煤层顶板砂岩高温下超声传播特征分析

通过对鹤壁矿务局煤层项板砂岩试件在高温状态下和高温冷却后的超卢波测试,揭示了砂岩在高温状态下和高温冷却后的超声波传播随温度的变化规律,从声速、振幅和主频几个方面研究了在高温状态下和高温冷却后煤层顶板砂岩内损伤裂纹的发展变化过程。试验结果表明,在高温状态下和高温冷却后,振幅对岩石裂纹状态敏感程度大于声速和主题,振幅和声速随温度变化的曲线上存在着一骤降点,但各自反映的温度点有差异。其研究成果埘煤炭地下气化炉围岩在高温下的节理裂隙演化过程、组构和力学特性研究具有重要的作用和意义。     

水化学作用下砂岩力学特性劣化试验研究

日益严重的环境污染加剧了水化学环境对工程岩体和露天石像的腐蚀作用,尤其是最为敏感的砂性岩体。研究长期水化学腐蚀作用下砂岩的宏观力学特性的劣化情况及微观作用机理对预防及评价水化学环境对砂岩腐蚀具有重要意义。采用三点弯曲、薄片鉴定、扫描电镜和能谱分析等测试方法对比研究了砂岩在不同pH、Na_2SO_4溶液浓度及浸泡时间后的力学特性和微观结构特征。试验结果表明:水化学作用对砂岩胶结质溶蚀劣化影响显著,酸性增强和作用时间增长会进一步加剧砂岩劣化,酸性减弱对砂岩试样的劣化有抑制作用;砂岩的腐蚀劣化宏观上表现为强度、模量和断裂韧度减小,脆性特征逐渐减弱,延性特征增加;在微观上除矿物成分的改变外,其颗粒大小及形状,孔隙、裂隙等微细观结构也发生明显改变。     

重金属镉污染对土体力学特性的影响及机理分析

为了研究重金属镉(Cd)对土体力学特性的影响规律及其微观机理,开展了不同Cd含量污染土强度、渗透、剪切特性、压汞和扫描电镜试验研究。力学特性试验结果表明:重金属Cd会劣化土体力学特性;随着Cd含量的增加,土体的抗压强度、剪切强度和黏聚力显著降低;而渗透系数、内摩擦角明显增大。扫描电镜试验结果表明:Cd使土颗粒发生团聚,Cd污染土出现大的团聚体,大颗粒增多,土体表面变得比较粗糙,土颗粒之间的接触形式增多,出现点-面接触和边-面接触;且团聚体间的孔隙较大。压汞试验表明:随着Cd含量的增加,污染土中孔径大于1μm的孔隙体积明显增加。污染土的微观结构和孔隙分布的改变是Cd污染土力学特性变化的本质原因。     

动力扰动和高温联合作用下砂岩力学特性及破坏特征

为分析不同动力扰动和温度条件下砂岩的力学特性和破坏特征,开展了单轴压缩试验和声发射试验。首先,对中粒径砂岩试件进行不同温度的加热;其次,进行单轴压缩并全过程监测声发射信号;最后,结合峰值应变、单轴抗压强度等数据,分析砂岩的力学特性及破坏特征。研究结果表明：循环扰动和温度作用对岩石强度影响极大,无循环扰动的试件抗压强度随温度升高而先上升后下降,其余试件抗压强度与两者呈负相关,且受温度影响更为显著;砂岩峰值应变随着温度升高呈先降低后上升的趋势,200℃为该类砂岩的拐点,砂岩峰值应变与循环扰动幅度呈正相关,有加速上升趋势,且对温度变化更敏感;试件临近破坏时,内部裂纹发展情况存在突变,R_A(上升时间与幅值之比)和F_A(平均频率)的分布明显变化。F_A/R_A>K的声发射信号急剧减少、F_A/R_AA/R_A的波动与实际物理过程一致且更提前,可作为岩石破坏先...     

