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2019年  第47卷  第3期

采煤工作面随采地震探测技术
煤矿井下随采地震探测技术发展综述
程建远, 覃思, 陆斌, 王保利, 王季, 王云宏
2019, 47(3): 1-9. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.03.001
浏览量:249 下载量:47
摘要:
煤矿井下地震勘探的炸药震源受火工品管控影响大,且无法实现煤矿开采动力地质灾害的监测预警;随采地震是以采煤机为震源的地震探测新技术。本文回顾了国内外随采地震技术的研究现状,介绍了随采地震的方法原理和独特优势,并开展了一些先导性的试验研究利用。结果表明:采煤机震源具有激发能量强、频带宽、安全绿色经济、可重复等特点,可以作为随采地震探测的被动震源;采煤机震源与炸药震源的地震炮集记录接近,后者单炮信噪比相对较高;随采地震数值模拟、大数据动态处理等关键技术急需协同攻关。尽管随采地震尚处于试验研究阶段,但是它将成为未来透明工作面三维动态地质建模、开采动力地质灾害监测预警等重要手段,代表了今后煤矿智能探测技术的发展方向。
基于孔间地震细分动态探测的透明工作面方法
陆斌
2019, 47(3): 10-14. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.03.002
浏览量:127 下载量:14
摘要:
透明工作面是煤矿智能开采的重要组成部分,为智能开采提供工作面的详细地质构造信息,提出一种基于孔间地震密集动态探测的透明工作面方法,能够实现工作面的渐进式精细探测。该方法是以采煤机为震源的随采地震方法的进一步发展,主要利用平行于切眼的一系列水平孔对工作面进行细分探测,随着采煤工作的逐渐推进,利用孔间地震方法对细分区域进行精细成像。与已有的随采地震方法比较,本方法具有明显的优点。首先,射线覆盖更加均匀且无盲区。第二,探测区域被细分所以探测精度更高。第三,因为利用地震干涉的"虚"震源方法能得到高信噪比的单炮,可进一步提高探测精度。该方法能够适应智能开采透明工作面的目标要求,有望成为智能开采的重要组成部分。
综采工作面随采地震的采煤机震源模拟
金丹
2019, 47(3): 15-19,24. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.03.003
浏览量:110 下载量:13
摘要:
为了分析以采煤机作为震源接收到的随采地震数据的波场特征,从正演模拟的角度出发,通过将采煤机截割方式及滚筒的受力情况转换为震源力函数的形式,以不同时间不同位置的荷载分布作为震源对波动方程进行加载,采用高阶交错网格有限差分法对波动方程进行求解,得到正演单炮数据。最终,数值模拟得到的随采地震数据显示出,采煤机震源激发的波场中,横波能量占据主导地位,纵波能量较小,且在高频数据中,y分量上有明显的槽波存在,其极化特征显示出该槽波为Love型槽波。最终,模拟数据与实际采集的y分量数据对比表明,二者在波场成分及分布方面具有较高的相似性。
随采地震数据质量定量评价
覃思, 崔伟雄, 王伟
2019, 47(3): 20-24. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.03.004
浏览量:211 下载量:7
摘要:
在采煤工作面布设了随采地震监测系统后,为了自动筛选实时不间断传输回地面的巨量地震数据,利用采煤机积极割煤时,各接收道收到的信号相关性强,反之则弱这一特点,提出了一种自动定量化评估随采地震数据质量的方法。对内蒙某矿随采地震数据进行了处理,结果证明该方法能有效识别出单道的相关能量峰,对数据质量定量评价的效果很好。利用此法筛选了贵州某矿随采地震监测数据,将优选数据叠加后,数据的信噪比得到了明显的改善,相关能量轴明显增强。该方法可从海量随采地震数据中快速筛选出高质量的数据,大幅缩减进一步处理的工作量,改善处理效果。
随采地震噪声衰减研究
刘强
2019, 47(3): 25-28,34. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.03.005
浏览量:121 下载量:9
摘要:
