留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

2020年  第48卷  第4期

目录
目录
2020, 48(4): .
浏览量:35 下载量:3
摘要:
“煤炭安全高效绿色智能开采地质保障”会议论文
华北型煤田底板灰岩含水层超前区域治理模式与选择准则
董书宁, 郭小铭, 刘其声, 王皓, 南生辉, 郑士田, 王宇航
2020, 48(4): 1-10. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2020.04.001
浏览量:265 下载量:55
摘要:
为建立系统的超前区域水害探查治理技术体系,分析概括我国石炭-二叠纪煤田煤层赋存及水文地质条件,从水害治理工程的系统性出发,围绕我国煤层底板水害超前区域治理工程施工过程中钻孔施工条件、层位选取、钻进工艺3个主要因素,概化形成适用于我国华北型煤田地质及水文地质条件的底板含水层注浆改造模式。综合考虑煤层埋深、煤层底板承受水压、底板岩层结构组合等判识指标,确定了各类治理模式的选择准则;结合钻孔布设、注浆材料2项指标,进一步划分出超前区域治理亚类模式。以淮北矿区、韩城矿区2个典型超前区域治理工程实践为例,分析了各区域治理模式的选取原则及工程应用效果。研究成果对指导我国煤层底板含水层超前区域治理工程模式选择与底板注浆工程实施具有重要理论指导作用。
应力干扰下煤层顶板水平井穿层分段压裂规律
许耀波
2020, 48(4): 11-18. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2020.04.002
浏览量:205 下载量:26
摘要:
穿层压裂是提高煤层顶板水平井产气量的关键技术,而应力干扰对煤层顶板水平井穿层分段压裂效果具有重要影响,为此,建立顶板水平井穿层分段压裂数值模型,研究应力干扰对穿层分段压裂裂缝扩展的影响规律。结果表明:煤层的岩石力学参数、压裂段间距和压裂施工方式是影响顶板水平井穿层压裂段间干扰的3个重要因素,随着煤层泊松比的降低,叠加应力逐渐增加,段间干扰程度增加;随着段间距离的增加,叠加应力逐渐减少、应力干扰逐渐减弱;顶板岩层内的叠加应力和应力干扰程度明显大于煤层;渗流扩散泄压施工产生的叠加应力明显低于连续压裂施工,段间干扰程度明显降低。研究得出连续施工的中硬煤层分段间距在90 m左右,软煤层分段间距在70~80 m较合理。扩散泄压压裂施工段间距相应降低,中硬煤层的分段间距在70 m左右、软煤层分段间距在60 m左右较合理。工程实践表明,顶板水平井分段压裂裂缝穿透了煤层,形成了较长裂缝,取得了较好的产气效果,实现对煤层的高效穿层压裂改造,研究结果为顶板水平井穿层压裂段间距优化提供了理论依据。
煤层底板突水综合监测技术及其应用
段建华
2020, 48(4): 19-28. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2020.04.003
浏览量:152 下载量:34
摘要:
底板岩溶水害是华北型煤田较为普遍存在的问题,因其具有隐蔽性、突发性的特点,防治水工作面临巨大的问题和挑战,因此,底板突水监测预警已成为煤矿安全生产过程中的必要措施。底板水害的形成和发生都有一个从孕育、发展到发生的演变过程,在此过程的不同阶段,底板裂隙、岩层视电阻率等均会释放出对应的突水征兆,及时、准确、有效地采集这些信息,根据这些信息判别突水过程中的具体水文地质特征,为建立突水监测系统奠定了基础。根据突水三要素,在葛泉煤矿东井11916工作面,利用井-地-孔微震监测技术和视电阻率监测技术构建了底板突水综合监测系统,对引起突水的导水通道和水源2个要素进行实时监测。监测结果表明:正常情况下,11916工作面回采过程中底板破坏深度为20~25 m,但是在2019年9月14日工作面推进到中间巷道时,运料巷和中间巷来自顶板的压力对底板破坏的叠加作用,以及附近的陷落柱原有破裂,致使该位置底板破坏深度加大,达到30~35 m,底板本溪灰岩水通过导水通道进入运料巷,底板出水2 m3/h,从视电阻率监测结果中不难发现1个低阻异常体从底板下逐步向上发育的过程。利用井-地-孔微震监测技术和视电阻率监测技术构建的底板突水综合监测系统能够捕捉到底板突水征兆,对于预测重特大水害事故的发生具有重要意义和实用价值。
基于分段波形互相关的井下随采地震数据成像
张唤兰, 王保利
2020, 48(4): 29-33,40. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2020.04.004
浏览量:112 下载量:13
摘要:
