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中国矿业大学学报 2019年第01期杂志 文档列表

深部软岩巷道开槽卸压等效椭圆模型及模拟分析1-11

摘要：大量的工程实践表明,坚硬的岩石在深部也表现出流变特性.针对深部软岩巷道大变性、支护困难的问题,除了采用锚网索主动支护、U型钢或者钢管混凝土等被动支护技术外,开卸压槽是一种控制深部围岩变形的可行方法.本文建立了开槽卸压等效椭圆模型,分析了圆形巷道开槽前后的周边应力场变化规律,揭示了开槽卸压机理.采用FLAC3D模拟了多个开槽参数对直墙半圆拱巷道的影响规律并加以分析,得出了卸压槽开挖最优方案:卸压槽位于直墙上距底板高度为直墙高度为75.0%,深度为巷道宽度的62.5%,高度为直墙高度的15.0%.模拟结果得知基于该方案开槽卸压后,应力明显向深部转移,由于压力导致卸压槽闭合,因此垂直位移明显,而水平位移是原位移的38%,能较好地维护帮部稳定.

冻结层状红砂岩三轴蠕变特性及本构模型研究12-22

摘要：为探讨冻结、三轴应力条件下层状红砂岩蠕变失稳规律,采用自主研发的DRTS-500型动力扰动低温岩石三轴试验系统对-10℃,围压为8MPa下不同节理面倾角的层状红砂岩进行三轴压缩试验和三轴蠕变试验,建立了冻结层状红砂岩三维蠕变模型.结果表明:冻结层状红砂岩轴向初始蠕变特性、非线性蠕变特性以及蠕变破坏形式受层理方向影响显著;所提出的新模型可以精确描述冻结层状红砂岩在三轴压缩条件下的轴向、径向蠕变全过程曲线,且该模型在描述初始蠕变阶段和非线性蠕变阶段时优于经典西原模型和改进西原模型.研究成果对西北地区层状岩层中立井冻结法施工时冻结岩壁支护时间、非线性变形预测以及井筒安全性评价具有一定的参考价值.

基于L管试验的似膏体管流水力坡度模型23-28

摘要：基于Bingham流变模型和非牛顿流体力学理论,借助L管试验研究了料浆质量分数、砂灰质量比、粉煤灰质量分数对似膏体流变参数的影响,推导了似膏体充填料浆流变参数与料浆质量分数、砂灰质量比、粉煤灰质量分数的回归方程,进而构建出全尾砂似膏体管道输送水力坡度的计算模型.结果表明:似膏体管道输送水力坡度与料浆质量分数成正相关,与砂灰质量比、粉煤灰质量分数呈负相关;环管试验验证了该水力坡度计算模型平均误差为3.30%.

透气夹矸对煤样渗透特性影响的试验研究29-35

摘要：采用自主研发的'散碎煤岩体瓦斯运移特性试验装置',分别对纯煤试样、含单层夹矸试样、含双层夹矸试样开展不同条件下的瓦斯流动特性试验,并进行了理论分析.结果表明:煤与夹矸之间存在挤压变形作用,挤压变形速率先减小后增大;透气性夹矸层对煤层渗透率的促进效果随夹矸孔隙率的降低和夹矸层数的增加而减弱;夹矸层物性特征的变化并不会改变煤层渗透率与瓦斯压力的二次函数关系;夹矸层数的增加会减弱其对滑脱效应的阻碍作用.

煤层正交各向异性渗透率演化模型36-45

摘要：为了描述煤层气开采和煤层瓦斯抽采过程中煤层各向异性渗透率的演化行为,构建了有效应力变化和瓦斯吸附/解吸双重作用下的煤层正交各向异性渗透率演化模型,推导了立方型和指数型两种模型表达式并对其可靠性进行了验证.基于构建的煤层正交各向异性渗透率演化模型,模拟了煤层渗透率各向异性对顺层钻孔预抽瓦斯的影响.结果表明:当渗透率各向异性程度相同时,随着钻孔与最大渗透率方向夹角的增大,单孔抽采流量逐渐升高;钻孔方位变化对单孔抽采流量的影响与渗透率各向异性程度呈正比例关系.