鉴于煤矿井下环境的封闭性及对安全生产的高要求特点,炸药震源在煤矿井下地震勘探施工中存在众多局限性,而以采煤机作为震源可以规避炸药震源的许多固有缺陷,具有可以在不影响回采工作面正常作业的情况下对工作面内部构造及应力开展实时探测的优势。但由于采煤机产生的能量远小于炸药震源,因此采集到信号的质量通常受到环境噪声影响,通过分析大量实际数据发现噪声中能量占比较多的为单频噪声和随机噪声,严重影响探测精度。为提高随采地震数据信噪比,提出了同时衰减单频噪声和随机噪声的方法,首先基于互相关技术在构建常规炮集记录的同时衰减单频噪声,然后通过小波变换衰减随机和残余单频噪声,通过模拟数据和实际数据证实,该方法可以在很大程度上提高信号的信噪比。
随采地震数据处理软件开发与应用
王保利
2019, 47(3): 29-34. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.03.006
浏览量:167 下载量:13
摘要:
以采煤机作为震源的回采工作面随采地震探测技术是获取精准开采地质条件、提高工作面内部地质异常体探测精度、实现无人/少人化智能开采的关键,具有广泛的应用前景。而常规的地震数据处理软件不能满足随采地震数据实时、连续不间断、大数据量等要求。通过分析随采地震探测技术的数据处理软件的需求,提出了分层、多任务的随采地震数据处理软件(SWM)的框架体系,并详细介绍了软件框架中各层、各任务的组成成分及其功能。该系统集数据管理、数据展示、数据处理和成果展示于一体,满足随采地震数据实时、连续及大数据量的需求。
随采地震监测数据采集控制软件开发
段建华, 王云宏, 王保利
2019, 47(3): 35-40. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.03.007
浏览量:214 下载量:12
摘要:
随采地震能够对工作面前方地质异常体进行连续探测和实时预报,成为近几年的研究热点,但是目前还没有能够在煤矿井下开展随采地震长期连续监测的装备及配套软件。为了解决这个问题,基于Microsoft Foundation Classes(MFC)开发框架,开发了一套随采地震监测数据采集软件,在室内、野外进行了为期3个月的联调测试,并且在贵州岩脚煤矿与井下随采地震监测设备开展了为期3个月的全面试运行。测试表明,软件实现了随采地震信号的高效采集、完全存储和处理软件的实时通信功能,具有运行稳定、操作便捷、处理高效、便于维护、无人值守等优点。
煤田地质 矿井地质
天津静海含煤区无井式煤炭地下气化选址地质评价模型
王志刚, 付小锦, 梁杰, 曹健, 江胜国
2019, 47(3): 41-48. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.03.008
浏览量:107 下载量:12
摘要:
地质条件对煤炭地下气化选址起着重要作用。运用二级模糊综合评判法,从勘探情况、煤层特征、煤质特征、水文条件4个影响因素入手,构建了天津静海含煤区无井式煤炭地下气化地质评价模型,并通过质量守恒物料衡算与室内模拟实验结果对比验证了模型的适用性。研究认为:影响无井式煤炭地下气化的地质条件所占权重依次为勘探情况 > 煤层特征 > 水文条件 > 煤质特征,综合得分高于70的区域为无井式煤炭地下气化适合区,60~70分为比较适合区,低于60分为不适合区。天津静海含煤区5号煤层综合评分为78.89分,为无井式煤炭地下气化适合区,扣分项主要来自于埋深、CO2反应活性(900℃)和黏结性。物料衡算所得煤气组分与室内模拟实验所得煤气组分相对误差均在允许误差15%范围内,有用组分(H2+CO+CH4)相对误差为2.63%,证明了所建模型的适用性,对后期生产规模设计和现场生产具有一定的指导意义。
井巷揭煤地面预抽辅助消突技术
张东亮
2019, 47(3): 49-55. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.03.009
浏览量:91 下载量:10
摘要:
井巷如何安全、高效揭穿突出煤层是防突工作不断探索的课题,地面预抽煤层瓦斯辅助消突不失为一种有效的解决途径。基于井巷揭煤突出机理和防突核心任务分析,研究了地面预抽辅助消突技术特点和适应性。工程应用表明,采用洞穴完井和水力压裂强化预抽,可有效降低井巷揭煤区煤层瓦斯含量和瓦斯压力,使揭煤区应力释放或泄压,破坏煤与瓦斯突出的物质基础和动力来源,从而变突出区域(煤层)为非突出区域(煤层)。地面预抽煤层瓦斯能够有效降低井巷揭煤防突工作难度,提高揭煤效率,适合复杂地质条件下石门、井筒揭煤防突工作。
煤层产甲烷菌对胍胶的生物降解实验
李云嵩, 郭红玉, 符超勇, 赵国俊, 夏大平
2019, 47(3): 56-60. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.03.010
浏览量:103 下载量:8
