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中国矿业大学学报 2018年第02期杂志 文档列表

静力拉伸下恒阻大变形锚索应变特征实验研究213-220

摘要：为了揭示恒阻大变形锚索在拉伸条件下恒阻器的变形规律,提高恒阻大变形锚索现场锚固效果,采用理论分析、室内实验以及现场实践相结合的方法,研究了恒阻大变形锚索的恒阻器作为锚固段时拉伸应变特征.实验结果表明:恒阻器的变形分为轴向、圆周方向、径向3个不同方向的变形,其中轴向变形的规律为压缩-回弹-再压缩变形;圆周方向的变形规律为拉伸-回弹变形;径向的变形规律为拉伸-压缩变形.现场实践表明:在南芬露天矿边坡安装监测点时,以恒阻器为锚固段,当恒阻器发生变形会影响现场的锚固效果,且减少锚索使用寿命.在巴东染坊边坡上安装监测点时,改变恒阻大变形锚索的锚固方式,取得良好的锚固效果.

厚煤层综放开采的降载减冲原理及其应用研究221-230

摘要：冲击矿压是典型的煤岩动力灾害之一,随开采强度增大,厚煤层的冲击频次更高、致灾程度更严重,因此,厚煤层开采冲击灾害防治是必须要解决的问题.综合采用调研、理论分析、数值模拟及工程实践等方法,研究厚煤层综放开采的降载减冲原理.结果表明:综放开采对采场和巷道围岩应力集中具有弱化作用;随采厚增加,综放开采的静载集中程度先快速降低再趋于稳定,动载扰动先缓慢增大再陡然台阶升高.综放开采在一定采厚范围内具有降载减冲效应.厚煤层防冲应优先选择综放采煤法,通过在合理范围内增加采厚来降低静载应力集中并通过实施断顶措施来弱化动载扰动.兴安矿和峻德矿的工程实践表明,综放开采相对于分层综采的冲击频次少、范围小、烈度轻,证实综放开采具有降载减冲作用.

煤与瓦斯突出能量预测模型及其在平煤矿区的应用231-239

摘要：为实现矿区突出能量的预测,从突出腔体周围卸压煤体出发,引入煤体当量半径,理论推导了突出能量预测模型,以平煤矿区为例对其部分矿井突出能量进行了预测,揭示矿区突出能量分布特征,并利用矿区突出点分布及突出强度对预测结果进行了验证.结果表明:平煤矿区突出腔体周围卸压煤体当量半径与抛出煤体当量半径之间呈现出较好的幂指数关系,即R=1.8886r0.935 1;单位体积煤体突出能量来源中,弹性能为瓦斯膨胀能的1.06.5倍,占总能量的52%87%,为突出的主要能源;地应力为突出能量预测的关键指标,为控制突出发生的主要因素;矿区突出能量与埋深呈现出较好的正线性相关关系;矿区东南部五矿突出能量较低,西北部八矿、十矿、十二矿突出能量较高.预测结果与矿区实际情况是一致的,证明了预测模型的可行性.

渗透水压下孔洞裂隙砂岩断裂破坏试验研究240-246

摘要：为研究渗透水压作用下裂隙岩石断裂破坏的力学机理,制作了含不同裂隙倾角的中心孔洞裂隙砂岩试件,研制了渗透水压加压装置,并结合声发射系统进行有渗透水压作用和无渗透水压作用的单轴压缩试验.研究结果表明:声发射特性揭示了试件加载过程中微裂隙压密、起裂、扩展和贯通破坏的4个阶段;渗透水压对试件的力学特性影响显著,试件的峰值强度明显低于无渗透水压作用的试件,降低程度最大超过20%,同时对应的峰值应变显著增加;渗透水压作用下的试件典型破坏特征随裂隙倾角的变化规律表现为:较小裂隙倾角[0°,30°)的试件破坏模式主要以拉伸破坏为主;裂隙倾角[30°,60°)的试件发生剪刀破坏;较大裂隙倾角[60°,75°]的试件更容易发生拉剪混合破坏.

