软煤储层顶板水平井穿层工况下压裂缝扩展模型

为了探索煤层顶板中水平井向目标层穿层压裂的裂缝扩展规律,以华北石炭-二叠纪煤田为例,运用断裂力学、损伤力学以及流体力学等经典理论并结合现场实测资料,开展了压裂缝延伸距离与压裂时间时空演化规律的建模与验证。首先,基于原生裂缝特性、渗透特性以及压裂射孔段附加应力等因素,提出了顶板水平井垂向造缝的起裂压力计算公式;其次,在考虑裂缝性煤岩体损伤效应的基础上,引入Dougill损伤因子,将该计算模型拓展为延伸压力计算模型;最后,基于改进的经典PKN裂缝模型和压裂液滤失理论,建立了连续穿层工况下压裂缝延伸距离与压裂施工时间的函数关系。实践验证表明,根据理论模型合理调配时间参数,可以控制穿层裂缝的延伸距离。      

平顶山地下盐穴储气库泥岩夹层稳定性评价

泥岩夹层在盐溶建腔阶段难以被溶蚀,盐层溶采后仍赋存于腔内。针对平顶山地下储气库在储气运行阶段,未被溶 蚀的夹层因岩体流变性出现垮塌而影响储气库安全运行的难题,提出一种基于夹层垮塌时间的稳定性评价方法。首先,根 据弹性板壳理论建立夹层力学模型,解得夹层局部破坏的极限应变;其次,根据夹层岩样蠕变实验,建立蠕变本构模型。 最后,结合夹层力学模型与蠕变本构模型,建立垮塌时间计算模型,并利用基于PSO 算法的Matlab 程序对平顶山储气库夹 层不同预设厚度的垮塌时间值计算,对临界垮塌厚度值进行反演计算。结果表明：随夹层厚度增加,其计算垮塌时间增 大,夹层稳定性提高;厚度相同的夹层,其跨径越大,计算垮塌时间值越小,计算临界垮塌厚度值越大,即稳定性越差; 对小于临界垮塌厚度的夹层,其在设计使用年限内垮塌失稳风险较高,反之则垮塌失稳风险较小。     

软岩井巷喷射混凝土抗渗机制及模拟试验研究

针对豫西滑动构造区软岩巷道在喷射混凝土支护条件下的抗渗性能问题,从立方定律基本理论着手,结合地下水层流渗透特点,按照不同的施工条件进行了黏结面渗透性能的模拟试验,并导出了相应的计算公式。通过试验结果的对比和分析,可以清晰了解到岩性、粗糙度、界面剂和大型刻槽等各种影响因素之间相互作用的过程和机理。即：（1）黏结面作为结构上的薄弱面,其渗透性要远远大于岩体和混凝土本体的渗透性,而粗颗粒软岩黏结面的渗透性也要远远大于相应的细颗粒软岩;（2）限制岩体结构面的粗糙度、使用各种界面剂以及布置适当的人工刻槽均能提高黏结面的抗渗性能;（3）岩体结构的荷载条件是黏结面渗透性能的一个重要影响因素。     

基于岩体流变性的矿井防突岩柱临界安全厚度计算方法EI北大核心CSCD

矿井巷道在穿越含瓦斯断层或揭煤掘进过程中常常遇到前方岩柱保护厚度与延期突出问题。为了探索岩柱防突厚度与时间的非线性耦合关系,应用RLW-2000型岩石三轴流变仪,对含煤岩系中的砂质泥岩、砂岩和泥岩进行了分级加载条件下的单轴压缩蠕变试验。通过对经典流变组合模型的分析及Matlab最小二乘迭代法的拟合,建立了改进的的七元件非线性黏弹塑性本构模型,并建立了基于岩体流变性的岩柱临界安全厚度的计算模型。豫西大平煤矿实例计算表明,埋深612 m的泥岩巷道,防突岩柱使用年限在10、20、30 a时相应的保护厚度分别为8.73、23.56、39.41 m;理论安全岩柱厚度与该矿"10·20"瓦斯突出案例较为吻合,计算模型对同类工程具有一定的借鉴意义。     