摘要:
胍胶压裂液的低温破胶问题事关煤层的增透效果,为探讨产甲烷菌群对胍胶生物降解的影响,以内蒙古某矿褐煤样品为研究对象,以富集的新鲜矿井水为菌源,配比不同浓度的胍胶与煤的混合液,开展生物甲烷代谢实验。以产气总量、CH4含量、胍胶分子官能团和C、H元素含量变化以及液相产物等指标表征煤层产甲烷菌群对胍胶的生物降解特性。实验结果表明:加入胍胶能提高煤制生物气产量,代谢后体系溶液黏度明显降低;降解后胍胶大分子中C、H元素的含量明显下降,胍胶的表面粗糙度增加;胍胶降解后主要特征峰表现为-OH基团及C-O基团的含量减少,甲基官能团振动吸收峰消失;生物降解溶液中葡萄糖醛酸含量增加。实验验证了煤层产甲烷菌对胍胶的降解作用及效果,为胍胶压裂液的低温破胶技术提供了有力依据。
陕北侏罗纪煤田三角洲平原沉积环境及其岩石力学特征
王海军, 马良
2019, 47(3): 61-69. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.03.011
浏览量:1784 下载量:535
摘要:
三角洲平原沉积环境是陕北侏罗纪煤田煤炭资源的主要形成环境之一,为获得不同环境煤层顶板岩石力学参数特征,进一步探究沉积环境与岩石力学特征之间的关系,首先从区域沉积环境分析入手,然后运用岩心精细描述、沉积构造分析、地球物理测井分析等技术,识别微相、划分顶板沉积微相类型及其组合特征;之后对不同沉积环境中不同位置、不同岩性的岩石进行系统地分层采样和测试分析;最后综合分析煤层顶板各沉积微相的岩石力学特征。结果表明,煤层直接顶板以泥岩、粉砂质泥岩为主,形成于三角洲平原亚相中的沼泽、湖泊沉积微相,局部见粉砂岩、细粒砂岩形成于分流河道和天然堤微相;基本顶主要以中-细粒砂岩为主,形成于分流河道沉积微相;沉积环境不仅控制煤层顶板岩性分布而且控制岩石力学参数及其含水层富水性的分布,其中,湖泊、沼泽相泥岩顶板区是顶板支护的重点部位,多期分流河道砂岩叠置顶板区是未来矿井防治水以及探放水的重点区域。
煤层气 页岩气
水力压裂条件下焦作矿区低渗煤层气试验井产能预测
王志荣, 杨杰, 陈玲霞, 郭志伟
2019, 47(3): 70-76. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.03.012
浏览量:142 下载量:9
摘要:
为了探索焦作"三软"煤层(软煤、软顶和软底)水力压裂条件下煤层气渗透机理及产出规律,首先基于储层裂缝扩展模型,考虑压裂后煤体孔隙率对渗透率的影响,建立储层裂缝渗透模型,并进行试验单井的应用及分析,得出压裂缝长度、宽度、渗透率以及压裂后储层参数等指标;而后通过等温吸附曲线法与历史拟合法的综合分析,对煤层气井的采收率进行预测;最后结合所得指标参数与采收率,运用FracproPT软件对矿区GW-002试验井进行2 430 d的产能预测。结果表明:该试验井模拟预测的平均日产气量可达596.87 m3,采收率可达32.86%,累计产气量可达1.09×106 m3,数值模拟出的产气量与实采数据较为吻合,满足煤层气开采技术要求,可用于指导焦作矿区煤层气井压裂抽采实践与产能预测。
低渗煤层注CO2增抽瓦斯数值模拟与应用
白刚, 周西华, 魏士平, 范超军, 李雪明
2019, 47(3): 77-84. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.03.013
浏览量:149 下载量:13
摘要:
针对低渗透性煤层瓦斯抽采难度大、抽采效率低等问题,基于CO2-CH4多组分气体竞争吸附作用,开展了注CO2提高煤层瓦斯抽采率数值模拟与试验研究。首先,建立了考虑气-水两相流与Klinkenberg效应的煤层注CO2促抽瓦斯流-固耦合模型,利用COMSOL软件进行了煤层注CO2后煤层瓦斯压力、瓦斯含量和瓦斯抽采率等参数变化规律,并应用于工程试验。结果表明:构建的气-水两相流瓦斯抽采流-固耦合数学模型可靠、合理;注入CO2抽采煤层气瓦斯压力、瓦斯含量均比未注入CO2抽采下降速率快;现场试验后,注气抽采条件下瓦斯抽采浓度平均值是未注气条件下的2.02倍,瓦斯抽采纯量是后者的3倍。煤层注入CO2气体后,瓦斯抽采量增加,显著促进了煤层瓦斯抽采。
热力耦合条件下超临界CO2驱替煤层CH4实验
吴迪, 刘雪莹, 孙可明, 辛利伟, 苗丰
2019, 47(3): 85-90. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.03.014
浏览量:93 下载量:7
摘要:
