围压下煤储层应力-应变、渗透性与声发射试验分析

煤储层应力-应变、渗透性与声发射特征是煤储层压裂改造和产能评价研究的基础,声发射技术作为研究煤、岩石类材料失稳、破裂及其演化过程有效方法,已被广泛应用。采用沁水盆地西山矿区石炭系太原组8号煤层样品开展了不同围压下煤样应力-应变、渗透性与声发射试验研究,揭示了围压对煤的应力-应变、渗透性和声发射的影响及其控制机理。研究结果表明,基于煤样全应力-应变-渗透性-声发射特征,将煤的变形破坏过程划分为孔隙压缩与弹性变形阶段、塑性变形阶段和破坏失稳阶段3个阶段。在孔隙压缩与弹性变形阶段,荷载作用初期煤中孔隙-裂隙逐渐被压密,煤样渗透率下降,进入弹性变形阶段,煤样渗透率较低,声发射活动不明显。在塑性变形阶段,随着轴向应力的增大煤中裂隙扩展,煤样渗透率增大,声发射活动强度明显增高并达到峰值。破坏失稳阶段,煤的轴向应力随应变的增加而降低,煤样渗透率开始下降,声发射强度也逐渐降低。煤的轴向破坏荷载和有效弹性模量以及残余强度均随围压的增高而增大,煤样的初始渗透率、峰值渗透率和残余渗透率以及累计声发射振铃计数均随着围压的增加而降低。不同围压下煤样应力-应变、渗透率和声发射特征是不同围压下煤的破坏机制所致。     

二次采动影响下区段煤柱破坏机制及围岩控制技术

针对二次采动影响下区段煤柱破坏严重巷道难以控制的难题,以小纪汗煤矿11215工作面为工程背景,采用理论分析和数值模拟方法,分析了该工作面面临的二次采动下覆岩空间结构经历"O"形变化为"厂"形的接替过程,揭示了二次采动影响下巷道围岩的破坏机制,提出了差异化巷道围岩支护技术,并采用现场监测方法验证措施的可靠性。研究结果表明:①采动影响下煤柱变形破坏的控制是确保巷道断面快速掘进和安全回采的重要保障;②应力叠加与高强度开采的耦合作用、巷道断面与支护参数匹配不合理及回采推进速度的不协调是导致煤柱失稳的主要因素;③采用长锚索、高预应力锚索+钢带联合差异化控制,有效控制了11213工作面剩余段围岩的强烈变形,基本满足了巷道的使用要求。但由于采动应力的影响,回采过程中回采帮侧顶板下沉0.3 m,煤柱帮侧顶板下沉0.15 m,顶板最大下沉量约0.42 m,但采取措施巷道围岩完整性较好,不会影响运输及工作面回采,该技术也为类似工作面安全开采提供了有益参考。     

沉积岩体结构类型及其对煤炭开采矿压分布的影响

沉积岩体结构的力学特征是由沉积岩石的岩性和岩体中各种类型结构面所决定。对于层组岩体采用硬质岩石百分比含量K来表示沉积岩体岩性特征，并将沉积岩体按岩性分为3类，即硬质岩体、中硬岩体和软质岩体：根据结构面发育程度和工程规模将沉积岩体结构划分为完整结构、块裂结构、碎裂结构和松散结构4类。通过相似模拟试验方法分析了在采动影响下不同岩体结构类型顶板岩体回采工作面矿压分布规律。试验结果表明，由完整到块裂和碎裂结构，顶板岩体中回采工作面的支承压力亦由大到小变化，且支承压力峰值位置随着岩体破坏程度的增强向项板岩体内部转移。     

不同围压下砂岩孔渗规律试验研究

采用三轴岩石力学试验系统分析了砂岩储层岩石在全应力—应变过程中渗透率的变化规律和不同围压下岩石的孔渗性，建立了砂岩岩石应力—应变与渗透率之间的定性定量关系。研究表明；岩石在全应力—应变过程中，渗透率的变化的总体规律是在弹性阶段渗透率随应力的增大而略有降低，进入弹塑性阶段后随着新生裂隙的扩展、贯穿，岩石的渗透率先是缓慢增加然后急剧增大，在峰前或峰后达到极大值，残余流动阶段原有裂隙开始压密闭合，渗透率开始降低。砂岩的孔渗性与其所承受的有效侧压大小密切相关，表现为岩石的孔隙度和渗透率均随侧压的增大而减小，且服从对数函数变化规律；成岩作用不同的砂岩孔隙度和渗透率减小的速度和程度不同，表现为在侧压的作用下，成岩作用程度较弱的砂岩储层的孔隙度或渗透率减小的速度和程度明显地高于成岩作用程度较强的砂岩。     

