中国矿业大学学报杂志 北大期刊 CSCD期刊 统计源期刊

中国矿业大学学报 2017年第04期杂志 文档列表

深部煤炭化学开采技术679-691

摘要：为了探索地下煤炭开采技术革命的新方法,提出地下煤炭化学开采的基本概念,并将其归纳为3种化学开采方法,即地下气化、地下热解和生物溶解.首次提出了煤炭化学开采技术架构、工艺系统和需要突破的关键技术：1）地下煤炭盾构-气化协同工艺及装备系统,合成燃气用于整体煤气化联合循环（IGCC）发电及CO2埋藏的技术思路,地下气化污染物抑制及稳定产气控制方法;2）基于聚光太阳能供热和干热岩集热供热的地下煤炭原位干馏技术,基于电磁感应加热和微波辐射加热的地下煤炭原位热解技术;3）基于微生物溶煤的地下煤炭原位生物开采技术.国内外研究表明：与传统井工煤矿生产和发电系统相比,煤炭地下气化的投资降低60%,生产成本降低70%,煤炭资源回采率提高到95%,土地复耕成本降低80%;发电热效率提高50%,发电成本约为0.15元/（kW·h）.可以预见,化学开采将成为高回收、低损害、超低排放、零死亡的煤炭开发技术革命的新方向.

应变型岩爆物理模拟实验过程的温度特征692-698

摘要：利用红外热成像技术对花岗岩室内岩爆模拟过程中卸载面的温度场演变进行了实验研究.岩爆实验共进行了5次循环加卸载,其中,第1次卸载后的红外辐射平均温度相比于实验前有所下降.实验结果表明：在应变能累积阶段,红外辐射平均温度随应力增加而升高.在损伤演化阶段,伴随有裂纹的开展,这个过程会使岩体的局部温度小幅升高.在弹射阶段,岩体局部温度的增幅大于损伤演化阶段.岩爆模拟过程中裂纹的扩展产生的局部温度增幅要远大于发生弹射的局部温度增幅.通过利用红外热成像技术能够量测到岩爆实验过程中试样表面的裂纹扩展过程并建立温度增幅与裂纹长度的定量关系.

远源/次生油气藏形成与分布的研究进展和展望699-714

摘要：寻找高效优质储量,实施低成本高效益勘探开发,是低油价背景下的战略抉择.本文立足于项目自主研究、油气勘探生产跟踪和国内外发展态势分析,以突出高效优质资源形成与分布规律为研究重点,结合油气勘探实践,针对中国陆上断陷、坳陷、前陆和克拉通4大类原型盆地,包括松辽、渤海湾、鄂尔多斯、准噶尔、塔里木、柴达木等7大主要盆地,以及酒泉、江汉、南方等5个中小盆地中的68个远源/次生油气藏,开展了油气藏地质特点、成藏条件、资源潜力、分布规律和勘探前景分析.明确了远源/次生油气藏埋藏浅、物性好、产能高、建产快、动用程度高,属典型高效优质资源,是近期低成本高效益勘探开发的重要领域.剖析了我国远源/次生油气藏形成的4个有利地质条件,指出我国次生油气藏分布范围广,资源规模大,勘探前景好.明确了我国准噶尔盆地中浅层、鄂尔多斯盆地侏罗系、塔里木盆地塔中和塔东、渤海湾盆地新近系、松辽盆地黑帝庙油层等是中国陆上大型远源/次生油气藏规模有利聚集区,其中凸起区、斜坡带和晚期复杂断裂带是远源/次生油气藏富集带,油气藏类型主要是岩性、地层油气藏和低幅度构造油气藏.本文为加强我国远源/次生型高效优质资源研究,实现低成本高效益勘探开发提供借鉴和参考.

