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摘要:针对煤岩破坏前兆信号的有效性,开展了等效围压下的含瓦斯型煤加载试验,采集了加载破坏过程中的声发射信号,基于临界慢化原理计算了声发射计数-时间序列的方差和自相关系数,分析了煤样破坏的前兆信号.结果表明:等效围压下,含瓦斯煤在压缩破裂过程中,声发射累计计数随时间的响应经历了初始活跃期、稳定增长期、加速增长期和峰后衰减期;不同围压-孔隙压力下煤样压缩破裂声发射特征均存在临界慢化现象,声发射计数序列的方差和自相关系数在煤样破坏前均出现了增大并持续增加的趋势,可以作为煤样破坏的前兆信号.相比声发射累计计数所表征的前兆信号,缩短了前兆信号与破坏点之间的时间差,前兆信号对应的载荷也更接近试样所能承受的最大载荷,更加表明试样确实进入危险破裂阶段.
摘要:利用MTS815电液伺服试验机对两组砂岩试样进行了单轴分级循环加卸载试验,分析了分级循环加卸载应力-应变曲线特征和分级循环加卸载下岩石疲劳损伤演化过程,建立了循环加卸载条件下轴向应变与循环数目之间的理论模型,并推导了评价岩石损伤程度的损伤变量演化方程.结果表明:理论模型可以作为岩石循环加卸载条件下的破坏准则,试验结果与理论值之间相关度超过98%,同时,其逆函数可以实现对岩石疲劳寿命的预测;疲劳损伤演化方程可以衡量循环加卸载过程中疲劳损伤的发展水平;疲劳循环上限应力值是决定岩石疲劳寿命的关键因素,随着上限应力的提高,岩石的疲劳寿命呈现几何级数下降.
摘要:我国很多煤矿巷道受到临近陷落柱或地质构造影响.针对常村煤矿陷落柱附近-470南翼辅助运输巷底鼓严重的问题,根据弹塑性理论和Hoek-Brown准则,建立了陷落柱周围塑性破坏区力学模型,推导出陷落柱影响区巷道加固段长度计算公式.基于X射线衍射实验和朗肯土压力理论分析了陷落柱区巷道底鼓机理,提出了'适当加密锚杆+大直径高强锚索+钢筋网喷层+滞后高压注浆'的锚网喷注综合控制方案,并对其支护机理进行分析.工程实践表明,加固段长度的理论计算误差约为9.3%,巷道加强支护后底鼓量比原方案大约减小了70%~75%,实现了陷落柱影响区大断面膨胀性软岩巷道底鼓的有效控制.
摘要:为了深入分析高浓瓦斯井巷运移规律及其致灾特征,建立了灾害气体一维运移扩散模型,并设计了相似模拟实验验证模型的可靠性,分析灾害气体运移规律,结合开采实际参数,计算了瓦斯致灾的时间与距离.结果表明:位置一定时,气体体积量与体积分数峰值、增速呈正线性相关关系;气体量一定时,距离与体积分数峰值呈负线性相关关系;通过巷道各断面气体总量近似相等;风速为2.1m/s,巷道断面为16m~2,涌出瓦斯量为10 000m~3时,在0~466s时间段内距涌出源400m之内巷道存在危险;瓦斯体积量与致灾距离、时间之间分别符合二次多项式形式,矿井最大安全瓦斯涌出量为809.4m~3.
摘要:为探讨地质构造影响下回采工作面矿压规律,以任家庄矿11503大采高工作面为研究对象,利用基于GIS平台的空间剖面和包络面层面混合建模方法,构建了任家庄矿5#煤初采时11501和11503工作面的三维地质精细化数值模型.通过接口程序,将模型导入FLAC3D有限差分程序中,对11503工作面回采过程中矿压显现特征进行模拟分析.结果表明:基于GIS构建的三维精细化数值模型能有效分析回采工作面矿压显现受地质构造因素的影响;11503工作面靠近风巷60m范围内,受上工作面回采及本工作面背斜构造叠加影响明显.
摘要:基于喷嘴雾化特性测定实验装置,对4种应用效果较优的实心圆锥形雾场喷嘴在2~8MPa喷雾压力时的宏观及细观雾化特性进行了测定.结果表明:随着喷雾压力增大,喷嘴的宏观雾化特性雾化角不断减小、射程不断增大,细观雾化特性雾滴粒径不断减小,在雾场中,雾滴粒径随距喷嘴轴向距离的增大而增大,随距横截面中心距离的减小而增大.结合现场及实验结果,优选了适于中短距离、大面积降尘且雾滴粒径较小的喷嘴Ⅲ为采煤机外喷雾喷嘴,并进行了现场试验.结果表明:随着喷雾压力增大,各测点的粉尘浓度、全尘与呼尘降尘率差值均不断减小,降尘率不断增大,喷雾压力为8MPa时雾化降尘效果最优,全尘、呼尘降尘率平均值分别为81.82%,79.96%.