为提高煤层CH4抽采效率,利用自主研发的实验系统,模拟超临界CO2在深部煤层中驱替CH4的过程,开展了不同温度和注入压力条件下原煤试样中超临界CO2渗流、吸附及驱替CH4实验。结果表明:在恒定温度条件下,随着超临界CO2注入压力逐渐增大,煤体渗透率提高,CO2吸附量增加。超临界CO2注入压力和温度对驱替效果影响显著。不同温度条件下,当超临界CO2注入压力从8 MPa增至12 MPa,CH4驱替量平均增长了0.076 cm3/g,CH4驱替效率增加了17%~23%,超临界CO2置换体积比呈线性递减趋势;相同注入压力条件下,温度每升高10℃,驱替效率平均增加8%,置换体积比平均下降0.5。研究结果为高效抽采煤层CH4和实现CO2封存提供理论依据。
阳泉矿区寺家庄井田太原组煤层气地球化学特征及成因
于振锋, 郝春生, 杨昌永, 姚晋宝, 王维, 季长江
2019, 47(3): 91-96. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.03.015
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摘要:
为了研究阳泉矿区寺家庄井田煤层气地球化学特征及成因问题,系统开展了石炭-二叠系太原组主力产气煤层(8、9和15煤)煤心样品的现场解吸实验,并收集气样进行组分和碳同位素分析。结果表明:8煤含气量高于9煤,平面上15煤含气量不均匀,部分地区几乎不含气;整个解吸过程中,8煤和9煤气体组分含量及变化规律相近,CH4含量呈先增加后降低、N2含量呈先降低后升高的趋势,而15煤CH4含量呈近线性降低、N2含量呈线性增加趋势;其中,9煤CH4体积分数为27.82%~76.12%,N2体积分数为21.49%~72.20%,15煤CH4体积分数38.15%~89.41%、N2体积分数为6.55%~61.82%;随着解吸的进行,8煤和9煤中的煤层气碳同位素δ13C1值总体呈增加的趋势,15煤中的煤层气δ13C1值总体呈现为3个逐渐增加序列,δ13C(CH4)与δ13C(CO2)变化无相关关系。研究区煤层气主要为热成因气,生物作用不明显。另外,关于煤层气组分中CH4含量低异常和N2含量高异常的原因有待进一步研究。
煤层气直井产气曲线特征及其与储层条件匹配性
韩文龙, 王延斌, 刘度, 常宏, 丁涛
2019, 47(3): 97-104. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.03.016
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摘要:
煤层气产气曲线类型与地质条件的匹配与否直接影响产气效果。以沁水盆地柿庄南区块排采4 a以上的直井为研究对象,在产气曲线类型划分基础上,分析不同产气曲线特征,进一步分析产气曲线与储层参数的匹配性。结果表明:研究区产气曲线可划分为单峰快速上升、单峰稳定上升、双峰后低和双峰后高4种类型。产气曲线所表现出的特征受控于储层原始渗透率,储层动力及压裂效果。单峰快速上升型适用于含气量大于12 m3/d、临储比大于0.4和渗透率大于0.1×10-3 μm2的储层,该种曲线容易造成产气量的骤降;单峰稳定上升型适用的储层条件广泛,与储层参数匹配性较高;双峰后低型产气效果整体不佳,与储层参数的匹配性差;双峰后高型适用于压裂效果较好的井、对储层原始参数要求较低,其后峰产气量的增加速率影响整体的排采效果。基于上述分析,将储层划分为七种类型,对研究区及其相邻区块实施"一井一策"的排采制度具有重要的指导意义。
SEC储量动态评估方法在煤层气田中的应用——以鄂尔多斯盆地韩城区块为例
伊伟, 熊先钺, 曹毅民, 丁蓉
2019, 47(3): 105-108,116. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.03.017
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摘要:
目前,煤层气田的SEC储量评估均采用动态评估法,在评估过程中存在参数取值多样化、计算结果不一致等问题,为了解决这个问题,以鄂尔多斯盆地韩城区块为例,综合运用一系列与煤层气的生产特点相适应的评估方法,优化各种参数,总结递减规律。研究结果表明:根据构造和地质条件划分地质单元,在此基础上按照开发效果划分评估单元能够客观合理地分析煤层气田的递减规律;综合运用指数递减、双曲递减、调和递减等动态储量递减方法建立典型曲线,可以用来检验储量评估结果的合理性;对于一个单元进行储量评估过程中,递减率的取值要充分考虑后期增产措施的影响。