N2和CO2对煤燃烧全过程灭火效能的对比研究247-256

摘要：为掌握N2和CO2防治煤燃烧全过程的不同效果,采用自主研制的煤自燃氧化程序升温和煤明火燃烧实验装置,分别对平煤八矿煤样进行了通入相同流量N2和CO2抑制煤低温氧化过程和熄灭煤明火燃烧过程实验,测定了煤低温氧化阶段的耗氧速率、CO和CH4产生率、煤有焰燃烧阶段的温度场温度、标志性气体（O2,CO和CH4）组分和热释放速率的变化规律.结果表明:相比于煤在纯空气条件下的燃烧,在煤低温氧化阶段,通入CO2时煤的耗氧速率、CO和CH4产生率比通入N2时更低;在煤有焰燃烧阶段,通入CO2时煤温上升速度、耗氧量、热释放速率以及CO和CH4产生量的下降速度比通入N2时更低;在煤阴燃熄灭阶段,通入CO2时煤温、CO和CH4产生量下降速度比通入N2时的更高,而通入CO2时的耗氧量和热释放速率比通入N2时的更低,说明CO2比N2具有更好的防治煤燃烧全过程的能力.

活性炭孔径分布对吸附CH4性能的影响257-263

摘要：为了分离和浓缩煤矿瓦斯中的CH4,以太西无烟煤为原料、水蒸气为活化介质,研究了在添加剂作用下工艺条件对活性炭孔隙结构及吸附CH4性能的影响.实验结果表明:影响CH4吸附量的关键因素是0.60.8nm孔的孔容大小,无论工艺条件如何变化,只要能提高该范围的孔容积,活性炭的CH4吸附量也随之增大.添加NH4Cl和KNO3时,活化程度（烧失率）、炭化终温、炭化升温速率、活化温度等工艺条件对活性炭的微孔率影响不大,微孔率均在91%左右,但对微孔分布有明显影响,NH4Cl和KNO3的添加有利于小微孔的生成,特别是有利于孔径0.60.8nm孔隙的形成,能有效提高活性炭CH4吸附量的增大.活性炭的烧失率过低或过高都不利于0.60.8nm孔隙的形成,适宜的烧失率为30%40%;较高的炭化升温速率不利于0.60.8nm之间孔容积的提高,适宜的炭化升温速率为35℃/min;过低或过高的炭化终温不利于0.60.8nm之间孔容积的提高,适宜的炭化终温为650℃;总体来说,活化温度的影响相对较小,适宜的活化温度为880℃.在最优条件下制备的活性炭CH4吸附量达到24.31mL/g.

超声波功率对煤体孔隙影响规律研究264-270

摘要：超声波激励致裂煤体有无污染、能耗低、效率高和能量集中等优点.功率对超声波的致裂效果影响显著,为了探究功率的影响规律,借助核磁共振和超声波波速检测装置研究不同功率条件下,煤体内部孔隙孔径、数量和渗透率的变化特征.实验表明:超声波致裂煤体时微孔隙和中孔隙逐步连通形成大孔或裂隙,大孔的数量增加,煤体的总体孔隙度和有效孔隙度都会明显增加,煤体渗透率增大.超声波功率越大,P波波速减小率越大,核磁共振的T2曲线峰值明显增大,且T2截止值的左移量越大.在相同的作用时间下,功率越大,煤体致裂效果越明显.此外,低功率对微孔的影响较为明显,而高功率作用前后大孔的变化更明显.

