晚古生代煤田水文地质特征与防治水理论及技术
摘要：世界煤矿突水量前5位都发生在中国华北,其水源为石炭-二叠系煤系底板的奥陶系石灰岩岩溶水,突水造成的直接经济损失位列中国煤矿各类事故之首.为了探讨其原因,通过调研,比较了中国与国外晚古生代大煤田煤矿开采防治水的难易程度和防治水技术方法,结论主要包括：1）中国华北、华南及俄罗斯的莫斯科近郊煤田（石炭-二叠系）在世界晚古生代煤田中矿井水文地质条件最为复杂,均受岩溶水威胁,防治水难度大;其余大煤田煤矿开采主要受煤系裂隙水影响,防治水难度相对较小;2）中国煤矿水文地质条件复杂的主要原因是板内构造变形剧烈、构造地质条件复杂,煤层顶底板近距离内即有厚度大且强岩溶化的富含水层,断层、陷落柱和暗河等导水通道多且规模大,而世界其他大煤田和含煤区则处于地盾等构造稳定区域,埋藏封闭条件好、构造简单、断层稀少,煤层顶底板没有较富含水层或很厚的隔水层;3）国外煤矿防治水方法以疏干开采为主,对条件较复杂的区块采取弃采和暂不采的方式,中国以带压、限压、疏降等多种方法并用,对各种条件下的煤层均进行了开采;4）国外重点在疏降水与排水设备及其自动化控制技术上突出,中国以带压开采理论和隔水层加固、含水层改造技术见长.深部软岩巷道深-浅耦合全断面锚注支护研究
摘要：基于对深部软岩巷道变形和破裂特征的长期监测结果,提出了以＂中空注浆锚索和高强注浆锚杆＂为核心的新型深-浅耦合全断面锚注支护技术体系.借助渗流力学理论建立了深-浅耦合锚注浆液的渗流基本方程,并结合COMSOL软件模拟再现了浆液在围岩内的渗透扩散过程.结果表明：注浆锚索和注浆锚杆所注浆液使巷道浅部围岩形成完整的锚注加固圈,而注浆锚索同时使巷道深部围岩形成局部锚注加固体,两者协调耦合作用,形成互为支撑的承载体,完善了深-浅耦合全断面锚注支护的理论体系和加固作用机理.现场监测证明该支护体系有效地控制了巷道围岩的变形与破坏.煤层瓦斯流动模型简化计算误差分析
摘要：为定量分析煤层瓦斯流动模型简化求解所引起的误差,分别采用朗格缪尔方程与抛物线方程表示瓦斯含量,建立了两种煤层瓦斯单向流动数学模型（朗格缪尔式与抛物线式）,并利用克里钦夫斯基近似法得到了抛物线式模型的简化形式（克里钦夫式）.通过求解得到了3种数学模型下的煤壁瓦斯压力、含量分布的对比曲线和瓦斯比流量与时间关系的对比曲线,定量分析了抛物线式、克里钦夫式相比朗格缪尔式计算结果的相对误差.结果表明：抛物线式的计算误差较小;克里钦夫式则有较大的误差,在计算的初始时刻,克里钦夫式计算结果比朗格缪尔式大若干倍,并以较大的速率衰减,经较短时间后,克里钦夫式与朗格缪尔式的计算结果有相同的变化趋势,而前式的计算结果明显小于后式.采动影响下断层滑移失稳的动力学分析及数值模拟
摘要：为研究开采扰动下断层滑移失稳诱发冲击矿压的致灾条件,基于＂砌体梁＂理论分析了开采过程中断层围岩系统的受力状态和力学响应.首先推导了断层面正应力、剪应力的计算公式,进而得到断层滑移失稳与覆岩＂关键层＂的破断和采场的推进的关系;利用数值模拟计算比较了不同开采影响因素下的断层面位移场、应力场、速度场和能量场的响应规律.结果表明：断层滑移对采动影响具有不同的敏感性,断层带上剪切位移和应力分布受断层摩擦角、采深、断层位置和回采方式等影响较大;而受断层力学性质（诸如法向刚度、切向刚度等）影响较小.受采动覆岩演化高度影响,断层带上不同位置处的应力路径变化较大,临近断层处易出现滑移.最大滑移速度和震源参数与最大剪切位移呈正相关关系.无烟煤的压缩-扩容边界与瓦斯渗流相关性研究
