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中国矿业大学学报 2019年第02期杂志 文档列表

不同切缝管材质下切缝药包爆炸冲击波传播特性研究229-235

摘要：综合采用高速纹影实验系统和空气冲击波超压测试系统,对不锈钢管、PVC管、有机玻璃管材质的切缝药包爆炸冲击波与爆生气体的传播机制进行探讨研究,同时捕捉了沿切缝方向与垂直切缝方向的空气冲击波超压.结果表明:3种切缝管材质下爆炸冲击波与爆生气体的扩展形态基本相同,都保持着高度对称的形态.爆炸冲击波和爆生气体都是优先从切缝管中向外传播,这一特性不受切缝管材质的影响,爆炸冲击波优先沿切缝方向扩展,爆生气体主要沿切缝方向扩展.等距离对比分析3种材质的切缝药包空气冲击波超压,不锈钢管材质的切缝药包沿切缝方向与垂直切缝方向的超压比值最大,有机玻璃管的超压比值最小.数值模拟得出了切缝药包近区爆炸波动场的变化规律,与纹影实验结果在形态上基本一致.

复合顶板无煤柱自成巷切顶爆破设计关键参数研究236-246

摘要：为对无煤柱自成巷切顶爆破关键参数设计方法进行总结和优化,运用几何推演、数值模拟、力学分析、现场试验等手段,提出复合顶板无煤柱自成巷切顶爆破设计的系统化流程及方法,并归纳为切顶设计与爆破设计2类,包含切顶高度、切顶角度、切顶连通率与单孔装药量、炮眼间距、单次起爆数量共计6个关键参数.随后以塔山煤矿8304工作面留巷顺槽Ⅰ区复合顶板为例,设计得到其切顶爆破关键参数:切顶高度为8m,切顶角度为15°,顶板切缝连通率至少应达到82%,单孔采用的装药结构为43331,炮眼间距为500mm,单次起爆炮孔数量为6个.现场应用验证切缝成巷效果良好,切缝侧周期来压步距平均增大4m,液压支架平均来压强度降低2.1MPa,峰值来压强度降低10.2MPa,预裂卸压效果较为明显.

动压影响煤柱下方巷道微震特征及破坏机制247-257

摘要：为了研究动压对煤柱下方巷道稳定性的影响,采用高精度微震监测系统和顶板动态监测仪,研究了2200工作面底板微震活动特征和动压对4106巷道变形破坏的影响。结果表明:2200工作面底板微震事件具有非对称的特征,呈现下大上小的形态,微震事件集中发生深度约24m,4106材料巷受到2200工作面采动影响较小;2200工作面采空区对4106运输巷影响范围为120~140m,4106运输巷变形速率影响区域与2200工作面采动影响范围基本一致;随着煤柱宽度的增加,4106运输巷变形呈现先增大后减小的变化,最后趋于稳定,4106运输巷变形破坏表现出明显的非对称特征和区域化分布.

综采工作面煤壁稳定性的支架刚度效应分析258-267

摘要：由于煤层应力环境不同,煤壁存在剪切和拉伸两种破坏机理,将煤壁破坏划分为上部片帮、下部片帮、整体片帮和大范围塑性流动4种破坏形式.顶板、煤壁和支架共同形成保护工作面空间的围岩结构系统,顶板载荷由煤壁和支架共同承担,载荷分配特征由系统组分刚度决定.构建“顶板-煤壁-支架”结构力学模型,采用最小势能原理得到煤壁垂直变形量和作用于煤壁之上的实际顶板载荷.定义煤壁稳定性系数为煤壁极限承载能力同实际煤壁压力之比.设计不同支架刚度条件下煤壁稳定性分析的物理模拟实验,实现煤壁水平变形和垂直变形的同时监测.结果表明:煤壁稳定性系数随着支架刚度的增大而升高,从而使得煤壁稳定性增强;煤壁上部水平变形大于下部水平变形,煤壁水平和垂直变形量随着支架刚度的增大而减小.将提高支架刚度的措施应用于乌兰木伦矿,使得顶板最大下沉量由0.90m降低至0.65m,煤壁片帮控制效果良好.