随采地震勘探是以采煤机为震源的被动地震探测技术,由于采煤机是不断移动的、且其激发的是一种连续信号,因此常规数据处理方法无法直接应用。提出分段波形互相关方法,通过将采煤机产生的数据分段,采用互相关方法提取有效信号的走时,然后利用速度层析成像方法对工作面内部和切眼前方进行速度成像。利用波动方程对含异常体的工作面模型进行随采地震数值模拟,反演得到的成像结果和速度模型基本吻合;实际随采地震数据测试中,利用该方法对采煤机震源数据反演得到采动过程中地震波传播速度的成像结果,实现了对工作面内应力异常变化区域的实时动态监测。研究结果表明:基于分段互相关成像方法能解决采煤机震源信号处理问题,满足随采地震勘探技术实时性和稳定性的要求。
综采工作面薄煤区无线电波多频率透视精细探测
吴荣新, 沈国庆, 王汉卿, 肖玉林
2020, 48(4): 34-40. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2020.04.005
浏览量:79 下载量:14
摘要:
对于综采工作面内的大范围薄煤区,采用无线电波单频率透视探测难以准确反映,严重影响工作面高效安全生产。为更加精细探查大范围薄煤区赋存情况,提出了无线电波多频率透视探测方法。以淮河能源集团张集矿1610A综采工作面为研究对象,根据研究区地质条件,选取0.088、0.158、0.365、0.965 MHz 4个频率透视探测,圈定了薄煤区范围,对透视场强值及吸收系数值与工作频率的关系进行了分析。结果表明:随工作频率的升高,无线电波透视场强值总体上表现出下降的趋势,煤岩吸收系数值表现出上升的趋势;同一频率探测,煤层变薄程度越低,透视场强值越高,煤岩吸收系数值越低;不同频率探测,煤层变薄程度越低,不同频率的透视场强及吸收系数值差异越小;煤层变薄程度高的薄煤区在多个频率探测结果上均有反映,而变薄程度低的薄煤区仅在较高频率上有反映。多频率探测圈定的2个薄煤区范围与回采揭露验证相符合,证实多频率探测能够有效识别并圈定不同程度变薄区的影响范围,实现对煤层变薄区的精细探测。大于等于0.965 MHz频率的无线电波菲涅尔带窄,能量近线性传播,能够识别出走向上相距10 m的2个薄煤区。采用无线电波多频率探测可以实现工作面大范围地质异常区的精细探测。
钻孔瞬变电磁探测在水力压裂效果检测中的应用
赵睿, 范涛, 李宇腾, 王继矿, 马媛, 王冰纯, 刘磊, 房哲
2020, 48(4): 41-45. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2020.04.006
浏览量:201 下载量:30
摘要:
水力压裂技术广泛应用在矿井冲击地压防治、围岩卸压等各方面,但对于压裂效果的评价检测一直缺乏高效、直观的技术手段。为解决这一问题,采用动源动接收的钻孔瞬变电磁三分量探测方法,开发了一套适用于压裂孔内施工的探测装备以及配套施工工艺。在煤矿井下开展了2次工程试验,通过对比压裂前后2次探测数据垂直分量的处理结果,提取出纯异常场,确定主要裂缝分布范围,并根据2组水平分量的计算结果实现了异常体中心方位角定位,完成压裂裂缝的立体空间三维成像展示。研究表明:钻孔瞬变电磁三分量探测技术能够与煤矿井下压裂施工相结合,通过压裂前后探测结果对比获得压裂液的分布位置,进而分析压裂裂缝发育情况,实现压裂效果检测评价的目的。
轻量化坑道钻机的研制及应用
凡东, 王瑞泽, 田宏亮, 常江华
2020, 48(4): 46-52. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2020.04.007
浏览量:118 下载量:9
摘要:
为解决坑道钻机质量大,在巷道中搬迁运输困难的问题,采用轻型结构设计与模块化组装思路,结合轻质材料应用,研制了由5052-H38态高强度铝合金作为主材的ZDY1200G型轻量化坑道钻机,钻机快速拆解后单部件最大质量292.5 kg。采用三维DIC散斑变系统对钻机铝合金给进机身在极限载荷下的应变与位移进行了测量分析,测得最大回转负载工况最大主应变为0.87%,最大起拔工况机身关键部位最大位移6.317 mm,未产生塑性变形,满足使用需求。钻机研制成功后在云南省沧源县某矿进行了现场工业性试验,完成了斜向下43°、深度512.68 m的取心钻孔。试验结果表明,采用铝合金的坑道钻机在强度、刚度、可靠性上与碳钢为主材的坑道钻机相当,并且具有搬迁运输方便的优点,能较好地应用于坑道钻探施工。
露天煤矿截水帷幕关键技术及效果检验
我国露天煤矿水害特征与防治水技术
黄选明, 张雁, 李文嵩, 田增林
2020, 48(4): 53-60. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2020.04.008
浏览量:189 下载量:38
摘要:
露天开采是我国煤矿开采的两大方式之一。与地下开采煤矿类似,露天煤矿在开采过程中同样面临防治水问题,由于我国露天煤矿水害类型相对单一,国内学者鲜有对露天煤矿的水害特征和防治水技术进行深入研究。以我国露天煤矿分布范围为出发点,从充水水源、充水通道、充水强度3方面分析露天煤矿水害特征,得出大气降水、地表水和浅层地下水是主要充水水源;人为开挖形成的直通式通道、强渗透含水层或透水层、垂向导水钻孔、滑坡形成的地表裂缝等是主要充水通道;季节性变化明显、疏排水周期长、排水量大是露天煤矿疏排水主要水害特征的结论。归纳目前我国露天煤矿常用的7种防治水技术,提出露天煤矿由远及近、由上而下、由面至点的立体防治水技术体系。从地下水资源保护和生态环保角度出发,为实现露天煤矿绿色开采和可持续发展,提出以切断补给通道、减小矿坑疏排水量为目的的帷幕截流技术是今后露天煤矿防治水的主要技术方法。
