块煤瓦斯放散特性的实验研究

以大块煤为实验煤样,实验研究了大块煤瓦斯放散特性。并对同样实验条件下的煤粒瓦斯放散进行了对比研究。分析得出煤层甲烷排放解吸、扩散和渗流三个阶段中,影响煤层产气率的主要因素。指出低渗透无烟煤煤层气产气速率主要受裂隙中气体流动的限制。增加裂隙度,提高渗透率是低渗透无烟煤煤层气开发和利用最关键的环节。     

超临界CO_2提高煤层渗透性的实验

利用自制的三轴渗透装置,在低渗透煤层中注入CO2,测定不同孔隙压力下非超临界和超临界CO2的流速,通过显微CT成像观察超临界CO2作用前后煤层微观截面孔隙裂隙的变化.结果表明:超临界CO2作用后,流速较非超临界CO2作用时明显提高;随着孔隙压力的增加,CO2的流速呈指数递增的关系;煤层微观截面CT图显示,超临界CO2作用后,孔隙、裂隙较非超临界CO2作用时明显发育、尺寸增大、密度增加、连通性提高,说明由于超临界CO2的作用进一步促进了煤层微观孔隙、裂隙的充分发育,增加了渗流通道,有效提高了煤层的渗透性.     

浅部煤层水力压裂缝态研究

石油压裂裂缝发育与煤层的裂缝发育有着很大的区别,根据石油压裂裂缝发育推测煤层裂缝压裂形态有着很大的限制。基于此,根据假设较理想状况下对地层裂隙进行理论分析,在室内进行缝板实验和群砂体实验等基础实验,根据基础实验的现象设计和模拟煤层岩芯压裂,得出煤层压裂缝态发展的基本情况,为研究煤层压裂提供参考与帮助。     

煤层气井真三轴压裂实验

 为进一步认识煤层气井压裂裂缝起裂和扩展机制,利用真三轴大尺寸水力压裂实验系统,采用取自矿区原煤煤块制作的试样,通过真三轴压裂实验,研究了不同围压组合条件下煤层压裂裂缝的起裂和扩展特征.研究表明:地应力状态和煤层中发育的天然裂隙对压裂裂缝的起裂和扩展有着直接影响.小规模天然裂隙的存在使得裂缝扩展压力出现频繁小幅波动,压裂裂缝在扩展过程中多见路径转向,压裂过程中煤层天然裂隙的大量开启造成压裂液大量滤失直接损耗压裂时的水力载荷,不利于压裂形成高导流能力的水力裂缝.当三向主应力差较小时,煤层压裂产生的裂缝宏观形态更为复杂,可能会同时产生垂直缝和水平缝.     

低渗透煤层合增透技术应用

为增加低渗透高瓦斯煤层的透气性,提高瓦斯利用率和抽采效率,提出低渗透煤层复合增透的方法.利用RFPA2D-Flow和FLAC3D软件分别对水力压裂裂缝的起裂、延伸与扩展规律和CO_2增透钻孔内提前制造不同长度的预裂缝对爆破致裂增透效果的影响情况进行模拟.进行井下复合增透效果工业试验,运用瓦斯压力降低法分析预裂后煤层瓦斯抽采半径.结果表明:模拟注水压裂27 PMa时,割缝半径约2 m,随着煤壁预裂缝长度增加,CO_2爆破致裂影响半径呈线性递增的趋势.现场复合增透后煤层抽采率显著提高,有效半径由原来单一水力压裂的2 m增加到7 m左右.     

高密度电法对煤田裂缝勘探的试验研究

裂缝是常见的一种地质现象,它不仅可以在成岩过程中形成,还可以在构造作用和风化作用下形成。有的裂隙虽小,但却有巨大的影响~([1]),煤矿的塌方、涌水等灾害的发生都和裂隙有密切的关系。本文主要针对煤田裂缝的勘探,利用高密度电法在实验室中进行模拟试验,来探测煤层顶底板破坏产生裂缝的规律。研究结果显示高密度电法探测结果可以反映煤层的裂缝且裂缝的生成与构造应力之间的联系较为紧密,从而为解决煤层顶底板的涌水问题提供可靠的依据。     

煤层中双重孔隙介质渗流理论的应用

 具有裂缝和孔隙两种类型孔隙的多孔介质称为双重孔隙介质.该类介质中裂缝主要作为流体的流动通道,孔隙主要作为流体的储集空间,裂缝和基质的渗透率差异较大.根据双重孔隙介质的概念,煤层具有大量微孔以及连接微孔的节理和裂隙,且孔隙的渗透率一般远小于裂隙的渗透率,因此,多数煤层可以看作双重孔隙介质.     

