煤田地质与勘探

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刘大永, 彭平安, 于赤灵

2009, 37(4): 1-5. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2009.04.001

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摘要:
镜质组是腐殖煤中最主要的显微组分,其结构极为复杂。采用单一的实验手段,很难对镜质组结构进行深入研究。采用低温热解、高温热解及TMAH在线甲基化热解3种瞬时热解方法,对镜质组结构中吸附烃、与大分子相连的支链基团中非极性及极性组分分别进行研究。实验结果表明,吸附烃特征决定于镜质组类型及成熟度两种因素。均质镜质体吸附烃以芳烃为主,而基质镜质体吸附烃以正构脂肪烃为主。热解产物中,芳烃所占比例随基质镜质体成熟度的增加而变大;基质镜质体高温热解主要产物为正构脂肪烃,其次为芳烃和酚类,而均质镜质体高温热解主要产物为酚类,其次为芳烃,脂肪烃所占比例较小。TMAH甲基化研究表明,镜质组结构中含有丰富的脂肪酸,而脂肪酸有可能是煤成油的主要母质来源之一。镜质组不同条件下的热解产物特征说明,不同镜质组具有明显的结构差异,并对其生烃特征具有重要影响。

瓦斯在煤基多孔介质中运移及煤与瓦斯突出机理

虎维岳, 李静, 王寿全

2009, 37(4): 6-8,14. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2009.04.002

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摘要:
分析了瓦斯在煤基多孔介质中的运移条件;推导和讨论了瓦斯在煤基多孔介质中运移扩散的基本方程和影响因素;分析了煤与瓦斯突出产生的机理和渗透力学条件。提出瓦斯在煤基多孔介质中的运动是孕育煤与瓦斯突出的前提,而瓦斯压力梯度与浓度梯度的存在是驱动瓦斯在多孔介质中运动的内动力;煤与瓦斯突出的危险性主要取决于瓦斯压力梯度及其变化量的大小,而和瓦斯的绝对压力大小没有直接关系。煤与瓦斯突出的条件是由煤基多孔介质中瓦斯压力梯度的大小和煤体固体骨架的抗剪强度大小所决定。低渗透性的构造煤因对瓦斯运移阻力较大而容易形成瓦斯压力梯度的增加,从而更易于发生煤与瓦斯突出。

柴北缘大煤沟矿区侏罗纪煤系层序地层及其煤岩变化特征

鲁静, 邵龙义, 鞠奇, 刘天绩, 文怀军, 李永红, 张发德, 高迪

2009, 37(4): 9-14. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2009.04.003

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摘要:
为揭示陆相盆地成煤沼泽内基准面变化与煤岩组分的关系,应用层序地层学理论和方法,对柴北缘大煤沟矿区侏罗纪煤系层序格架下的煤岩变化规律进行了研究。研究区共识别出区域不整合面、河流下切谷、区域构造应力转换面和地层颜色突变面等9个层序界面;将侏罗纪煤系划分为3个二级层序、8个三级层序。研究区主要煤层(F煤)形成于三级层序SⅢ6湖侵体系域中晚期的废弃辫状河冲积平原之高位沼泽环境,煤岩显微组分以高惰质组(平均57.7%)和低镜质组(平均32.0%)为特征。根据垂向上煤岩显微组分的变化特征,将F煤划分为1个四级层序和5个五级层序。垂向上F煤镜质组含量总体向上呈增加趋势,反映了泥炭沼泽内三级层序SⅢ6湖侵体系域基准面上升速率逐渐加快的动力学背景。

煤层自燃模拟实验

景兴鹏, 王亚超, 王伟峰, 庞湘伟, 许萍

2009, 37(4): 15-18. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2009.04.004

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摘要:
以柴家沟煤矿煤样为测试煤样,利用自主研发的煤层自燃实验系统,对煤层的自燃过程进行了模拟实验。根据实验测试数据,对煤温与供气量以及实验过程的各个指标气体情况进行了分析和研究,从而得出柴家沟煤矿煤层自燃的临界温度、瓦斯脱附温度等各个指标参数,其结果对预测和防治煤层自燃火灾具有指导意义。

