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中国矿业大学学报 2018年第06期杂志 文档列表

切顶成巷工作面矿压分区特征及其影响因素分析1157-1165

摘要：通过分析陕煤柠条塔煤矿切顶成巷开采试验工作面矿压数据,发现工作面矿压沿长度方向呈现出非对称分布特征,留巷侧的低压区范围较非留巷侧明显增大.通过FLAC3D数值模拟,同样得到工作面矿压沿长度方向呈现出中部高、两端低的非对称形态,其规律与现场数据基本一致.结果表明：切顶成巷开采工作面存在3个典型矿压分区,工作面中部为矿压强显现区（Ⅱ区）;工作面两侧为矿压弱显现区,其中留巷侧为Ⅰ区,另一侧为Ⅲ区;相较于Ⅲ区,Ⅰ区受顶板切缝和取消掘巷的影响,其低压范围增大,且局部应力集中现象消失.基于以上分析结果,提出无掘巷卸压效应和顶板切缝效应的概念,得出无超前掘巷和有顶板切缝是导致切顶成巷开采矿压分布发生变化的主要原因,两者均有利于减弱工作面留巷侧一定范围内矿山压力,降低围岩控制难度.

预应力锚索剪切力学特性试验研究1166-1174

摘要：为了在巷道围岩控制中防止锚索发生剪切破断,充分发挥锚索的优越性能,在锚索拉伸试验的基础上,建立了一套锚索双剪试验系统,对锚索的剪切力学特性进行试验研究.结果表明：预应力锚索的剪切破断为横向剪切与轴向拉伸共同作用的结果;锚索破断剪力峰值受砂浆试块强度、锚固方式、索体类型、预应力等因素的制约;砂浆试块强度降低,锚索剪力峰值升高;锚索加固节理初期剪切刚度显著大于后期剪切刚度;锚索的预应力越大,节理初期剪切刚度越高,而后期剪切刚度变化不明显;采用全长锚固锚索加固节理的初期剪切刚度优于张拉预紧未锚固锚索.基于试验结果提出了减少索体有害受力,避免锚索产生剪切破断的控制对策,对于保证巷道围岩支护强度,实现煤炭资源的安全开采具有重要意义.

急倾斜煤层水平分段综放顶板“倾倒-滑塌”破坏模式1175-1184

摘要：为揭示顶板破坏与移动规律,以江仓一号井11220工作面为工程背景,进行了顶板破坏相似模拟试验和UDEC数值计算,建立了顶板破断岩块倾倒力学模型,揭示了顶板上分段＂倾倒式＂和下分段＂滑塌式＂2种破坏模式,提出了顶板岩块＂破坏形态转变点＂的判别准则,定义了表征顶板破坏形态的滑-倾系数,讨论了顶板载荷和岩块厚度对＂滑-倾＂系数的影响.结果表明：随着顶煤的放出,顶板易悬空张裂而发生倾倒-滑塌破坏;随着开采水平的加深,上分段倾倒的顶板岩块作用在下分段顶板上,促进了下分段顶板的折断与倾倒,对采空区产生冲击载荷;随着顶板载荷和岩块厚度的增大,顶板更容易发生＂滑塌式＂破坏;随着顶板岩块高厚比的增加,顶板更容易发生＂倾倒式＂破坏.

采场覆岩垮落形态与演化的分布式光纤检测试验研究1185-1192

摘要：为了对煤矿上覆岩层变形破坏规律进行研究,将分布式光纤传感技术应用于三维立体模型试验.在3.6m×2.0m×2.0m的三维立体模型中,模拟2个工作面开挖,沿工作面1和2推进方向铺设水平分布式传感光纤,每次工作面完成回采后用NBX-6055应变分析仪采集数据,分析工作面1,2的传感光纤布里渊（Brillouin）频移值与上覆岩层变形破断的关系.结果表明：用布里渊频移平均变化度的概念可以对工作面1,2的上覆岩层来压情况进行判别;传感光纤布里渊频移曲线反映了上覆岩层变形的位置和程度,从而得出开挖过程中覆岩的采动影响范围及岩层垮落角;传感光纤测试数据比测管位移测试更加精确.