混凝土损伤演化声发射和超声波时-频-空联合响应268-277

摘要：为了实现对混凝土结构受载损伤评估、全面认识其失稳前兆响应行为及演化机制,本文设计了混凝土材料分级加载条件下声发射和超声波主被动同步监测方案,结合试样内部裂隙发育过程分析了受载混凝土声发射和超声波时域-频域-空间多角度多参量联合时变响应特征,基于超声波速场分布特征推演了试样损伤场的时空响应规律,借助声发射微裂纹发育定位解释了试样损伤场的动态迁移路径及演化机制.结果表明:混凝土损伤发育经历了本身非均匀向均匀的同步性变化,再向非均匀的差异性变化过程,该损伤发育特征与声发射和超声波的时域-频域参量动态时变响应规律一致;而试样失稳主破裂空间位置与波速场狭长条带状低波速区及声发射高能量定位事件聚集区均相吻合;分级加载过程中应力及时间对试样损伤具有双重累积效应,表现出低值稳定—快速增加—平静—急速增加4阶段时变特征。声发射参量a_P和a_E能定量表征该效应,试样临破坏时a_P和a_E从0.6左右急速增大2.0,故可以把该参量视为混凝土失稳的前兆特征信号.

推采陷落柱工作面支承压力状态演变规律研究278-286

摘要：针对工作面推采陷落柱时面临的矿压威胁,充分考虑陷落柱的形成过程及其围岩地质特征,构建了陷落柱“四带”地质力学模型,并运用理论分析、数值模拟和相似模拟相结合的方法就推采陷落柱工作面支承压力演变规律进行了系统性研究.结果表明:陷落柱诱发的围岩应力在水平方向上可划分为柱体低应力带、柱边应力降低带、应力升高带和原岩应力稳定带;当工作面靠近及推过陷落柱时,均会产生采场超前支承压力与陷落柱应力四带耦合现象,其支承压力演变过程可分为耦合发生、耦合增强、柱体吸收、二次耦合和耦合渐散5个阶段;而推采陷落柱工作面的矿压规律与支承压力状态演变及岩体性质结合紧密.靠近陷落柱时,叠合高应力集聚的破碎顶板使支架承受更大载荷.推进陷落柱时,虽然柱体内的低应力起点使柱体区域应力呈一般水平,但陷落柱作为一个整体易沿弱面发生溃泄,尤其对于弱胶结松散陷落柱,矿压显现更加明显.

钻孔数量对瓦斯抽采量及抽采时间的影响287-294

摘要：基于自主研发的多场耦合煤层气开采物理模拟试验系统升级改造了顺层钻孔瓦斯抽采系统,开展了不同钻孔数量条件下顺层钻孔瓦斯抽采物理模拟试验,探讨了瓦斯抽采量(瞬时流量、累积流量)和抽采时间的演化规律.结果表明:当钻孔数量由1个增加到2,3和4个时,单钻孔累积流量约下降至原来的0.60,0.45和0.35倍.不同钻孔数量抽采时,瞬时流量曲线出现交叉现象,即抽采前期钻孔数量越多瞬时流量越大,中后期逐渐变化为钻孔数量越多瞬时流量越小.累积流量随钻孔数量的增加呈对数函数增加,钻孔数量越多,其增加效果越不明显.抽采时间随钻孔数量的增加呈幂函数降低,钻孔数量越多,其下降效果越不明显.

基于煤体强度软化特性的综放沿空掘巷巷帮受力变形分析295-304

摘要：基于深井综放沿空掘巷巷帮围岩受力特征,考虑巷帮与顶底板界面煤岩体强度软化特性,建立了实体煤帮和煤柱帮力学分析模型,推导出两帮极限平衡区宽度和煤体应力位移理论计算,明确了煤层埋深、巷道高度、煤层顶底板界面软化系数和界面强度参数等因素对煤体极限平衡区宽度、围岩应力和位移分布的影响规律,给出了工程建议措施,并通过现场工程实例对理论分析成果进行了初步应用.研究表明:极限平衡区宽度随煤层埋深、巷道高度及顶底板界面软化系数的增加而增大,随界面强度参数的增加而降低;煤体围岩应力和位移分布沿应力极限平衡区宽度呈双曲函数分布,极限平衡区内围岩竖向应力和水平应力随煤层埋深及界面强度参数的增加而增大,随巷道高度及界面软化系数的增加而降低;极限平衡区内煤体水平位移随煤层埋深、巷道高度、界面软化系数的增加而增大,随界面强度参数的增加而降低.