不同形态压降漏斗模型对煤层气井产能的影响
胡海洋, 金军, 赵凌云, 陈捷, 顾娇杨
2019, 47(3): 109-116. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.03.018
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摘要:
为了研究压降漏斗形态对煤层气井产能的影响,探讨不同排采阶段煤储层压力变化规律,以期对煤储层解吸效果进行量化研究。针对径向流压力分布模型-对数函数模型难以准确反映各阶段的压降漏斗形态这一问题,建立了对数、线性、抛物线和椭圆型函数压降漏斗模型,提出了煤储层"解吸系数"与"有效解吸系数"的概念,并分析不同函数模型对煤层气解吸半径、产能和采收率的影响。研究结果表明,在同等解吸半径条件下,椭圆函数模型的解吸气量、采收率最高(38.05%),对数函数模型的解吸气量、采收率最低(低于5%);相同压降漏斗半径条件下,对数、线性、抛物线、椭圆函数模型的解吸半径及有效解吸半径依次增大,其中椭圆函数模型的解吸系数、有效解吸系数最大,压降半径达到140 m时,其解吸半径达到135 m,有效解吸系数达到0.725,解吸半径范围内的煤储层中气体得到充分解吸。研究结果及认识对于掌握煤层气井排采过程中的储层压降规律,指导煤层气井排采具有重要意义。
水文地质 环境地质 工程地质
含水煤层水害形成机理及防治技术
王皓
2019, 47(3): 117-123. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.03.019
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摘要:
在煤炭开采过程中,煤层常被视作隔水或弱透水地层。然而,孟加拉国巴拉普库利亚煤矿(简称孟巴煤矿)主采的Ⅵ号煤层平均厚度为33 m,富水性较强,开采过程中多次突水,表现出煤层成为含水层的特殊水文地质现象,与我国东北、西北侏罗纪煤田局部地区出现的煤层含水现象类似。综合分析了煤层空隙特征、储水结构及地下水补给条件这3项含水层形成的必备要素,揭示了孟巴煤矿特厚煤体含水层的形成机制。从煤体的微观结构、物理力学性质及区域构造发育特征着手,对煤体是否具有储存地下水的空间进行了研究;结合室内岩石渗透性测试及现场大型抽水试验,分析了煤层顶、底板岩层的透水/阻水特性,对煤层是否具备含水层的储水结构进行了研究;采用水力连通试验等手段,查明了特厚煤体含水的主要补给水源。研究表明,有机质的煤化作用和后期地层应力作用,使得煤体自身结构存在大量的含、导水裂隙,在具备较好的补给条件并满足含水层储水结构的情况下,煤体可成为含水地层。针对煤体含水层的水害特点,提出特厚含水煤层"疏"、"排"结合的水害防治技术,为煤体含水地区煤矿安全开采提供技术支撑。
煤矸石淋滤液中污染物在GCL中的扩散性能
董兴玲, 董书宁, 周振方, 王强民, 刘基
2019, 47(3): 124-129,139. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.03.020
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摘要:
为验证土工合成黏土衬垫(Geosynthetic Clay Liners,GCL)作为煤矸石处置场衬垫层建设材料的可行性,采用垂直式双筒扩散装置进行室内扩散试验,研究了煤矸石淋滤液中典型污染物Zn2+、Mn2+和SO42-在人工钠化膨润土GCL中的扩散性能,使用有限层法模拟软件POLLUTE V7对污染物随时间变化的曲线进行拟合,确定3种污染物在人工钠化膨润土GCL中的扩散系数。研究结果表明,污染物在GCL中的扩散系数低于它们在传统压实黏土衬垫层中的扩散系数,从而能更有效地控制煤矸石淋滤液中污染物在GCL中的扩散迁移行为。
榆神矿区最上可采煤层赋存规律及开采危害程度
李智学, 申小龙, 李明培, 王红胜
2019, 47(3): 130-139. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.03.021
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摘要:
