开采保护层覆岩裂隙演化规律模拟

为提高瓦斯抽采率和揭示保护层采动覆岩裂隙演化规律以及定量分析保护层卸压增透范围,将覆岩裂隙定义为具有开裂损伤功能的粘结单元,利用ABAQUS开发了粘结单元本构关系,建立了采动覆岩砌体结构内聚力模型,进行了粘结单元表征下的保护层采动裂隙演化数值模拟,通过粘结单元损伤程度分析采动裂隙发育状态,根据裂纹的连通状态界定采场覆岩损伤破坏区域,并得到了采动卸压范围及渗透率分布规律,采动裂隙演化规律模拟结果与实验一致,验证了覆岩砌体结构内聚力模型的精准性.     

厚煤层重复采动覆岩破裂发育规律研究

以鲁西矿3煤重复采动为研究背景,采用现场实测和数值模拟的方法对厚煤层重复采动条件下的覆岩破裂规律进行了研究。结果表明,覆岩裂隙带发育高度随着采空区形成时间的增加而降低;上分层开采后裂隙带发育高度为34.73 m,裂高采厚比为15.1,与上分层相比,下分层开采导致的裂隙带发育高度增加为41.51 m,但趋势变弱,裂高采厚比仅为13.84;数值模拟最终裂隙带发育高度为39.4 m,与实测结果吻合较好。研究结果对于类似厚煤层重复采动条件下的覆岩破裂规律预测和合理提高安全开采上限具有重要指导意义。     

采空区瓦斯渗透影响的综放面瓦斯运移模拟研究

采用UDEC数值模拟软件,结合实验数据,分析了上层煤层采动对相邻煤层之间岩层的影响,得出岩层裂隙发育规律;依据岩层裂隙发育规律和现场监测数据,利用Fluent软件建立模型,分析工作面不同推进距离时的瓦斯渗透规律。模拟结果表明:随着采煤工作面的推进,综放面后方未冒落区底板受采动影响破坏深度趋于稳定值,邻近煤层采空区瓦斯的渗透量逐渐增加,对综放面瓦斯运移的影响相应变大。     

采动裂隙实验结果的量化方法研究

在分析计算机图像处理的步骤与采动裂隙二值化图像统计算法的基础上,编制了采动裂隙图像处理程序FIMAGE,应用该程序可对覆岩采动裂隙模型实验结果进行定量统计.应用该量化方法对采动裂隙分布实验结果进行后续分析,取得了新的认识与成果.     

采动裂隙椭抛带内瓦斯运移理论基础

研究采动裂隙椭抛带的基本性质及其采空区瓦斯运移的规律,可以采取有效措施进行瓦斯治理。根据五阳煤矿7601综采工作面上覆岩层的特性与工作面在推进过程中的矿压显现特征,确定了采动裂隙带的高度、切眼上方椭抛带的高度、采动裂隙椭抛带内煤与岩碎胀系数,并计算出其渗透率。该研究为建立数值模拟的分析模型提供依据。     

采动裂隙实验结果的量化方法

在分析计算机图像处理的步骤与采裂隙二值化图像统计算法的基础上，编制了采动裂隙图像处理程序ＦＩＭＡＧＥ，应用该程序可对覆岩采动裂隙型实验结果进行定量统计。应用该量化方法对采动裂隙分布实验结果进行后续分析，取得了新的认识与成果。     

高位钻孔瓦斯抽采参数优化设计

基于采空区覆岩裂隙分布规律、覆岩裂隙瓦斯流动规律和高位钻孔抽采技术研究现状,从覆岩"竖三带"、"O"形圈和U型通风条件下采动裂隙瓦斯流动规律出发,找出高位钻孔的理论合理布置区域,指出工作面后方50m范围内覆岩裂隙发育状况是高位钻孔层位设计的关键,针对祁南煤矿32煤层的特点,结合现场采用数值模拟方法模拟不同开采速度条件下覆岩裂隙发育规律,优化设计高位钻孔的抽采参数,在34下2工作面和3410工作面的现场试验中,高位钻孔抽采浓度和抽采率得到大大提高,取得了较好的抽采效果,验证了研究的正确性。     

地面瓦斯抽放钻孔采动覆岩裂隙演化数值模拟

为探明唐山矿T2291工作面采空区瓦斯富集的原因及瓦斯运移通道的来源,采用FLAC3D与UDEC离散元两种模拟方法,对比分析T2291采空区煤柱破裂及顶板离层发育过程和采动裂隙的叠加影响规律,查明了上覆岩层裂隙形成的过程,验证了走向采动下顶板"O"型圈裂隙分布特征.研究结果表明:邻近采空区下位裂隙贯通受隔离煤柱宽度影响较大,中硬顶板条件下裂隙在走向充分采动与倾向非充分采动下呈现"鞍形"分布特征,得出唐山矿T2291钻孔实现横向和纵向多采空区联合抽放的根本原因.     