深部巷道钢管混凝土支架承载性能研究进展1193-1211

摘要：为掌握钢管混凝土支架承载性能的研究动态,从轴压构件、纯弯构件、偏压构件以及整体支架4个方面系统梳理了钢管混凝土支架承载性能室内试验、计算理论和数值研究的发展现状.在此基础上,详细分析了钢管混凝土支架的现场实践进展.最后,探讨了存在的不足及需要解决的若干关键技术问题.研究表明：支架承载性能研究较为系统,取得了较好的实践效果,初步形成了支架支护技术框架;通过在短柱承载力的基础上引入折减系数来计算支架整体承载力,但折减系数的取值依据不明确;除支架整体试验外,其他试验不能准确反映支架在巷道中的真实受力,后期应重点开展偏压承载试验;现有数值模拟方法不能有效揭示支架的破坏机制,套管接头以及材料间的界面模拟方法需要进一步研究;支架设计理论仍以实际经验为主,尚需考虑围岩、其他支护方式与支架之间的耦合作用机理,完善设计方法.

采动覆岩活动规律的“空-地”监测技术1212-1223

摘要：准确有效地掌握采动覆岩活动规律,已成为解决西部煤炭资源开发与生态环境损害矛盾的重要理论基础.本文围绕D-InSAR测量技术和氡气探测技术的工程应用两大方面对其国内外研究现状进行了概述,并指出了现有研究领域存在的不足之处.为此,从＂采动地表形变＋采动裂隙发育＂的整体角度出发,提出了一种将＂D-InSAR测量（空）＂与＂地表氡气监测（地）＂二者融合的监测方法,形成了＂空-地＂一体化动态监测技术体系.在此基础上,论述了开展采动覆岩活动规律的＂空-地＂监测研究的内涵及预期目标;分析了该研究方向需解决的关键科学问题,主要包括低相干条件下D-InSAR影像高精度配准、覆岩采动裂隙介质中氡气运移数理模型及＂采动地表形变-采动裂隙发育-工作面开采参数＂三者动态耦合关系.

环保型煤自燃阻化剂的阻化特性及机理研究1224-1232

摘要：为了研究环保型煤自燃阻化剂（EFI）对煤炭自燃的阻化特性和机理,采用热重/差热扫描-傅里叶红外光谱（TG/DSC-FTIR）联用技术测试在EFI作用下,煤自燃过程中质量、特征温度、热效应、气体产生量和活化能等参数的变化规律.结果表明：在煤体表面形成液膜从而隔绝氧气、蒸发吸热以及销毁煤氧化过程中的羟基（—OH）和羧基（—COOH）等活性基团是EFI抑制煤自燃的主要机理.添加EFI后的煤样,由于产生更加复杂的结构,加热过程中CO2,H2O和CO的释放与DSC曲线放热峰均出现双峰或三峰,且将原煤的起始放热温度提高20～30℃,脱水脱附吸热量增加4倍.EFI的添加能够促进煤样CO2和H2O的产生而抑制CO的产生,20%添加量的EFI将能够将单位质量煤样的放热量降低4 004J,而且将煤样燃烧的活化能提高60kJ/mol.

复合岩层变形及强度特性卸围压试验研究1233-1242

摘要：探索了复合岩层类岩石试样的制作方法,对不同倾角复合岩层试样进行了常规三轴加载和卸围压试验.基于卸围压试验结果,研究了卸载速率对复合岩层试样的极限承载强度和实时围压的影响规律,分析了层理面倾角与复合岩层试样强度变形参数之间的关系,揭示了复合岩层试样在加轴压卸围压过程中的变形破坏机理,讨论了不同卸载速率下复合岩层试样的破坏模式.得出初始围压为15MPa且在同一卸载速率下,θ=0°-90°试样的极限承载强度随层理面倾角的增加出现先降低后升高,最小值均发生在θ=60°试样.θ=0°试样在卸载速率逐渐增加时,破坏模式从与弱面交叉的剪切破坏逐渐转变成与弱面交叉的拉伸破坏;θ=15°-30°试样均为与弱面交叉的拉伸破坏;θ=45°-75°试样均为沿节理面滑移破坏;θ=90°试样均为与弱面交叉的剪切破坏.