为研究榆神矿区最上可采煤层赋存及开采对萨拉乌苏组含水层危害程度,依次分析了榆神矿区最上可采煤层赋存特征、最上可采煤层与上覆主要含(隔)水层空间分布规律及组合类型,基于基载比和采高的最上可采煤层覆岩导水裂隙带发育规律、煤层开采对萨拉乌苏组含水层危害程度,将榆神矿区开采受危害程度分为4类:自然保水区、保水采煤区(影响大区和影响小区)、采煤失水区及采煤无水区。结果表明:受构造及剥蚀作用影响,榆神矿区最上可采煤层及上覆基岩呈差异剥蚀,煤露头线从SE向NW呈阶梯状分布,最上可采煤层上覆基岩由NW到SE方向逐渐变薄。榆神矿区西部(三、四期)最上可采煤层开采后对萨拉乌苏组含水层危害程度小或没影响;榆神矿区东部(一、二期)最上可采煤层开采后对萨拉乌苏组含水层危害程度大。
基于对数正态分布的井下疏放水钻孔水量分析
马莲净, 赵宝峰
2019, 47(3): 140-146,153. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.03.022
浏览量:109 下载量:5
摘要:
为了研究煤矿井下疏放水钻孔水量的分布规律,利用直方图、Q-Q图和非参数检验法对典型工作面疏放水钻孔水量进行了对数正态分布模型的检验,并进行了非线性回归模型的拟合,结合工作面水文地质条件,对模型中的参数进行了分析。结果表明:工作面井下疏放水钻孔水量服从对数正态分布,模型中典型工作面疏放水钻孔水量对数的均值和标准差与所属井田含水层单位涌水量的均值和标准差呈线性相关,分布曲线中的偏度和峰度主要受顶板含水层富水性及其均一程度控制,同井田内相邻多工作面疏放水钻孔水量也服从对数正态分布。研究成果可以为顶板水疏放钻孔和排水系统的设计提供参考。
基于量纲分析的非充分采动导水裂缝带高度预测
娄高中, 郭文兵, 高金龙
2019, 47(3): 147-153. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.03.023
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摘要:
为准确预测非充分采动导水裂缝带高度,选取开采厚度M、煤层埋深H、工作面倾斜长度L、煤层倾角α、覆岩力学性质R、覆岩结构特征S为非充分采动导水裂缝带高度主要影响因素。采用量纲分析建立了导水裂缝带高度与M,H,L,α,S间的无量纲关系式。结合30组实测数据,采用多元回归得到无量纲关系式的最优函数关系式。选取2个非充分采动工作面导水裂缝带现场实例对预测模型进行了工程验证,预测模型预测结果与实测结果吻合良好,其相对误差分别为3.64%和2.93%,预测模型的预测精度可以满足煤矿安全生产现场需要。
非承压含水层底部单孔疏放水渗流特征
李洋, 王文学, 肖航, 孙毅, 王运, 狄梦娜
2019, 47(3): 154-159,165. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.03.024
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摘要:
由含水层底部向上施工疏放水孔(井)进行疏水降压是保证煤矿安全开采的重要措施之一,该类疏放水孔与地面抽水井的渗流特征具有显著差别。为了研究井下疏放水孔的渗流特征,以非承压含水层底部单井疏放水孔为例,采用数值模拟的方法对其渗流特征进行研究。研究结果表明,当疏放水井的井长lw小于临界长度lc时,即lw<lc,疏放水井上部含水层孔隙水压力大于0,且由下而上呈先增加后减小的分布规律,渗流量与井长呈指数函数关系增加;当lwlc时,疏放水非完整井的渗流特征及渗流量与完整井相同;渗流量随井半径增加呈指数关系增加,且指数小于1;将s+lw代替水位降深s对裘布依(Dupuit)潜水完整井计算公式进行修正,当lw<lc时,采用修正的Dupuit潜水完整井计算公式计算疏放水非完整井渗流量更精确。该研究结果对认识井下疏放水井上部孔隙水压力分布特征及合理布置疏放水井具有重要的借鉴意义。
团柏煤矿带压开采条件下11-101工作面合理长度
李刚, 张恺, 苏俊辉, 王进波
2019, 47(3): 160-165. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.03.025
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摘要:
山西省霍州团柏煤矿11-101工作面为带压开采。为预防回采期间底板突水事故,采用弹塑性理论、现场实测、数值模拟验证相结合的方法,对不同工作面长度条件下底板破坏深度发育规律进行研究,进而确定该条件下开采的工作面合理长度。研究表明,随着工作面推进,滞后工作面6 m左右底板首先发生拉伸破坏,底板破坏呈楔形。工作面长度在60~120 m,破坏深度随着工作面长度增加呈线性增长,平均每增加10 m,破坏深度加深1 m。理论计算与数值模拟计算得出80 m工作面底板破坏深度为7~8 m,现场实测底板破坏深度为7.5 m,故工作面合理开采长度为80 m时,能够确保11-101工作面生产安全。
