煤田地质与勘探

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唐鑫, 朱炎铭, 赵少磊, 史乾

2015, 43(1): 1-6. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2015.01.001

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摘要:
开滦矿区唐山矿位于开平向斜北西翼,隶属燕山南麓赋煤构造带,由北向南依次发育F_I、F_II、F_III、F_IV、F_V主断层,地质构造复杂,控制了井田构造格局。基于钻孔和矿井地质资料,以构造规律解析为基础,结合平衡剖面技术,探讨了唐山矿现今构造特征及构造演化期次。研究结果显示:唐山矿主体构造形成于燕山期NW-SE向的挤压应力作用,动力来源为库拉-太平洋板块与欧亚大陆的相互挤压作用;喜马拉雅期,由于库拉-太平洋板块淹没于欧亚大陆之下,唐山矿受到NW-SE向的拉张应力作用,形成了一系列小型正断层,并导致F_I逆断层发生构造反转而变为正断层;利用平衡剖面技术恢复了唐山矿构造演化过程,得到唐山矿地层缩短率为27.3%。

东欢坨矿8煤瓦斯异常的地质因素

付常青, 朱炎铭, 蔡图

2015, 43(1): 7-12. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2015.01.002

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摘要:
运用压汞法和等温吸附法对开滦矿区东欢坨矿8煤储层特征进行研究,结合矿井实测瓦斯涌出量数据,分析了控制东欢坨矿8煤瓦斯异常涌出的地质因素。结果表明:瓦斯异常主控地质因素为地质构造及水文地质特征,东欢坨矿"水大瓦斯小,水小瓦斯大"的赋存规律明显。矿井瓦斯赋存形式主要为游离态,表现出在压性断层带时,瓦斯涌出量较小;在未导通煤系含水层情况下,张性断层带往往煤体破碎、孔裂隙相对发育,瓦斯涌出量显著增大,而在断层导通煤系含水层的水文异常区,瓦斯涌出量有明显减小的趋势。东欢坨矿瓦斯涌出量受多种因素的控制,筛选出煤层埋深、煤层厚度、煤层顶板含泥率和断层数作为主要控制因素,建立了具有较好相关性的瓦斯涌出量多变量数学预测模型;并通过灰色系统理论建模软件对瓦斯涌出量和各影响因子之间的关联度进行分析,得到断层数是瓦斯涌出量的最主要影响因素。

复合水力化增透技术在低渗突出煤层瓦斯抽采中的应用

邱德才, 武贵生, 陈冬冬, 唐志龙

2015, 43(1): 13-16. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2015.01.003

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摘要:
为增加低渗突出煤层的透气性,提高煤层瓦斯抽采率,提出"钻扩一体化+水力压裂"复合水力化增透技术。介绍了该技术的原理及工艺系统组成等,并在重庆南川宏能煤矿进行了工程试验。试验结果表明,与采用单一"水力压裂"和单一"钻扩一体化"水力化技术的钻孔相比,采用复合水力化增透技术的钻孔,其瓦斯抽采纯量较前二者分别提高了3.37倍和2.80倍,瓦斯抽采体积分数分别提高了3.35倍和2.64倍。

煤岩动静力学参数关系试验研究

于师建, 杨永杰, 刘伟韬

2015, 43(1): 17-21. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2015.01.004

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摘要:
煤岩的动、静力学参数关系的试验研究,对研究煤岩的位移和变形特征及工程支护设计具有重要意义。将取自新河煤矿3煤的煤样加工成Φ50 mm×100 mm的圆柱体标准试件;采用500 kHz频率的纵横波换能器分别进行纵横波速度测试;在MTS815.03电液伺服试验机上进行单轴压缩试验,得到静态弹性模量和泊松比。试验结果表明:煤岩动弹性模量与横波速度相关性强于与纵波速度的相关性,煤岩介质的纵波对孔隙和裂隙发育程度的敏感程度要比横波高;煤岩试件Ed/Es比值主要集中在1.4~1.7,室内煤岩试件动、静弹性模量和动静泊松比之间存在较好的线性相关关系。