摘要:为考虑土拱效应对深基坑围护桩内力与变形的影响,以成都地区深基坑工程为依托,采用颗粒流数值计算方法,研究了深基坑开挖过程中土拱产生、发展的细观机理.然后,进一步深入研究了桩间距、桩半径、距径比、摩擦系数等因素对桩土相互作用力的影响.研究表明:随着桩土相互作用力的增大,土拱形成于两桩之间,拱高约为桩间距的0.5倍;考虑土拱效应的土压力计算值与实测值相符,相比朗肯土压力计算值偏小约14.9%;随着桩距径比的增加,桩土相互作用力逐渐减小,而桩间土受力线性增大;桩土相互作用力随摩擦系数增加而近似线性增大,摩擦系数提高0.5倍,桩土相互作用力约增大0.7倍.
摘要:为了研究硫酸盐环境下混凝土单轴受压应力-应变关系,对质量分数为10%的Na2SO4,10%的MgSO4溶液中干湿循环作用下的混凝土进行单轴受压试验,分析了硫酸盐溶液种类对混凝土峰值应力、峰值应变、弹性模量及应力-应变全曲线的影响,并对损伤层混凝土的力学性能进行分析.结果表明:混凝土应力-应变曲线随侵蚀时间增加呈现扁平,整体右移,硫酸镁溶液中侵蚀300d后损伤层应力-应变曲线上升段轻微上扬,并出现下凹现象.峰值应力在侵蚀前期下降缓慢,在侵蚀240d后快速下降;弹性模量呈现先增大,后降低趋势;峰值应变在侵蚀240d后快速增加,硫酸镁溶液中峰值应变增长较快.通过回归分析,建立了硫酸盐侵蚀与干湿循环作用下混凝土单轴受压应力-应变全曲线方程,并得到了损伤层混凝土应力-应变方程的确定方法.
摘要:阐明鄂尔多斯盆地东胜气田天然气地球化学特征并厘清其天然气成因及来源.基于该气田的6口井及前人已经发表的其它主要气田25口井天然气组分、碳等同位素特征,轻烃组分特征及实际地质背景,对该气田天然气地球化学特征及来源进行了较详细分析,认为东胜气田天然气具有与上古生界其它气田相似的成因,为典型的煤成气;该气田天然气组分、同位素及轻烃特征与其南部苏里格气区存在明显差异,该气田天然气主要来自于其下伏煤系并非来自于南部烃源岩.研究结果表明:东胜气田天然气以烷烃气为主,表现为干气,天然气中甲烷体积分数为93.69%93.96%,乙烷体积分数为3.57%3.71%,丙烷体积分数为0.85%0.92%,丁烷体积分数为0.21%0.37%;含少量非烃气体CO2和N2;烷烃气碳同位素具有正碳同位素系列,表现为原生特点;C7轻烃化合物表现为甲基环己烷优势,庚烷值及异庚烷值分布区间分别为14.3%16.0%和1.9%2.6%,结合碳同位素认为该气田为烃源岩成熟-高成熟过渡带阶段形成的天然气;天然气K1值[K1=(2-甲基己烷+2,3-二甲基戊烷)/(3-甲基己烷+2,4-二甲基戊烷)]为1.2.
摘要:综合利用薄片鉴定、氩离子抛光、聚焦双离子束扫描电镜、能谱、XRD、恒速压汞等技术手段,结合岩心观察,综合分析了准噶尔盆地吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组致密储层岩石学特征、物性特征、储集空间特征及其影响因素.认为储集空间特征受沉积作用、成岩作用、生烃作用及构造作用的共同控制,压实作用是导致储层致密化的主要原因,长石、岩屑和凝灰物质的溶蚀是形成'高孔高渗'储层的关键.研究结果表明:芦草沟组致密储层低成分和结构成熟度特点导致储层抗压能力弱,原生粒间孔空间变小,储层平均孔隙半径为124.5μm,平均喉道半径为0.3μm,平均孔喉半径比为339.1;生烃作用产生的有机酸导致次生溶孔发育,次生溶孔和原生粒间孔占总孔隙的80%以上;受沉积作用控制,储集空间类型组合由湖盆边缘的原生粒间孔+次生溶孔组合向湖盆中心的次生溶孔+原生粒间孔+晶间孔组合过渡;生烃产生的异常高压与构造作用可形成微裂缝,改善储层渗流能力.