新密煤田瓦斯动力现象分析

白新华, 贾天让, 张子敏, 张玉贵, 李普

2009, 37(4): 19-21,33. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2009.04.005

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摘要:
为研究新密煤田发生低瓦斯含量、低瓦斯压力瓦斯动力现象的原因,解决低指标瓦斯动力现象给生产带来的危害,运用区域构造演化理论分析了新密煤田自印支期至今的构造演化,统计分析了区域内38次瓦斯动力现象和167个采样地点的煤岩坚固性系数f值,结合《防治煤与瓦斯突出细则》及常规实践经验,与新密煤田瓦斯动力现象中煤层瓦斯含量、瓦斯压力做了对比。结果表明,区域内的瓦斯动力现象表现为低瓦斯含量、低瓦斯压力,f值多在0.3以下;基于综合假说机理的研究表明,构造煤普遍发育、煤岩坚固性系数f值小是该现象的深层原因。

煤层气垂直井排采控制决策系统的开发

倪小明, 苏现波, 王延斌

2009, 37(4): 22-25. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2009.04.006

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摘要:
合理的排采工作制度是提高煤层气井产量和节约成本的关键。根据煤层气井压裂裂缝延伸特点和排采过程相态变化特点,结合压力传递模型及Langmuir吸附模型,得出了不同排采阶段的识别标识;根据KGD模型,结合压裂施工工艺参数,以及渗透率与孔隙度的关系,分别建立了水平最小、最大主应力方向上的渗透率预测模型;根据达西定律及排采过程中煤基质与裂隙的正负效应,建立了不同排采阶段物性参数变化模型;根据压力传递特点及气、水相对渗透率变化,最终建立了不同排采阶段、不同过程的排采强度预测模型。借助Visual Basic开发工具,研制了煤层气垂直井排采控制决策系统。晋城矿区潘庄井田应用表明,该系统具有一定的应用前景。

井间干扰对煤层气渗流规律影响的数值模拟

杨新乐, 张永利, 肖晓春

2009, 37(4): 26-29. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2009.04.007

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摘要:
多井开采煤层气在我国尚处于起步阶段,该技术涉及的数学理论较为复杂,不易获得解析解,而数值模拟方法可以较好地获得数值解,从而为煤层气的开采提供理论指导。在基本假设条件下,建立了多井煤层气渗流数学模型;在一定的边界条件及初始条件下,利用数值模拟软件进行编程计算后,得到单井及多井开采100d后的压力场、压力漏斗降和速度场。数值模拟结果显示,在一定的生产区域和开采时间,随着井筒数目的增加,井间压力场和流速场干扰加强,压力漏斗降大面积扩展,煤层气供气区及解吸面积大幅增长,煤层气解吸能力及稳产能力加强。

大采深工作面煤层底板采动破坏深度测试

蒋勤明

2009, 37(4): 30-33. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2009.04.008

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摘要:
针对邢东矿大采深的情况,利用现场底板注水试验对2121工作面底板采动破坏深度进行了测试研究,依据单位注水量的动态变化以及注水孔与采线之间的距离关系,确定了底板破坏深度。试验结果表明:该工作面底板破坏深度为32.5~35m,比300m采深以内的工作面实测深度(9.15~12.0m)增加2倍以上,说明随着开采深度的增加,煤层底板采动破坏深度呈明显增大的趋势,因此,在水压和破坏深度二者同时增加的条件下,2121工作面深部煤层开采的突水危险性远远大于浅部煤层。测试结果为邢东矿大采深工作面的防治水方案的制订提供了科学依据。

关于突水系数的讨论

刘其声

2009, 37(4): 34-37,42. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2009.04.009

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摘要:
煤层底板突水在我国华北型煤田矿井采煤过程中经常发生。带压开采条件下,预测底板突水和评价突水危险程度的主要方法是突水系数法,但是关于突水系数计算、临界突水系数的确定等还存在一些值得讨论和研究的问题。在阐述带压开采和突水系数理论的基础上,给出了突水系数的各种计算公式及公式中有关参数确定方法,详细说明了临界突水系数的由来和应用条件,提出了计算突水系数的新公式。新公式不仅考虑了水压和隔水层厚度,而且考虑了底板破坏深度、导升高度和奥灰顶部隔水段等因素,为计算和统计分析确定突水系数新的临界值奠定了基础。