基于时程分析法的尾矿坝动力稳定性研究271-279

摘要：以云南省狮子山铜矿的大沙河尾矿库加高扩容工程为背景,为对其扩容前后坝体动力反应和稳定性进行系统研究和合理评估.采用动三轴试验,对库内3种尾矿(尾细砂、尾粉砂和尾粉土)的动强度和动模量与阻尼比进行了测试;综合运用时程分析法、剪应力对比法、有限元极限平衡法和软化模量法,对扩容前后尾矿坝的液化范围、安全系数和坝顶震陷等进行了定量分析,并对常规极限平衡法的局限性和适用条件进行了探讨.研究结果表明:1)尾矿的动剪应力比随围压的增大而有所降低,破坏时动孔隙水压力比随着破坏振次的增加而增大;2)在设置有效的排渗措施的情况下,尾矿坝的液化区域主要位于尾水覆盖区域表层;3)永久变形表现为坝坡上部沉降、下部向下游方向挤出的形式,且加高后坝顶震陷量和震陷率均有所增大.扩容后大沙河尾矿库坝体的动力稳定性有所降低,但仍能满足相关安全控制标准的要求.

冲击载荷对煤样表面裂纹扩展特征影响研究280-288

摘要：以型煤和原煤试样为研究对象,以自行研发的落锤式冲击加载试验装置、基于细观分析的微结构演化三维自动测控试验装置和煤岩表面微结构动态演化三维细观监测软件为主要研究设备,对冲击载荷作用下煤样表面裂纹扩展规律进行了试验研究.结果表明:冲击荷载使两类试样表面产生自上而下与冲击方向呈锐角分布的裂纹;表面裂纹形态呈锯齿状,且裂纹扩展遇坚硬颗粒时表现为穿晶与绕晶扩展模式相结合,并可能产生分岔,总体呈S型扩展;与型煤相比,原煤表面裂纹的变化频率、形态的粗糙度、分岔频率和穿晶扩展的比例均较低;随着冲击次数的增加,煤样表面裂纹宽度扩展表现为渐进式与突变式2种,表面裂纹扩展方向表现为随着冲击次数增加呈'高速变化-平缓发展-急速变化'3段式;坚硬颗粒阻碍煤岩表面裂纹扩展,原生裂隙对其具有双重作用,非均质性使其起裂位置和扩展路径具有很强的随机性;提出了1种表征煤岩表面裂纹扩展路径的函数;受相同作用后,原煤表面裂纹的分形维数大于型煤;随着冲击载荷增加,煤样表面裂纹分形维数呈减小趋势,各裂纹间分形维数的差异也逐渐减小.

锚土界面位移特征及其蠕变损伤耦合效应研究289-295

摘要：为了获得拉拔荷载作用下土锚结构加速蠕变破坏时间和时效损伤的传递特征,建立了能反映锚固结构蠕变三阶段变形特征的塑性加速元件模型,根据土锚结构蠕变位移的构成特点,对加速蠕变破坏时间、脱黏段范围相对剪切位移、锚固失效时锚固段的剪切位移、锚土界面时效损伤变量进行解析计算.结果表明:在逐级加载过程中锚土界面损伤具有明显的非线性损伤特征和加速蠕变位移,且损伤变量在锚固段顶端脱黏范围的损伤程度最大,而在锚固段底端损伤最小,同时随着时间的延续,损伤也逐渐增大,同时损伤加速的时间还与加速蠕变的时间较吻合.控制加载速率与极限拉拔力和减小锚固段顶端脱黏段范围的相对剪切位移,有助于土锚结构工程的时效稳定性.

