möglich ist. wird eine weitere Behandlung, und zwar eine physikalisch-chemische, durchgeführt, bei der noch
verbliebene Gasrückstände in Mikroporen des Kohleflözes mittels erhärtender Lösungen eingeschlossen
werden. Dabei wird ein Teil von Gasen und Stäuben, die sich in Mikroporen und Spalten befinden oder bilden
können, von den festen Produkten eingeschlossen.
Dazu wird eine wäßrige Lösung von Harnstoff-Formaldehydharz mit einer Konzentration von mehr als 24%
mit dem Katalysator Ammoniumchlorid verwendet. Vor dem Einpressen wird die Katalysatormenge in Abhängigkeit
von der Qualität des Harzes und der für die Erstarrung im Kohleflöz erforderlichen Zeit festgelegt.
Das erforderliche Volumen von Harzlösung beträgt mehr als 201 pro Tonne anstehender Kohle. Die
Gesamtdauer dieser Einwirkung beträgt etwa 1 Ibis 2 Monate.
Anstelle des Harnstoff-Formaldehydharzes (Polymeres) können auch wäßrige Lösungen mit mindestens
einem Monomeren verwendet werden, nämlich Akrylamid mit Zusätzen von Kaliumpersulfat oder Natriumhydrogensulfat
in einer solchen Konzentration und einem solchen Katalysatorgehalt, durch die das
Verfestigen nicht vor 2 bis 3 Wochen nach Zuführung zum jeweiligen Kohleflöz eintritt
Als Katalysatoren können auch Ammoniumchlorid, Salz- oder Oxalsäure verwendet werden.
Alle Flöze eines Abbaufeldes werden in der gleichen,
beschriebenen Weise behandelt
Diese physikalisch-chemische Behandlung führt zur endgültigen Beseitigung des Gasaustrittes beim Abbau
sowie zur Senkung der Staubentwicklung und verhin-
dert auBerdem das Eindringen von Luftsauerstoff in das
Kohleflöz und dadurch die autogene Entstehung von Grubenbränden.
AuBerdem wird die Struktur des Kohleflözes verbessert, weil die Kohle gleichmäßige Festigkeit
erhält und die Bildung lokaler Spannungskonzentrationen beim Abbau verhindert wird.
Claims (1)
- Patentansprüche:1. Verfahren zur Vorbehandlung eines Kohleflözes zum Senken des Gasaustrittes und der Staubbildung beim späteren Abbau, bei dem eine Vorausgasung nach hydraulischer Rißbildung erfolgt, indem das Kohleflöz von der Tagesoberfläche aus durch verrohrte Bohrlöcher aufgeschlossen, Flüssigkeit in diese eingedrückt und dann abgepumpt und danach Gas durch das Bohrloch abgesaugt wird, dadurch gekennzeichnet,— daß- die hydraulische Rißbildung mehrmals mit Flüssigkeiten unterschiedlicher Viskosität und verschiedenem Säuregehalt durchgeführt wird,— daß nach einer Säurebehandlung des Flözes eine erneute Gasabsaugung erfolgt,— daß anschließend eine Methan oxidierende Bakterien enthaltende Suspension mit Luft und einer Nährlösung eingeleitet wird, und— daß danach, in das Kohleflöz eine verfestigende Lösung von Monomeren oder Polymeren zusammen mit Katalysatoren eingepreßt wird.2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur hydraulischen Rißbildung zunächst niedrig-, später hochviskose Flüssigkeiten eingepreßt werden.3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hochviskose Flüssigkeit aus einer wäßrigen Lösung (in Volumenprozenten) von m>20- bis 40%iger lösung einer Zelluloselauge,
5- bis 10%iger Lösung einer Su!fitalkoholablauge. 5- bis 7%iger Karbozolinlösung,
2- bis 5%iger Stärkelösung, J52- bis 3%iger Lösung von Karboxylmethylzellulo-seund