柠条塔煤矿自动成巷无煤柱开采新方法46-53

摘要：为减少巷道掘进量,提高煤炭采出率,削弱因煤柱留设引起的围岩应力集中,提出了一种自动成巷无煤柱开采新方法,并系统总结了该方法的工艺流程和关键技术.在自动成巷无煤柱开采新方法中,巷道顶底板与实体煤侧巷帮由采煤机截割而成,采空区侧巷帮则由采空区垮落碎石堆叠而成,巷道顶板与碎石巷帮的控制是决定成巷效果的关键.基于岩体碎胀特性,提出采用顶板定向切缝技术,优化留巷应力环境,减少上位顶板回转下沉,针对巷道顶板提出以'恒阻大变形锚索+切顶护帮支架'为主的支护方式,针对碎石巷帮提出'侧向动静结合、纵向伸缩让压'的控制理念.最后以柠条塔煤矿S1201-Ⅱ工作面为工程背景进行了现场工业性试验,结果表明:采用自动成巷无煤柱开采新方法进行回采,当工作面推进约150m后留巷围岩开始稳定,最终下沉量基本稳定在70mm左右,满足下一工作面的使用要求.现场试验结果验证了自动成巷无煤柱开采新方法可以实现工作面回采无需提前掘进回采巷道、无需留设工作面护巷煤柱的目标,且成巷效果良好,经济效益显著.

工作面过断层动态力学响应特征研究54-63

摘要：通过构建工作面过断层数值模型,研究开采扰动条件下断层动态力学响应特征,并分析采场矿压显现与断层损伤滑移互馈机制.研究表明:工作面逐步向断层推进过程中,断层损伤变量增长迅速,断层应力阻隔效应明显,上下盘位移沿断层面出现不连续现象,煤层应力呈现二次缓慢升高随后下降趋势.开采扰动条件下断层围岩力学响应中断层损伤变量变化早于煤层支承压力,可作为监测断层滑移的一个敏感指标.最后对不同开采条件下断层损伤变量进行了回归分析,确定水平应力、断层内摩擦角、工作面距断层距离为开采扰动诱发断层损伤滑移主控因素,而采厚、垂直应力等因素对断层损伤滑移影响不明显.

π平面上冻结黏土破坏函数适用性试验研究64-70

摘要：为了研究冻土在π平面上的强度特征,利用冻土空心圆柱仪对冻结黏土开展了-6.0℃条件下4个平均主应力p(1.0,3.0,4.5和10.0MPa)和5个应力Lode角θσ(-30.0°,-16.1°,0°,16.1°和30.0°)的定向剪切试验.结果表明:定向剪切路径下冻结黏土的应力-应变曲线均呈现应变硬化特征;随着中主应力系数b值的增加,轴向强度逐渐降低;随着平均主应力p值的增大,中主应力系数b值对广义剪应力-剪应变曲线的影响逐渐减弱;在平均主应力p值较小时,中主应力系数b值的变化对破坏应力比的影响较大,而在平均主应力p值较大时,这一影响则较小;在相同中主应力系数b值下,破坏应力比随着平均主应力的增大而减小.随着平均主应力的增加,π平面上冻结黏土的破坏曲线形状从光滑外凸三角形渐变为圆形,非线性广义强度理论能较好描述这种演化规律.

浅埋煤层群开采顶板双关键层结构及支护阻力研究71-77

摘要：采用现场实测、物理相似模拟和理论分析方法,分析了浅埋煤层群间隔岩层双关键层的形成条件、双关键层结构稳定性和支架载荷计算方法.基于对神府矿区4-2与5-2煤层开采的实测发现,浅埋煤层群较单一煤层开采周期来压步距缩短25%,来压强度增加15%~22%.物理相似模拟表明,间隔岩层存在双关键层结构时,直接顶以'短悬臂梁'形式周期破断,间隔岩层下位关键层与上位关键层分别形成铰接结构,上煤层已垮落的顶板形成活化的砌体梁结构.根据顶板结构组合形态,可将浅埋煤层群双关键结构分为'台阶-砌体-砌体'结构、'台阶-台阶-砌体'结构和'砌体-砌体-砌体'结构.双关键层结构同步与非同步破断运动形成大、小周期来压现象.通过建立的'台阶-砌体-砌体'结构力学模型,给出了动、静载荷作用下工作面支护阻力计算方法.