含瓦斯煤体机械振动增透的应力机制初探

基于我国大部分煤层渗透率低、煤层瓦斯抽采效率低的现状,对增加煤体渗透能力的多种技术进行了应力机制分析;分析表明,采用的多种技术的共同特点是降低煤体的有效应力,从而提高煤体的孔隙和裂隙发育程度,提高煤体的渗透能力。在理论分析和实验研究的基础上提出了声频振动波增透煤体的新思路,对防治煤矿瓦斯灾害和提高煤层气抽采率具有重要的参考价值。     

低渗透煤层注入超临界二氧化碳渗透性试验研究

为了提高低渗透煤层中煤层气的采收率,利用煤岩体典型的双重介质结构特征和超临界CO2具有表面张力为零、粘度低、扩散度和溶解能力强的特性,对超临界CO2注入低渗透煤层煤样的渗透性规律进行试验研究。结果表明：在超临界状态下,煤样渗透率和渗透系数均随有效体积应力的增大呈负指数递减;渗透率随孔隙压力的增大呈指数变化规律,趋势受粘度和孔隙压力之间关系的影响;渗透系数随孔隙压力的增加呈正指数递增规律;渗透率和渗透系数均随温度的升高呈负指数降低规律。此外,在注入超临界二氧化碳后,煤样的宏观和微观上均发现大量网状裂隙带和孔隙带,对提高低渗透煤层渗透性具有良好的效果。     

裂缝性地层压降曲线分析方法及其应用

对于裂缝性低渗透储层 ,由于其基质孔隙度小、渗透率低 ,天然微裂隙成为决定压裂液滤失的主要因素。在总结Nolte经典G函数压降曲线分析方法的基础上 ,根据裂缝性地层存在微裂隙的特征 ,建立了裂缝性油气藏小型压裂压力降曲线分析模型。应用无因次压力函数图和叠加导数图 ,作出了压降特征曲线 ,判断出压降曲线类型 ,进而对裂缝参数进行了修正和求解。通过对已压裂井压降曲线的分析和解释 ,能够明显地判别依赖于压力变化的滤失特征 ,以及天然裂缝对滤失的影响 ,从而为裂缝性地层压裂施工参数的设计提供依据。     

基于RFPA-3D的煤层钻孔水力压裂裂缝扩展规律数值模拟

水力压裂裂缝的几何形态是评价压裂效果的主要因素,煤层受割理、层理和天然裂隙的影响,非均质性较强,对于垂向主应力、最大水平主应力和最小水平主应力共同影响下的煤层水力压裂缝扩展规律还未形成系统认识。文章利用RFPA-3D数值模拟软件,研究非均匀分布的硬煤层和软煤层,在垂向主应力不变,不同水平主应力差下水力压裂三维裂纹的扩展过程和延伸规律,研究发现硬煤层水平主应力差接近时,水力压裂缝在煤层中延伸没有优势方位,形成网状缝;水平主应力差较大时,水力压裂缝主要沿最大水平主应力方向扩展,其他分支裂缝初始阶段沿着最小水平主应力方向延伸,随后逐渐向最大水平主应力方向靠拢。软煤层水力压裂初始阶段,注入段附近煤层以井筒为中心向四周挤压,煤层被挤压形成一个“大肚子”区域,待煤层挤压到一定程度,煤层开始起裂、裂缝扩展;水平主应力差接近时,注入段煤层压实后,起裂形成网状缝;水平主应力差较大时,注入段煤层压实后,压裂缝沿最大水平主应力方向以及与最大水平主应力方向成45°夹角方向产生两条优势裂缝。研究成果在安徽芦岭井田Y-01煤层气水平井组进行应用,日产气突破10 000 m3。     

裂缝充填物对脉动水力压裂应力扰动效果的数值模拟

利用线性滑移模型、有限差分及交错网格技术研究脉动水力压裂过程中应力在含裂缝地层中的传播与分布规律,分析不同缝间距和震源频率下裂缝充填物对脉动水力压裂应力扰动效果的影响机制。结果表明:含矿物质裂缝对脉动水力压裂应力扰动影响微弱,可近似看作均质区域;含液体裂缝可通过反射作用引起强透射区与弱透射区介质速度的差异,引发剪应力形成拉伸破坏,但当距离震源较近时,反射波易抵消压力波,削弱压裂效果;含气体裂缝类似含液体裂缝,但反射作用更强烈,距离震源更远才能提升压裂效果;脉动水力压裂可利用裂缝的非均质性促进压裂效果,缝间距为初始人造裂缝长度的2~3倍时可获得较好的压裂效果。     