富水弱胶结砂岩破坏特性与优化措施

敞开式TBM以其“速度快、强度低、效益好”等特点愈发在地下工程施工中得到广泛应用,同时随着我国加大西部地区基础设施和能源的开发力度,施工过程中将面临越来越多弱胶结砂岩地层,在该地层应用敞开式TBM难度极大,施工中经常发生冒顶、片帮、撑靴力不足的情况。为了早日投产,可可盖煤矿将在全世界范围内首次应用敞开式TBM进行斜井掘进,针对施工中穿越洛河组地层围岩强度低、胶结弱、涌水量大的情况,在已有研究基础上,借助现场实测、室内试验等多种研究手段,对洛河组富水弱胶结砂岩矿物成分及含量、孔隙结构等物理特性及微观结构进行了研究。试验结果表明该组岩层孔隙率达到25.6%,透水性强,且含有15%左右的粘土矿物,具有一定膨胀性,建议注浆时采用超强渗透性的纳米级注浆材料,改善注浆效果。在此基础上进行了不同含水率、不同围压下的三轴压缩试验,试验结果表明提高径向应力对控制围岩具有明显效果,创新性提出了“超前加固+锚网索+纳米级浆液注浆”的支护优化措施,数值模拟与现场应用结果表明优化后围岩破碎变形得到显著改善,实际掘进速度从10m/天提高到17m/天,极大提升了掘进效率与安全性。     

粒度分布对胶结砂岩力学特性的影响

储层出砂过程中砂岩颗粒的离散与其细观结构性有密切关系。以胶结砂岩为研究对象,基于三维颗粒流数值模型(PFC3D)建立4种不同粒度分布的数值模型,模拟剪切过程的砂岩力学响应,研究不同粒度分布的砂岩体应力比、体应变、配位数和黏结破坏与轴应变之间的关系。结果表明:粒度分布对砂岩力学特性的影响较大,仅基于随机方法产生颗粒建立的数值模型不能完全代表实际砂岩的物理结构。须根据实测的砂岩粒度分布建立三维数值模型,才能准确描述储层砂岩的力学特性。粒径越小,连接的颗粒越少,自由度越大,开采中成为离散颗粒的可能性越大。     

化学溶蚀及高温作用下砂岩力学特性的试验研究

为探究化学溶蚀及高温作用对砂岩力学性能的影响,将砂岩分别在水、HCl和NaOH溶液中浸泡后,经高温处理,再进行单轴压缩试验和三点弯曲试验,并借助扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析其损伤机理。试验结果表明:高温使NaOH溶液浸泡后的砂岩单轴抗压强度得到明显提高,而在温度低于400℃时,HCl溶液和水浸泡后的砂岩单轴抗压强度随着温度的升高呈劣化趋势;NaOH溶液使砂岩的断裂韧度降低了16.05%,断裂韧度和抗拉强度随温度的升高总体呈下降趋势,400℃是断裂韧度及抗拉强度发生劣化的门槛温度。高温和化学溶蚀的共同作用改变了砂岩的矿物成分、结晶度及结构完整度,使砂岩的力学性能受到影响。     

干湿循环作用下贺兰山岩画载体砂岩风化特征研究

以宁夏岩质文物区域内的典型砂岩(记为A、B)为研究对象,针对其实际的赋存环境进行干湿循环试验,研究砂岩试样的力学特征,分析浸泡在真实水环境中砂岩试样经历不同循环次数后各力学参量的变化规律;并结合SEM观察岩样微观特性。研究结果表明:干湿循环结束后砂岩试样强度具有明显的"弱化"趋势,在干湿循环前期表现更为明显。砂岩A强度下降了74.67%,砂岩B强度下降了45.18%,A对干湿循环作用表现更为敏感。SEM试验结果发现岩石微观结构随着循环次数的增加,其微观结构越松散,颗粒空间排布越不均匀;与宏观试验强度变化结果相吻合,说明岩质文物受水的作用时,干湿循环作用是不可能忽视的影响因素。研究结果为具有宁夏区情的石质岩画文物劣化机理理论、后期保护和修复提供的理论基础。     

内蒙古阿拉善地区红层砂岩力学试验特性研究*

针对阿拉善沙漠世界地质公园范围内的敖伦布拉格峡谷与额日布盖峡谷的红色砂岩进行了岩石单轴、三轴压缩变形试验和岩石抗拉试验。得到以下结论:红层峡谷不同位置抗压强度不同,与野外观察到的岩层凹凸变化趋势能够相吻合;同一样品不同段的测试结果中抗压能力是有差别的,这可能与胶结在砂砾岩中的砾石分布不均匀有关;阿拉善红层砂岩力学特性与强风化砂岩力学特性相近,砂岩的内摩擦角随着风化程度的加剧而增大,凝聚力则随着风化程度加剧而减小,这可能是风化造成砂岩力学特性发生变化的原因。此成果填补了阿拉善地区红砂岩的基本力学特征信息的空白,对于研究峡谷地貌形成中的水动力和风动力具有参考意义。     