基于低强度抗渗混凝土的露天煤矿帷幕截水技术
曹海东, 苗贺朝, 迟赞, 高思华
2020, 48(4): 61-67,73. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2020.04.009
浏览量:181 下载量:17
摘要:
混凝土地下连续墙具有施工方便、质量可靠、抗渗性好等优点,在水利水电、基坑支护、地铁等防渗工程中广泛应用,所用材料既有塑性混凝土,也有刚性混凝土。在内蒙古某露天煤矿截水帷幕工程中,针对其工程地质与水文地质特征,研发一种低强度(8~10 MPa)抗渗(P6级)混凝土作为墙体浇筑材料,该混凝土水胶比值为0.68,砂率为45%,1 m3混凝土中各原材料质量分别为:水泥180 kg,粉煤灰200 kg,膨润土20 kg,砂720 kg,石子880 kg。分析了其渗透与抗渗机理,并通过钻孔取心和围井抽水试验对其效果进行了验证。试验结果表明:混凝土墙体浇筑完整、连续,抗压强度达8.3 MPa,渗透系数达8.67×10-7 cm/s。工程实施后矿坑疏排水量显著减少,该措施为矿区水资源及矿坑周边草原植被等生态环境保护奠定了基础。
露天煤矿截水帷幕防渗膜垂向隐蔽铺设施工工艺
李文嵩, 党亚堃, 朱明诚, 高雅
2020, 48(4): 68-73. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2020.04.010
浏览量:86 下载量:13
摘要:
防渗膜(HDPE土工膜)目前广泛应用于防污染、防渗漏、防扩散为主的防渗工程中,且铺设形式复杂多样。在我国某露天煤矿地下截水帷幕工程中,将防渗膜进行大深度垂向隐蔽铺设,深度可突破50 m,作为帷幕墙防渗主体;利用接头箱技术,实现了不同槽段间的防渗膜叠覆连接;通过注浆回填工艺,在压紧防渗膜的同时,提高了帷幕墙的抗渗性;最后采用围井抽水试验验证了墙体的防渗性,结果表明,防渗膜帷幕墙渗透系数仅为8.6×10-7 cm/s,达到设计要求。防渗膜帷幕墙具有施工效率高、成本低、绿色环保等优点,其成功应用对其他类似项目具有推广借鉴意义。
卵砾石含水层高压旋喷注浆止水帷幕技术
朱明诚, 韩强, 赵贵斌, 刘玉柱
2020, 48(4): 74-79. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2020.04.011
浏览量:144 下载量:21
摘要:
高压旋喷桩主要适用于淤泥质土、黏性土、粉土、砂土、黄土和碎石土等地层,在卵砾石地层或动水条件下的应用较少。我国某露天矿在施工旋喷桩止水帷幕的过程中,采用RJP工法进行帷幕施工,成功将高压旋喷注浆技术应用于卵砾石含水层中,通过试桩和筛分试验将卵砾石层特征对桩径大小的影响进行了分析研究,结果表明,RJP工法在卵砾石含水层中成桩效果良好、质量可靠,其桩径大小与卵砾石颗粒大小及含砂量有关。围井试验结果显示,高压旋喷桩帷幕墙完整,止水效果显著。研究成果表明高压旋喷注浆技术可在卵砾石含水层的加固和止水领域进行推广应用。
深厚砂卵石层低温动水条件下咬合桩帷幕材料研发
彭巍, 王海, 王仲全, 卜桂玲
2020, 48(4): 80-86. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2020.04.012
浏览量:111 下载量:13
摘要:
某露天煤矿为减少矿坑疏排水量,拟通过施工截水帷幕以切断矿坑北侧河流补给通道。结合现场施工条件,在架空高压线等特殊施工区域采用钻孔咬合桩帷幕。施工区砂卵石层厚度达45 m,含水层渗透系数达100 m/d,水力梯度0.033,地下水温长期维持在5℃,为保证咬合桩在深厚砂卵石层和低温动水条件下快速成桩,研制出一种以粉煤灰为主、水泥和粉煤灰添加剂为辅的混合防渗材料,并开展该材料的凝结时间、结石率、流动度、抗渗性能等多项参数测试。结果表明:研发材料最优配比为水灰比0.7︰1.0、水泥掺量(质量占比)40%、粉煤灰掺量60%、粉煤灰激发剂掺量2%,在5℃低温环境下凝结时间102 h,结石率94.6%、流动度23 cm,3 d强度1.06 MPa、90 d强度11.65 MPa、渗透系数低至8.61×10-8 cm/s。通过取心验证,成桩质量符合要求,截水效果好,矿坑疏排水量显著减少。该材料具有低价环保、抗渗性好等优点,可在类似工程中推广应用。
露天煤矿截水帷幕效果检验方法及截水效果分析
王海, 彭巍, 曹海东, 王丽
2020, 48(4): 87-93. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2020.04.013