注浆封堵断裂构造的施工参数确定方法

针对注浆封堵断裂构造过程中施工技术参数的优化组合问题,本文从立方定律基本理论着手,结合断层面渗流场特点,按照一定的地质环境探讨了浆液扩散半径、注浆压力和注浆时间等施工技术参数的相互关系,并导出了相应的计算公式。为合理、经济和有效地防治矿井构造型水害提供技术保障。     

河南省煤矿水害防治探讨

河南省煤矿系我国大水矿区,水害问题严重制约着全省煤炭工业的发展。本文根据大量原始水文地质资料,综合分析和研究了煤矿突水机理并提出了相应的防治对策,对矿井水害的治理具有一定的实用意义。     

构造类比法在“三软”矿区煤层气井产能数值模拟中的应用

在我国即将面临"低碳经济"重大历史机遇的新形势下,河南省"三软"煤层瓦斯综合利用越来越显示其重要性。根据焦作煤田与邻近矿区的地质构造资料以及相应瓦斯抽放试验结果,选择核心区块九里山井田为试验区,分析了主采二1煤储层的渗透性能与顶板盖层构造条件,并且依次探讨了煤层气远景开发的可行性。数值模拟结果表明:注水压裂开采条件下,由断块构造控制的九里山井田煤层气抽采衰减周期大约为15a,单井平均日产量可达439m3/d,平均采收率可达36%左右,可采储量达402.62×106m3,完全满足规模利用的开采技术指标。     

基于岩体流变性的矿井防突岩柱临界安全厚度计算方法

矿井巷道在穿越含瓦斯断层或揭煤掘进过程中常常遇到前方岩柱保护厚度与延期突出问题。为了探索岩柱防突厚 度与时间的非线性耦合关系,应用RLW-2000型岩石三轴流变仪,对含煤岩系中的砂质泥岩、砂岩和泥岩进行了分级加载条件下的单轴压缩蠕变试验。通过对经典流变组合模型的分析及Matlab最小二乘迭代法的拟合,建立了改进的的七元件非线性黏弹塑性本构模型,并建立了基于岩体流变性的岩柱临界安全厚度的计算模型。豫西大平煤矿实例计算表明,埋深612 m的泥岩巷道,防突岩柱使用年限在10、20、30 a时相应的保护厚度分别为8.73、23.56、39.41 m;理论安全岩柱厚度与该矿“10 ? 20”瓦斯突出案例较为吻合,计算模型对同类工程具有一定的借鉴意义。     

薄层状盐岩地下储气库工程地质条件及可行性分析

地下盐穴储气库安全性是蓄气运行的关键地质问题.针对平顶山盐田盐层薄、夹层多以及埋藏深等特征,从薄层状盐岩的渗透性、流变性以及稳定性3个方面,详细讨论了储气库的地质可储性及地面沉降问题.首先采集了纯盐岩、互层状盐岩、泥岩夹层3种岩石试样,分别进行了电镜扫描和不同应力水平下的三轴压缩蠕变试验,并应用CYT法对试验区进行了深部盐岩溶腔的探测.鉴于试验区多个采井影响区的重叠,地面沉降量实际监测结果比较复杂,绝对值偏小但具有波动性.综合上述地质特征,作出了平顶山地下盐穴储气库地质条件良好的结论,为我国同类工程提供一定的实际参考.     

构造应力对煤化作用的影响及其瓦斯灾害性

通过对豫西滑动构造区二1煤动力变质作用特征的研究,探讨了构造煤变质成烃作用与煤化进程的应力影响因素。研究结果表明,不同性质的构造应力具有不同的煤化效应;与拉张应力相比,具各向异性的挤压应力,对煤变质程度的增加、煤基本结构单元BSU侧链和官能团的脱落,以及煤层瓦斯的生成,都具有很大的促进作用。