摘要：采用体积应变增量给出了压缩-扩容边界条件,理论分析了压缩-扩容边界的应力空间形态,并通过不同围压下的三轴实验得到晋城无烟煤的压缩-扩容边界,研究了煤在压缩扩容过程中的瓦斯渗流变化.结果表明：在压缩阶段,试件的渗透率与有效应力曲线更符合公式K=K0[1-（σe/s）1/t]2;在扩容阶段,当围压较低时,渗透率与有效应力曲线符合二项式公式,当围压较高时,渗透率与有效应力曲线符合公式K=KC/D（1＋ce-dσe）.围压和瓦斯压力对压缩-扩容边界影响显著,初始围压的增大使压缩-扩容边界上的轴向应力增大,应力比增大,渗透率减小;而瓦斯压力的增大使压缩-扩容边界较早发生.现场测试验证了三轴渗流试验中压缩扩容与渗透率变化的一般规律.侧限压缩条件下充填体与岩柱相互作用机理
摘要：利用伺服实验机对不同配比充填体-岩柱进行侧限压缩实验,研究不同工况下岩柱的峰值强度、残余强度、峰值应变、破坏形式,以及充填体-岩柱的受压特性.结果表明：充填体-岩柱的承压过程主要分为岩柱试件承载阶段、岩柱试件的破坏阶段、充填体和岩柱共同承载直到破坏阶段、充填体和岩柱散体承压阶段.随着充填体强度的增大,岩柱的峰值强度、残余强度以及破坏时的轴向应变逐渐增大,同时岩柱的破坏形式逐渐由单轴压缩时的拉伸破坏向剪切破坏转化,而无充填体包裹的岩柱则主要发生单斜面剪切破坏.相比充填体-岩柱应力-应变曲线峰后的下降斜率,单岩柱破坏时表现出了更强的突变性.陷落柱突水三维大型模拟实验系统研制及应用
摘要：为了对陷落柱突水机理及防治技术研究提供实验技术支撑,开发出陷落柱突水三维大型模拟实验系统.通过力学实验和渗透性实验,配制出具有低强度和低渗透隔水层的相似材料,根据实验对象外形尺寸及受力情况,研制出与三维大型模拟实验配套的水压、围压、轴压控制系统和应力传感器.利用水溶性材料,设计出一种在三维密封条件下模拟巷道掘进及工作面回采的有效方法.结果表明：隔水层相似材料合理骨胶质量比为8∶1,胶结剂质量比为6∶1,水溶性材料合理配比为第3组,压力控制系统可提供压力范围为0.002~2.00MPa.以骆驼山煤矿陷落柱突水过程为模拟对象,验证了实验系统的可靠性.CFRP加固中（重）度劣化钢筋混凝土梁抗弯性能
摘要：通过对中度和重度劣化的钢筋混凝土梁黏贴碳纤维（CFRP）加固补强,研究混凝土劣化及钢筋锈蚀同时存在状况下加固梁正截面抗弯性能变化规律,探讨钢筋混凝土梁劣化程度、CFRP用量对加固效果的影响.结果表明：CFRP加固劣化梁正截面受弯时有CFRP拉断和CFRP黏结层剪断2种典型破坏模式;加载初期,加固梁承载力满足平截面假定,后期则不满足,且容易发生脆性破坏;位移延性系数μ_△随试验梁劣化程度增加而缓慢降低.破坏时,CFRP拉应变小于极限拉应变.结合试验结果和理论分析,有针对性地建立了与两类典型破坏模式相适应的加固梁正截面受弯承载力计算模型,分析了CFRP用量对加固效果的影响并提出了加固时机确定方法.凹形边坡圆弧滑动模式稳定性控制机理研究