巷道围岩非均质性对其分区破裂化的影响78-86

摘要：通过在FLAC3D应变软化模型中引入Weibull分布函数,得到了非均质应变软化模型.分析了Weibull分布函数中的形状参数对逐步开挖马蹄形巷道围岩不同平面及测线上剪切应变增量分布特征的影响.研究发现,在均质性较差的围岩中开挖巷道时,围岩的破坏较严重,分区破裂化较复杂,分区破裂化的范围较大.过巷道轴线平面上两簇剪切带的发展可以导致垂直于巷道轴线平面上复杂的分区破裂,第1簇向掌子面方向发展,其前端可能超越掌子面,第2簇背离掌子面发展.剪切应变增量高值区在围岩的环向及径向均有发展.当围岩的均质性较好时,可出现连通的圆环形剪切应变增量高值区.在过巷道轴线平面上,本文结果与已有的试验观察到的围岩中的倾斜裂缝或剪切带在定性上一致.在垂直于巷道轴线的不同平面上,将观察到不同的分区破裂化现象.

煤层气井内隔水层界面水窜通道形成演化过程87-98

英西湖相碳酸盐岩储层成因与含油性分析99-109

摘要：为了明确柴达木盆地英西地区典型湖相碳酸盐岩的储集特征,本文采用大量岩心、岩石薄片、成像测井和地球化学等资料,系统对研究区干柴沟组(E32)的储集空间类型、成因机理及其含油气性进行分析.认为英西湖相碳酸盐岩形成盐间与盐下2套含油气组合,储集空间类型主要有晶间孔,另外还发育溶蚀孔洞、构造角砾孔洞以及裂缝;构造缝的发育对应于喜山期三次幕式构造运动,多类型成岩缝由纹层状岩性差异成岩所形成,裂缝既是储层改造和油气运移的通道,同时与晶间孔和溶蚀孔洞又保证了油气藏的高产富集.研究结果表明:1)英西湖相碳酸盐岩储集空间主体类型是准同生成因的白云石晶间孔,晶体大小为1~2μm,孔径多分布在424~750nm,面孔率为5%~8%.湖相碳酸盐岩溶蚀作用较弱,仅在白云石晶间孔基础上因有机酸微弱溶蚀形成扩溶孔,扩溶孔孔径一般小于1μm,大小多分布在540~990nm;2)研究区同时也发育一定规模的盐溶孔洞、构造角砾孔洞和裂缝.盐溶孔洞由大气淡水的淋滤作用形成,表现为沿层理面溶蚀和分散状石盐(石膏)颗粒溶蚀2种,主要分布在盐间含油组合.构造角砾孔主要分布于盐间滑脱断层带,由断层活动作用控制形成;3)构造缝与成岩缝均大量发育,构造缝以小缝和中缝为主,宽度大多分布在2~3mm以内,成岩缝包括层间缝、收缩缝和缝合线等3种类型,缝宽大多为微米级,其中层间缝是湖湘碳酸盐岩源内油气成藏的重要控制因素;4)晶间孔普遍含油,是油气成藏的基础.扩溶孔、构造角砾孔和盐溶孔洞增加了储集空间类型,增强了储集性能.