海相页岩储层微观孔隙非均质性及其量化表征296-307

摘要：为加深储层微观非均质性影响页岩气赋存运移的认识,以渝东南地区五峰—龙马溪组页岩储层为例,采用场发射电子显微镜、压汞、液氮吸附等手段,在微观非均质性特征提炼总结的基础上,针对微观尺度下孔隙的非均质性特征展开进一步实验与理论研究.通过图像信息处理、结构参数遴选及分形分维建模等手段,总结了储层孔隙在成因类型、孔隙结构、孔隙网络及尺度差异上的非均质性特征,利用面孔率、变异系数、孔隙曲折度、分形分维值等评价参数,构建了页岩孔隙非均质性表征评价模型,进而实现了页岩储层孔隙非均质性特征的单样品定量评价与综合定量评价,认为页岩储层孔隙在孔隙发育特征及网络组合特征等方面存在的显著非均质性,控制着气体储集能力、渗流方向.研究结果表明:该储层孔隙非均质性强,发育有微米渗流网络、基质吸附-渗流孔隙网络、夹层或砂质纹层孔隙网络等不同孔隙网络,并控制着储层品质的优劣;渗流通道在定向性上存在的非均质性及吸附孔隙空间发育的微观不均一,成为影响该储层储集、释放性能的关键因素.综合评价分析认为,赋孔集中在有机质纳米孔(有机孔隙贡献度50%以上)、脆性矿物质量分数高于40%、孔隙曲折度小于40、具有微米渗流网络与基质吸附-渗流孔隙网络两种孔隙网络的组合类型(孔隙-微裂隙配置关系好)的储层有较好的储层物性和勘探开发潜力.

珠江口盆地陆丰凹陷文昌组构造-沉积演化模式308-322

摘要：构造演化与沉积充填的耦合关系一直是国内外陆相断陷湖盆的研究热点,也是制约油气高效勘探开发的基础地质问题.本文综合利用岩心、测井和三维地震资料,对珠江口盆地陆丰凹陷古近系文昌组构造演化、层序地层和沉积盆地充填过程及其关系进行了详细研究,并建立了该地区构造活动与沉积充填的演化模式.依据不整合面以及相对整合界面,断层位移和地层厚度特征,将陆丰凹陷文昌组自下而上划分为5套三级层序(分别命名为WSQ1,WSQ2,WSQ3,WSQ4和WSQ5),对应于湖盆初始断陷早期(WSQ1)、初始断陷晚期(WSQ2)、强烈断陷(WSQ3)和弱断陷(WSQ4,WSQ5)等4个构造演化阶段.响应于边界断层'微弱—弱—强—弱'的活动过程,陆丰凹陷南部地区沉积体系从混杂堆积的冲积环境,演变为大面积的缓坡带辫状河三角洲(达200km2)和浅湖沉积,和广泛的深湖泥岩及浊积扇沉积组合,最后盆地过补偿沉积长距离轴向供源的辫状河三角洲(推进距离可达18km).而陆丰凹陷北部地区整体构造沉降弱,断层位移量普遍小于100m,文昌组以发育辫状河三角洲、近源扇三角洲和浅湖沉积组合为特征,不发育厚层深湖沉积层序.研究结果表明:裂谷盆地的断层幕式或阶段性运动,是控制沉积充填垂向上旋回性变化的主要因素;相同构造阶段边界断层活动的强弱,是造成陆丰凹陷南、北地区层序和沉积发育样式差异的根本原因,因此在陆相断陷湖盆构造-沉积研究和烃源岩预测过程中要特别重视.发育厚层深水层序的陆丰凹陷南部地区是油气勘探的重点区带,初始断陷晚期沉积的大型缓坡带辫状河三角洲前缘砂体,上覆厚层优质烃源岩,是油气储集的有利相带;强烈断陷阶段发育的滑塌浊积扇,具备良好的生储盖条件,是未来岩性油气藏勘探的重点目标.

恢复不整合剥蚀厚度的旋回分析法323-331

摘要：剥蚀厚度恢复是盆地构造演化分析和油气成藏研究的重要内容,其结果对评价油气生成、运聚及保存具有重要指导意义.在总结前人提出的方法的优缺点基础上,提出基于波动理论的旋回分析法——以地质时期沉积速率的变化规律为研究对象,假定地层沉积速率随时间的变化可近似成正弦波动,且周期、波峰和波谷均满足线性渐变的规律,利用波动旋回的频谱分析手段得到剥蚀时期的沉积速率,将沉积速率对时间进行离散求和,得到地层的原始厚度,进而计算不整合的剥蚀厚度.以松辽盆地长岭断陷龙凤山地区为例,利用旋回分析法恢复了下白垩统登娄库组和营城组的剥蚀厚度,并利用自身检验法、泥岩声波时差法、包裹体均一温度法计算原始地层厚度和剥蚀厚度,其结果与旋回分析法的计算结果误差均在10%以内,验证了该方法的可行性和准确性.