不同煤体结构煤的吸附性能及其孔隙结构特征

煤的吸附能力是决定煤层含气量的重要参数。采用沁水盆地东南部赵庄井田二叠系山西组3号煤4个不同煤体结构的高煤阶煤样,通过等温吸附试验分析了不同煤体结构煤样在不同温度和压力下的吸附性能;同时对不同煤体结构煤样进行了低温液氮吸附实验,分析了不同煤体结构煤的孔隙结构特征,从煤体孔隙结构层面分析了不同煤体结构煤的吸附控制机理。结果表明：煤样升压吸附符合Langmuir等温吸附方程,饱和吸附量随煤体破坏程度的增加而增高,随着温度的增高而降低。随着煤体破坏程度的增高,孔容和比表面积也相应增大,孔容主要由中孔贡献,比表面积主要由微孔贡献,糜棱煤的孔容和比表面积在不同孔径阶段均最大,其次为碎粒煤、碎裂煤和原生结构煤;低温液氮吸附实验结果与等温吸附试验反映一致规律,这些说明,在同一地质条件下,煤体结构破坏越严重的地区煤层含气量越高。     

淮南煤田13-1煤层顶板地质特征与稳定性研究

根据大量钻孔和矿井生产资料，对淮南煤田13一i煤层顶板地质条件进行了详细的分析和研究，结果表明，煤层顶板的沉积环境及沉积特征对顶板的稳定性起主要控制作用。煤层小构造和顶板岩性组合等因素影响顶板稳定性的局部变化．分流河道砂岩是稳定性最好的顶板岩性。厚层分流间湾泥岩顶板的稳定性次之，泛滥平原泥岩顶板和决口扇、潮坪砂岩顶板为不稳定或中等稳定．     

煤矿采空区岩体渗透性计算模型及其数值模拟分析

煤矿采空区岩体渗透性是煤矿采空区煤层气抽采设计的基本参数。从煤矿采空区岩体变形-破坏特征分析入手,通过理论分析研究了岩体渗透性与应力之间的耦合关系和模型,揭示了采空区岩体应力-应变和渗透性分布规律。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,采空区岩体渗透性决定于岩体破坏程度和断裂的张开度,基于采空区岩体应力-应变导致断裂开度变化,推导了采空区岩体渗透系数与应力之间的三维关系与模型;应用FLAC~(3D)计算软件,对采空区岩体应力-应变-渗透性进行了数值模拟计算,分析了采空区岩体的变形破坏的分区分带特征,在纵向上自上而下形成弯曲下沉带、断裂带和垮落带;在横向上划分为原岩应力区、超前压力压缩区、卸载应力区和岩体应力恢复区;揭示了采空区岩体渗透性分布与采空区岩体应力-应变和破坏规律相一致的特征。无论是垂直渗透系数比(K_z/K_(z0)),还是水平渗透系数比(K_y/K_(y0)),均随着距开采煤层垂直距离的增大,采空区岩体渗透性逐渐减小,且采空区边缘的渗透系数较大,采空区两侧煤柱区岩体渗透性显著降低。     

微生物絮凝剂的研究进展

微生物絮凝剂(MBFs)是由微生物产生的有絮凝活性的代谢产物,有着广阔的应用前景,因而MBFs的研究成为人们关注的焦点。本文所讨论的方面包括国内外对MBFs的研究概况、影响微生物絮凝剂形成的因素、影响MBFs絮凝活性的因素、MBFs的应用情况等,并就今后的研究开发提出了某些建议。     

地热资源开发中井壁围岩稳定性数值模拟

地热资源开发中井壁围岩稳定性问题是钻井工程重要的问题之一,井壁失稳会引起卡钻或挤毁套管。利用三维有限差分程序FLAC3D,以深部水平井井壁围岩为研究对象,研究了不同岩性水平井井壁围岩的应力分布及其变形破坏规律。分析表明岩性是影响深部水平井井壁围岩稳定性的最主要因素;围岩内应力分布具有对称性;岩体破坏的主要方式是剪切破坏。钻井过程中对泥浆密度必须加以控制。     

应用地震属性预测煤层顶板泥岩百分比含量分布

从地震属性分析入手,提出了用于煤层顶板泥岩百分比含量预测的地震属性分析方法和BP人工神经网络岩性预测方法.以淮南矿区潘东西四采区三维地震勘探区为依托,优选出平均瞬时相位、主频序列1,能量半衰时和主频斜率等4种地震属性作为13-1煤层顶板岩性预测分析的基本参数,结合已知钻孔资料,建立了煤层顶板泥岩百分比含量BP人工神经网络预测模型,运用训练好的网络对研究区13-1煤层顶板泥岩百分比含量进行了预测分析.结果表明,BP神经网络模型具有极强的非线性逼近能力,能真实反映煤层顶板岩性与地震属性之间的非线性关系,预测结果与实测值之间误差小,相对误差一般小于10%,地震属性可以用于煤层顶板岩性分布预测.