古海岸带碎屑潮汐环境沉积微相与砂体分布——以塔中地区志留系为例110-123

摘要：为更进一步阐述古海岸带碎屑潮汐沉积微相及其砂体分布特征,基于塔中地区志留系30口井岩心观察和钻井分析,识别出河口湾、潮道、潮汐砂坝、砂坪、砂泥混合坪、泥坪、潮坪风暴岩、震积岩等多种沉积相和微相类型,明确了河口湾、潮道、潮汐砂坝、潮坪等典型微相的沉积序列和砂体特征.认为潮汐砂体分布主要受控于古地貌和水动力、层序体系域、沉积微相等,空间上潮汐砂体具有明显的分带性.研究结果表明:河口湾相为早期的河道砂砾岩受改造后与潮坪的粉砂质泥岩或泥岩呈间互的沉积序列,形成河口湾-潮坪砂体.潮道微相具有下粗上细正粒序,底部有冲刷面,为片状或块状泥砾层,向上为细砂岩,有的冲刷面不明显,发育各类交错层理.潮汐砂坝微相一般发育典型的向上变粗的反粒序,以细砂岩和粉砂岩为主,但也有的较均一,没有粒序层.潮间带砂坪微相为绿灰色细粉砂岩,单层较薄,其顶底面平整,多与泥岩互层.在潮下带多受到风暴和地震等事件的影响,含泥砾层的砾石受大风暴潮影响呈半直立状或扇状,形成风暴岩.局部层位的砂岩受地震作用改造发育震积构造.在岩心尺度上,潮汐单砂体厚度一般为0.08~2.98m,平均0.78m.在钻井尺度上,可划分出9~13个砂层组,砂层组最大延伸长度可达5~10km,最大延伸宽度约2.5~5.0km.通过砂体与物性的对比,潮汐砂体总体为低孔低渗储层,认为不同微相砂体控制了储层物性的优劣,以潮汐砂坝砂体物性相对较好,其次是河口湾砂体,再次为潮道砂体,潮间带的潮坪砂体物性相对较差.近海岸带,泥岩成分较多.远离海岸带,砂体相对丰富,以中细砂岩为主.砂体沿潮汐水道呈北西-南东向分布,与岸线近垂直或斜交,砂体连通性相对较好,其厚度在侧向上变薄,岩性由细砂岩相变为粉砂岩或粉砂质泥岩.

霸县凹陷古近系层序格架下沉积充填响应过程分析124-141

摘要：陆相盆地构造-层序分析和层序格架下的沉积响应特征是当今的研究热点,也是岩性-地层油气勘探和老油田增储增产的有效方法和研究内容.本文立足覆盖霸县凹陷全区的连片三维地震资料,结合岩心、测井、古生物等资料,对古近系构造演化和层序格架下沉积充填进行了细致的分析.明确了霸县凹陷层序格架下构造-沉积充填响应过程并总结了演化模式,认为断陷湖盆构造演化通常具有幕式发育,多期旋回的特点,在湖盆沉积期形成了复杂的古地貌和多源多变的物源供给,构造古地貌与物源供给之间的时空组合控制了断陷盆地层序格架下的充填演化过程,决定了地层(砂体)充填样式.研究结果表明:依据断层组合及其演化特征将霸县凹陷古近系划分为3幕裂陷过程和6个演化阶段;通过'三相'分析古近系沉积相特征,确定了冲积-河流体系、三角洲体系、湖泊-滩坝体系、河流-洪泛平原4种类型;地震-地质相结合为手段,通过构造、层序、沉积及砂体连动分析,以牛驼镇中段充填演化为例将霸县凹陷古近系盆地充填过程总结为6种层序格架下的响应模式;霸县凹陷深层SQ2—SQ7是油气勘探的潜力层系,鄚州、岔河集及长丰镇物源口发育的三角洲前缘砂体,兴隆宫及高家堡等地区文安斜坡内带分布的大型盆底扇体,是下一阶段岩性-地层油气勘探的优势区域,断陷湖盆具有丰富的油气藏类型和岩性-地层领域勘探前景.

准噶尔盆地东部地区天然气地化特征与成因来源142-152

摘要：准噶尔盆地天然气资源丰富,但勘探程度很低.阜26井石炭系气藏的发现揭示了盆地东部地区天然气勘探的广阔前景.本文系统分析了准噶尔盆地东部21个天然气样品的组分、稳定碳同位素和轻烃化合物的地球化学特征,并与克拉美丽气田石炭系来源天然气及吐哈盆地侏罗系来源天然气开展了对比研究,认为石炭系煤系烃源岩生成的天然气构成了准噶尔盆地东部地区天然气的主体;中、下侏罗统煤系烃源岩生成的天然气构成了准噶尔盆地东部地区天然气的重要组成部分.研究结果表明,准噶尔盆地东部地区天然气的成因来源复杂,主要存在两类天然气:一类是石炭系煤系烃源岩生成的高熟煤成气,主要分布在北三台凸起,估算的成熟度为0.96%Ro~1.43%Ro,此类天然气构成了研究区天然气的主体;另一类是来自于中、下侏罗统的低熟煤成气,主要分布在阜康凹陷东部斜坡带,估算的成熟度平均仅为0.76%Ro.此外,北404井天然气为来自二叠系的油型气;西泉011井天然气遭受了生物降解作用的改造;阜10井天然气则表现出石炭系和二叠系来源天然气混源的特征.

