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中国矿业大学学报 2016年第03期杂志 文档列表

煤层瓦斯抽采钻孔密封理论模型与工程技术研究433-439

摘要：瓦斯抽采浓度低是由孔内漏气和孔边裂隙漏气共同导致的,为分析钻孔漏气机理,基于多物理场耦合理论建立了考虑孔内漏气和孔边裂隙漏气的数学模型.采用COMSOL Multiphysics对其进行数值求解,结果表明采动影响区漏气裂隙的宽度越大,钻孔瓦斯抽采浓度衰减得越快,漏气裂隙特性是影响瓦斯抽采浓度的重要因素.为了保障封孔质量、增强瓦斯抽采效果,现代钻孔密封技术不仅要实现孔内密封,更要有效封堵钻孔周边煤岩体漏气裂隙,重点介绍了囊袋注浆封孔和二次封孔2种封堵裂隙的新技术及应用效果.

预制裂纹岩板破坏电位与电磁辐射特征的实验研究440-446

摘要：为了研究预制裂纹岩板破坏电位和电磁辐射变化规律,对不同裂纹倾角花岗岩板进行了不同加载速率单轴压缩实验.结果表明：预制裂纹岩板电位和电磁辐射随载荷的变化而变化,破坏前出现电磁辐射能量峰值和一定的电位峰值,电位和电磁辐射能量增量与变化率一般会出现突变;电位变化幅度及其破坏前均值与距离主破裂的位置有关;预制裂纹倾角越大,载荷峰值越小,其出现时间越早,电磁辐射能量峰值越靠近载荷峰值,破坏前电磁辐射能量均值越低;加载速率越大,电磁辐射能量超前破坏时间越短.电磁辐射能量与电位增量、变化率、标准差、均值、变异系数可以作为研究煤岩破坏前兆特征的指标.

采动影响下陷落柱的滞后突水机理研究447-454

摘要：为了研究陷落柱突水的滞后和突发特性,基于采动前后陷落柱的应力变化规律,通过自行设计的破碎岩体渗流试验系统进行陷落柱的破碎岩体渗透性试验,分析了应力集中状态下轴压对破碎岩体渗流特性的影响规律,阐述了破碎岩体二次破坏后的分维度变化规律及其对渗流的影响,研究了采动影响下陷落柱渗透率和启动压力梯度的变化规律.研究结果表明：在采动影响下,陷落柱经历原岩应力-应力集中-应力释放的变化过程,在此过程中其渗透率先减小后增大,而启动压力梯度先增大后减小;陷落柱突水的滞后性是由于采动影响下破碎岩体的压实作用、二次破坏造成的渗透率减小和颗粒运移形成的渗流衰减等因素共同引起的.

基于多元分布滞后模型的瓦斯浓度动态预测455-461

摘要：为实现对瓦斯浓度（体积分数）的准确预测,基于海量煤矿瓦斯监测数据和多元分布滞后模型（MDL）建立了多变量瓦斯浓度时间序列预测模型.基于惩罚最小二乘法和自回归的思想,提出了新的变量选择和定阶方法——Adjust Group最小绝对值压缩与选择（LASSO）方法.该方法以岭估计及局部二次近似迭代算法实现了预测模型的构建,通过有效选取具有解释性的自变量子集,提高模型的解释性,采用广义交叉检验准则（GCV）确定惩罚参数,并通过分组惩罚来实现变量筛选与滞后变量的定阶.结果表明：Adjust Group LASSO方法预测得到的残差平方和为0.433 0,具有较高的精度,能够较好的预测工作面瓦斯浓度的动态变化,与LASSO、最小角回归算法（LARS）以及其他瓦斯预测常用方法相比,大大提高了预测的准确性.

烟煤煤尘润湿性与无机矿物含量的关系研究462-468

摘要：为了研究我国主要产煤烟煤润湿特征,探究其所含无机矿物与煤尘润湿性之间的定量关系,选取具有代表性的2种煤质共8个煤样进行煤质灰分测定和液固界面动态接触角滴液系统测定实验,借助NICOLET-380傅立叶变换红外光谱仪和D/max2500PC型X-射线衍射仪,对样品煤尘表面主要含Si矿物代表基团特征和含量进行分析.结果表明：煤中无机物相组成特征是煤灰分增强烟煤润湿性的根本原因,即无机矿物中以石英为代表的原生矿物是提高煤尘亲水能力的最主要因素,其自身含量与润湿接触角呈线性关系,相关系数达0.855 68.