潞安矿区煤储层裂隙及其与人工裂缝的关系

李鑫, 傅雪海

2015, 43(1): 22-25,29. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2015.01.005

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摘要:
为了研究潞安矿区煤储层压裂人工裂缝与天然裂隙的关系,井下实测了矿区煤储层宏观裂隙,扫描电镜观测了煤储层显微裂隙;探讨了矿区含裂缝非均质煤岩破裂规律。对原位煤储层条件下人工裂缝沿天然裂隙扩展的最大水平主应力方向与天然裂隙走向夹角的临界值进行了计算。结果表明:矿区的漳村、司马、屯留、常村和五阳5个区块临界值分别为12.00°、9.22°、9.16°、8.56°和7.42°,当最大水平主应力方向与天然裂隙走向的夹角小于此临界角时,人工裂缝沿天然裂隙扩展,反之沿最大水平主应力方向扩展。据此,探讨了潞安矿区原位煤储层压裂裂缝沿天然裂隙扩展的3种模式。

二氧化氯对煤储层物性改变的机理研究

郭红玉, 拜阳, 夏大平, 王惠风, 陈俊辉, 马俊强

2015, 43(1): 26-29. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2015.01.006

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摘要:
二氧化氯在作为煤储层压裂破胶剂的同时,兼具降低煤的亲甲烷能力和化学增透作用。查明二氧化氯对煤储层物性改变的内在机理,对深部煤储层改造摒弃传统活性水改用高粘压裂液有重要意义。通过对二氧化氯改性前后的不同变质程度煤样的压汞和Raman光谱测试,对比分析了煤样改性前后的孔隙结构和化学结构的变化特征。测试结果表明:煤样改性后孔隙度和孔容不同程度增加,比表面积降低;改性后煤的脂肪链的支链化程度和芳香环的缩合程度均降低,煤结构单元缺陷增加,芳碳总量相对减少。可见,煤储层物性改变的机理在于煤孔隙结构及其大分子结构发生了相应变化。

钻井液对煤心煤层气解吸损失量的影响

谢向向, 张玉贵, 姜家钰, 张大伟

2015, 43(1): 30-34,42. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2015.01.007

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摘要:
为了准确求取钻井液作用下煤心煤层气解吸损失量,借助物理化学、界面化学、表面浸润、浸润相变和煤化学等理论,并通过相关实验研究,讨论了游离态煤层气对解吸损失量的影响,探讨了钻井液作用下液置气和水锁现象对煤层气解吸机理的影响。结果表明:在钻井液作用下,煤心煤层气解吸是多因素动态耦合作用的结果,煤层气原始压力、煤结构破坏类型、粒度、煤级、提钻速度和装罐时间是影响煤层气解吸损失量的主要因素;另外,煤心煤层气在钻井液和空气两种介质中有置换解吸、变压解吸和常压解吸3种解吸过程。

井筒冻结孔解冻涌水发生机制及其控制技术

吴璋, 王晓东, 武光辉, 朱明诚

2015, 43(1): 35-42. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2015.01.008

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摘要:
针对冻结井筒解冻后频繁发生涌水灾害的情况,通过工程实例分析了冻结技术、井筒地层条件及解冻涌水特征。结果表明,涌水发生是由于解冻后冻结止水帷幕失效,冻结管周围地层介质渗透性增强,介质接触界面粘结强度降低而致界面缝隙扩大连通,使冻结钻孔连通含、隔水层而形成竖向导水通道,通道内高压水通过井筒薄弱部位发生涌水。采取在井筒外围适宜地层开挖环形巷道,在环形巷道内逐个切断冻结管并向冻结管内外注浆加固,最后将环形巷道用混凝土回填,形成人工隔水塞层。利用RFPA^2D-Flow渗流耦合模型验证了该治理方案的可行性,且利用FLAC^3D程序计算出环形巷道距离井壁7.50 m是最佳开凿位置。经该措施处理后的井筒涌水由原来的90 m³/h降低至2 m³/h,且井筒保持了稳定。