表贴式光纤光栅锚杆应变感知机理与应用研究1243-1251

摘要：自主设计一种光纤布拉格光栅（fiber Bragg grating,FBG）测力锚杆,基于线黏弹性黏结剂对剪切应变传递的影响,将黏结层简化为标准线性固体模型,建立光纤光栅剪切应变传递的力学分析模型,得到表贴式FBG传感器准静态应变传递关系,结合光纤光栅对轴向应变的敏感特性,推导出FBG测力锚杆光力转换方程,设计3组锚杆单轴拉伸试验验证了方程的正确性.研究结果表明：电阻应变仪测量的应变值和根据转换方程计算得到的FBG测力锚杆测量的应变值呈正比例关系,比例系数分别为1.099 69,0.976 74,1.017 35,相关系数达0.993以上.在阳煤一矿81303回风巷中构建了锚杆杆身轴力分布的光纤光栅监测系统,成功监测井下巷道锚杆杆身受力情况.

湖相泥页岩不同赋存状态油定量对比——以渤海湾盆地东营凹陷页岩油探井取心段为例1252-1263

摘要：为探讨东营凹陷洼陷区湖相泥页岩的页岩油勘探前景,利用多温阶热释法结合常规热解法,对各洼陷区页岩油探井取心段以及沾化凹陷新义深9井获商业页岩油油流层段的典型样品,开展了不同赋存状态油定量对比研究,认为东营凹陷洼陷区沙三下—沙四上湖相泥页岩具有页岩油潜力,具备获工业页岩油油流的游离油丰度基础.研究结果表明：东营凹陷樊页1、牛页1和利页1取心段沙三下—沙四上湖相泥页岩典型样品的轻烃校正后游离油S1-1、游离油S1-2以及总游离油均值均以利页1井最高（显著高于新义深9井出油层段）,次为牛页1井（与新义深9井出油层段相当）,樊页1井最低（明显低于新义深9井出油层段）;3口页岩油探井取心段滞留油均以游离态赋存的油为主,其中轻烃校正后游离油S1-1均值分别占总油均值的21.28%,21.22%,24.32%,如果对牛页1和利页1井取心段实施有效的压裂改造,应可获得较好的页岩油产能,具有较好的页岩油勘探前景.

基于测井岩石物理相识别的低渗透储层评价方法——以东营凹陷高青地区蒙阴组上段为例1264-1275

摘要：东营凹陷高青地区侏罗系蒙阴组上段低渗透储层成因机制复杂,同一微相砂体内部岩石物理性质非均质性强,运用常规的评价方法难以对其进行有效评价和预测.本文从低渗透储层成因角度出发,综合运用钻、测井及薄片分析等资料,开展储层沉积岩石相和成岩储集相研究,并以取心层段实测的物性数据和孔隙结构参数为约束,综合划分出5种岩石物理相类型,在此基础上提出了在监督模式下利用自组织神经网络神经元竞争学习、相互监督的方式充分挖掘岩石物理相的测井响应信息,进行测井岩石物理相的识别及预测的方法.研究结果表明：以取心层段岩石物理相划分结果作为学习样本,并采用LDA算法对测井曲线输入样本降维优选,进行测井岩石物理相的识别准确率平均为84%.基于单井测井岩石物理相识别结果,对蒙阴组上段储层进行了综合评价——PF1,PF2和PF3类岩石物理相次生孔隙发育,排驱压力介于0.02-0.20MPa,孔隙连通性较好,渗透率为1-200mD,渗流能力较强,为较有利的孔渗发育类型;PF4和PF5类岩石物理相排驱压力通常大于0.20MPa,孔隙连通性较差,渗透率小于1mD,渗流能力弱,为非有利—差的孔渗发育类型.有利岩石物理相的平面展布能够较好地预测有利孔渗发育带,为下一步勘探开发提供了依据.

南堡凹陷高深北区三维非均质应力场精细预测1276-1286

摘要：为了明确南堡凹陷高深油藏现今地应力三维分布特征,通过井壁崩落法与声发射法确定了井点现今地应力方向与数值,基于＂岩心-测井-地震＂相结合,构建了南堡凹陷高深北区三维非均质岩石力学场,采用Petrel与Ansys联合建模技术,开展了高深北区三维应力场的精细预测,认为断层与岩性是复杂断块油藏地应力分布的主要影响因素.研究结果表明：高深北区现今地应力方向总体为NEE向,变化范围为NE58°-86°,断块内、断块间的现今地应力方向变化明显;现今地应力数值呈西低东高的分布趋势,在平面上和剖面上离散性较强,为Ia类地应力,层间地应力差异明显,划分了5种地应力剖面类型.断层是导致高深北区应力场分布差异大的最主要因素,对其数值和方向均有显著影响,应力方向在断层附近发生约5°-10°的偏转,应力数值降低约30%,其次是储层岩石力学参数,对地应力数值影响较大,埋深与地应力数值具有较高的线性相关;Petrel与Ansys联合建模技术实现了三维模型及非均质岩石力学场的构建,形成了一套针对复杂断块非均质油藏的现今地应力三维空间分布综合预测技术,为类似复杂断块区地应力精细预测提供参考.