浏览量:107 下载量:27
摘要:
某露天煤矿为减少矿坑疏排水量,通过施工截水帷幕切断矿坑北侧河流补给通道。根据现场施工条件,采用低强度抗渗混凝土地下连续墙、HDPE防渗膜、超高压角域变速射流注浆、咬合桩4种工艺构建截水帷幕。为检验施工过程中露天煤矿截水帷幕的效果,针对低强度抗渗混凝土地下连续墙、HDPE防渗膜、超高压角域变速射流注浆等3种截水帷幕工艺,进行了4次围井试验。试验结果表明,在露天煤矿深厚砂卵石层动水、低温条件下,低强度抗渗混凝土地下连续墙、HDPE防渗膜、超高压角域变速射流注浆帷幕均具有良好的截水效果,渗透系数分别达到8.34×10-7、6.28×10-7、7.85×10-7 cm/s,与原材料室内实验得出的渗透系数基本吻合。在4种帷幕工艺的共同作用下,露天煤矿矿坑疏排水量显著减少,围井试验在截水帷幕施工过程中具有良好的效果检验作用。
露天煤矿草原区植被指数与气象水文要素关系
张雁, 黄选明, 陈实, 石炳兴
2020, 48(4): 94-101,108. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2020.04.014
浏览量:87 下载量:17
摘要:
内蒙古东部草原区某露天煤矿在长期疏排水条件下造成地下水位持续下降,为研究矿区周边植被生长是否受地下水位下降的影响,采用归一化植被指数法(NDVI)分析了研究区2013—2019年植被盖度变化趋势,选择气温、降水量和地下水位埋深3个气象水文要素,基于联合熵理论计算NDVI与不同要素之间的互信息,得出植被生长的主要影响因素。研究结果表明:研究区植被盖度呈逐年好转趋势,植被指数由2013年的0.10逐渐增加至2019年的0.33,年均增长约为0.03;植被生长与当地气温和降水量关系密切,与地下水位埋深相关性弱;研究区气候变暖和稳定的降水量造成植被返青期提前和生长期延长;在矿区目前疏排水强度下引起的地下水位下降不会造成周边草原植被干枯死亡。研究成果丰富了内蒙古东部草原区植被生长与地下水关系的研究内容,为类似分析评价工作提供技术支撑。
煤田地质 矿井地质
华北型淮南煤田大构造成因分析及构造控水研究
丁同福, 汪敏华, 赵俊峰
2020, 48(4): 102-108. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2020.04.015
浏览量:70 下载量:16
摘要:
为了深入分析华北型淮南煤田大构造4期成因及其构造控水作用,利用淮南煤田大构造褶皱断裂形态与华北克拉通地史学、地层学、区域构造进行相互验证对比,并依据构造控水对矿区8对生产矿井影响进行定量化评价。结果表明:淮南煤田大构造为印支、燕山、喜马拉雅运动叠加形成,印支运动Ⅰ期形成淮南煤田近东西向构造线(体),Ⅱ期形成淮南煤田近南北向构造线(体),印支运动后淮南煤田主体构造格局基本成型,Ⅲ期燕山运动、Ⅳ期喜马拉雅运动对淮南煤田大构造格局影响不显著;根据运动时间、形成构造的切割关系,得出Ⅱ期构造切割Ⅰ期构造、近南北方向断层(裂)切割近东西向断层(裂)、Ⅲ期的岩浆岩均穿越Ⅰ、Ⅱ期断层带(组),不存在切割关系,不存在断层(裂)发育到新生代地层;Ⅰ—Ⅳ期构造对各个矿井水害影响程度差异较为显著,其中影响最显著的是顾北矿。淮南煤田为石炭-二叠纪聚煤后全球构造事件参与者、见证者,淮南煤田大构造中蕴含的分期构造特征为研究华北克拉通及周边区域构造最直接的佐证资料。
兰坪盆地古近系云龙组元素地球化学特征及其古环境的恢复
刘小康, 张治波, 朱志军, 吴川福, 魏星星, 刘海燕, 金腾瑞, 白玛曲宗
2020, 48(4): 109-117,125. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2020.04.016
浏览量:90 下载量:12
摘要:
为了恢复兰坪盆地古近系云龙组的沉积环境,采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)方法对兰坪盆地古近系云龙组的石膏、灰岩、膏泥、泥岩和砂岩共计13件样品进行微量元素分析。根据各岩性中微量元素的蛛网图和m(Cu)/m(Zn)、m(Sr)/m(Cu)和m(Sr)/m(Ba)比值特征及Sr元素含量等恢复沉积环境及古气候。结果表明:石膏、灰岩、膏泥、泥岩和砂岩均有富集Rb、Pb、Zr的特征;石膏和膏泥形成于干热海相咸水的贫氧弱还原环境;砂岩和泥岩形成于温湿陆相淡水的富氧氧化环境;灰岩形成于干热海相咸水的富氧氧化环境。据此建立研究区沉积环境演化模式,并将其划分为2个阶段,第一阶段为气候干热的弱还原海相咸水湖沉积,沉积出石膏、灰岩和膏泥;第二阶段为温暖湿润的富氧氧化环境,沉积出砂岩、泥岩。这种沉积环境变化与古近纪云龙期气候环境周期性变化密切相关,同时也为盆地的矿产资源勘探提供依据。
压汞实验对低阶煤表征的适用性分析及校正方法
刘一楠, 刘勇, 辛福东, 魏宏宇