摘要：为了研究凹形边坡出现圆弧滑坡破坏时的稳定性控制机理,明确边坡形状差异对边坡稳定性的影响,基于瑞典圆弧法对滑体进行三维条分,并将侧向土压力纳入力学分析,推导出了适用于凹形边坡圆弧滑坡的三维稳定性分析方法.根据凹形边坡几何结构及地质参数,分析了凹形边坡曲率半径及上、下部拱高对边坡稳定性的影响规律.结果表明：从平直边坡向凹形边坡的过渡阶段,稳定系数先增大后减小,当上部拱高为边坡高度的1.5倍时,可使边坡稳定系数达到最大;随着边坡高度的增加,凹形端帮相比平直端帮稳定性提升的幅度逐步减小,凹形边坡形式对稳定性的提升作用在边坡高度较低时体现得较为明显.浙西荷塘组页岩孔隙结构及分形特征研究
摘要：运用低温N2和CO2等温吸附、高压压汞及FE-SEM观察,采用分形几何原理,对浙西荷塘组页岩孔隙结构及分形特征进行研究,论述了孔隙结构对页岩储渗条件的影响,并揭示了孔隙结构的影响因素.结果表明：浙西荷塘组页岩矿物基质孔及裂缝孔属渗流孔,有机质孔属吸附孔,因有机质孔面孔率高,而矿物基质孔及裂缝孔面孔率低,使其利于吸附气的富集而欠缺游离气存储空间以及气体的渗流通道;荷塘组页岩孔隙结构大致可分为3类,由于与页岩气渗流密切相关的10010 000nm孔隙基本不发育,造成页岩气运移连通性与渗流条件明显较差.页岩孔径大于25nm的孔隙最具多样性,孔隙结构最复杂,425nm次之,24nm最简单.当孔径大于25nm时,孔隙结构复杂程度与TOC含量呈正相关关系,当孔径小于25nm时,呈负相关关系;孔隙结构复杂程度与黏土矿物含量均呈负相关关系,与脆性矿物含量均呈正相关关系.南堡凹陷不同相态天然气成因联系及勘探意义
摘要：查明南堡凹陷天然气复杂相态的成因联系,有利于本区天然气勘探成果的扩大.本文根据天然气地球化学特征、地层PVT及产能资料确定了地层条件下天然气相态类型及其分布特征,分析了天然气相态成因及相互关系;利用断接厚度和排替压力两项参数,从盖层宏观和微观封闭机理,分析了不同相态天然气的封闭下限,并以地球化学示踪的方法确定了天然气勘探方向.研究结果表明：南堡凹陷天然气的相态类型划分为溶解态的油溶气、游离态的气顶气和凝析气三大类,深层天然气以凝析气为主,中浅层天然气以气顶气和油溶气为主,并以两相共存的气顶气最容易被封闭,断接厚度为50~180m,盖层排替压力下限为1.5 MPa左右,深层凝析气形成的纯气藏次之,封闭条件要求最高的是只以单相油柱存在的油溶气.由于深层天然气相态以凝析气为主,封闭下限相对较低,并且浅层天然气发现了具有深源气的地球化学响应,反映了南堡凹陷深层天然气较大的资源潜力,故应加强滩海深层凝析气藏的勘探,并有望在陆上地区深层获得突破.太古界潜山内幕储层发育主控因素分析——以鲁西-济阳地区为例