致密油/页岩油富集模式及资源潜力——以黄骅坳陷沧东凹陷孔二段为例332-344

摘要：为了进一步明确黄骅坳陷沧东凹陷孔二段致密油和页岩油富集条件及资源潜力,基于铸体薄片、扫描电镜、地化数据及其他资料,利用沉积学、构造地质学和石油地质学的分析方法,阐述并建立孔二段致密油和页岩油的富集条件、控制因素和富集模式,采用小面元法和体积法评价出孔二段致密油和页岩油资源量.研究结果表明:1)黄骅坳陷沧东凹陷古近纪经历坳-断两期盆地叠置,导致沧东凹陷北部构造反转型-南部构造继承型差异构造演化;2)孔二段致密油和页岩油分布在构造反转型、继承型2类斜坡带和次级凹陷内成熟富有机质泥页岩附近,具有明显的'源控'、'储控'和'带控'特点,即成熟富Ⅰ型和Ⅱ型干酪根的泥页岩提供油气来源,致密砂岩和泥页岩储层提供油气储集空间,2类斜坡带、次级凹陷内成熟富有机质泥页岩控制页岩油的空间分布,而致密油分布受控于成熟富有机质泥页岩和构造活动双重因素;3)建立了以致密油和页岩油为核心的'源控'、'储控'和'带控'3种因素约束下的层区带油气富集模式;4)以孔二段层区带油气富集模式为指导,采用小面元法和体积法评价出孔二段致密油资源量为4.2×108 t和页岩油资源量为18.2×108 t.

东营凹陷南坡低渗透储层孔隙结构及有效性分析345-356

摘要：为了明确胜利油田低渗透砂岩孔隙结构特征及有效储层需满足的条件,选取东营凹陷南斜坡沙河街组三段(Es3)低渗透砂岩为研究对象,在分孔隙结构类型的基础上,利用压汞、氮气吸附与AutoScan等资料研究了不同孔隙结构类型的特征及储层有效性,认为低渗透砂岩储层有效性受孔径分布及最小孔径下限的约束.研究结果表明:低渗透砂岩孔径介于10010 000nm的大孔较发育,中孔表现为狭缝状的毛细孔,孔径主要集中在37nm,且平均孔径大,孔隙体积、比表面积较小;储层的有效性与孔隙分布的均匀性与集中程度关系密切,进而确定出Es3有效储层的大孔孔径下限约为160nm,且大于该孔径的孔隙占比为90%以上,对应的孔隙度与渗透率下限约为8.0%和0.10mD,这为今后低渗透砂岩储层流体识别及有效储量估算与开发提供参考.

基于DEA定量表征低渗透砂岩储层成岩相——以鄂尔多斯盆地演武地区延长组8~1段为例357-366

摘要：成岩相是控制储层质量的主要因素之一,成岩相的定量表征对储层区域评价和预测具有重要作用.本文以鄂尔多斯盆地演武地区延长组81段储层为研究对象,选择与岩石学特征参数、成岩作用强度和孔隙发育程度等相关的15个成岩相定量评价参数,利用数据包络分析法(DEA)定量表征成岩相;以研究区内各成岩相对应储层为表征单元,利用区内各成岩相的表征参数构成评价群体并确立数学模型,综合考虑影响成岩相定量表征的每个参数进行线性规划模型求解.研究结果表明:5种成岩相指数的分布区间分别为1.00~0.85,0.85~0.60,0.60~0.50,0.50~0.35,0.35~0,具有很好的区间对应关系,且成岩相指数与吸水强度呈现正相关,与剩余油饱和度呈现负相关.其中有利成岩相为绿泥石衬边弱溶蚀成岩相和不稳定组分溶蚀成岩相,指数在1.00~0.60,其孔喉配置关系相对较好,孔隙度主要分布在10%~17%,渗透率大体分布在0.50~10.00mD,驱油效率较高,剩余油饱和度较低.