2020, 48(4): 118-125. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2020.04.017
浏览量:115 下载量:11
摘要:
压汞实验在中-高阶煤的孔隙测试中得到了广泛的应用。然而对于低阶煤,由于其煤体疏松、易碎,压汞的增压过程会造成孔隙结构破坏,导致实验结果不准。为了准确评估压汞实验对低阶煤孔隙结构的损伤,选取褐煤和长焰煤为研究对象,同时利用压汞与核磁共振测试煤的孔径分布。结果表明,压实与凝胶化程度低的褐煤和长焰煤,压汞测试过程破坏了其大中孔的原生结构,从而导致中孔比例升高;同时受基质压缩效应影响导致微孔体积偏高。随着煤化作用增强,长焰煤较褐煤所受的影响逐渐减小。进一步通过氮气吸附实验对压汞高压段的测试结果进行校正,以消除基质压缩效应引起的煤体弹性变形所带来的误差,其中,褐煤压汞校正前测试误差为87%,而校正后仅为18%。实验研究表明,联合利用核磁共振测试、氮气吸附实验可显著提高压汞法用于低阶煤孔隙测试结果的准确性。
煤层气 页岩气
渝东北地区龙马溪组页岩吸水特性及对其力学性质的影响
刘洪, 徐烽淋, 陈乔, 朱洪林, 苏德桂, 冯柯来
2020, 48(4): 126-131. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2020.04.018
浏览量:140 下载量:12
摘要:
页岩中含有一定量的黏土矿物,在与水基压裂液接触后会表现出与泥岩相同的膨胀特性和强度弱化效应,进而引起套管外载增加,在页岩储层压裂过程中套管出现不同程度的变形问题。以渝东北地区龙马溪组页岩为研究对象,开展不同溶液体系下页岩的自吸、膨胀特性物理实验,分析页岩水化对其岩石力学特性的影响。结果表明:页岩吸水量与时间呈对数递增关系,在不同溶液体系中,吸水量大小表现为蒸馏水 > 地层水 > 滑溜水,含有减阻剂浓度小的滑溜水体系更利于减弱页岩的吸水能力;页岩膨胀率与时间呈逐渐增长趋势,黏土矿物含量、围压和溶液体系对页岩膨胀率影响明显,相对于黏土含量,围压对膨胀率影响更加明显,页岩在溶液体系中的膨胀性能表现为蒸馏水 > 地层水 > 滑溜水;页岩的抗压强度和弹性模量都随着水化时间的增加整体呈线性递减规律。研究结果对完井过程套管强度设计具有一定的指导意义。
褐煤高温水萃物生物产气及化学组成变化
任恒星, 何环, 柳方景, 王美林, 赵娜, 郭鑫, 陈林勇, 赵晗, 元雪芳, 关嘉栋, 岳利娇
2020, 48(4): 132-137. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2020.04.019
浏览量:93 下载量:11
摘要:
微生物与煤的相互作用过程复杂,为了深入分析煤中有机物在生物产气过程中的作用及变化规律,选取义马褐煤和实验室保存的产甲烷菌群作为研究对象,研究褐煤水溶性有机物产气特征及其产气前后化学组成变化。利用去离子水在70℃下萃取褐煤得到水溶性有机物、水萃余煤,分别以其作为底物开展生物产气实验,并利用甲醇对产气后的残煤进行有机萃取,采用GC、HPLC-MS和GC-MS方法分析产气量变化及发酵液和煤甲醇萃取物的化学组成。结果表明,褐煤原煤、水溶性有机物和水萃余煤的产气量分别为0.46、0.45和0.15 mmol/g。产气初期水溶性有机物化学组成复杂,分子量主要集中在200~300 Da,生物产气后化合物种类减少,分子量降至150~200 Da,并且产气后发酵液中检测到一些分子中具有苯环结构的含氮和氧杂原子的化合物。水萃余煤生物产气后的甲醇萃取物中出现少量水溶性化合物如甲酰胺、乙酰胺、亚硫酸二甲酯等。70℃萃取得到的义马褐煤水溶性有机质能被产甲烷微生物利用产气,经过生物产气后煤中非水溶性有机物会转变成水溶性有机物。本研究探索了褐煤中水溶性有机物在生物产气过程中的潜在作用,为阐明煤生物产气的物质基础提供了实验依据。
可控电脉冲波增透技术在低透气性煤层中的应用
安世岗, 陈殿赋, 张永民, 孔德磊, 李阳, 张迪, 王洋
2020, 48(4): 138-145. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2020.04.020
浏览量:86 下载量:10
摘要:
可控电脉冲波增透技术作为低透气性煤层增透改造的理想措施之一,施工方案优化问题亟待解决。选择山西保德煤矿低透气性煤层,采用可控电脉冲波增透技术开展钻孔增透施工方案优化。试验结果表明,在钻孔内平均增透作业范围为131 m、冲击密度为0.5次/m条件下,增透钻孔组日均瓦斯抽采量较常规孔提高4.7倍,可控电脉冲波增透效果最佳。增透钻孔组日均瓦斯抽采量由高到低依次是5 m观测孔、15 m观测孔、30 m观测孔和增透孔,表明增透效果随着距离的增加逐渐衰减,影响半径确定为大于30 m。结合对比验证试验综合分析认为,可控电脉冲波能够显著提高煤层瓦斯抽采量,而冲击密度和钻孔内增透作业范围是增透效果的重要影响因素。在较硬煤层中以钻孔内平均增透范围100 m、0.5次/m冲击密度作业增透效果最佳。研究成果为可控电脉冲波增透技术在我国低透气性煤层的增透施工方案设计中提供参考。