摘要：为了建立太古界潜山内幕储层评价标准,综合运用露头、岩心及试油等资料,对济阳坳陷太古界内幕储层的发育特征及主控因素进行了研究,认为太古界内幕储层为典型的裂缝性储层,储层发育主控因素包括岩石矿物组成、潜山岩石构造与构造变形程度等3项.结果表明：受岩石矿物组成差异控制,混合二长花岗岩脆性系数可达0.84,而英云闪长岩,脆性系数仅为0.64.潜山岩石构造为内幕储层发育的重要影响因素,层状或似层状潜山构造更易于形成裂缝性储层,岩心破碎,取心收获率仅为50%左右,而块状构造岩心较完整,取心收获率通常在80%~100%.受构造改造程度控制,辽河坳陷太古界潜山裂缝发育要好于济阳坳陷,济阳坳陷内部东部要好于西部.通过对主控因素的级别定义和相互匹配,建立了济阳坳陷太古界潜山内幕储层的三端元评价标准,将太古界潜山内幕储层划分为3类,其中Ⅰ类储集性能最好,Ⅱ类次之,Ⅲ类最差.煤层气藏非均质性及其对气井产能的控制
摘要：为查明煤层气藏内部非均质性特征,基于煤层气井生产数据,对沁水盆地南部郑庄区块3#煤层气藏非均质性及其对气井产能的影响进行研究,发现研究区3#煤层气藏在裂隙系统、岩石骨架及内部流体赋存方面均存在显著的空间分布差异性,且煤层气井产能受小微褶曲构造密切控制,提出了煤层气藏非均质程度评价参数及方法.结果表明：裂隙方面,通过气井产水量分析得出煤储层裂隙系统发育优势方位受喜山期构造应力场控制表现为NNE及NW向,且靠近寺头断层带部位煤储层裂隙发育密度高;岩石骨架方面,研究区小微褶曲带煤层段水平主应力差大,煤岩受构造应力剪切破坏,储层骨架松软破碎,气井产粉严重;流体赋存方面,煤层气藏流体分异主要受小微构造形态及储层渗透性控制.按照气水比高低,将研究区划分为：富气富水区、富气贫水区、富水贫气区、贫水贫气区4个大类共6块,其中小微背斜（鼻状构造）轴部构造应力呈拉张状态,煤岩卸压膨胀甲烷气解吸逸散,煤层含气低含水高为富水贫气区,气井产能效果差;小微向斜（舟状构造）轴部构造应力挤压,煤岩收缩甲烷气吸附保存,煤层含气高含水低为富气贫水区,气井产能效果好.综合压降速率、解吸梯度、水平主应力差、含气量等参数构建气藏成熟度指标,并通过气藏成熟度分异系数定量表征煤层气藏空间非均质程度,据此可为煤层气靶区优选及后期煤层气井加密布署提供理论依据.页岩气超临界状态吸附模型及其地质意义
摘要：为了表征各类型页岩孔隙吸附机理,合理解释页岩气超临界吸附特征,建立了DubininAstakhov和Langmuir-Freundlich（简称D-A和L-F）超临界吸附模型.采用等温吸附实验、低温液氮吸附实验和压汞实验进行模型验证和页岩孔隙分布特征研究,进而依据D-A和L-F模型阐明页岩气超临界吸附特征及意义.结果表明：D-A和L-F模型能够同时表征超临界下微孔充填式吸附和中、大孔单层吸附机理,合理解释页岩气高压负吸附现象;基于吸附速率压力敏感性可将页岩吸附分为4个阶段,各阶段具有不同的地质意义;过剩吸附量与绝对吸附量差异随埋深增大愈为显著,绝对吸附量评价吸附气含量更符合实际;微孔吸附能力约为中、大孔的2倍;灰分和水分对吸附起负作用,且对各类型孔隙的影响程度相当.致密砂岩储层小尺度非均质性与石油富集特征