顺西地区良里塔格组裂缝特征及石油地质意义

塔中顺西区块位于卡塔克隆起西北倾末端,奥陶系良里塔格组储层以裂缝–溶蚀孔洞型为主。研究表明,工
区内裂缝可分为构造缝和非构造缝两类,其中构造裂缝可分为垂直裂缝、斜交裂缝（高角度裂缝、低角度裂缝）和水
平裂缝;非构造缝有压溶缝合线缝与成岩缝;构造裂缝中斜交裂缝相对发育,垂直裂缝和水平裂缝欠发育,斜交裂缝
走向以NW、NWW 向为主,次为NE 走向;构造缝可大致分为3 期活动,即加里东中晚期-海西早期、海西晚期和印
支-燕山期。进一步分析表明,工区内构造应力场、断裂、岩性、物性和层厚与裂缝密切相关,局部构造高点、枢纽部
位,转折端、断裂的交汇处、脆性岩性、物性和地层厚度等控制了裂缝的发育。工区内裂缝具有十分重要的石油地质意
义,它不仅自身可作为良好的储集空间,而且是储层发生岩溶作用的有利通道并能在一定程度上扩大岩溶作用范围;
在油气运聚过程中,裂缝是良好的油气运移通道,对油气成藏起着至关重要的作用。     

煤岩交界面对水力压裂裂缝扩展的影响

针对井下煤层压裂过程中,压裂裂缝扩展至煤岩交界面处,受多种力学因素的综合影响,扩展方向可能会发生偏转.通过建立压裂裂缝遇煤岩交界面二维模型,采用理论分析结合数值模拟的方法,对煤岩交界面的破坏机理及压裂裂缝扩展规律进行研究.结果表明:煤岩交界面与水平剖面的相交角、水平主地应力差、最小水平主地应力、煤岩交界面的黏聚力及煤岩层弹性模量差异等是影响裂缝扩展方向的主要因素.随着相交角或水平主应力差的增加,裂缝直接穿过煤岩交界面的可能性增加;最小水平主地应力越大,裂缝直接穿过煤岩交界面的可能性越小;煤层交界面的黏聚力越小或煤层与顶板岩层的弹性模量差异越大,裂缝沿煤岩交界面扩展的趋势越明显.     

单层铺砂条件下煤岩裂缝导流能力实验研究

为了深入研究煤岩压裂裂缝导流能力,运用FCES-100裂缝导流仪测试了低铺砂浓度尤其是单层铺砂条件下煤岩裂缝导流能力,并考虑了嵌入作用、天然裂缝等因素的影响.实验结果表明:在较低闭合压力下单层铺砂能够支持煤岩裂缝,获得理想的导流能力;不同煤岩由于力学性质的不同,单层铺砂导流能力存在较为明显的差异,在高闭合压力下支撑剂嵌入对质软的煤岩裂缝导流能力伤害严重;时间和实验煤岩板上存在的天然裂缝对单层铺砂煤岩裂缝导流能力存在影响.     

恩洪-老厂区块中高阶煤岩微观结构特征及物性分析

为了进一步认识恩洪-老厂区块中高阶煤岩的微观结构及物性特征,分煤阶开展了扫描电镜试验、基础物性测试、巴西劈裂试验及三轴压缩试验,分析了研究区煤岩的微观结构特征,物性分布特征,变形破坏特征及强度特征。结果表明:研究区块焦煤发育有气孔及植物细胞残留孔,微观裂隙以张性裂隙为主,无烟煤主要发育有张性裂隙,张裂纹较粗糙、延伸不稳定,裂隙中可见方解石充填;研究区块无烟煤密度高于焦煤,焦煤平均孔隙度大于无烟煤,焦煤渗透率高于无烟煤,焦煤纵波和横波时差高于无烟煤;抗张试验中,焦煤煤样破坏断面呈锯齿形,主裂缝外还存在多条裂缝,破坏程度更加剧烈,无烟煤煤样断面更为平直光滑;随着围压增大,煤岩压缩破坏由多位置、高角度的原生结构面扩展破坏转变为煤岩基质的剪切破坏,峰值应变逐渐增大,抗压强度逐渐增大。     