矿井闭坑的理论与技术框架715-729

摘要：随着闭坑矿井的数量增多,其带来的安全与环境问题日益突出,且闭坑矿井的大量地下空间可以考虑利用.定义了矿井全生命周期的概念,明确了＂矿井全生命周期采矿＂的内涵.分析了闭坑矿井的数量、特征以及地下空间的特点.提出了矿井闭坑的工程背景、科学问题、关键技术、实践等基本问题框架.探讨了闭坑矿井的评价标准和责任体系、采空区覆岩长期沉陷规律、采空区水、气与污染物质的多场耦合与迁移规律、地下空间长期稳定性评价标准、地下空间利用方法等理论问题.在此基础上,分析了矿井闭坑的长期安全监测与评价、长期环境监测与评价、开拓巷道空间利用、采空区利用、生态环境修复等关键技术问题.政府与矿山企业需转变闭坑理念,重视闭坑矿井带来的安全、环境问题,从矿井全生命周期对该问题进行思考;积极探索闭坑矿井长期安全和环境监测、评价、修复治理技术,进行闭坑矿井的地下空间利用评价,并最大限度研究地下空间利用方法.

三轴压缩煤样破坏规律及剪切强度参数的反演730-738

摘要：在提出了等效破裂角概念的基础上,采用正交分析理论,对煤样剪切破坏规律及其主要影响因素进行了分析.结果表明：煤样共有4种破裂形式,随着内摩擦角及围压的减小,易发生破坏的顺序依次为单剪破坏、共轭破裂、张剪破坏、延性破坏;煤样破坏角随着内摩擦角和围压的增大而减小,随着剪胀角的增大而增大;内摩擦角为45°时,均为单剪破坏,内摩擦角为15°时,均为延性破坏.采用峰值强度、等效破坏角、峰值轴向应变、峰值环向应变来反演煤样黏聚力和内摩擦角的方法可以获得单个煤样的力学参数,与实测相吻合,体现了煤样的离散特征.

防冲锚杆索的吸能原理研究739-747

摘要：针对冲击危险巷道对锚杆支护结构的特殊要求,基于六角管挤压摩擦吸能特性研发了由内置六角管衬里的吸能套筒、端部设有摩擦圆柱的螺纹钢锚杆、钢绞线锚索与锚杆尾部吸能装置组成的吸能防冲锚杆索.基于吸能套筒几何参数与变形特征分析,推导了套筒内半径、摩擦圆柱半径与六角管壁厚三者之间的相互配合关系.采用塑性弯曲理论结合数值模拟与室内试验方法,进行了六角管挤压变形过程的力学分析.结果表明：给定套筒内半径与六角管壁厚时,当摩擦圆柱半径小于临界半径时,摩擦圆柱对六角管起挤压摩擦作用,其阻力值随着摩擦圆柱的进入逐渐增大,摩擦圆柱全部进入后则为恒定值;当摩擦圆柱半径大于临界半径时,随着摩擦圆柱的进入外部套筒开始对挤压变形后的六角管提供径向压缩作用,阻力会显著增大;摩擦圆柱长度与吸能阻力呈线性关系.给出了平均吸能阻力为140kN时吸能套筒的具体结构参数及其防冲支护算例.

瓦斯水合物相平衡测定及分解热计算748-754

摘要：为探究瓦斯水合物相平衡条件及其分解热特征,利用瓦斯水合物相平衡实验装置结合图形法研究了CH4—N2—O2瓦斯混合气在纯水体系及TBAB（四丁基溴化铵,0.2mol/L）添加剂体系的水合物相平衡条件,将纯水体系下瓦斯水合物相平衡压强实验值与Chen-Guo模型计算值进行对比,基于Clausius-Clapeyron方程计算了瓦斯水合物分解热.结果表明：瓦斯水合物相平衡条件随着CH4浓度的升高变得更加温和,TBAB可显著改善瓦斯水合物相平衡条件,使水合物相-气相边界向高温低压区域转移;相同温度下,2种瓦斯混合气在纯水体系生成水合物的相平衡压强实验值均低于Chen-Guo模型计算值,相对误差分别为0.18,0.23;水合物分解热随着瓦斯中CH4浓度的升高而增大,TBAB体系瓦斯水合物分解热远大于纯水体系.