综采顶板砂岩富水性多元信息预测评价

崔雪丽, 李文平

2015, 43(1): 43-47. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2015.01.009

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摘要:
为预防矿井顶板水害的发生,针对现有方法对顶板砂岩富水性预测存在的问题,着重研究了多因素对富水性的影响,并提出了富水性综合分析预测评价方法。在指标选取上更注重科学性和实用性,最大程度的利用了资源勘探孔的资料进行富水性预测。并以济宁二号井为实例,进行应用验证,为煤矿顶板含水层富水性预测评价提供了一种新方法。

钻孔单位涌水量换算的理论与实践

奚砚涛, 冯春莉, 郭英海, 郑世书

2015, 43(1): 48-51. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2015.01.010

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摘要:
单位涌水量是评价煤矿区含水层富水性强弱和划分矿井水文地质类型的重要指标之一。分析了单位涌水量换算的意义及煤矿钻孔实际抽水资料,研究了具有三次降深、二次降深及一次降深资料单位涌水量换算的方法,结合某煤矿的实际抽水资料进行了验证,计算结果符合该煤矿区含水层富水性的实际情况。

西藏某水电站左岸坝肩边坡地震稳定性分析

杨国俊, 王亮清, 梁烨, 何娇

2015, 43(1): 52-57. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2015.01.011

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摘要:
地震作用下岩质高边坡的稳定性历来是边坡稳定性研究中的重点,难度比较大。总结了对地震边坡进行工程地质分析的方法,并结合西藏某拟建水电站所在区工程地质条件,对地震作用下该水电站的边坡的稳定性进行工程地质分析;建立数值模型,采用有限差分程序FLAC 3D对地震作用下该边坡的动力稳定性进行分析。由工程地质分析可知,该边坡在地震作用下整体处于稳定状态;拟静力法计算可知,地震对该边坡的稳定性有一定影响;通过地震动力时程分析可知,地震对边坡顶部和坡面附近的影响较大,因而这些地方危险较大;同时还分析了地震波频率、振幅对稳定性的影响以及断层对地震波传播的影响规律。

含水率对滑带土强度参数的影响

陈小龙, 丁建锋, 简文星

2015, 43(1): 58-61. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2015.01.012

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摘要:
滑带土是滑坡体的重要组成部分,滑带土的强度特征对于边坡稳定具有重要的控制作用。三峡库区的黄土坡滑坡因常年经受库水位变化与降雨的影响,滑带土的含水率总是处于不断变化的过程中,因而对其强度参数产生了较大的影响。针对这一问题,在三峡库区黄土坡临江二号滑坡上采集了滑带土样,对不同含水率下的滑带土进行了不排水快剪试验。试验结果显示:含水率的变化对滑带土的抗剪强度影响较为敏感;试验数据拟合发现,滑带土的黏聚力C及内摩擦角φ均随含水率增大近似呈线性减小,且φ值降低的线性规律更趋明显。

加筋地基承载力研究现状

郭鹏辉, 李良勇, 陈宝成, 杨晓楠

2015, 43(1): 62-67. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2015.01.013

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摘要:
基于目前国内外文献对加筋地基承载力的研究成果,总结了加筋地基承载力的影响因素及其影响规律,并基于已有文献的研究成果得到了最优加筋参数的建议取值范围。对目前加筋地基的破坏模式及承载力计算公式进行了总结,并讨论了各承载力计算公式的区别与联系及优劣性。提出加筋地基承载力计算公式应基于准确的破坏模式与加筋机理。加筋地基的破坏模式与破坏模式类型定量化判断标准、加筋机理、原型实验等应成为加筋地基承载力未来的研究重点。