盆缘凹陷区甜点储层主控因素与源下成藏模式——以柴达木盆地扎哈泉地区渐新统为例153-164

摘要：对扎哈泉地区深层渐新统砂岩储集层的储层特征和成藏模式进行了研究.系统地开展了岩石矿物学特征研究、物性分析、孔隙类型及孔隙结构研究、孔隙保存机理分析,并描述了其成藏模式,提出扎哈泉地区渐新统下段E13发育相对高孔渗的优质砂岩储集体,特殊的构造样式造就了其'源下成藏'特征.研究结果表明:1)研究区目的层整体物性较差,孔隙度平均为4.6%,渗透率平均为1.894mD,为一套微咸水环境下的三角洲前缘沉积,碳酸盐胶结广泛发育,岩石较为致密,但发育若干相对高孔渗(孔隙度平均为10.5%,渗透率平均为20.618mD)的优质砂岩储集层;2)优质储集层的保存主要得益于绿泥石包膜的抗压实作用,并且早期(铁元素质量百分比为15.61%)绿泥石包膜的存在有效抑制了碳酸盐胶结作用和石英次生加大作用;3)质量分数平均为15.4%的碎屑长石溶蚀现象普遍,但溶蚀强度不大,溶蚀作用产生的储集空间有限,未能形成呈规模化发育的次生孔隙发育带;4)大型逆冲断裂使得扎哈泉凹陷的E13储集层位于邻区茫崖凹陷主力烃源岩段E23的侧上方,成熟的茫崖凹陷原油和天然气通过该断裂侧向运移至扎哈泉E13储集层中,运移距离超过8km,该推论已被油源对比分析结果所证实.这一特殊的'源下成藏'实例为今后'源下找油'的勘探部署提供了新的思路.

能源、资源、环境与可持续发展国际会议(ERESD2019)征稿启事164-164

摘要：由中国矿业大学会同中国煤炭学会,国际矿业、能源与环境高等教育联盟倡议发起,中国矿业大学和中国煤炭学会主办的第一届'能源、资源、环境与可持续发展国际会议'将于2019年5月31日—6月3日在江苏省徐州市召开.

砂砾岩油藏储层非均质性及对剩余油分布影响——以柴达木盆地昆北油田切12区为例165-174

摘要：以柴达木盆地切12区冲积扇砂砾岩油藏为例,针对制约油藏开发的关键地质因素——储层非均质性,运用地质、测井及生产动态等资料,深入剖析砂砾岩储层非均质特征及其对剩余油分布的影响,认为沉积组构差异控制形成的储层孔隙结构差异是储层微观非均质性的主因,冲积扇沉积构型单元时空分布是储层宏观非均质性的主控因素.研究结果表明:厚层砂砾岩发育2类储层孔隙结构、2类渗透率韵律类型、1种夹层类型、2类夹层分布样式、2种有效砂体结构、4类有效砂体连通模式,扇中复合水道平面非均质性最强,渗透率变异系数大于0.7,扇根'泛连通体'平面非均质性中等,渗透率变异系数介于0.3~0.5.储层非均质性主要通过沉积构型单元的渗流屏障分布样式、渗透率韵律性、储层孔隙结构等方面影响剩余油的分布,导致不同构型单元剩余油分布规律不同.在扇中复合水道及水道萎缩期单元内,受注入水沿高渗层大孔道非均匀突进的影响,形成绕流、孤岛状等微观剩余油,且富集于复合韵律层的上部;在扇根'泛连通体'单元内,受注采连通性差和储层低渗透性的影响,剩余油片状富集.