含水溶洞对采煤工作面覆岩移动的影响规律

含水溶洞的存在使得煤层覆岩移动规律存在特殊性。为了研究含水溶洞对煤层覆岩移动的影响,本文以贵州某矿作为工程背景,利用FLAC3D进行数值模拟研究,对比分析溶洞有无含水作用下煤层覆岩移动规律。研究结果表明:(1) 含水溶洞煤层开采情况下,溶洞围岩变形下沉量相较于无水情况增加了37.24%,随着推进距离的增加,溶洞靠近采空区侧底角出现明显的下沉现象,溶洞右帮出现向内挤压现象,溶洞围岩和煤层顶板应力集中区和破坏区逐渐贯通;(2) 溶洞含水情况相比于无水情况,覆岩运移在含水条件下得到加强,其中最大曲率增大了0.88mm·m-2、最大水平变形增大了1.81mm·m-1;(3) 随着采煤工作面的推进,含水溶洞围岩裂隙和煤层顶板裂隙不断扩展,当工作面推进至与溶洞水平距离小于10m时,溶洞围岩裂隙和顶板裂隙贯通,形成导水裂隙。研究成果对溶洞影响下的煤层开采顶板管理和地表沉陷防治具有理论和工程参考意义。     

基于模糊层次分析法的采动地裂缝发育等级评价——以沁水煤田为例

煤炭资源的开采对生态环境造有极大破坏。为准确掌握采煤裂缝的诱发因素、发育规律并对裂缝发育等级进行预测,基于层次分析法和模糊综合评价法建立采动地裂缝发育等级评价模型。根据工程条件,确定合适的评价指标体系,依据层次分析法确定各评价指标权重,通过模糊数学方法构造隶属函数,并以某矿80806与80808工作面为研究背景,对地裂缝发育情况进行模糊综合评价。结果表明：工作面上方地表裂缝发育情况与所提出评价方法的评价结果匹配良好,说明所提出的评价方法适合该煤矿的采动地裂缝发育等级评价,评价结果对开采沉陷损害程度评价具有一定的指导意义。     

灰色Logistic I/II模型在煤矿开采沉降预测中的应用

 地下煤炭资源被人工采出以后,因上覆岩层的失稳、垮落、重新密实而使地表出现开裂、塌陷和变形等地质灾害。传统的研究煤矿开采沉陷的方法主要有地质法、实地监测法、物理和数值模拟法等,这些方法耗费大量人力、物力、财力,且部分参数的获取十分困难。为了获得在煤矿开采区域内地表沉降情况的准确信息,本文利用采动卸压原理和“三带”模型,以湖南省金竹山矿业公司的土珠煤矿开采沉降实况为研究背景,分析其地下采煤时地表裂缝与沉降的发生机制与特征。提出在开采垂直裂缝最大估算高度直接影响地表浅部的2煤层和3煤层时,应根据理论分析和实地观测的方法进行沉降预测,适时提供有效的安全预警信息;在开采垂直裂缝最大估算高度不影响地表的深部煤层时,可根据实际观测的历史数据建立灰色Logistic I/II模型进行地面沉降预测,无须再进行实际监测。通过实践验证和模型精度检验表明,灰色Logistic I/II模型预测精度高,预测值与实际值拟合度高,能准确提供有效信息,为地表环境的复垦规划提供重要参考依据。     

铁路钢桥高强度紧固螺栓断裂分析及防护

为探求高强度紧固螺栓发生断裂的原因,对某铁路钢桥上断裂的紧固螺栓进行了失效分析。利用扫描电子显微镜、能量色散X射线谱、金相显微镜、洛氏硬度仪、X射线荧光光谱仪、电子万能试验机等技术手段,对铁路钢桥失效螺栓的断口形貌、断口微区成分、显微组织、硬度、螺栓用钢的成分以及力学性能等方面进行分析与研究。结果显示：螺栓用钢的化学成分、硬度及力学性能均符合国家标准要求;螺栓断口起裂区存在树枝状裂纹,裂纹内部有含硫的腐蚀产物,且螺栓工作时所受外力为交变载荷。因此,螺栓的断裂是在交变载荷下发生的腐蚀疲劳断裂。螺栓断裂的初始裂纹源位于螺杆上螺纹的根部或螺柱与螺母连接位置的根部,为由硫元素引起的应力腐蚀裂纹。此研究为防止螺栓发生应力腐蚀裂纹及衍生病害提供了理论依据。