摘要:为了揭示鄂尔多斯盆地石盒子组8段砂岩储层中长石异常分布及成因,在盆地尺度范围内,利用大量岩石薄片、阴极发光、扫描电镜分析手段,研究了储层岩石学特征及长石分布特征;并在此基础上,结合真实岩心酸溶蚀模拟实验、埋藏史、热史及成岩特征,探讨了长石异常分布的成因,认为长石的减少与成岩过程中溶蚀作用密切相关.研究结果表明:鄂尔多斯盆地腹部盒8段致密砂岩在成岩前存在大量长石(百分比平均为7.5%),而现今砂岩中低或无长石使得储层演化为具有'高成分成熟度'的石英砂岩和岩屑石英砂岩,这一现象与盆地周缘相对高长石含量形成明显的差异.现今长石的产状主要表现为完全溶蚀型,碳酸盐岩充填型及高岭石化型;地质历史时期长石的溶蚀需在高温条件下进行,而盒8段储层在溶蚀作用期叠加的一次热异常事件促使了上古生界煤系烃源岩的生烃作用,为长石的大量溶蚀提供了持续高温和酸性介质条件,使得在相对高热演化的腹部地区溶蚀作用强烈,储层中长石百分比小于1%,局部地区(苏里格地区)甚至为零,长石的大量溶蚀很好地改善了致密砂岩储集空间;而在热演化程度较低的边缘地区溶蚀作用较弱,长石保存相对较好,溶孔发育较少.对鄂尔多斯盆地砂岩储层中长石的异常分布研究有助于今后致密气甜点区的预测.
摘要:为了阐明致密砂岩中相对高渗储层发育的主控因素及分布规律,以陇东地区延长组长82致密砂岩为研究对象,以野外露头、岩心观察为基础,综合采用普通薄片、铸体薄片、扫描电镜、黏土矿物X衍射、物性分析、恒速压汞、微米-CT扫描、C-O同位素分析等多种测试手段,系统研究了储层的岩石学特征、孔隙结构和成岩作用特征,分析了长82储层差异致密化的成因和相对高渗储层的形成条件,认为致密储层主要发育在低能、薄层砂体中,储层压实作用强烈,压实作用使原始孔隙度大大降低,碳酸盐胶结、硅质胶结作用使储层物性进一步变差.三角洲前缘高能、厚层河道砂体是研究区相对高渗储层形成的优相基础,早期绿泥石环边胶结作用利于粒间孔隙的保存,是相对高渗储层原生孔隙保存的关键,长石溶蚀作用有助于相对高渗储层次生孔隙的形成.研究结果表明:陇东地区长82储层为低孔致密储层,孔隙度大多小于10%,渗透率小于1mD.长82低渗致密背景下发育相对高渗储层,高渗储层具有较低的塑性组分含量,绿泥石环边胶结物百分比一般小于7%;孔隙类型以绿泥石膜胶结残余粒间孔、溶孔为主,喉道半径大于1μm,孔喉连通性好.
摘要:阿克莫木气藏,柯克亚—柯东气藏天然气地化特征差异明显,天然气类型及气源岩一直存在争议.通过对塔西南坳陷山前带天然气稳定碳氢同位素及轻烃组成特征的分析,研究了天然气成因类型,并在此基础上,进行了气源对比,明确了气源岩类型.综合运用轻烃三角图版、稳定碳同位素图版、Mango参数、Whiticar图版及碳氢同位素图版,认为阿克莫木气藏为来自于下侏罗统的煤成气,柯克亚—柯东气藏为来自于石炭系及侏罗系混源成因的天然气.研究结果表明:阿克莫木气藏干燥系数接近1,δ13C1值为-24.2‰-23.3‰,是塔西南坳陷山前带最重的,为来源单一的煤成气;而柯克亚—柯东气藏干燥系数均小于0.90,且存在单项性碳同位素倒转,为混源成因的湿气.前者气源岩主要为下侏罗统康苏组,干酪根以Ⅲ型为主;后者气源岩为石炭系,同时混有侏罗系气源岩,干酪根以Ⅱ-Ⅲ型为主.阿克莫木气藏苯的体积分数高达31.10%37.38%,甲苯的体积分数为9.63%13.46%,天然气成熟度远大于柯克亚—柯东气藏.