节理型黄土开挖边坡塌滑破坏机理

连宝琴, 王新刚

2015, 43(1): 68-71. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2015.01.014

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摘要:
黄土节理控制着黄土区地下水或者地表水的运输通道,黄土节理的发育致使黄土节理扩张为局部大的拉张裂隙,在拉张力作用下使得黄土高原地区塌滑灾害频繁发生。通过野外调查和分析,提出了黄土开挖边坡塌滑破坏可分为4个阶段:坡脚侵蚀剥落阶段、坡顶拉裂阶段、垂直裂隙扩展阶段、边坡整体塌滑破坏阶段。结合工程实例,通过概化的三维数值分析模型,使用岩土工程软件FLAC^3D模拟分析了在3种降雨量条件(40 mm/d、80 mm/d、100 mm/d)下,降雨2 d后概化模型的塌滑破坏情况,这可为工程地质条件相同地区的黄土开挖边坡塌滑变形破坏的分析以及防治提供一种有效分析范例。

枣园区块煤层气井产出水化学特征及动态变化规律

朱卫平, 唐书恒, 吕建伟, 韩继凡, 张海霞, 徐建红

2015, 43(1): 72-75. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2015.01.015

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摘要:
沁水煤层气田枣园区块煤层气开采井产出的水具有高盐度、高矿化度的特点,直接排放可能会造成生态环境的破坏。通过连续跟踪采集枣园区块煤层气井产出水样品,并进行了25项物理化学参数的系统测试,分析了矿化度及各种阴、阳离子的动态变化规律。发现其矿化度、氯离子、钠离子浓度均呈现先高后低的变化趋势,而碳酸氢根离子的变化规律相反,呈现先低后高的特点。水化学类型呈现由Cl-Na型向Cl·HCO₃^-Na型和HCO₃·Cl-Na型变化的规律。产出水中阳离子以K⁺+Na⁺离子为主,阴离子HCO₃^-和Cl^-值较为接近,不存在明显占绝对优势的离子。依据产出水中各离子的变化特点,依据国家Ⅱ类地表水标准,采用回归分析方法,建立了氯离子浓度排采动态变化模型。研究成果为煤层气井产出水处理技术提供了依据。

基于STA/LTA方法的微地震事件自动识别技术

段建华, 程建远, 王云宏, 陆斌, 朱红娟

2015, 43(1): 76-80,85. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2015.01.016

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摘要:
快速准确地从微震监测数据中提取微地震事件是微地震监测技术的关键。采用理论模拟数据分析了STA/LTA方法的可行性,选择了更能反映微地震信号变化的特征函数代替原始信号,结合实际数据对时窗长度、长短时窗比、阈值等重要参数进行了对比分析。研究结果表明,STA/LTA方法能够从海量微地震监测数据中快速准确地自动识别微地震有效信号,去除冗余信息,大幅减少微地震监测数据的传输量,从而为微地震监测数据的无线实时传输提供了可能,同时也减少了数据存储所需要的磁盘空间,取得了较好的应用效果。

关于频率电磁测深几个问题的探讨(八)——频率电磁测深与瞬变电磁测深的关系

陈明生

2015, 43(1): 81-85. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2015.01.017

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摘要:
从探测原理出发,说明人工源频率电磁测深与瞬变电磁测深的关系密切,这是一个问题的两个方面,可以互相转换。两种探测方法实质是一样的,具有共性;但毕竟从频率域和时间域两个侧面反映问题,又具有各自特性。两种方法的原理所依据的麦克斯韦方程,其正演公式可通过傅立叶变换相互转换;从实际探测所发收的信号特征,场区划分与探测深度等主要方面阐明两种探测方法异同,以加深对探测理论与方法的认识,结合实际择优应用。