矿井废弃巷道蓄排水系统设计与分析

凌成鹏, 周启友, 孙亚军, 王刚, 吴世艳

2009, 37(4): 38-42. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2009.04.010

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摘要:
为了建立废弃巷道蓄排水系统,通过实行“避峰就谷”的排水措施减少矿井排水费用。基于水力学公式和质量守恒定律,推导了倾斜管道形状蓄水区域的蓄排水公式,并从安全和经济两方面设计了排水设施。提出了井下蓄排水系统的有效库容和无效库容的概念,计算了重力自由出流时,不同涌水条件下的蓄排水特征值。分析了从满库至空库过程中水头、排水量和蓄水排放变化情况。结果表明,从满库排水至空库过程中,水头线性减小至最低水头。在前1/3时段内,近一半的库容量已经被排放;前2/3时段内排水量线性减少,库容总量的80%已经被排放;后1/3时段内,排水量快速减少至涌水量,仅排放了整个库容总量的20%。

煤矸石中潜在有害微量元素析出过程探讨

武旭仁, 郝启勇, 范士彦

2009, 37(4): 43-46. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2009.04.011

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摘要:
引入LCA(生命周期评价法)中产品“生命周期”的概念,系统地对煤炭开采的副产品——煤矸石整个“生命周期”中微量元素的析出过程进行了研究。结果表明:煤矸石的整个生命周期是一个微量元素析出—富集—析出的长期过程,随着风化程度的增强,煤矸石的环境影响逐渐增大。

立井工作面承压水流沙层保浆旋喷注浆帷幕支护技术

朱明诚

2009, 37(4): 47-49. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2009.04.012

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摘要:
为解决立井工作面掘进中通过承压水流沙层的技术难题,提出了一种带压保浆旋喷注浆工艺,并进行了有关配套机具的研究。实施立井工作面承压水流沙层旋喷帷幕支护工程设计与施工,得到了承压水流沙层条件下采用带压保浆方法进行旋喷桩施工的单桩成桩工艺参数及固结体材料强度等重要数据,工程效果显示,该技术施工的旋喷桩桩体强度较高,使井筒掘进顺利通过承压水流沙层。

土坡圆弧临界滑面的网鱼算法

熊峥, 周娟, 伍法权

2009, 37(4): 50-53,56. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2009.04.013

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摘要:
提出了一种新的搜索土坡临界滑面的优化方法——网鱼算法。该方法原理简单,具有较强的全局寻优能力。网鱼算法首先通过对较大范围内试算滑面作计算,得到局部最优值,然后再以局部最优为初值进行小范围、高密度的搜索,从而确定临界滑面。实例证明,该方法适用于复杂土坡的临界滑面搜索。

煤矸石山的危害及植被生态重建途径探讨

程功林, 陈永春

2009, 37(4): 54-56. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2009.04.014

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摘要:
长期的采矿活动使煤矿区大量的煤矸石堆积形成煤矸石山,成为矿区环境污染和恶化的主要因素之一。煤矸石山对矿区造成的危害主要包括引发火灾、破坏矿区景观、污染环境、形成地质灾害等。提出了植被生态重建治理煤矸石山的措施,其主要技术手段包括煤矸石山立地条件分析、山地整形、基质改良、植物种类选择和栽培等。通过合理的规划设计,最终实现矸石山稳定的植被生态系统。

金乐滑坡滑带土抗剪强度参数分析与确定

卢雪松, 翁新龙, 范文彦, 孙孝林

2009, 37(4): 57-60,63. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2009.04.015

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摘要:
滑坡滑带土抗剪强度参数是滑坡稳定性分析和治理工程设计的最基本、最重要参数,它的大小及其变化直接影响到滑坡稳定性的计算,并由此得到不同的结果和涉及到治理措施的有效性。通过室内试验、滑带土现场原位大剪试验、反分析值及相似滑坡类比法综合确定三峡库区金乐滑坡滑带土的抗剪强度参数,指出该滑坡滑带土抗剪强度参数的确定和分析应采用多种方法,才可获得合理可行的结果。