基于元胞自动机的集约化矿井调风模型分析与仿真755-761

摘要：针对高度集约化矿井采掘接替快,通风系统分支需风量变化频繁的现状,建立了分支风阻调节、风机变频调节及两者结合的自动化调节模型.以某矿局部通风系统为原型,分析确定了最小余数分支并对其风量进行监测,计算出关联分支的风量,实现对风网分支风量的全面监测判断.当某分支需风量变化时,在通风网络中建立元胞自动机模型,计算出最佳关联分支风阻的调节方案;将核定需风量代入风网进行迭代解算,反演计算出关联分支的调节风阻,通过风网解算超前验证预期的调节结果.根据分支核定的需风量迭代解算出风网总需风量,在风机特性曲线库中查找所需风机运行频率,实现调节过程的超前模拟.开发了通风系统关键分支需风量自动化调节软件,仿真验证了分支需风量变化时关联分支风阻、风机频率与两者结合调节方法的可行性.

机械力作用下煤结构破断CO释放规律及自燃预测指标修正方法762-768

摘要：为有效区分采煤过程中机械力作用下煤机械破断CO的产生规律和释放量,利用自制粉碎实验装置开展煤机械破断实验,实验从煤样质量、电机转速和粉碎气氛3个方面进行.结果表明：CO体积分数上升速率、出现时间及绝对产生量随煤样质量、电机转速增加而增加,空气气氛下煤样CO体积分数平均上升速率高于氮气气氛下煤样.在4min粉碎时间内,机械力破断煤结构产生CO绝对产生量与煤样量呈线性关系.基于实验结果,建立工作面落煤模型,并推导出落煤过程中因机械力破断煤结构产生CO体积分数计算公式,计算结果可作为预测指标修正值对煤自燃预测预报结果进行修正.

采动高应力区沿空掘巷锚杆破断机理769-775

摘要：针对皖北钱营孜煤矿3216沿空巷道实体煤侧顶板肩窝处锚杆尾部发生大面积破断现象,分析了断裂锚杆分布区域应力分布及塑性区发育特征,并结合锚杆尾部断裂的力学机理分析,探讨了锚杆破断的机理.根据3216沿空巷道应力分布特征,将其掘进期间分为3个阶段：上区段固定支承压力影响阶段、上区段支承压力未稳定阶段和稳定阶段,发现实体煤侧顶板肩窝处锚杆破断现象集中出现在矿压显现最为强烈的上区段支承压力未稳定阶段.结果表明：塑性区不断扩展是造成该处锚杆所受拉力增大的主要外因,巷道掘进期间的大变形导致钢带位移致使锚杆尾部应力集中,进而引起锚尾产生裂纹.随着实体煤侧顶板浅部围岩塑性区不断发育,锚杆荷载增大,导致旧裂纹扩展并断裂.

负压定点取样煤层瓦斯含量测定损失量推算方法776-782

摘要：为确定负压排渣定点取样过程的瓦斯损失量,采用自主研发的颗粒煤瓦斯负压-负压转常压解吸实验系统,选取义马矿区新安煤矿煤样,开展了不同吸附平衡压力、不同解吸负压及解吸时间的颗粒煤瓦斯负压-负压转常压解吸规律实验研究.结果表明：负压解吸段瓦斯累积解吸量随着解吸负压（绝对值）的升高及负压解吸时间的延长而增大,转为常压解吸后对应的瓦斯累积解吸量减小;实验煤样负压解吸初期（0~2min）瓦斯解吸规律及转为常压解吸后的常压解吸初期规律（0~10min）均可采用巴雷尔模型描述;基于提出的负压取样瓦斯损失量推算方法所得的推算值与实际损失量值最大误差为4.83%.

高温后含孔花岗岩拉伸力学特性试验研究783-791

摘要：为考察高温作用对岩石物理及力学特性的影响,对经历常温~900℃高温处理后花岗岩圆盘试样进行巴西试验,分析了高温后岩样的物理性质（如颜色、体积、质量和密度）变化,研究了力学性质（如荷载-位移曲线、拉伸强度和刚度）与温度关系,探讨了高温后花岗岩裂纹演化特征.试验结果表明,高温作用后花岗岩体积增大,而质量和密度减小.随着温度的升高,花岗岩试样峰后脆性减弱,延性增强,拉伸强度呈先增大后减小趋势.含孔试样拉伸强度低于完整岩样,而且降幅与孔洞分布倾角密切相关.水平和倾斜分布孔洞试样是由于中心孔边缘萌生的裂纹造成劈裂破坏,而竖直分布孔洞试样是由于3个孔洞边缘萌生的裂纹贯通导致最终破裂.