砂土地震液化预测的GA_SVM_Adaboost模型
毛志勇, 黄春娟, 路世昌
2019, 47(3): 166-171. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.03.026
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摘要:
为快速准确地对砂土液化情况作出预测,选取地震烈度、地下水位、覆盖厚度、标贯击数、平均粒径、地貌单元、土质及不均匀系数为主要影响因素,运用相关性分析和因子分析模型对其进行分析和属性约减,采用遗传算法(GA)对支持向量机(SVM)的参数寻优,结合Adaboost迭代算法,建立预测砂土地震液化的GA_SVM_Adaboost模型。选用唐山地震砂土液化现场勘察资料中的329组数据对模型进行训练,利用该模型对剩余68组砂土液化数据进行预测。最后,将预测结果与GA_SVM和SVM模型预测结果进行比较。结果表明,3个模型的平均预测准确率分别为100%、98.04%、89.71%,基于因子分析的GA_SVM_Adaboost模型的预测准确性优于GA_SVM模型和SVM模型,是一种解决砂土地震液化预测问题的有效方法,具有一定的应用参考价值。
不同地质年代煤矸石中有机质的溶出特征对比
孙艳芳, 赵丽, 罗绍河, 张垒, 孙超, 李博文
2019, 47(3): 172-178. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.03.027
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摘要:
分别以神东矿区补连塔矿侏罗纪煤矸石和保德矿二叠纪煤矸石为研究对象,通过浸泡实验,结合三维荧光光谱测试技术及平行因子分析法,对比研究2种煤矸石中有机质的溶出特征,这对于开展煤矿区地下水库水处理机理研究具有重要意义。研究结果表明:由于煤矸石自身矿物组成不同,补连塔矿煤矸石浸泡液中总离子质量浓度高于保德矿,且2种煤矸石浸泡液均呈弱碱性;其中补连塔矿煤矸石溶解性有机质(DOM)中含有较多的共轭双键或苯环类简单芳香族化合物,以富里酸和分子量较大的陆源类腐殖质为主,且含量普遍高于保德矿,而保德矿煤矸石中富里酸和酪氨酸类有机质较多。根据DOM样品荧光指数(FI)、生物源指数(BIX)、腐殖化指数(HIX)的计算结果,2种煤矸石中DOM主要为内源有机质,并具有较强的自生源特征,且煤矸石形成地质年代越早,煤矸石DOM样品的"微生物源"特征越明显。
黏粒含量对黄土抗剪强度影响试验
王力, 李喜安, 洪勃, 杜少少, 张航泊, 赵宁
2019, 47(3): 179-185. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.03.028
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摘要:
开展不同黏粒含量对黄土抗剪强度影响的试验研究,揭示黏粒含量对抗剪强度的影响及其微观机理,为黄土地区的工程实践提供科学依据。通过自制负压湿筛装置筛取不同黏粒含量的黄土试样,采用静压法将不同黏粒含量的黄土试样制成同一干密度不同含水率试样进行直剪试验。研究表明:随着含水率的增长,不同黏粒含量试样黏聚力均表现为先增加后减小的变化规律,并在含水率14%附近达到最大值;内摩擦角则均呈单调下降的变化趋势。随黏粒含量的增长,不同含水率试样黏聚力呈增大趋势;内摩擦角呈先减小后增加的变化趋势。通过其微观结构可解释黏粒含量对黄土抗剪强度的影响机制。
煤田物探
超大采高工作面顶板电阻率监测可行性试验
鲁晶津, 李德山, 王冰纯
2019, 47(3): 186-194. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.03.029
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摘要:
顶板覆岩破坏是造成回采工作面突水的主要原因之一,利用矿井电法进行顶板电阻率监测可以对覆岩破坏情况进行动态探查,但是超大采高工作面顶板电阻率监测面临着常规方法音频信号难以穿透、顶板监测电极埋设施工困难以及回风巷顶板监测电极难以保护等问题。为了解决上述问题,利用音频电透仪和回采工作面电阻率监测系统开展了超大采高工作面顶板电阻率监测可行性试验研究。结果显示:单极-偶极装置音频信号透视穿透距离可达340 m;锚杆可以作为监测电极进行电流发射和信号采集;可以将回风巷监测电极布置于巷道底板加以保护。在某矿超大采高工作面部署了回采工作面电阻率监测系统,信号测试结果与可行性试验的结论一致。