四川盆地区红层弱风化泥质砂岩力学特性试验研究

红层在四川盆地广泛分布,众多工程建筑座落于其地表附近的弱风化带上,通过四川盆地红层弱风化泥质砂岩的系列岩石力学试验,得出其基本力学特性,同时,就水和围压对岩石力学特性的影响进行了讨论．结果表明：岩石的变形在峰值前表现为弹塑性,水对岩石的强度、弹性常数均有明显降低作用,软化系数为0．52,随围压增高强度线性增高,变形模量、弹性模量、割线模量及泊松比呈自然对数增高．其力学参数和相关关系可为有关工程提供参考和借鉴．     

高温作用后砂岩物理力学性质阈值温度的确定——基于机器学习算法

通过采用机器学习算法,提出了高温作用后砂岩物理力学性质变化的阈值温度的确定方法。基于Python语言,利用K-Means、SVM算法,实现了对样本数据的分类和聚类,确定了阈值温度区间,验证了二分类法的合理性和准确性.结果表明,砂岩样本的阈值温度区间为400~600 ℃,阈值温度上下砂岩的物理力学性质存在显著差异,体现为阈值温度区间以下的岩样物理力学性质较为分散,而阈值温度区间以上的岩样物理力学性质较为集中.     

高温作用后砂岩物理力学性质阈值温度的确定——基于机器学习算法

通过采用机器学习算法,提出了高温作用后砂岩物理力学性质变化的阈值温度的确定方法。基于Python语言,利用K-Means、SVM算法,实现了对样本数据的分类和聚类,确定了阈值温度区间,验证了二分类法的合理性和准确性.结果表明,砂岩样本的阈值温度区间为400~600 ℃,阈值温度上下砂岩的物理力学性质存在显著差异,体现为阈值温度区间以下的岩样物理力学性质较为分散,而阈值温度区间以上的岩样物理力学性质较为集中.     

冻融循环条件下砂岩物理力学劣化特性的实验研究

为研究冻融循环对岩石的物理力学性质劣化影响,选取砂岩为试样进行冻融循环实验、核磁共振实验和单轴压缩声发射实验。研究结果表明:当冻融循环达到30次数时,试样外观首先发生劣化;试样的孔隙率与冻融循环次数呈正相关,而束缚流体饱和度则呈负相关;冻融循环次数的增加会使得试样单轴压缩过程中声发射事件率的变化趋势发生改变、临近破坏时的低事件率缺失面积减小,且在30次时最小;声发射峰值能率随冻融循环次数的增加而减小,"平稳期"平均能率与峰值能率的比值不断增大,在30次冻融循环时达到最高。30次冻融循环可划定为冻融循环作用对岩石试样劣化的分界线。     

砂岩力学特性对干湿循环效应响应规律的试验研究

为研究砂岩力学特性对干湿循环效应的响应规律,基于不同干湿循环作用下砂岩吸水性、单轴压缩与直剪试验结果,系统分析了砂岩吸水率、抗压强度、变形参数、抗剪参数以及破坏特征等物理力学特性对干湿循环效应的响应规律. 研究结果表明,随着干湿循环次数的增加,砂岩吸水率与质量损失率呈正相关变化,而抗压强度、弹性模量、黏聚力和内摩擦角则呈负相关关系,当循环15次时,与天然状态相比,砂岩抗压强度下降幅度高达78.96%,而黏聚力和内摩擦角则分别减小了78.40%和31.33%. 但不论曲线变化趋势是增大还是减小,其变化幅度均是先大后小,并最终会以某一循环次数为临界值发展变化. 砂岩的破坏特征亦会受到干湿循环试验次数的影响,干湿次数越少,脆性破坏越明显,反之则延性特征增强,即砂岩会呈现一种从脆性到延性转化的破坏规律.      