近浅埋大采高工作面关键层破断规律研究469-474

摘要：以三道沟煤矿大采高综采工作面地质条件为原型,进行了相似材料物理模型实验研究.通过百分表、全站仪以及底板压力传感器构建实验的覆岩移动的监测系统和方法.结果表明：主关键层破断距与亚关键层破断距不成整数倍关系时,主关键层破断前,采场矿压显现较为平均,相邻周期来压间动载系数基本在1.40左右;主关键层破断后,由于主、亚关键层周期性协同破断的影响,矿压显现呈现大小交替变化,且来压步距与矿压显现强度呈现相反的规律,具体表现为：大周期来压时动载系数平均为1.61,来压步距集中在12~20 m;小周期来压时动载系数平均为1.39,来压步距集中在20~28m.

第35届国际采矿岩层控制会议474-474

摘要：国际采矿岩层控制会议（International Conference on Ground Control in Mining,简称ICGCM）由美国工程院院士Syd S.Peng教授创办.自1981年在美国举办以来,至今已成功举办34届,第35届会议将于2016年7月26-28日在美国西弗吉尼亚州摩根顿举行.为了便于我国学者与国际采矿岩层控制相关领域的专家学者进行广泛交流,提升我国在采矿岩层控制领域的研究水平和国际影响力,经与ICGCM组委会协商,将在中国举办＂第35届国际采矿岩层控制会议（2016’中国）＂,

浅埋采空区垮落岩体碎胀特性研究475-482

摘要：基于岩石碎胀特性对浅埋采空区垮落岩体空隙储水工程的重要意义,采用理论分析、数学建模与现场应用相结合的方法,对神东矿区某矿32302工作面采空区垮落岩体应力变化与碎胀系数分布规律进行研究.分析覆岩＂两带＂结构特征,划分采空区垮落岩体应力和碎胀系数分区.根据悬臂梁及弹性地基梁理论,推导各分区垮落岩体应力变化公式,建立碎胀系数分布模型,并利用岩石压实实验进行验证.应用数学模型计算32302工作面采空区垮落岩体空隙储水体积为5 700 651.68m3,与岩移法估算结果较为接近,误差仅为7.14%.结果表明：针对浅埋煤层赋存条件,运用数学方法分析采空区垮落岩体碎胀特性是可行的,促进岩石碎胀特性研究方法多元化发展,为浅埋采空区垮落岩体空隙储水量预测提供新的途径.

煤体压剪破裂震源模型及远场震动特征483-489

摘要：为了研究工作面煤体破裂造成的震动破坏效应,根据位错震源理论与动态断裂力学,建立了煤体压剪破裂震源模型,推导了煤体压剪破裂引起的震动位移场远场表达式.数值计算结果表明：随着煤体破裂速度的升高,远场P波、SH波和SV波的振幅逐渐增大.震动位移场远场空间分布特征显示P波分量主要集中在与破裂面成45°夹角的平面内,SH波和SV波分量主要集中在破裂面及其正交面内.在平行和垂直于破裂面的传播方向上,P波的衰减速度大于SH波和SV波且幅值小于SH波和SV波.工程实践中,需要注意防范P波对工作面巷帮造成层裂破坏和SH波、SV波对工作面两巷与顶底板结合处造成剪切破坏.

高位硬厚岩层弹性基础边界下破断规律的演化特征490-499

摘要：以某矿首采工作面上覆高位岩浆岩条件为背景,根据高位硬厚岩层的空间结构及边界基础特征,建立了高位硬厚岩层弹性基础支承下的Winkler基础正交梁力学模型,推导出高位硬厚岩层走向和倾向的弯矩及挠度表达式,得到了特征弯矩及其位置的计算式,分析了特征弯矩在工作面推进过程中的演化规律.研究表明：高位硬厚岩层在边界基础支承下,走向及倾向的最大弯矩和起始破断位置在采空区中部,具有边界基础变形效应.初次破断步距随工作面长度的增加呈现似＂W＂型变化趋势,并分为稳定、步距变化和步距稳定3个阶段;随弹性基础特征参数β的增大呈现单调递增的变化趋势.采用弹性基础正交梁理论可预测高位硬厚岩层的破断步距,并通过工程实例验证了考虑边界弹性基础变形效应是合理的.

