During the development of deep coalbed methane (CBM), the production of coal fines is common and suppresses the yield of CBM. This work takes the deep CBM wells in the Qinshui Basin as a case study, and the output, composition, morphology, and sources of coal fines were investigated through scanning electron microscopy, X-ray diffraction, proximate analysis, and particle size measurement including image analysis, laser diffraction, and dynamic light scattering. The results indicate that, in comparison with shallow CBM wells, deep wells produce a greater quantity of coal fines which are darker in color and have smaller particle sizes, with the majority being less than 10 μm. The coal fines exist predominantly as aggregates that contained the iron-bearing and clay minerals. Based on the Liddinger particle settling model, the water production volume required for the coal fines to return to the surface in the Wuxiang block was calculated to be 8.55 m3/d. This work can provide a scientific basis for the prevention and control of coal fines in deep CBM wells.

In modern engineering, dynamic fracture failure because of unexpected load or human faults may lead to catastrophic disasters. Preventive structure design and real-time maintain suggestions based on accurate numerical simulation are critical, especially when plasticity develops. It remains a challenge to efficiently model dynamic crack propagation in elasto-plastic materials while the uncertain factors in service life may significantly increase the difficulty. In this paper, a phase-field virtual modelling method (PFVM), based on the features of the novel extended support vector regression (X-SVR) method, is proposed to tackle this non-deterministic problem. The phase field method is adopted for its outstanding performance in complex fracture problems, which provides solid reference data for the virtual model's training and verification. The PFM application to dynamic elasto-plastic fracture problems is validated in two practical engineering examples. The integrated virtual modelling technique is then proven capable of instantly providing precise crack propagation prediction under multiple complex uncertainties, making up-to-date numerical dynamic fracture simulation achievable and affordable. The proposed PFVM method can minimize the contradiction between accurate modelling and high computational cost and can be utilized in various extensions like sensitivity analysis or design optimization.

The grout injection forms a compacted backfill in the separation chamber, and most of the grouting water seeps into the overburden pores. The initial saturation of overlying rock has been found to affect the seepage distribution of effluent in overlying rock. In the actual grouting process, the flow direction of grouting water in overlying rock and the initial saturation of overlying rock may affect whether the bled water will leak to the working face. In order to investigate the influence of initial saturation on the seepage law of isolated overburden grout injection, the present paper studies the saturation change process of bled water seepage at three different initial saturations (Sr = 29%, 51%, 73%). The water leakage of the working face was monitored with the self-developed 3D visual simulation experimental system, without considering the overlying rock of the injection layer. The results show that the bled water flows mainly in the horizontal direction, and the horizontal seepage velocity is about 10 times the vertical seepage velocity. The higher the initial saturation of the overburden, the larger the seepage range of the overburden, and the closer the seepage boundary is to the working face, the easier the bled water will leak into the working face. Therefore, the grouting design and process control can be carried out better. When the thickness of the selected isolation layer is insufficient, the bled water may appear on the working face, so this problem can be improved by increasing the thickness of the isolation layer.

The pivotal petrophysical attribute of coal seams, i.e., their wettability, profoundly influences coal mining productivity and gas prevention/exploitation strategies within mines, stemming from intricate coal-water and coal-gas interactions. To reveal the intricacies of the surface wettabilities of the macroscopic components of coal, an in-depth study, including microscopic characterization, proximate analysis, contact angle measurements, coal facies analysis, and permeability-stress correlation analysis under both dry and wet states, was conducted on high-rank coal samples from the Qinshui Coalfield in North China. The key findings revealed the occurrence of a sequential decrease in the contact angle and thus enhancement of the wettability from the vitrain to clarain to durain coal components based on tests conducted using distilled water on high-rank coal surfaces. This wettability enhancement was positively correlated with the coal ash yield and mineral matter abundance. The spatial and vertical variations in the coal wettability were primarily controlled by the historical evolution of the peat swamp environment. Notably, the contact angle measurements utilizing coal fine tablets exhibited greater sensitivity compared to polished sections, bolstering the scientific rigor and precision of the wettability assessments. Furthermore, as the effective stress intensifies, the permeability of the coal cores composed of macro-components (durain, vitrain, and clarain) decreased exponentially due to the spontaneous imbibition capability. This comprehensive study provides a reference for the optimal selection of water management strategies in coal mining operations, enhancing overall mining safety and profitability.