筠连地区煤层气低产低效井成因及增产改造措施
李莹, 郑瑞, 罗凯, 朱延茗, 张毅敏
2020, 48(4): 146-155. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2020.04.021
浏览量:141 下载量:22
摘要:
四川筠连地区煤层气田开发潜力较好,但大量低产低效井的存在制约了产能提升。为查明低效井成因,针对性地提高煤层气井产能,从地质、工程一体化的角度,结合地质条件并从工程因素出发,剖析高产井与地质因素的耦合关系,揭示地质、排采及工程3个方面影响下的低效井成因,并针对性提出相应的改造措施。结果表明,低效井主要分布在研究区北部、西部,受含气性、断层分布、开采层位、排采节奏及压裂窜井的影响,而高产井主要位于研究区中、南部,其产水量多低于1 m3/d,普遍具有流压低、持续产气时间长、产煤粉量低、矿化度高的特点。综合分析低效井治理效果发现,酸洗效果较好,震荡解堵效果不明显,二次压裂应严格控制施工参数。解决煤层气井低产低效问题,应从井位部署着手,围绕地质-工程-排采一体化开展井位设计和施工,开展有效合理的增产改造措施。
鄂尔多斯盆地兴县地区煤层气地球化学特征及成因
王相业, 孙保平
2020, 48(4): 156-164,173. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2020.04.022
浏览量:85 下载量:29
摘要:
煤层气化学组分、甲烷碳氢同位素特征对煤层气成因、分布规律和煤层气资源评价具有重要意义。为了查明河东煤田北部兴县地区山西组、太原组煤层甲烷及二氧化碳成因,采集研究区煤层气井解吸气样,通过组分分析、CH4碳氢同位素和CO2碳同位素测试,根据煤层气成因图版,分析了煤层气稳定同位素的地质影响因素,揭示了研究区煤层气成因。结果表明,区内主力煤层的甲烷碳同位素存在明显差异:8煤甲烷δ13C1值介于-55.1‰~-44.2‰,平均为-49.2‰;13煤δ13C1值介于-65.7‰~-55.7‰,平均为-59.8‰。同一煤层内甲烷碳同位素呈现出随煤层埋深增加而变重、随水动力条件增强变轻的特点;甲烷碳同位素偏轻,重烃组分偏少,表明受到一定因素或次生作用的影响。8煤以热成因气为主,13煤以次生生物成因气为主。研究区8煤δ13C (CO2)介于-17.3‰~-4.8‰,13煤δ13C (CO2)介于-26.3‰~-6.9‰,二氧化碳为煤热演化初期或最近一次煤层抬升再沉降后煤中有机质热裂解产生。研究成果为明确该区煤层气勘探开发方向提供了理论依据。
水文地质 工程地质 环境地质
长石砂岩对酸性环境的腐蚀劣化响应
周斌, 张东明, 许江, 程亮, 李嘉欣
2020, 48(4): 165-173. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2020.04.023
浏览量:111 下载量:5
摘要:
为了揭示酸性环境对岩石的腐蚀劣化效应,利用CT图像处理技术分析经酸性水域浸泡后长石砂岩的细观组分及结构变化,并利用岛津AGI-250伺服材料试验机开展单轴压缩试验,观察其力学参数劣化情况。试验结果表明:经酸性水域处理后,长石砂岩试件其总体密度降低、分布趋向均一化,局部区域生成了更高密度的矿物成分;次生孔隙增多,试件外部孔隙变化可直观看到,内部孔隙变化可通过最小外接矩形像素面积直接反映;抗压强度、弹性模量、峰值应变最大下降量分别达34.092%,22.016%和13.705%,且反映砂岩强度参数的劣化度相对较高,应变参数的劣化度相对较低;酸性水域中H+浓度充足时,砂岩在酸性溶液中主要以溶解反应为主,H+浓度降低到一定程度后,正长石和斜长石溶解的同时可生成其他自生矿物,当H+消耗殆尽后,反应主要以水解的方式进行。通过将CT图像处理技术运用于经酸性水域处理后砂岩的力学特性变化机理分析,为研究类似岩石等非均质材料的组成及性质提供一种新思路和新方法。
滨海软土冻结温度场发展规律
陈军浩, 庄言, 陈笔尖, 赵振伟, 王启云
2020, 48(4): 174-182. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2020.04.024
浏览量:156 下载量:7
摘要:
为研究滨海软土地层中联络通道冻结温度场的发展规律,以上海轨道交通15号线罗秀路站至百色路站区间联络通道为工程背景,对冻结帷幕厚度、平均温度及冻结过程进行分析,通过建立联络通道三维数值模型预测冻结温度场发展规律,并与实测温度数据进行分析验证。结果表明:地层中存在固有压力导致泄压孔含有初始压力值,埋设冻结管时注入大量水泥浆将抑制地层中水分迁移,减小冻结过程冻胀影响;冻结过程地层温度下降规律可分为温度快速下降、降温速度减小后增大、降温速度缓慢减小、温度稳定4个阶段;冻结帷幕内外侧发展速度比例为1.42︰1,灰色粉土比粉质黏土夹粉土冻结效果好,粉质黏土夹粉土发展速度为20.02 mm/d,灰色粉土发展速度为29.75 mm/d。