基于统一强度理论的岩石弹塑性损伤模型研究305-312

摘要：基于统一强度理论,建立了岩石弹塑性损伤本构模型,该模型不仅考虑了岩石在拉伸和压剪两种情况下其损伤不同,还反映了在动载作用下岩石的应变率效应.采用Fortran语言通过LS-DY-NA的用户自定义材料接口(Umat)对该本构模型进行编程,并把该程序生成求解器以达到对该模型进行应用的目的.采用该模型分别对岩石单轴压缩试验、巴西圆盘劈裂试验和单孔爆破试验进行了数值模拟,同时把数值模拟结果分别与试验数据、经典模型(HJC模型)的数值结果和理论计算结果相对比.结果表明:由该模型所得出的结果与试验数据、经典模型(HJC模型)的数值结果和理论计算结果均比较吻合;该模型能够很好地反映岩石在动载和静载2种情况下的力学行为.

支承压力区煤体裂隙演化区域性研究313-321

摘要：为了研究支承压力区内煤岩体裂隙的演化规律,建立了原生裂隙扩展的力学模型,得出了裂隙的扩展过程及其力学条件.结果表明:煤体原生裂隙经历了剪切滑移—Ⅱ型扩展—弯折扩展—剪切扩展—剪切破坏—反向滑移的过程;同时,在现场对工作面前方不同距离处煤层取样,并对取样切片进行显微照相,切片的裂隙特征反映了支承压力区内的裂隙特征,现场观测和理论研究结果基本一致.基于以上分析,按照煤体裂隙发育特征,将支承压力区分为初始裂隙区、剪切滑移与Ⅱ型裂隙扩展区、裂隙弯折扩展区、裂隙剪切扩展区、剪切破坏区和裂隙反向滑移区,并结合支承压力表达式和裂隙扩展的力学条件,量化得出了各区域范围的表达式.

页岩气超临界等温吸附模型及储量计算优化322-332

摘要：页岩吸附能力研究对评价页岩气资源潜力具有重要意义.论文基于单分子层吸附模型和吸附势理论,建立了考虑页岩微孔、中(大)孔在高压条件下的吸附机理差异的超临界等温吸附模型,构建了微孔滞留率对地质储量影响的gas-in-place(GIP)计算公式,并进行了实例分析.研究结果表明:Dubibin-Astakhov(DA)方程应用于研究页岩微孔吸附机理需要结合吸附势特征曲线进行修正,模型中的虚拟饱和蒸汽压采用改进的Dubinin公式,并采用逐渐增大k值的方法求取最优k值,使得吸附特征能不随温度变化;将微孔吸附气含量部分地计入地质储量,对地质储量GIP公式进行修正,微孔吸附量通过建立的DA-Langmuir等温吸附模型直接获得.该方法考虑了页岩吸附机理,计算结果更加符合实际;改进的储量计算模型表明,微孔吸附气滞留率对浅层页岩气地质储量影响较大,随埋深增加,微孔吸附气滞留率对地质储量影响减小.

海相页岩有效产气储层特征——以四川盆地五峰组—龙马溪组页岩为例333-343

摘要：综合分析五峰组—龙马溪组页岩气储层特征,采用TOC值、孔隙度和含气量为含气性评价参数;脆性矿物含量为可压裂性评价参数来评价页岩气储层.以四川盆地SG区块为例,开展水平井段储层的精细评价与产量关系分析,建立该区块更为细化的储层分类标准,识别出有效产气储层.研究结果表明:五峰组—龙马溪组页岩气储层具有“四高”特征,即高TOC值(TOC≥2.0%)、高孔隙度(≥3.0%)、高含气量(≥2.0m~3/t)和高脆性矿物质量分数(≥40%),它们是页岩气储层评价的关键参数;SG区块页岩气储层类型可以细分为5类,其中Ⅰ类+Ⅱ类储层与单井产量关系最为密切,是该区块的有效产气储层;Ⅰ类+Ⅱ类储层关键参数特征为TOC≥4.0%、孔隙度≥5.0%、总含气量≥4.5m~3/t、脆性矿物质量分数≥60%,它们主要分布在龙一11小层的下段和中段;建议可进一步优化该区块水平井钻井轨迹,将水平井靶体位置放在龙一11小层中、下段,以提高有效产气储层钻遇厚度,达到提高单井产量并实现页岩气高效开发.