软岩巷道开挖-支护过程承载结构稳定性分析792-802

摘要：为研究软岩圆巷开挖面附近围岩在＂锚网喷＂支护后围岩力学承载结构的稳定性,依据围岩变形及受力特征,沿巷道径向依次将围岩划分为破裂区、软化区和弹性区,其中,＂锚网喷＂支护主要作用于破裂区中.基于统一屈服准则、增量型本构关系和软岩力学模型,得到了＂围岩-支护＂相互作用下的围岩应力和变形解.考虑切向应力和等效剪应力的集中以及围岩强度,将围岩力学承载结构由浅入深依次划分为＂弱-主-强＂结构.通过算例分析,可知围岩力学承载结构的承载范围和承载位移及其剪切应力,受锚杆支护间排距、软化模量和开挖空间效应等因素的影响.在工程实践中,基于＂围岩-支护＂力学承载结构理论,设计的＂锚网喷注＂支护方案能够提高围岩强度、降低软岩巷道变形量,保证了掘巷初期的稳定性.

磁化处理全尾砂料浆沉降规律及其参数优化803-808

摘要：为了降低全尾砂料浆的脱水浓缩成本、提高脱水浓缩效果,将磁处理技术引入到全尾砂料浆沉降中,并通过正交试验建立样本数据,运用GA-BP模型确定磁化全尾砂料浆的最佳磁化处理参数.试验研究显示：磁化全尾砂料浆沉降指标随着磁感应强度、磁化时间或料浆速度的增大均呈先增大后减小的趋势,并成非线性变化关系;适宜的磁化处理条件可以提高全尾砂料浆的沉降指标,全尾砂料浆最佳磁化絮凝沉降参数为磁感应强度0.192T、磁处理时间1.85min、料浆速度1.92m/s、PAC（聚合氯化铝）添加量28g/t,最大沉降速度约155cm/h,可节约PAC用量30.0%~42.5%.

致密砂岩储层物性特征及其控制因素——以松辽盆地大安地区白垩系泉头组四段为例809-819

摘要：为了阐明致密砂岩储层的物性特征及其控制因素,以松辽盆地大安地区白垩系泉头组四段致密砂岩为例,综合采用覆压孔渗测试、X衍射分析、恒速压汞测试及岩样显微观察等方法,系统研究了常规条件下和覆压条件下储层物性特征及孔、渗关系,分析了致密砂岩储层物性特征的控制因素,认为普遍致密背景下存在部分物性较好的＂甜点＂储层是致密砂岩储层的典型特征,沉积微相类型和孔喉结构特征是储层物性差异的主控因素.研究结果表明：孔隙度和渗透率在覆压条件与常规条件下的测量结果都近似呈线性变化关系,覆压条件下孔隙度损失比例约为5%,渗透率损失比例约为26%.常规条件下,致密砂岩储层的孔隙度分布范围为1.1%~13.5%,渗透率分布范围为0.01~16.00mD,孔渗关系表现为＂分段＂特征.考虑到不同地区砂岩的致密化成因、＂甜点＂储层发育程度及地质条件的复杂性等因素,建议将致密砂岩储层的物性上限定义为：90%样品的常规渗透率值小于1.00mD,并确定泉四段致密砂岩＂甜点＂储层的物性下限为：常规孔隙度值为7.5%,常规渗透率值为0.2mD.泉四段储层物性特征及其差异性是沉积作用和成岩作用的综合响应,强压实和多成分胶结是储层普遍致密的主控因素,沉积微相类型和不均衡溶解是储层物性差异的主控因素,孔喉结构特征是渗透性好坏的关键影响因素.