陕北某矿双煤层开采对覆岩影响的模拟对比
孙学阳, 张齐, 李成, 张磊
2020, 48(4): 183-189. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2020.04.025
浏览量:67 下载量:11
摘要:
多煤层开采条件下煤层覆岩破坏具有独特的特征,影响矿井生产布置。以陕北某矿为例,以该矿地质采矿条件为基础,采用相似材料模拟实验与数值模拟相结合的方法,通过建立模拟模型,开展了双煤层开采对覆岩的破坏影响研究。结果显示:留设不同宽度的煤柱,采用相似材料模拟和数值模拟2种方法得到的煤层覆岩垮落带高度、裂隙带高度都基本一致;在双煤层开采时,留设的煤柱宽度越大,两个煤层的叠置区域就越小,煤层开采对覆岩的破坏程度就越小。在工作面布置时,建议增大两个煤层的开采距离,并尽量增加煤柱宽度,以减缓覆岩移动破坏范围和破坏程度。研究成果为类似双煤层开采工作面的设计及覆岩破坏控制提供技术支撑。
贵州省开阳县斜坡地质灾害孕灾因子敏感性分析
覃乙根, 杨根兰, 谢金, 刘榜余
2020, 48(4): 190-198. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2020.04.026
浏览量:116 下载量:11
摘要:
开阳县地质条件复杂,区内山地灾害频发,在进行野外地质灾害调查的基础上,选取高程、坡度、坡向、工程岩组、斜坡结构、断层、水系、归一化植被指数(NDVI)8个影响因子作为斜坡地质灾害孕灾因子。基于GIS平台,采用确定性系数模型(CF)进行开阳县斜坡地质灾害孕灾因子敏感性分析,并通过敏感性指数(E)分析各因子对开阳县斜坡地质灾害的敏感性大小。结果表明:在高程515~993 m、坡度20°~50°、坡向为东南、西和西北向、软质岩组、顺向坡地区、距断层1 000 m以内、距河流800 m以内、NDVI值处于-0.098~0.181的区域,为开阳县地质灾害敏感区;坡度、岩性、坡向、距河流距离、距断层距离、高程6个因子为开阳县地质灾害的主要控制因素,NDVI和斜坡结构具有较低的敏感性;进一步分析表明,NDVI敏感程度很可能受高程1 288~1 664 m区间和北向坡向限制;斜坡结构敏感性主要受坡向东、西2个方向限制。研究成果可为开阳县地质灾害的防灾减灾工作提供参考。
基于地形分区IDW的复垦排土场土壤养分空间分布
赵艳玲, 赵彬程, 王鑫, 肖武, 刘慧芳
2020, 48(4): 199-205. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2020.04.027
浏览量:91 下载量:6
摘要:
准确掌握土壤养分的空间分布,对于评价复垦排土场土壤质量,并制定相应的复垦措施具有重要意义,但是排土场的复杂地形导致一般插值方法的预测效果较差。以内蒙古锡林浩特盟胜利一号露天矿北排土场为例,采用基于地形分区的反距离权重法对土壤养分(速效氮、速效钾、有效磷和有机质)进行空间插值并与常规反距离权重法和克里金插值法进行比较。结果表明,使用分区反距离权重法插值得到的交叉验证精度均高于克里金插值法与反距离权重法,除此之外,有效磷的R2值为0.22,速效氮的R2值为0.37,速效钾以及有机质的R2值分别为0.34与0.14,同样高于克里金插值法与反距离权重法。插值结果显示,排土场速效氮含量整体由北至南逐渐减少;有效磷含量仅在中心地区稍高;速效钾在研究区东北部含量偏高;土壤有机质在中心地区含量相对偏低。研究成果为露天矿排土场土壤养分评价提供借鉴。
煤田物探
倾斜检波器与地表双自由度耦合效应
孙超, 孙亮, 何登科, 田思清
2020, 48(4): 206-211. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2020.04.028
浏览量:96 下载量:8
摘要:
煤田地震数据采集过程中,存在同一检波点位置重复插拔布设检波器的情况,检波器多次插拔布设存在倾角差异,导致检波器与地表耦合条件变化,影响地震数据采集质量。将检波器倾角参数引入检波器与地表耦合系统。从振动力学的角度推导倾斜检波器“双自由度耦合振动系统”,研究检波器倾角、检波器与地表相对阻尼系数、地表介质参数对耦合系统的影响,分析相同检波点位置重复布设检波器对地震数据采集的影响机理。研究结果表明,检波器倾角的增加将衰减检波器与地表耦合系统的幅频响应,提高耦合系统的谐振频率,说明本次倾斜检波器与地表耦合系统模型构建合理,结果可用于指导和规范地震数据采集工作。
基于地震波形指示反演的陷落柱识别方法及应用
万照飞, 郭增虎, 王鹏, 唐美珍, 韩天宝, 刘良琼
2020, 48(4): 212-218. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2020.04.029
