井下流量测量装置在MPD系统中的应用研究

在常规钻井和欠平衡钻井的基础上发展起来的控压钻井（MPD）技术已经在国内外一些地区的实际应用中取得了良好效果。介绍的井下流量测量装置采用节流压差法,接在近钻头处,能够随钻监测井下环空流量,并通过随钻测量技术（MWD）把数据及时传至地面进行分析处理,可以及早发现溢流或井漏等井下复杂情况。该技术与现有控压钻井系统结合,能够显著提高系统的控制精度和可靠性,从而提高钻井的安全性及降低钻井成本,为安全可靠地进行控压钻井提供保障。     

大岩湾高速铁路隧道岩爆综合分析预测

针对沪昆高速铁路大岩湾隧道埋深大、岩性脆而坚硬的特点,选取隧道典型断面进行了水压致裂地应力原位测试,获得了实测深度范围内地应力的大小和方向。为对隧道全线进行岩爆预测预警,在地应力测试的基础上,采用弹性应变能指数法、应力强度比法、有限元反演法对隧道岩爆进行分析。最后,以大岩湾隧道地应力条件、岩性特征、围岩结构特征、地下水条件四个方面为基本条件,对隧道岩爆进行了综合分析预测。结果表明:该综合预测方法的准确度较以往单一的岩爆预测方法有了很大提高,对隧道岩爆预测预警有很好的实际指导意义。     

深部硬岩岩爆预测的FDA模型及其应用

将Fisher判别分析(FDA)理论应用到深部硬岩岩爆预测中,以最大切向应力σθ、单轴抗压强度σc、单轴抗拉强度σt和弹性能量指数Wet作为影响岩爆的因素,建立以σθ/σc,σc/σt及Wet为判别因子的岩爆预测的FDA模型.以国内外15个深部岩体实例为训练样本进行训练,利用训练好的模型对冬瓜山硬岩矿山和某煤矿三水平西大巷深部开拓巷道岩爆进行预测.研究结果表明:利用FDA模型进行深部硬岩岩爆预测,结果与工程实际岩爆结果相符合,说明该方法在深部硬岩岩爆预测中具有良好的工程实用性.     

红透山矿深部开采岩爆潜在区微震活动性研究

应用表面应变法测试了红透山矿深部开采地应力值,据此对红透山矿深部岩体的矿岩冲击性进行分析;在-767m水平13采场构建红透山铜矿三维地质模型,布设传感器,建立矿山微震监测系统,对深部地压活动规律进行连续监测,捕捉由地压活动引起的微震活动信息,并实现微震源定位.应用神经网络模式识别方法将微震监测信息中的干扰信号(爆破、凿岩、动力电等)剔除,有效地显现微震监测定位结果;通过区分微震能量释放大小来区分不同微震事件的产生原因;对连续监测的微震活动事件进行时间非线性分析,根据在单位时间内微震事件活动数目来判断岩爆发生的可能,这对于开展矿山动力灾害的预测研究具有重要的现实意义.     

重力场条件下砂岩突出倾向性

通过对永川煤矿砂岩物理力学性质的实验研究,得出了突出砂岩的特征,并据此研究了该矿-350m水平砂岩突出倾向性,提出了重力场条件下砂岩突出倾向性的判据. 研究表明:突出的砂岩具有孔隙率大、气孔容积大的物理特征和杨氏模量较低、强度低、不易产生塑性变形的力学特性;岩石和瓦斯突出发动过程与冲击地压特征具有一致性,可以用研究冲击地压的理论来研究砂岩突出倾向性问题;砂岩突出受多种因素影响,力学因素是主导因素. 在"三准则"理论基础上,建立了用能量准则、强度准则和冲击倾向性准则评价砂岩突出倾向性的方法.     