基于矩张量P-T图的岩石单轴压缩破裂机理研究500-506

摘要：为揭示岩石单轴压缩试样的破裂机理,利用颗粒流理论（PFC）模拟岩石裂纹孕育、发展和贯通过程中产生的大量声发射数据,基于矩张量理论和P-T图法研究了岩石破裂各阶段中声发射事件的空间位置、矩震级、破裂类型、破裂方位、应力状态等破裂参数及其演变规律.结果表明：岩石破裂方位受试样形状和加载方向影响,主压应力分量主要位于加载方向附近±45°范围内,主张应力分量主要垂直于临空面,张拉破裂类型占主要成分.在微裂隙萌生和扩展阶段,声发射破裂类型主要为张拉破裂,其数量较少,能量较低;在应力峰值前后,岩石破裂向其他方位不断扩展,剪切破裂和混合破裂类型的声发射事件增多;单个剪切破裂比单个张拉破裂所释放的能量高.

岩石蠕变的热力学本构模型及应用分析507-513

摘要：通过建立一个基于非平衡态热力学的岩石黏-弹-塑性本构模型,用以分析岩石的蠕变变形和蠕变失稳问题.该模型不同于经典弹-塑性模型,从可逆、不可逆能量过程及能量的涨落出发,推导得到了可统一描述岩石黏-弹-塑性行为的本构关系,无需屈服面、流动法则等概念.它通过将应力划分为弹性应力和黏滞应力来描述岩石的黏-弹性行为,而通过耗散流和涨落运动的概念来描述岩石的黏-塑性行为.分析表明,该模型可以反映岩石在高围压下延性破坏、在低围压下脆性破坏的特征,同时也可较好地预测岩石的蠕变变形和蠕变失稳规律,并可较好地阐述其中的物理机制.

考虑倾角作用的斜井冻结壁厚度计算方法514-520

摘要：考虑斜井倾斜角对冻结壁荷载的影响,通过坐标变换获得了沿环向非均匀分布的法向荷载qr、环向剪切qrθ和轴向剪切荷载qrz3类斜井冻结壁边界荷载的分布表达式.考虑了深埋和浅埋情况,通过在平面非轴对称弹性问题中引入冻结壁整体受力平衡条件,建立了更符合实际的斜井冻结壁特殊荷载分布的力学模型,推导出弹性应力解;基于Mises屈服准则,以最大塑性区半径Rmax=0.8a＋0.2b为控制条件,给出了斜井冻结壁厚度的迭代计算方法.实例分析表明,在工程常见的井轴倾角α=10°~30°范围内,深、浅埋情况下冻结壁计算厚度随井轴倾角增大分别减小了21.6%和22.4%.浅埋情况下的斜井冻结壁厚度随埋深z增加近似线性增加,然而深埋情况下的斜井冻结壁厚度与自然拱高度h1相关,与埋深z无关.

基于核Fisher方法的致密储层含气性识别——以徐家围子断陷沙河子组为例521-526

摘要：储层含气性识别是该区致密砂砾岩气勘探亟需解决的关键问题.依据储层试气结果,以常规测井曲线和通过偶极子声波测井计算的岩石弹性参数作为储层含气性识别的技术资料,分别利用敏感曲线交会、主成分分析、多参数判别分析3种常用的线性方法和核Fisher非线性判别方法识别研究区储层含气性,通过对比不同方法的应用效果,优选出最适合研究区的储层含气性识别方法.研究结果表明：从技术资料角度,岩石弹性参数识别该区气层、差气层和干层的效果优于常规测井曲线的识别效果;从模型方法角度,非线性方法识别气层、差气层和干层的效果优于线性方法的识别效果;核Fisher方法最适合研究区储层含气性识别,经反复验证,基于常规测井曲线的核Fisher模型的符合率达到70.7%以上,基于岩石弹性参数的核Fisher模型的符合率达到81.7%以上.核Fisher非线性判别方法识别致密砂砾岩储层的含气性是可行的,该方法对其它地区也具有借鉴意义.