断陷湖盆长轴缓坡辫状河三角洲前缘储层构型研究——以大港枣园油田枣南断块孔一段枣V油组为例367-379

摘要：利用大港油田枣南断块岩心、三维地震、测井及生产动态资料,综合应用层次分析、模式指导、动静结合的方法对断陷湖盆长轴缓坡辫状河三角洲前缘进行构型深入解剖,针对这类三角洲的前缘提出了按照近端、中端及远端三分的细分方案,明确了各相带内部沉积构型样式的特征与差异性,建立了精细的断陷湖盆长轴缓坡辫状河三角洲前缘沉积构型模式.研究结果表明:1)断陷盆地长轴端地形坡度较缓、物源充足、水体较浅、前缘亚相宽,根据前缘亚相水动力、水深条件,结合地下储层砂体厚度、砂体横向连通性、岩性分布特征等方面的差异将前缘分为近端、中端及远端3个相带;2)近端相带分流河道规模大、水动力强,水携沉积物充足,在其控制下形成大规模近连片分布的河口坝复合体,单一河口坝内又包含多个增生体,前积倾角约3.8°,坝内缘与坝外缘发育程度较低.近端分流河道多深切至河口坝底部并在其侧缘形成多个小型决口扇(岩性以泥、粉砂为主),河口坝内可形成增生体间泥质披覆夹层和决口扇泥质夹层;3)近端分流河道分汊后进入前缘中端,形成中等规模、呈串珠状排列的河口坝复合体,单一河口坝内可包含2~3期增生体,前积倾角为2.1°~2.6°,增生体的堆积方式包括顺源前积和侧积两种,堆积方式主要受控于分流河道水动力强度大小,增生体间发育前积或侧积的泥质披覆夹层;4)中端分流河道在远端进一步分汊,导致分流河道规模减小、水携沉积物粒度变细且分流河道频繁'摆动',远端河口坝规模较小、多孤立分布,顶部泥质披覆夹层将不同期河口坝完全分隔开.

页岩元素地球化学特征及古环境意义——以渝东南地区五峰—龙马溪组为例380-390

摘要：为了深入研究渝东南地区奥陶纪—志留纪黑色页岩垂向上沉积环境的精细变化,选取渝东南地区黔江1井对五峰—龙马溪组进行了系统采样并进行了详细的元素地球化学研究,认为LM1-LM3时期古海平面最高、古生产力最高和水体还原性最强,页岩的有机质含量最高,是页岩气勘探重点区域;页岩的古生产力、氧化还原条件等地球化学元素决定的指标仅影响富有机质页岩的厚度及品质,对页岩气产量有一定影响,但并非主要影响因素.研究结果表明:1)黔江地区五峰—龙马溪组页岩沉积于大陆边缘环境,陆源碎屑为主要物源,沉积成岩过程中局部受到热液活动和生物作用的影响;2)五峰—龙马溪组页岩沉积时期经历了五峰晚期(WF1—WF4顶部)海退和龙马溪组早期(LM1—WF3)海侵;3)黑色页岩总体形成于水体缺氧的环境,在五峰组(WF1—WF4)由于海退处于弱氧化环境,龙马溪组早期(LM1—LM3)由于海侵处于强还原条件,而在龙马溪组晚期由于水体变浅,水体还原性逐渐减弱;4)古生产力在龙马溪组早期(LM1—LM3)达到最大值,生物钡Ba(bio)质量分数达到1 025.43×10-6,向下和向上均有减小趋势;5)相同时段位于水下古隆起附近的黔江地区的古生产力、氧化还原条件、富有机质页岩厚度及品质均不如坳陷区的巫溪2井,水下古隆起对富有机质页岩沉积产生了不利影响,在该区进行勘探应格外谨慎.