高温状态下加载速率对砂岩的动态力学影响研究

为研究不同高温状态下加载速率对砂岩动态力学特性的影响,通过采用自行组装?50mm分离式Hopkinson压杆高温实验装置,对25℃~1000℃高温状态下的砂岩试件进行了6级不同加载速率下的动态单轴压缩试验。结果表明：高温下砂岩的峰值强度与加载速率呈二次多项式增长;砂岩的峰值强度在200℃时,加载速率效应最明显,在1000℃时,加载速率效应最弱。砂岩的峰值应变与加载速率之间呈线性增加;峰值应变在1000℃时,加载速率效应最强,在25℃时,加载速率效应最弱。总体表现出一定的加载速率强化效应。不同温度下动态弹性模量的变化规律差别很大。从砂岩的破坏形态可知,加载速率对砂岩的影响不仅与温度有关还与其本身的性质有关。可见,加载速率对峰值强度、峰值应变及动态弹性模量的影响与温度密切相关。分析结果对高温环境下岩石工程稳定性、安全性以及相关岩体的爆破效应具有重要参考依据。     

高渗透砂岩油藏自流注水机理及开发效果研究

针对沙漠地区油藏注水水源供应不足的问题,以中东地区某高渗透砂岩油藏为例,以油藏工程方法和数值模拟为手段,开展了自流注水机理、自流注水适应性及开发效果研究。研究中定义了"自流注水门限压力"的概念,认为要能够自流注水,水层压力需要达到"自流注水门限压力"来克服注水过程中水层与井筒之间的产水压差、井筒内的摩阻损失、井筒中的水柱压差以及井筒与油层之间的注水压差。分析了油藏适合自流注水的地质条件和压力条件。建立了自流注水采收率计算的表达式,并针对N油藏进行了实例计算。运用数值模拟方法,进一步研究了N油藏进行自流注水的开发效果,研究结果表明,N油藏的开发策略为:先进行弹性驱动开发,待油藏不能稳产时转为自流注水开发,最后转为人工注水开发。     

冲击式小型气动马达机械特性研究

为了适应易燃、易爆及防磁的工作环境,该文研制了一种冲击式小型气动马达。介绍了冲击式小型气动马达的工作原理和具体结构组成,理论分析了其喷嘴流量特性和叶轮受力情况,并通过计算机仿真研究了其主要结构参数变化对输出转矩的影响规律。为了对马达输出的转矩和机械功率进行实验研究,设计了一套小型机械特性测试装置。实验研究结果表明：冲击式小型气动马达输出转矩与转速具有良好的线性关系,调速范围广,符合实际应用的要求。     

"两硬"条件下薄煤层机械化开采实践与发展方向

回顾了大同矿区在薄及较薄煤层机械化开采技术上的发展历程,介绍了我国薄煤层开采技术发展情况,针对大同矿区“两硬”（顶板硬、煤层硬）煤层条件和较为复杂地质条件的特点,提出了适合大同矿区薄煤层机械化开采的发展方向。     

致密砂岩储层孔隙结构特征及其对开发的影响

致密砂岩孔隙结构特征是致密油气地质评价的核心研究工作。通过铸体薄片、X-射线衍射、扫描电镜、常规压汞、恒速压汞及气水相相对渗透率等多种实验分析手段,研究了川西中江气田沙溪庙组致密砂岩孔隙结构特征,探讨了孔隙结构差异性成因,并分析孔隙结构对开发的影响。研究表明,中江气田沙溪庙组致密储层岩石类型以岩屑长石砂岩、长石岩屑砂岩和岩屑砂岩为主;储层物性受原生矿物组合与成岩演化过程及其产物的影响,其中,石英对储层的渗透率贡献相对明显,对孔隙度影响不明显,黏土矿物、方解石都对孔隙度和渗透率影响明显,均呈负相关;在孔隙结构参数中,孔喉组合关系、喉道大小决定储层渗流能力,以大孔喉对储层渗透能力的贡献最大;孔隙结构对产能及气井生产特征影响明显,孔隙结构均质性越好所对应的气井产能及平均日产气就越高。研究成果对于深入理解致密砂岩孔隙结构及气井开发效果差异性具有重要的理论意义,能为气藏合理开发及评价提供科学依据。