高密度电法三电位电极系装置勘察适用性研究

李彬, 庹先国, 汪楷洋, 张赓

2015, 43(1): 86-90. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2015.01.018

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摘要:
为了对比分析高密度电法三电位电极系α、β和γ排列针对工程中常见的基岩面、充水断层以及充填型地下空洞等类型地质体适用性的差异,首先建立相关地电模型进行正演模拟计算,并对计算电阻率进行加噪二维反演,再以工程应用实例进行验证和进一步讨论。正演与实例对比结果表明:β排列在地形等干扰条件较小时对充水断层以及充填型地下空洞分辨能力较强;α排列为基岩面探测最理想装置,而当存在一定地形等干扰条件时,α、γ排列应分别为地下空洞和近直立断层勘探的最佳装置。

物探方法探测煤矿区岩浆岩侵入体探讨

王正科, 彭德然, 卢琳, 苟进昌

2015, 43(1): 91-95. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2015.01.019

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摘要:
针对煤矿区岩浆岩侵入体,分析了如磁化率、密度、顶面埋深、水平展布范围、垂直延伸长度等参数条件下岩浆岩侵入体引起的重力、磁力异常;介绍了现有重力勘探仪器和磁法勘探仪器的分辨能力;结合岩浆岩侵入体引起的物探异常,提出了重力勘探和磁法勘探工作布置的具体要求及其仪器的操作方法。研究显示,物探方法尤其是重力勘探、磁法勘探探测煤矿区岩浆岩侵入体能获得有意义的异常,可圈定岩浆岩侵入体的分布范围。

瑞利波技术超前探测掘进工作面构造异常

李胜, 祁晓鑫, 李军文

2015, 43(1): 96-99. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2015.01.020

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摘要:
掘进工作面前方存在断层、溶洞、陷落柱、含水层等地质构造,常常导致透水、冒顶等灾害性事故。采用YTR (D)瑞利波探测仪对山西潞安集团五阳煤矿7603掘进工作面进行超前探测,并对现场采集的数据进行处理和分析。结果显示,2个测点共发现9处异常区,通过后期工程验证,有7处探测异常区与实际揭露的结果基本一致,探测与实际揭露异常区域位置误差均在4 m以内。

“三软”单一煤层水力冲孔卸压增透机理及现场试验

冯文军, 苏现波, 王建伟, 秦俊宾, 李贤忠

2015, 43(1): 100-103. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2015.01.021

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摘要:
水力冲孔是实现"三软"煤层瓦斯高效抽采的有效途径之一。通过应力应变-煤体结构-渗透率的耦合实验,揭示了"三软"煤层渗透率随煤体结构和应力变化的演化规律,发现软煤在卸压后渗透率得到大规模提升。以Hoek-Brown准则为理论依据,通过数值模拟,发现水力冲孔出煤后的卸压增透范围显著增加。采用自主研发的"瓦斯抽采孔水力作业机",在郑煤集团大平煤矿21141底板抽放巷进行了水力冲孔试验,使得水力冲孔更加安全、高效,并使得老孔的修复成为现实。现场试验充分检验了装备的可靠性和理论分析的准确性,显著提高了煤层瓦斯的抽采效率。

基于ANSYS的PDC钻头钎焊裂纹应力场和应力强度因子分析

唐胜利, 杨亮, 孙利海

2015, 43(1): 104-108. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2015.01.022

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摘要:
金刚石复合片(PDC)钻头钎焊裂纹尖端两侧临近界面处应力高度集中,是导致其断裂失效的主要原因。基于ANSYS对PDC钻头钎焊裂纹进行数值模拟,针对焊缝裂纹形状、厚度、位置的不同,能对裂纹尖端应力场等值线图及应力强度因子进行数值计算。借助这一计算PDC焊缝裂纹应力强度因子的新方法,阐述了PDC断裂失效机理,用以指导钻头焊接工艺,稳定和提高PDC钻头焊接质量。

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