复杂断陷盆地源-汇时空耦合控砂机制分析——以海拉尔盆地贝尔凹陷为例344-352

摘要：综合运用地震、钻井、测井和录井等资料,以“源-汇”系统理论为指导,立足于“源区—搬运—堆积”过程分析,以三大古地貌要素为研究对象,根据各自发育程度提出“源”(物源体系)+“沟”(沟谷体系)+“坡”(坡折体系)的8种耦合方式及时空耦合控制沉积砂体的分布.研究结果表明:“源”的存在最为重要,如果没有足够的物源供给,无论沟谷和坡折如何发育,都不会有大量的砂体沉积;而当有足够的物源供给时,沟谷发育则砂体延伸远,坡折发育则砂体分布广.贝尔凹陷在南屯组沉积时期物源主要来自嵯岗隆起和布勒洪布斯隆起,由凹陷四周向中心汇聚,主要物源方向为北西向和南东向,根据重矿物组合平面展布特征可进一步细分为9个主要的物源体系.随着基准面旋回升降,物源区大小及供源强度都是动态变化的——基准面上升,物源区范围缩小、供源强度减弱;基准面下降,物源区范围扩大、供源强度增强.古地貌控制着主要沟谷的展布,而沟谷则进一步控制着砂体的展布形态和沉积厚度,贝尔凹陷内主要识别出了3种类型的沟谷,分别为U型沟谷、W型沟谷和沟槽;根据构造坡折带在发育位置、构造样式等方面的差异,将贝尔凹陷内识别出的坡折带划分为陡坡断坡型、陡坡同向断阶型、缓坡同向断阶型、缓坡反向断阶型和箕状洼槽型等5种类型,不同构造部位、不同类型的坡折带控制着不同类型的沉积体系.

北三台凸起石炭系火成岩储层特征及其主控因素353-366

摘要：通过岩心观察、薄片鉴定、扫描电镜观察、物性、测录井资料分析、地震解释等技术手段,对准噶尔盆地东部北三台凸起地区石炭系火成岩的岩相分布特征、储层特征、主控因素进行研究,认为石炭纪的长期风化淋滤过程是储层形成的关键,是优质储层发育的必要条件,凸起高度、斜坡坡度决定了淋滤作用的强弱;海西期后形成的走滑断裂,控制着储层中后期构造裂缝的发育.研究结果表明:1)石炭系火成岩发育火山熔岩和火山碎屑岩,主要包括安山岩、玄武岩、中基性火山角砾岩和凝灰岩,发育火山通道相、爆发相、溢流相和火山沉积相;2)储集空间可划分为三大类,其中次生溶孔和裂缝占主导地位,整体为中低孔—特低渗储层;3)火成岩储层的储集性能受岩性岩相、不整合及断裂影响,不整合为主控因素,储层整体为风化壳型储层,淋滤时长及古地貌决定了淋滤有利地带;岩性、岩相影响了储层原生孔隙的发育程度和储层后期改造程度;早期断裂改变了火山喷发方式,间接影响了岩相的展布特征,晚期断裂控制裂缝的发育情况,改善了储层的渗流能力.综合各个控制因素,认为北三台凸起西南地区长缓坡地带火山活动频繁,风化淋滤强烈,后期走滑断裂发育,是勘探的有利地区.

南海北缘古近纪裂陷结构时空差异及控制因素——以珠江口盆地为例367-376

摘要：为加深南海北缘地区新生代盆地复杂裂陷结构的认识,以珠江口盆地为例,利用丰富的二维、三维地震资料,针对古近纪裂陷结构的发育及演化特征进行了研究.通过地震剖面构造与地层的精细解析以及断裂活动速率计算等手段,解剖了珠江口盆地内主干断裂体系和凹陷结构的发育特征,分析了断裂体系的演化规律及沉积中心的变迁过程,进而结合前人的研究成果,对裂陷演化及转型机制进行了探讨,认为基底结构和区域应力场共同作用导致珠江口盆地古近纪裂陷结构存在明显的时空差异.研究结果表明:珠江口盆地古近纪裂陷期发育了以NE,NEE,近EW和NWW走向为主的主干断裂体系.空间上,受控于复杂的先存断裂、基底岩性和初始岩石圈结构,盆地自西向东控盆断裂走向发生由NE向→NEE向→近EW向的转变,由北向南盆地结构由狭长型窄地堑、半地堑向宽缓型地堑、半地堑转变;时间上,受控于周缘板块调整事件及其引起的深部地幔活动,由早到晚盆地的同沉积主干断裂优势方向由NNE和NEE向往近EW和NWW向转变,沉积中心整体向东、向南迁移.