南堡凹陷北端古近系地层构造解析——断层链接处“变换生长”现象及其意义1287-1294

摘要：选择构造位置最为典型的南堡凹陷北端作为研究区,利用三维地震资料精细解释成果,针对不同时期开展了活动断裂分析、沉降中心位置分析等工作.明确了研究区沙三期主控断层活动强度最大位置走向与次级活动断层主要走向均为北东向,至沙一期转变为近东西向.通过观察主控断层的三维空间形态,提出西南庄断层和柏各庄断层链接处存在＂变换生长＂现象,表现为断层深部连续、至浅部分开,且走向发生改变.同时指出与先存断层走向相差近45°方向的伸展应力条件是产生该现象的原因,揭示了该区域应力体制转换后的性质为南北向伸展而非走滑.研究结果表明：研究区在沙三期的应力体制为强烈的北西-南东向伸展;沙二时期为应力体制过渡时的平静期（剥蚀期）;从沙一期开始应力体制变为强烈的南北向伸展,并派生出走滑分量;东营期后强度减弱.南堡凹陷与研究区应力体制一致.

北三台凸起周缘三叠系物源体系与沉积演化1295-1304

摘要：准噶尔盆地北三台凸起及其周缘三叠系前期的沉积演化研究较为薄弱,不能满足现阶段精细勘探的需求.本文根据岩心、测井、录井、地震和薄片等资料,论证了北三台凸起在三叠纪时期能向周缘地区提供物源,并结合古地貌特点、古气候特征和同沉积构造活动,对研究区沉积相及其时空演化进行了研究,认为北三台凸起在三叠纪时期属于水上低隆起,能够向周缘地区提供物源,且其提供物源能力在垂向地层上逐渐减弱.研究结果表明：北三台凸起在三叠纪属于正向地貌,地震发射特征上有明显的沟谷,上超和地层减薄现象,且周缘地区岩屑组合类型存在区域分带性,与其他地区存在明显的差异,发育大量磨圆棱角状-次棱角状的岩屑,砂砾岩厚度百分比为11%-79%,由北三台凸起向周缘地区逐渐降低.研究区主要发育三大物源体系,即北三台北部物源体系、北三台南部物源体系和南部物源体系.研究区主要发育扇三角洲相、滩坝和滨浅湖,砂体主要分布在近北三台凸起周缘地区和南部地区.受到古地貌、古气候和构造等作用的控制,研究区早三叠世湖平面开始上升,气候干旱,砂体发育规模较大,中晚三叠世湖平面继续上升,气候变得潮湿,砂体发育规模逐渐变小.研究区邻近北三台凸起地区下三叠统发育的地层砂砾岩厚度百分比高,砂体发育规模较大,为油气提供良好的储集场所,为下一步储层精细研究最有利勘探领域.

寺河矿区压裂煤储层中裂缝与流动通道模型1305-1312

摘要：为阐明流体在压裂煤储层中的流动路径,确立流体的流动通道几何模型,对寺河矿区多口压裂煤层气井进行了跟踪开挖解剖研究,认为压裂煤储层中不同成因裂隙因各自空间尺度、密度、分布特征以及与煤基质的接触面积差异,对流体流动的影响各不相同,裂隙的组合方式控制了压降的传递.研究结果表明：在绝大多数水平铺砂压裂裂缝的最前端,存在一段压开未铺砂的压裂裂缝;在单一煤岩分层中,发育线密度8-11条/5cm的内生裂隙局部密集发育带,线密度3-5条/5cm的气胀节理局部密集发育带,不同煤岩分层内的内生裂隙常被外生裂隙或者气胀节理串联;与压裂裂缝连接的天然裂隙存在明显的压裂液挤压、扩张痕迹.根据裂缝空间分布与组合关系,发现存在由内生裂隙、气胀节理、外生裂隙、压裂裂缝组成的2种基本通道类型.煤基质块中的流体通过内生裂隙密集发育带进入流动通道,气胀节理密集发育带和外生裂隙以及压裂裂缝是流体流动的通道;煤基质块对通道的流体补给速率与通道自身的导流能力,决定了通道内的压降传递效率.