程潮铁矿岩爆倾向性分析及其能量预测

根据系统的工程地质调查,在对井下-430～-568m范围内岩样进行力学实验研究的基础上,采用RMR岩体分类方法和高地应力条件下适应性较好的Q系统,对深部围岩进行了工程分类,并分析了RMR、RQD与岩爆的关系. 认为程潮铁矿深部(-500m以下)岩体发生岩爆的可能性较大. 通过对矿区地应力分布规律的研究,探讨了矿区高应力环境对岩爆孕育的影响. 最后,通过对矿区采场三维有限元数值模拟,分析了深部开采矿岩能量分布规律,据此推断该矿岩爆临界深度在-500m水平. 从模拟结果可以看出:地应力环境受上部开采活动的影响,-500m水平应力明显增加,高于-533m水平;-533m水平以下,随着垂直深度增加,矿岩能量最大值逐渐增大.     

扩容角对圆形巷道岩爆过程的影响

利用FLAC模拟了不同扩容角时圆形巷道的岩爆过程。为了模拟巷道开挖,利用编写的FISH函数删除巷道内部的单元。岩石服从莫尔库仑剪破坏与拉破坏复合的破坏准则,破坏之后呈现应变软化—理想塑性行为。文章的模拟分为3步：首先,将静水压力施加在模型上,直到达到静力平衡状态;然后,利用编写的FISH函数,开挖巷道;最后,计算重新开始,直到达到静力平衡状态。模拟结果表明,随着扩容角的增加,剪切带变宽,岩爆坑变深,破坏单元数目增多,破坏区变大。当扩容角较低时,高剪切应变集中于“狗耳”形岩爆坑位置,剪切带与巷道周边切线之间的夹角较大;当扩容角较高时,高剪切应变集中于巷道周边的一些位置上,剪切带与巷道周边切线之间的夹角较小。该研究结果与Roscoe,Arthur理论相符。     

煤矿井底车场与井筒连接处破坏的原因分析及对策

在煤矿中,有不少井底车场与井筒连接处(马头门)发生了破坏,严重影响了煤矿生产的安全。查阅了20个煤矿马头门破坏实例,从埋藏深度、井筒类别、破坏时间、破坏形态、地质特征等方面对其规律性进行了总结分析,从地质条件、设计和施工三个方面对其破坏原因进行了探讨,对所使用修复加固方法进行了归纳。最后从设计和施工两个方面提出了预防对策。研究认为,马头门的破坏与矿井的埋深关系不大,最主要的还是地质条件问题;水是马头门的大患,必须加强水的综合治理。只要思想上重视,在设计和施工上加强预测、预防,马头门的破坏是可以避免的。     

井底漫流场数值模拟研究

理论研究、台架实验和现场经验表明:井底流场的特性与钻井效率、钻井安全、钻头寿命等有着密切的关系。而喷嘴几何形状、喷嘴布置方式是决定井底漫流场是否合理的关键因素。为了发展有预见性的定量化井底流场研究技术,应用势流理论对井底漫流场进行了数值模拟。模拟结果与台架实验对比表明,井底漫流场数值,模拟能比较客观的反映不同喷嘴组合、不同侧倾角、不同后倾角条件下几股射流的相互作用情况,可为评价井底流场的优劣、钻井效率的高低提供一定的理论依据。     

抽汲井试井分析数学模型的建立及精确解

根据抽汲井试井工艺过程及其特点,采用已知上一次抽汲结束时的地层压力分布规律建立下一次抽汲数学模型的方法,建立了抽汲井试井分析数学模型,并在Laplace空间求解出了相应的精确解。将这一成果应用于长庆油田之中,结果表明:该理论能描述抽汲井的井底压力瞬变性及抽汲期井底压力变化无规律性的特征,符合实际测试工艺情况,弥补了抽汲井试井这一空白;提高了该类井试井的解释率和解释结果的可信度。同时,利用该理论还可计算抽汲过程中任一时刻的井底压力和关井时刻的井底压力,解决了抽汲井难以计算关井时刻井底压力的问题。