2- bis 3%iger Lösung von Glykolzelluloseesterbesteht,während als niederviskose Flüssigkeit Wasser mit «0 Zusatz von oberflächenaktiven Stoffen verwendet wird.4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einpressen der Flüssigkeiten Druckluft eingepreßt wird, und diese Lufibeaufschla· 4S gung mindestens 3 Monate beibehalten wird.5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hochviskose Flüssigkeit oder zur Rißerweiterung eine wäßrige Lösung 0,5 bis 10 Vol.-% Salzsäure enthält. vt6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Rißerweiterung die wäßrige Lösung, die 20 bis 25 Vol.-% Salzsäure enthält, in Portionen von je 25 bis 30 m3 eingepreßt wird, bis im Flöz eine Verdünnung der Flüssigkeit auf 0,5 bis 10 ^ Vol.-% eintritt.7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Salzsäurelösung auf 50 bis 6O0C angewärmt eingepreßt wird.8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß cmc wäßrige Lösung von Fluorwasserstoffsäure eingepreßt wird.9. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß eine wäßrige Lösung von Anthrazenöl oder Pyn.lin eingepreßt wird. M10. Verführen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach der .Säurebehandlung Dampf cingcprci'1 und danach dasKondensat entfernt wird,1t, Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach Abpumpen der vorher eingepreßten Mittel eine Suspension eingepreßt wird, die Methan oxidierende Bakterien, wie Methylosinus trichosporium oder Methylococcus sp,, in einer Menge von mehr als 201 Suspension pro Tonne anstehender Kohle mit einer Konzentration an Mikroorganismen von 1O6IiJs 109 Zellen/ml und Nährlösung enthält12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Bakteriensuspension aus einer mit Wasser bis auf 108 bis 109 Zellen/ml verdünnten Paste zubereitet wird.13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß Preßluft und Bakteriensuspension abwechselnd eingepreßt werden, wobei die Dauer jedes Einpreßzyklus zwischen 7 Stunden und 9 Tagen beträgt14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12. dadurch gekennzeichnet, daß die Bakteriensuspension und die Preßluft gleichzeitig in einer Menge von mindestens 2001 pro Tonne der zu behandelnden Kohle eingepreßt werden.15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorher belüftete Bakteriensuspensiea eingepreßt wird.16. Verfahren nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, daß als Monomer eine wäßrige Lösung von Akrylamid mit Zusätzen von Kaliumpersulfat oder Natriumhydrogensulfat mit einer solchen Konzentration an Katalysatoren eingepreßt wird, daß sie nach mindestens 2 bis 3 Wochen ausgehärtet ist17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Polymeres eine wäßrige Lösung von Harnstoff-Formaldehydharz mit Zusätzen und als Katalysator Ammonium, Salz- oder Oxalsäure in einer solchen Konzentration eingepreßt wird, daß sie nach einer Stunde bis höcv-.tens 10 Tagen ausgehärtet ist.
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DE2629841A DE2629841C3 (de) | 1976-07-02 | 1976-07-02 | Verfahren zur Vorbehandlung von Kohleflözen zum Senken des Gasaustrittes und der Staubbildung beim späteren Abbau |
Applications Claiming Priority (1)
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DE2629841A1 DE2629841A1 (de) | 1978-01-05 |
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DE2629841C3 DE2629841C3 (de) | 1981-06-19 |
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ID=5982097
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CN110130866A (zh) * | 2019-07-02 | 2019-08-16 | 湖南科技大学 | 一种水力割缝与酸化脱矿相协同的煤层增透方法 |
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-
1976
- 1976-07-02 DE DE2629841A patent/DE2629841C3/de not_active Expired
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN110130866A (zh) * | 2019-07-02 | 2019-08-16 | 湖南科技大学 | 一种水力割缝与酸化脱矿相协同的煤层增透方法 |
CN110130866B (zh) * | 2019-07-02 | 2021-07-30 | 湖南科技大学 | 一种水力割缝与酸化脱矿相协同的煤层增透方法 |
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DE2629841C3 (de) | 1981-06-19 |
DE2629841A1 (de) | 1978-01-05 |
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