鄂尔多斯南缘下寒武统烃源岩的发现与意义527-534

摘要：对鄂尔多斯盆地深层寒武系有效烃源岩的发育进行研究.通过野外踏勘、地球化学采样分析等基础研究,在盆地南缘洛南地区的寒武系底部发现了一套高成熟烃源岩,其岩性为灰黑色碳质泥岩,厚约50m,TOC含量为0.46%~1.91%、均值为1.13%,有机质类型为Ⅰ型,等效镜质体反射率大于4%.该套烃源岩受控于晚前寒武纪末期扬子板块与华北板块裂离的大地构造背景,为台地边缘较深水沉积.结合地震及井点资料探讨了该套烃源岩在盆地内部存在的可能性.研究后认为,盆地南部沿西安-延安一带发育寒武纪坳拉槽,该套烃源岩在坳拉槽内极可能存在分布,对于鄂尔多斯台盆区深层天然气勘探具有重大意义.

中高渗油藏开发流体势对剩余油分布控制机理535-543

摘要：针对中国东部中高渗老油田开发中后期剩余油分布预测研究,采用受力分析、理论模型建立及实例研究的方法,对开发流体势控制的剩余油分布机理进行研究.以Hubbert流体势理论为基础,对已开发油藏流体进行受力分析,确定流体所具有的开发流体势能类型及地质意义,建立中高渗油藏不同开发阶段流体势理论模型,研发了开发流体势模拟软件,提出一种基于开发流体势场的剩余油表征方法.结果表明：不同类型开发流体势场对油水运动控制存在差异性,提出3类流体势低势区,即低位能、低压能及低界面能低势区,运用开发流体势原理对文33沙二下油藏进行实例解剖分析,提出3类低势区控制的剩余油富集区,即低位能低势区控制的＂阁楼型＂剩余油、低压能低势区控制的＂动态型＂剩余油和低界面能低势区控制的＂边缘型＂剩余油,相应低势区流体势分布为2.7×107~3.1×107 J/m3,有效预测了不同类型剩余油的空间分布.

南黄海北部白垩纪沉积物下的变质岩体演化544-552

摘要：为了揭示南黄海北部白垩纪沉积物下的地震反射异常体的地质属性和形成过程,进行了地震反射和重、磁反演等研究,结合区域地表地质研究成果,推测该异常体可能为三叠纪下扬子地块深俯冲阶段经历高压变质作用后被拆离折返的岩体,并在南北两大地块汇聚、碰撞造山过程中被推覆至南黄海北部的古生代地层之上.研究结果显示：异常体内部地震反射特征表现为杂乱和空白反射,局部存在发散结构;与上、下地层之间存在2~3个同相轴的较强—强反射;另外,该异常体也具有高层速度（6 000~6 500m/s）、高密度（〉2.7g/cm3）和中低磁化强度（-0.5A/m）等特征.通过海陆区域地质调查和类比,进一步揭示了该异常体和苏鲁三叠系高压变质地体具有时空上的一致性.这一发现为认识印支期东亚大陆碰撞和地质演化提供了参考.

走滑断裂端部破碎带发育特征及控藏作用——以方正断陷大罗密地区走滑断裂系为例553-561

摘要：断层端部破碎带是地下水、油气和含矿物热液等多种矿产资源勘探的有利目标区.按照次生断裂与主走滑断层端点的位置关系和形变性质,对方正断陷大罗密构造带走滑断层西南端的破碎带类型进行划分,通过几何特征分析,明确了破碎带形成时的区域应力状态,并结合油气分布规律,讨论了该区走滑断裂及破碎带的控藏作用,指出断层面优势运移路径与圈闭的空间配置是控制油气运聚的主要因素.研究结果表明：在区域右旋走滑作用控制下,走滑断层端部存在2种类型破碎带,一是端部西侧的应变伸展区发育正断层型破碎带,二是端部东侧的挤压区发育逆断层型破碎带,根据断裂展布特征,判断破碎带形成时最大水平压应力方向为N290°~300°.走滑断裂及其端部破碎带对油气成藏的控制作用总结为3个方面：走滑断裂及端部伴生断裂长期活动为油气运移提供输导通道,断层的断面脊部位是油气沿断裂运移的优势路径,与运移路径配置的断层下盘断背斜为油气富集场所.