浏览量:99 下载量:17
摘要:
在煤层气勘探开发中,陷落柱是制约煤层气勘探成效的重要因素之一,因此,有效识别陷落柱对提高煤层气勘探成效具有重要意义。以往识别方法都是基于三维地震数据利用陷落柱这一构造引起的地震反射同相轴的非连续性进行识别,本次将陷落柱作为一种地质异常体,利用地震波形指示反演的方法对其进行识别预测。通过测井资料分析和地质建模正演,分析得出煤层中陷落柱发育位置地震波形的3种地球物理响应特征:纵波阻抗值高、地震波形变化和振幅减弱。从地震波形指示反演的基本原理入手,明确该反演方法能够利用陷落柱上述3个响应特征对其进行有效识别。以沁水盆地樊庄区块为例,用该方法对陷落柱识别进行试验,识别结果与钻井含气性及水文地质背景相吻合。结果表明波形指示反演法对陷落柱能够达到有效识别,该方法是识别陷落柱的一种有效手段。
矿井超浅层高分辨率瞬变电磁探测技术
张军
2020, 48(4): 219-225. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2020.04.030
浏览量:103 下载量:21
摘要:
为了减小矿井瞬变电磁探测盲区,提高探测精度,提出矿井瞬变电磁超浅层高分辨率探测技术。该技术不仅能够适用于常规的矿井地质探测,而且能够对矿井巷道顶板岩层裂隙等浅层地质体进行高分辨率探测,确保煤矿的安全高效掘进与开采。通过理论方法研究,确立了矿井浅层高分辨率瞬变电磁方法的可行性;设计硬件系统的发射电路和接收天线部分,使硬件系统能够适用于超浅层高分辨率探测;对数据采集软件以及数据校正方法进行分析计算,经过数据校正,提高了瞬变电磁浅层探测能力以及探测分辨率。通过矿井实测数据的分析与钻探验证情况的对比,说明该方法技术能够实现矿井瞬变电磁超浅层高分辨率探测目标,适用于矿井生产。
煤体复电性频散响应实验研究
孟慧, 李健, 雷东记, 王亚娟
2020, 48(4): 226-232. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2020.04.031
浏览量:77 下载量:6
摘要:
为研究煤体复电性频散响应特征,实测不同测量面积,不同方向煤体的复电阻实部R和虚部X,分析其频散特征,并用不同经典模型进行数据反演对比。结果表明:任意方向煤体的复电参数(RX的绝对值)与测量面积成反比,频散曲线的特征频率点不发生偏移,X频散度随测量面积增大而减小;相同测量面积,不同方向煤体的复电性频散响应不同,复电频散曲线发生偏移,平行层理方向煤体X的频散度大于垂直层理方向;Debye模型与Cole-Cole模型对煤体复电性频散曲线均可高精度拟合,但前者模型参数精简,物理意义明确,与煤体复电频散曲线开合情况吻合度较高。本研究可为复电性评价法监测煤层裂隙发育及评价煤层渗透率提供实验基础。
探矿工程
煤矿用钻杆螺纹的研究现状及展望
田东庄, 陈彦宇, 李晴, 董萌萌, 牟培英
2020, 48(4): 233-239. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2020.04.032
浏览量:128 下载量:7
摘要:
钻杆是煤层瓦斯抽采、探放水和地质勘探等钻孔施工的主要装备之一。由于钻杆受力情况及使用环境复杂,使得因钻杆螺纹失效而导致钻孔孔内事故屡见不鲜。按不同结构分类方式,详细介绍当前煤矿用钻杆螺纹结构特点;总结螺纹应力分布和螺纹失效原因分析的研究现状,螺纹应力分布的研究方法主要有解析法、有限元法和试验法,螺纹失效主要原因包括疲劳破坏、脆断和粘扣等。同时分析了钻杆螺纹在设计、生产过程中存在的问题,包括基础研究不到位、制造技术滞后和钻探新技术对螺纹结构提出更高需求。并结合石油钻杆API螺纹和特殊螺纹的技术现状,探讨煤矿用钻杆螺纹的发展方向,包括开展大直径钻杆螺纹研究、开发煤矿用特殊螺纹、优化螺纹牙受力分布、研究动态循环复合载荷试验方法评判钻杆螺纹的性能等。
基于压电效应的随钻式能量回收装置设计
吴天予, 郑君, 张博, 陈宇, 田红, 窦斌
2020, 48(4): 240-246. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2020.04.033
浏览量:90 下载量:7
摘要:
针对钻探领域中井下仪器的连续供电问题和钻杆纵向振动能量的回收问题,设计了一种基于正压电效应的新型随钻式能量回收装置。通过现场经验及地质调查报告,设计了装置的径向尺寸参数及压电片材料。基于COMSOL Multiphysics数值模拟软件建立压电耦合模型,通过强迫振动分析得出压电片的长度范围及最佳安装位置;通过模态分析与频率响应研究,得到压电悬臂梁固有频率在到达拐点厚度之前随压电片厚度单调递增,峰值电压随压电片厚度增加呈区域性变化等规律,压电片厚度为1.2~1.4 mm时发电性能最佳,装置峰值电压为15~40 V。该设计为压电式能量回收装置应用于钻探领域的探索提供了理论支撑和设计参考。