西湖凹陷中央反转构造带花港组储层物性演化820-829

摘要：为了阐明西湖凹陷中央反转构造带花港组储层物性演化规律,以南部和中部地区花港组为研究对象,依据铸体薄片、扫描电镜、X-衍射、高压压汞、镜质体反射率等手段,以储层物性和储盖组合研究为基础,结合埋藏史恢复,分析储层孔隙演化规律及其主控因素,认为不同储盖组合在埋藏史控制下经历不同的成岩演化过程,形成现今的储层特征.研究结果表明：南部地区远离早期沉降中心,缓慢沉降期原生孔隙保存,快速沉降期和构造抬升期溶蚀发育,稳定沉降期发育少量晚期胶结,压实损失孔隙度（Ф（COM））、胶结损失孔隙度（Ф（CEM））和溶蚀增加孔隙度（Ф（DIS））分别为20.86%,7.65%和7.78%,相对浅埋及半开放成岩环境形成相对弱压实、弱胶结和强溶蚀常规-低渗储层;中部地区靠近早期沉降中心,缓慢沉降期压实较强,快速沉降期有利的储盖组合形成的欠压实超压抑制压实,构造抬升期发育不同程度溶蚀,稳定沉降期发育晚期胶结,花港组上段Ф（COM）,Ф（CEM）和Ф（DIS）分别为21.82%,9.01%和5.64%,花港组下段Ф（COM）,Ф（CEM）和Ф（DIS）分别为23.84%,9.05%和4.50%,相对深埋及封闭成岩环境形成相对强压实、强胶结和弱溶蚀的花港组上段低渗-致密储层和花港组下段致密储层.

煤层气产出水的地球化学意义——以贵州松河区块开发试验井为例830-837

摘要：以贵州松河区块煤层气井产出水跟踪测试数据为依据,系统研究了该区产出水化学特征及其地质意义.认为煤层气井产出水地球化学性质与产能之间关系密切,可用产能响应指数来反映煤层气井的产能水平.研究结果表明：煤层气井产出水Na~＋和HCO3~-含量高,Ca~（2＋）,Mg~（2＋）和SO4~（2-）含量低,是煤层气藏富集的表现.特征离子K~＋和Cl~-异常高,随排采时间的增加逐渐减小,暗示产出水受到了压裂液的污染,δD偏重,表现出明显的D漂移特征,则是煤层水的典型特征,总体指示产出水具有煤层水混合压裂液的特征.Na~＋,K~＋,Cl~-在井网空间分布表现出低部位为高值,分别在3g/L,160mg/L,5g/L以上,高部位为低值,分别在2g/L,100mg/L,3g/L左右,是高部位水往低部位运移的结果,而HCO3~-表现出高部位值大,在900mg/L左右,低部位值小,在600mg/L左右,推测为低部位CO2向高部位运移的结果,存在＂气水分异＂现象.

华庆地区长8原油含氮化合物及运移研究838-845

摘要：为了认识华庆地区长8油层组原油成藏过程,首次应用含氮化合物组成,结合该油层组剩余压力和流体包裹体特征,研究了原油充注点和运移方向、原油充注的动力特征、期次和时间,认为华庆地区长8油层组原油中咔唑类化合物的运移分馏效应显著,储层包裹体均一温度分布特征反映原油经历了3次运移期和充注期.研究结果表明：在横向上,原油样品中咔唑类化合物的绝对含量由南向北和由东向西减小,而咔唑类化合物异构体比值则由南向北和由东向西增加,反映了长8原油具有2个充注点和运移方向,即从研究区南部和东部充注,向北部和西部方向运移;在纵向上,从长7至长8、长10油层组,咔唑类化合物的绝对含量逐渐减小,而咔唑类化合物异构体比值则逐渐增大,反映了原油由上向下运移,即从长7油层组向长8运移.华庆地区长8原油这种充注点和运移方向与长7油层组和长8油层组之间的剩余压力差以及长8油层组剩余压力分布特征相一致.储层包裹体均一温度分布表现为3个显著的主峰温度,即80℃,100℃和120~130℃.根据盆地埋藏史和热史,推测原油注入长8储集层的地质时间为侏罗世末期-早白垩世晚期.