摘要:为了提高沁水盆地南部煤层气压裂、排采技术适应性,采用数值模拟和动态分析方法,研究了压裂裂缝形态与产能的关系、不同排采阶段控制机理与要点、煤层气井产水特征及其对产气的影响,建立了复杂裂缝条件下产能分析方法、煤层可动水及外来水侵评价方法.认为地质条件及压裂工艺控制裂缝发育形态,在低渗煤层中形成一条高导流的压裂主裂缝至关重要.研究结果表明:在渗透率为0.1~1.0mD低渗煤层中形成一条高导流的主裂缝越长,产气效果越好.排采方面,单相水流阶段应以降低应力敏感伤害、扩大压降为主,该阶段排采时间6~10个月以上、降液速度2~5m/d、可动水排出30%以上、压降半径大于120m(已产生井间干扰)的井易高产;两相流初期上产阶段应控制好动液面、套压和气体瞬时流速,保证气、水稳定产出,降低不稳定流动造成的附加伤害.煤层气井产水特征、产水量大小及煤层中水的采出程度决定后期产气效果,而煤层中原始可动水量大小、外来水体规模及侵入程度控制产水量及压降,据此可指导排采管控.
摘要:查明下扬子古生界富有机质页岩的矿物组成特征,对页岩储层矿物组成影响页岩气储集、渗流运移和开采效果进行了研究.应用XRD、扫描电镜、低温液氮和储层敏感性实验系统分析了赣东北上震旦统皮园村组(Z2p)、下寒武统荷塘组(∈1h)和上二叠统乐平组(P3l)3套海相页岩的矿物组成特征.认为3套页岩样品黏土矿物中伊利石含量均占绝对优势,高岭石含量少,表明已经历晚成岩阶段;沉积环境为碱性水介质起控制作用的深水陆棚沉积环境,这种相对还原的沉积环境为页岩气藏的形成与演化提供了良好的沉积条件;3套页岩矿物脆性指数高,整体上具有良好的储层可改造性,有利于实施页岩气的压裂改造,与北美和国内上扬子地区相比,研究区为理想的页岩气重点勘探开发层位.研究结果表明:3套页岩矿物成分均以石英占主要优势(质量分数为46.73%64.81%),其次为黏土矿物,同时还普遍含有方解石、白云石、菱铁矿和黄铁矿等矿物;3套富有机质页岩的黏土矿物组成都以伊利石的质量分数为最高(74.58%87.00%),其次为伊/蒙间层矿物(6.44%20.58%).皮园村组、荷塘组、乐平组脆性指数平均值分别为67.35,77.90和48.95,易于压裂.矿物成分中石英主要影响宏孔的发育,有利于页岩气的渗流和运移,但黏土矿物控制微孔的发育并与孔隙度和渗透率呈负相关关系,有利于页岩气的保存但不利于渗流;皮园村组和荷塘组页岩储层敏感性不明显,乐平组具有中等偏弱速敏、中等偏强水敏和中等偏弱酸敏效应.理想的页岩气重点勘探开发层位次序可定为荷塘组>皮园村组>乐平组,页岩气开发工艺应根据其矿物组成的变化在不同区域分别对待.
摘要:以山西霍尔辛赫采集的煤样为研究对象,采用有机溶剂(CS2)、有机酸(CH3COOH)、无机酸(HCl)、强氧化剂(ClO2)分别对不同煤体结构煤进行溶剂改造实验,并借助于低温液氮吸附实验,探讨了溶剂改造下构造煤纳米级孔隙的变化规律,认为不同类型的溶剂作用促使不同煤体结构煤中的纳米级孔隙发生差异性变化,这种变化主要因溶剂改造下煤中小分子化合物、表面官能团以及矿物质的变化引起的.研究结果表明:随着煤体破坏程度的增加,各类溶剂的抽提(溶出)率均呈现出增大的趋势,且有机溶剂的抽提率要远大于无机溶剂的溶出率;不同溶剂作用后,煤的BET比表面积和BJH孔容显著增大.其中,有机溶剂作用下破坏程度较大的煤样开放孔数量大于破坏程度较小的煤样,而无机溶剂作用下仅在碎粒煤大孔径阶段开放孔数量明显增加;各类溶剂对煤样均具有一定的扩孔效果,特别是对小孔径段的扩孔效果最为明显.相比而言,有机酸、有机溶剂孔隙改造效果最为显著,无机酸、氧化剂不显著.
摘要:为探索新型煤基甲烷存储材料前驱体,采用碱活化法制备并酸化改性获得构造煤基/非构造煤基系列活性炭,借助低温氮吸附、红外光谱、Boehm滴定等技术表征了不同煤体结构原煤和煤基活性炭结构参数,并考察了孔隙结构和表面酸性基团对其甲烷吸附行为的影响。结果表明:构造煤基系列活性炭的比表面积和孔体积均大于相应非构造煤基,其甲烷吸附能力也相对较强;酸化改性作用使得活性炭表面主要酸性基团量增加,在改变其比表面积和孔体积的同时却明显抑制了甲烷吸附能力。鉴于酸性基团对煤基活性炭-甲烷吸附的抑制作用强于孔隙结构的促进作用,基于甲烷存储材料开发的构造煤基活性炭制备中应慎重引入酸性基团。