煤巷聚焦多点电源探测电场超前扫描控制策略
刘志民, 孟彩茹, 李冰, 韩雷, 潘越
2019, 47(3): 195-200,207. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.03.030
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摘要:
为实现煤巷聚焦多点电源有效探测电场聚焦深度扫描和偏转角度扫描,准确把握有效探测电场的变化规律,根据超前扫描探测机理,利用高斯定理,采用两种不同的方法对积分过程进行求解,推导单根有限长均匀带电直线电极的电场线方程。利用电场线空间分布的对称性,归纳推理共面多电极电场线方程。改变聚焦屏流比系数,计算有效探测电场线边界线方程,分析平均电流密度及空间立体角变化规律;同时改变聚焦屏流比系数和偏转屏流比系数,分析电场边界线下边界角及偏转角变化规律,确定出超前扫描探测主电极与约束电极发射电流取值范围。此研究为野外开展聚焦多点电源电法勘探提供技术指导,对完善聚焦电法勘探机理,推动该技术理论发展具有重要意义。
高温钻孔测斜仪研制
屈召贵, 龚名茂, 周策, 汪光宅
2019, 47(3): 201-207. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.03.031
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摘要:
针对高温高压干热岩钻井定位轨迹探测设备存在耐高温高压性能差、稳定性差、测量精度不高、电能消耗大等问题,研制一套高温钻孔测斜装置,解决高温高压多点连续钻孔测斜及测温问题。选择耐高温元器件,设计控制和测量电路;采用自动间歇供电方法,减少散热,降低功耗;设计保温探管、承压探管,利用ANSYS有限元软件对承压外管的屈服强度和保温探管的温度场与压力场进行耦合分析和校核。最后进行仿真测试和野外试验,根据测试数据表明,设备能在280℃和12 MPa高温高压环境条件下实现深井倾角、方位角、工具面向角及温度的测量。
探矿工程
煤层气井井斜角对隔水层界面胶结强度影响试验
顾军, 李林蔚, 孙德兴
2019, 47(3): 208-216. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.03.032
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摘要:
为了控制煤层气井开采过程中的水窜问题,采用自主设计的试验装置对沁水盆地晋城地区煤层气样品进行模拟试验,获得了井斜角分别为0°、30°、60°、90°条件下隔水层界面胶结强度试验数据,分析了井斜角对隔水层界面胶结强度的影响机理。结果表明:隔水层界面胶结强度随井斜角的增大而降低,原因是随着井斜角增大,井壁的泥饼环上部依次变薄,下部依次变厚,井斜角到90°时达到最厚,且随着泥饼的变厚,泥饼成分中黏土矿物的成分逐渐减少,钻屑和重晶石的含量逐渐增多。分析还认为,影响隔水层界面胶结强度主要因素有黏聚力、泥饼的含水率、颗粒密实程度、颗粒结构和矿物成分。因此,煤层气井型对隔水层界面胶结强度的影响较大,即若采用水平井开采煤层气,可能水窜问题更突出。
绳索取心技术在覆盖地层钻井中的应用
李柏军, 邹润, 郭超
2019, 47(3): 217-222. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.03.033
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摘要:
为提高吉林白城地区的吉洮地1井、吉白地1井两口油气地质调查井钻探生产效率,在覆盖地层钻井中应用绳索取心技术。基于所钻地层岩性特征,结合提钻取心与绳索取心工艺特点,通过设计钻头、钻井冲洗液,改进钻进规程参数与钻具水口流经通道,在覆盖地层(厚约1 100 m)钻井中成功应用绳索取心钻进方法。相比传统单管/双管提钻取心方法,钻进效率与岩心采取率提高两倍以上,提大钻周期提升至2 d以上,大大降低了劳动强度,节约工期近30 d。详细介绍了白城地区覆盖地层钻井中应用绳索取心技术的改进方法与施工经验,对今后在覆盖地层钻井中推广应用绳索取心技术具有一定借鉴意义。