摘要：以鄂尔多斯盆地合水地区长6储层为例,运用岩心、扫描电镜、高压压汞、微-纳米CT技术,从毫米、微米和纳米3个尺度分析致密储层的非均质性,揭示致密砂岩储层小尺度非均质性对致密油富集的影响,明确了小尺度非均质性的特征及其对致密油富集的影响,确定了含油孔喉半径的下限.结果表明：致密储层毫米尺度下层理缝、块状层理与粒序层理发育,岩心内存在钙质胶结与大量的泥质条带.微米尺度下粒间孔隙（2~50μm）与微裂缝（50~300μm）发育,纳米尺度下粒内孔隙（50~500nm）发育.毫米尺度下,层理缝的发育导致致密油的局部富集.其中块状层理最有利于石油的富集,正韵律与中间突进韵律影响致密油的分布,钙质胶结与泥质条带不利于致密油的富集.微纳米尺度下,致密油主要发育在较大的条带状孔隙中,孤立的孔隙如果有微裂缝的沟通也有致密油的富集.致密储层的孔喉半径下限为50~80nm.基于Ricker子波的指数追踪地震信号分解算法
摘要：针对目前匹配追踪算法计算效率低的缺点,以Ricker子波作为母函数,提出了指数追踪地震信号分解算法.通过在地震振幅包络极值点处利用指数分布函数进行拟合,求取匹配子波峰值频率,然后利用阻尼最小二乘法求出匹配子波的复振幅,最终将地震信号分解为一系列匹配子波的线性组合.结果表明：相对于复数域快速匹配追踪算法,基于Ricker子波的指数追踪算法在保持地震数据分解精度的前提下,计算效率进一步提高;对于时间采样点数为201的地震剖面,指数追踪算法的计算效率是复数域快速匹配追踪算法的13倍;对于时间采样点数为1 501的地震剖面,计算效率是复数域快速匹配追踪算法的24倍.点坝建筑结构控渗流单元划分及剩余油分布研究
摘要：为了识别油田高含水期、3次采油阶段曲流河点坝砂体内部剩余油富集区,利用密闭取心井岩心及密集开发井测井资料,采用岩心观察、测井曲线交汇分析、建筑结构解剖等方法,对夹层遮挡性及剩余油分布进行了研究.提出了以微电位回返最低值和微梯度回返率作为夹层岩性判别标准;以夹层相邻砂体含油饱和度差对比值划分夹层遮挡性;以夹层遮挡性划分点坝砂体内部渗流单元.结果表明：夹层遮挡性分为4种类型,识别符合率达72%;渗流单元以完全阻流型夹层为界,平均由2~3个侧积体构成,其间以强限流型夹层相隔;点坝砂体内部剩余油分布受控于渗流单元,主要富集在未被钻遇的渗流单元中上部,渗流单元内部相邻夹层间砂体驱油效率受夹层遮挡性影响,呈高极差或低级差的正韵律,以此为挖潜点坝砂体内部剩余油奠定基础.影响因子修正的新型岩石损伤统计本构模型
摘要：建立能够体现岩石的初始损伤以及损伤部分仍能承受一定应力的新型岩石损伤模型.基于损伤演变过程提出新的损伤定义,将损伤部分分为损伤材料和因材料损伤而变化的微缺陷,提出损伤材料与因材料损伤而变化的微缺陷之间的影响因子γ,给出其确定方法,并研究其基本性质;通过岩石微观受力分析,建立岩石损伤模型;深入探讨岩石有效应力与名义应力的关系,引进岩石微元强度,服从对数正态分布,建立考虑损伤阈值影响的岩石损伤统计本构模型,并提出确定分布参数的方法.结果表明：该模型能够充分反映岩石损伤阈值的影响及应变软化特性,且参数物理意义明确,应用较为方便;与试验结果比较,本文模型理论曲线与试验曲线匹配度达87.2%,高于前人模型曲线的81.3%,说明该模型更为合理、可行.根据本文理论得出的损伤演化曲线符合S型曲线规律,能够很好地反映岩石压缩过程中的变形阶段划分.