海相碎屑岩水平井隔夹层识别与表征——以哈得逊油田东河砂岩为例1313-1324

摘要：为充分发挥水平井横向数据丰富的优势,明确海相碎屑岩储层内部隔夹层的空间展布,以哈得逊油田东河砂岩为例,利用露头、岩心、直井测井曲线、水平井测井曲线和生产动态等资料,在隔夹层的类型和特征总结的基础上,针对水平井隔夹层特征展开研究.通过隔夹层岩石类型、分布位置和产状的综合分析,并利用岩心标定测井,厘清隔夹层的成因类型和测井响应特征.采用直井标定,明确水平井与地层的关系,将电阻率曲线的探测范围放到井轨迹两侧,识别水平井隔夹层和表征其空间展布.在水平井井眼轨迹研究的基础上,提出水平井隔夹层空间位置判别和组合的概念,采用隔夹层深、浅电阻率与油层电阻率的相对变化量识别隔夹层空间位置,并利用水平井生产数据指导隔夹层的组合.研究结果表明：哈得逊油田东河砂岩存在原生泥质隔夹层、次生钙质隔夹层和混合成因钙泥质隔夹层,3类隔夹层在水平井的测井响应与直井相似且差异更加显著.隔夹层深、浅电阻率与储层电阻率的相对变化量ΔRT和ΔRXO可识别隔夹层空间位置,水平井井眼处的隔夹层ΔRT为5.4～22.5Ω·m、ΔRXO为3.3～16.2Ω·m;井眼0.5m内的隔夹层ΔRT为1.1～7.2Ω·m,ΔRXO为1.0～5.9Ω·m;井眼0.5m外的隔夹层ΔRT小于5.6Ω·m,ΔRXO小于1.2Ω·m.采油井无水采油期较长、见水后含水上升较慢,注水见效明显时,隔夹层的井间连通性好.综合分析认为,直井、水平井测井曲线和生产资料相结合的水平井隔夹层识别与表征方法,在海相碎屑岩储层中具有较好的适用性,可以提高地质模型建立精度,为下一步开发调整提供地质依据.

基于流形嵌入过采样的非平衡数据分类方法1325-1333

摘要：工业监测数据中正常与异常状态数据一般存在非平衡性,而传统的过采样非平衡数据处理方法往往在解决非线性、高维含噪的非平衡问题时不能获得满意的模式分类效果.本文利用流形学习的非线性降维,提出一种流形嵌入过采样方法,为有机结合流形学习与过采样的非平衡数据模式分类方法提供了统一框架.研究结果表明：该方法采用过采样平衡数据在流形空间的低维嵌入数据直接完成模式分类,可以减小流形嵌入空间到原始数据空间反映射的计算代价和模式分类成本.另外,流形学习可以有效保持原始数据结构特性,在流形嵌入空间的过采样可以实现更符合原始数据特性的非线性插值.面向TE过程和矿山微震2种具有不同规模和特性的非平衡工业监测数据集,F1指标分别平均提升了21.94%和37.34%,AUC指标分别提升了37.85%和10.64%,从而验证了所提方法在解决较大数据规模的非平衡模式分类问题时,具有稳定良好的分类效果.

静流场中赤铁矿絮凝体-气泡碰撞概率影响因素研究1334-1339

摘要：为了探究赤铁矿絮凝体-气泡的碰撞过程,基于统计平均和颗粒自由沉降的思想,通过自行搭建的颗粒-气泡碰撞观测系统对不同絮凝体颗粒尺寸与气泡直径、絮凝体密度和分形维数之间的碰撞概率变化进行研究.结果表明：在气泡直径小于1.17mm范围内,絮凝体碰撞概率线性增强趋势明显,且随着絮凝体粒度的增大这种趋势有所放缓,絮凝体密度、分形维数则在气泡直径一定条件下,碰撞概率呈线性正相关关系.结合赤铁矿絮凝体-气泡碰撞概率变化规律和低雷诺数区的中间流流线方程,建立了基于静流场中絮凝体-气泡碰撞概率模型,减小气泡直径、增大絮凝体密度和分形维数对于提高碰撞概率具有重要促进作用.