中下寒武统海相地层地球化学特征及油气地质意义——以塔里木盆地柯坪地区为例377-394

摘要：为了进一步研究塔里木盆地寒武系海相地层垂相上的沉积环境演化特征和油气地质条件,本文以塔西北柯坪地区肖尔布拉克剖面中、下寒武统为研究对象,通过镜下观察、主量元素、微量元素、稀土元素以及碳氧同位素测试分析,探讨了该套地层的地球化学特征、沉积环境以及油气地质意义,并为地层对比提供依据以及在全球背景下碳同位素负漂移的原因进行分析,认为塔里木盆地寒武系油气生、储、盖层的发育受控于沉积环境的演化.研究结果表明:1)氧化还原指标Th/U,Ni/Co,δU等指示寒武系玉尔吐斯组、肖尔布拉克组、沙依里克组为缺氧的沉积环境,吾松格尔组为氧化环境,阿瓦塔格组指示强烈的氧化环境,其氧化还原环境受海平面变化的控制;2)玉尔吐斯组存在明显δEu正异常,δEu值高达61.60,并且大量富集Ba和Zn元素,结合主量元素协变图,认为受到热液作用的影响,热液作用携带的大量营养元素促进生物勃发,有利于有机质生成;而缺氧的沉积环境有利于有机质的保存,玉尔吐斯组有机质的富集主要受控于氧化还原条件;3)中-下寒武统分界线处存在着明显的δ13C负漂移(“ROECE”事件),δ13C的漂移幅度为9.21‰,结合微量元素分析,认为是发生全球性海平面上升过程中,底层δ13C亏损的缺氧水体上涌导致,研究区的δ13C负漂移可与全球其他地区的“ROECE”事件进行对比,可作为地层对比的依据;4)玉尔吐斯组形成于缺氧的盆地-斜坡环境,富集大量有机质,是优质的烃源岩层;肖尔布拉克组发育于高能的台地边缘斜坡环境,其中-上段的微生物碳酸盐岩是良好的储集层;阿瓦塔格组形成于强烈氧化的蒸发环境,膏岩层发育,可作为有效的盖层;玉尔吐斯组的优质烃源岩、肖尔布拉克组的微生物碳酸盐岩以及阿瓦塔格组的膏岩层构成一套良好的生储盖组合,具有优越的成藏条件,是深层�

颗粒粒径对低温氮吸附实验的影响——以五峰组—龙马溪组海相含气页岩为例395-404

火山碎屑岩成岩作用及对储层储集性能的影响——以准噶尔盆地车排子地区石炭系为例405-414

摘要：以准噶尔盆地车排子地区石炭系火山碎屑岩储层为研究对象,利用岩心观察、薄片鉴定、扫描电镜观察、X射线衍射和物性测试等多种分析测试手段,研究了火山碎屑岩储层特征,成岩作用阶段及成岩作用对储层储集性能的影响,提出了火山碎屑岩储层物性主要受控于岩性和成岩作用,其中成岩作用对储集性能的控制具有改善和破坏双重作用,并在此基础上指明火山碎屑岩储层下一步的勘探方向.研究结果表明:研究区火山碎屑岩主要包括熔结凝灰岩、玻屑晶屑凝灰岩、晶屑凝灰岩、沉凝灰岩、凝灰质砂岩和凝灰质泥岩,储层物性具有中孔特低渗的特点,发育有原生孔隙、次生孔隙和次生裂缝3类储集空间,原生裂缝不发育;正常火山碎屑岩和凝灰质砂岩储层物性较好,控制火山碎屑岩储层发育的主要成岩作用有压实作用、胶结作用、脱玻化作用、溶蚀溶解作用和交代作用,脱玻化作用、溶蚀-溶解作用对改善储层物性有建设性作用,压实作用、胶结作用、交代作用则会堵塞前期残留下的孔隙,对储层物性起破坏作用.距离石炭系顶面350m以内、胶结和交代作用不强烈且埋藏深度小于2 500m的普通火山碎屑岩和埋藏深度小于1 500m的凝灰质砂岩是研究区有利的勘探目标.