回采工作面围岩采动应变场-渗透系数场耦合

采动岩体变形与渗透特性是工作面突水防治研究的基本问题。采用理论分析和数值模拟计算方法,分析了岩石变形-渗透特征及其三维定量关系,研究了煤炭开采中回采工作面围岩应变场、渗透系数场分布及其控制因素。研究结果表明,采动岩体渗透性变化主要取决于应变状态及应变增量,且随着垂直于裂隙的张应变的增加而增加;工作面后方垮落带和煤壁边缘的剪碎带产生剧烈的采动拉伸变形,渗透系数较采前显著增大,而支承压力区和整体移动带岩层产生较大的采动压缩变形,渗透系数较采前明显减小;工作面围岩垂向渗透系数较水平渗透系数增加的幅度及增加区的范围小,但对水体下采煤工作面涌水起主导作用。加快工作面推进速度、减小工作面斜长和采高能降低采场围岩渗透系数增加幅度,并将渗透系数场变化范围局限在采区附近,能有效减小采动对原始煤岩层渗透性的影响。      

断层面摩擦强度对工作面开采影响数值模拟分析

断层面摩擦强度是评价煤炭开采中应力扰动诱发断层滑动危险性的依据。依托晋城矿区成庄井田,采用理论分析和数值模拟计算方法,分析了断层面摩擦强度对深部地应力的约束机制,研究了成庄井田F13断层及其在不同摩擦强度条件下对回采工作面顶板稳定性、超前支承压力分布和断层滑动的影响规律。研究结果表明:地壳深部最大与最小主应力比值受断层面摩擦强度的限制,当其达到临界方向断层的摩擦强度极限时,断层就会发生滑动;断层破碎带的存在导致初始应力场扰动,形成断层带低应力区及高应力集中区,在回采过程中将直接影响煤层顶板移动变形和采动应力分布;断层面摩擦强度较小时,工作面开采至断层附近顶板下沉量及断层上下盘错动位移较大,支承压力峰值由大变小明显,断层面上剪应力与正应力的比值易达到断层面的摩擦系数,断层滑动的危险性较大。      

基于地震属性的煤层厚度预测模型及其应用

地震属性技术在岩性和构造解释等方面得到了越来越广泛的应用，特别是在煤、油气资源勘探中具有重要的作用.基于淮南矿区谢桥1区13 1煤层地震勘探资料，提取了28种地震属性数据；通过地震属性的分析，优选出平均峰值振幅、振幅的峰态、最大绝对振幅、瞬时频率斜率等4种地震属性作为煤层厚度预测模型基本参数，结合已知钻孔资料，利用多元多项式回归以及BP人工神经网络方法，求出了各属性与煤厚之间的多元多项式回归模型及人工神经网络模型，并对模型进行了误差分析和应用结果对比分析，反映出人工神经网络模型在煤厚预测中具有好的应用效果.     

阜新刘家区井田地质构造对煤储层影响及有利区块预测

煤层气开发的有利区块研究重点是构造预测及评价，地质构造一方面决定或改变了煤层气的保存条件，另一方面改善了煤储层特性一本文以平均整旋角（θ）的梯度作为基本特征量，研究了井田构造变形转动场及其破坏规律，对井田煤层气赋存地质条件及开发有利区块进行了初步预测及评价。所得结论为本区煤层气开发布扎提供了科学依据。     

基于断层摩擦强度的地应力计算模型

浅部断层附近的应力状态是影响地下硐室工程和石油勘探与开发的重要影响因素,浅部断层附近的岩石因构造运动处于弱胶结状态,常规的地应力测量方法在该处测量存在误差较大、成本较高、周期较长等不足。为此,本文在莫尔-库仑强度理论基础上,系统分析了断层附近的应力方向、断层摩擦系数定量化计算及断层摩擦强度之间的关系。文章最后将该地应力计算模型应用于成庄区域,与实测地应力吻合较好。研究结果对于地应力计算及油气田的安全高效生产具有指导意义。     