瑞利波探测技术用于矿井地质超前探测

丁宝国, 沈跃加

2009, 37(4): 61-63. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2009.04.016

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摘要:
鹤岗矿区煤系曾遭受多次构造运动的改造,地质情况复杂。为满足采区和生产布置的需要,采用瑞利波探测技术对地质情况进行精细探查和预报。在井下用瑞利波方法探测下部煤层、超前探测煤巷、岩巷前方的构造,取得了满意的效果。该技术方法提高了地质预报的准确性,在煤矿有良好的应用前景。

基于EMD分解的探地雷达信号瞬时频率分析

杨秋芬

2009, 37(4): 64-67. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2009.04.017

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摘要:
介绍了Hilbert-Huang变换中经验模式分解(EMD)的基本原理;讨论了实际探地雷达信号处理中EMD分解的终止条件;给出了利用内蕴模式函数(IMF)计算信号瞬时频率的计算公式。实际探地雷达剖面的HHT(Hilbert-Huang Transform)分析表明,由IMF得到的瞬时频率剖面对埋地目标的识别能力明显优于直接由探地雷达信号得到的瞬时频率剖面,并讨论了IMF的多分辨率特性。

基于小波分析的精细地层划分对比在庄9井区的应用

赵军龙, 李新胜

2009, 37(4): 68-71,73. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2009.04.018

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摘要:
为了满足庄9井区低渗透油藏描述中建立精细地层对比格架的要求,从研究区多种资料和小波系数模极值点、过零点与信号突变点数学模型出发,选用小波分析技术开展精细地层划分对比。通过对常规典型测井曲线小波变换,选用第3层细节信号重构测井曲线,将小波重构曲线与常规曲线结合起来,对比分析建立研究区精准地层对比剖面,并将此技术引入到储层隔夹层分析。研究表明,基于小波分析的地层划分对比与隔夹层分析结果可靠,满足高分辨率层序地层划分要求,效果好于传统的测井曲线分层对比方法。

孔底电动冲击回转钻具的研制

陆洪智, 鄢泰宁, 蒋国盛

2009, 37(4): 72-73. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2009.04.019

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摘要:
为克服传统液动、气动冲击器的缺陷,依据直线电机原理,研制了孔底电动冲击回转钻具。该钻具包括孔底电动冲击器、电机驱动器、动力电池3部分。电机驱动器负责接受地表指令并控制孔底电动冲击器的冲击频率和冲击功,从而实现在不提钻的情况下适应不同地层对冲击功和冲击频率的要求。实验表明,该钻具效率高,性能可靠,调节方便。

钻杆分料装置的研制

田东庄

2009, 37(4): 74-76. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2009.04.020

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摘要:
钻杆是目前煤矿瓦斯抽放钻孔施工的重要装备。在钻杆加工过程中,上下料采用人工方式,其劳动强度大、生产效率低。为了实现自动上下料,需要采用一种钻杆分料装置,将单根钻杆从成捆的料箱中分离出来。通过对3种分料方式的对比分析,选取了三轴分料方案,并介绍了该方案的设计思路和实现过程。应用表明,在降低工人劳动强度、提高生产效率等方面取得了良好的效果,为钻杆自动化生产线的建设奠定了基础。

小井眼钻具升降产生的孔内波动压力

张杰, 鄢泰宁

2009, 37(4): 77-80. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2009.04.021

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摘要:
钻具在充满钻井液的钻孔内运动时所产生的波动压力是影响钻孔稳定的主要因素。为了研究影响孔底波动压力的因素,对俄罗斯学者的试验数据进行回归分析,得出波动压力与起下钻速度、钻孔深度成正比关系,并受钻井液性能、钻孔结构等参数影响,得出波动压力计算公式。经过工程实例验证,该公式计算结果准确可靠,能满足工程实际需要。

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2009年第37卷第4期

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