六种不同煤阶煤的品质因子特征

通过6种不同煤阶煤的弹性测试,分析了煤岩变质程度（以镜质组最大反射率表示）与煤岩品质因子之间的关系;在此基础上,进一步分析了煤岩速度与品质因子之间的关系及纵波与横波品质因子的各向异性特征.研究发现：煤岩镜质组最大反射率与纵波、横波品质因子均存在良好的线性相关性;垂直层理方向的波速与品质因子存在良好的线性关系,好于走向与倾向方向;垂直层理方向的纵波与横波品质因子线性相关,相关系数可达93.5%;煤岩的三方向品质因子存在各向异性,且强于速度的各向异性.通过横波品质因子与纵波品质因子间相互换算的理论公式计算结果与实验室实测结果的对比,证明了该理论公式的可靠性,误差小于10%,为多分量转换波的吸收衰减补偿提供了理论依据.     

煤炭开采对煤层底板变形破坏及渗透性的影响

煤层底板变形破坏除受地质因素控制外,还受开采因素影响。通过试验和理论分析,系统研究了煤炭开采对回采工作面底板应力、应变和破坏及渗透性的影响。研究结果表明,不同岩性岩石的渗透性在全应力-应变过程中为应变的函数,在微裂隙闭合和弹性变形阶段,岩石的原生孔隙和裂隙容易被压密,岩石的渗透率随应力的增加由大变小明显,当应力增大至极限强度时岩石试件破坏形成贯穿裂隙,岩石的渗透率迅速增大至最大,不同岩性岩石存在一定差异性;随着回采工作面推进,煤层底板岩层在横向上划分为原岩应力区、超前压力压缩区、采动矿压直接破坏区和底板岩体应力恢复区4个区。煤层底板岩体的渗透性随着煤炭开采底板岩体变形破坏而呈规律性变化。      

新集矿区地应力场特征研究

矿井动力现象如巷道变形破坏、煤和瓦斯突出及煤层底板突水等都与地应力密切相关。应用水压致裂法对新集矿区的原地应力进行了测量,确定原地系统深部围岩的应力状态,即原地应力的量值和方向,研究获得了矿区地应力的赋存规律和基本特征。测量结果分析表明:新集矿区地应力场以水平应力为主导,属于构造应力场类型;垂直主应力和最大、最小水平主应力均随埋深的增加呈近似线性增加;最大水平主应力与最小水平主应力的比值范围是1.01~1.29,反映新集矿区受构造作用较恒定;测压系数的范围是0.98~1.3,随深度变化不明显;新集矿区受到F10断层东西向的拉张应力,最大水平主应力方向为近EW向。最后探讨了原地系统不同构造部位地应力方向差异的原因,初步分析认为,是受到阜凤推覆体的影响。      

煤系泥岩组分特征及其对岩石力学性质的影响

应用X-衍射、荧光光谱分析和力学试验研究方法,研究了淮南新集井田煤系泥岩的矿物组成和化学成分特征;建立了泥岩的力学性质与其化学成分之间的定性定量关系,其表现为:随着SiO2含量的增大,泥岩的单轴抗压强度和弹性模量总体呈增大趋势;而随着烧失量的增大,泥岩的单轴抗压强度和弹性模量总体呈减小趋势。      

断裂结构面对回采工作面矿压及顶板稳定性的影响

通过对现场观测和数值模拟分析,系统研究了断裂结构面对回采工作面矿压分布和顶板稳定性的影响。研究结果表明,回采工作面顶板断裂结构面有3种典型组合类型,即“正三角形”结构、“川字形”结构和“倒三角形”结构。在工作面开采过程中,“正三角形”结构顶板稳定性差;“倒三角形”结构顶板稳定性好;而“川字形”结构顶板能形成结构平衡且稳定。由于断层使介质不连续,导致初始应力场挠动,局部产生附加应力,在断层带附近形成低压力区和高应力集中区带,比较明显的影响范围距断层面大约10~30 m。当工作面推进到高应力集中区带时,工作面前方煤(岩)体中支承压力明显增大,支承压力峰值位置向前方煤岩体中转移,易于发生冒顶事故和其他矿井动力地质现象;当工作面推进到低应力区带时,压力峰值降低,顶板稳定性差。