考虑采动影响的煤层气储层数值模拟方法研究

为了实现采动条件下煤层气开发模拟优化,采用动态虚拟井随采动工作面一起推进表征采动过程中工作面对邻近煤层物质交换的影响。利用变渗透率场实现工作面推进过程中邻近煤层的渗透率场的变化,通过随采动工作面推进的虚拟井与变渗透率场耦合作用实现采动条件下煤层气模拟。模拟结果与矿场实际监测数据较为吻合。     

高位顺层钻孔瓦斯抽放数值模拟

针对八连城煤矿19号煤层62.1%~71.6%的瓦斯来源于采空区的问题,提出高位顺层钻孔抽放采空区瓦斯的治理方案.基于关键层理论和"O"形圈理论,分析了采空区上覆岩层裂隙形态,对瓦斯在其中的运移规律进行了研究,认为在上覆岩层采动裂隙中瓦斯流动符合达西定律.利用商业软件COMSOL-Multiphysics对瓦斯抽放进行了数值模拟,直观展示了瓦斯抽采时的瓦斯分布状态.模拟结果表明瓦斯抽放有效降低了瓦斯压力,给现场瓦斯抽放提供了理论依据,具有重要的实践意义.     

地应力测井解释方法及其可靠性对比

为了对比井壁崩落法、诱导裂缝法和波速各向异性法在地应力方位解释中精度差异,系统阐述了测井地应力方位分析的理论基础、解释方法和影响因素。结果表明,基于成像测井资料的钻井诱导裂缝法和井壁崩落法解释G6井在沙河街组三段最大水平主应力SH优势方位为70°～80°,与邻井微地震监测反演结果相一致。波速各向异性法和基于地层倾角测井资料的井壁崩落法解释SH优势方位为80°～90°。测井地应力方位解释精度不同程度地受天然裂缝、断层和地层倾角等因素影响,综合分析认为钻井诱导裂缝法解释SH方位结果最为准确。基于地层倾角测井的井壁崩落法解释SH方位在研究区有约10°的误差。波速各向异性法解释SH方位时,具有一定的局限性,需要进一步校正。     

水力压裂数据水平地应力反演模型研究

地应力的研究对能源发展、水利及交通设等都起着重要作用.水利压裂法是测量最小水平地应力的一种简便可靠方法,但直接获取最大水平地应力较为困难.本文采用最小二乘法对多组水力压裂数据联立求解,同时获得了最大和最小水平地应力.对中国南海某盆地的压裂数据进行实例计算,其结果符合当地地质构造.     

基于智能算法的油气田地应力三维预测

为了解决复杂沉积构造环境导致未钻区域的地应力定量预测难度大的问题,根据层速度、地应力、叠后地震信息之间的定量关系,运用BP神经网络、模拟退火等智能算法提出了用于不同工况条件的两种油气田地应力三维预测方法.在完钻井数量较多、实测信息较丰富的工区使用BP神经网络算法,利用地震数据空间速度信息与岩石力学方法建立地应力三维数据...     

基于实测数据的长隧道地应力分布影响因素研究

地应力分布特征是开展长隧道动态优化设计与施工的主要影响因素，亦是判断与预防岩爆、大变形等隧道灾害的重要依据。为了研究某长隧道区域地应力分布的影响规律，以17个现场水压致裂钻孔、164个测点的地应力测试数据为基础，采用高程、岩性、结构面、沟谷地形分区方法分析了长隧道区域的地应力分布特征。通过对比分析不同分区下长隧道围岩应力拟合值与实测值的差异，认为根据地质特征对长隧道区域钻孔测试数据进行合理分区是准确拟合围岩地应力分布特征的关键。研究结果表明：在岩性分界面两侧地应力呈现不同分布规律，沟谷地形对应力分布规律影响显著，而高程和小节理对应力分布的影响较小；岩性分区的线性拟合方法适用于非沟谷地形区域的地应力分布规律分析，相较于按整体或单因素的分区方法得到的地应力分布，采用线性和曲线相结合的沟谷分区方法推算的隧道围岩应力分布具有较高的精度；由于沟谷地形在一定埋深区域存在高应力区，即便采用线性和曲线拟合方法也难以准确模拟其真实的应力分布特征，需进一步开展针对性的研究。     

高速公路软基沉降的幂多项式预测模型

工后沉降是软土地区修建高速公路面临的主要问题。依据现场实测典型沉降-时间关系特性,基于Taylor展开原理提出软基沉降预测分析的幂多项式模型;通过相关公式推导获得参数求解方法,并对实测数据点数目的合理取值进行分析。结合广东省某高速公路软基现场监测结果,运用幂多项式模型对实测数据予以预测分析。研究结果表明：幂多项式模型可充分利用观测样本求解参数,采用较低阶数即可获得较高精度,从而更准确地反映软基工后沉降特征。     

页岩储层地应力预测模型的建立和求解

对致密页岩储层进行水平井钻井和压裂时,必须精确确定页岩气储层地应力。在分析页岩构造特征的基础上,给出考虑页岩横观各向同性的地应力计算模型,并建立声波测井资料求取页岩横观各向同性力学参数的关系式,据此研究页岩气储层地应力的分布规律。分析孔隙压力及地层升沉作用对地应力的影响。结果表明:页岩横观各向同性性质对地应力分布有较大影响,当水平与垂直方向弹性模量之比达到4时,水平地应力平均增加144%,而垂直方向与水平方向的泊松比之比达到2.2时,水平地应力平均增加16.5%;当孔隙压力变化2.4MPa时,水平地应力平均增加13.8%,而地层升沉作用对地应力的影响不大。将预测模型用于Baxter页岩的地应力预测,预测结果与其地层瞬间闭合压力(ISIP)最大误差仅为1.2%,证实模型准确可靠,可为页岩气水平井的钻井和压裂设计提供准确的基础数据。     

鱼塘路段人工硬壳层承载特性及计算方法

常规的鱼塘路段的处理均采用换填法,为避免淤泥运出和填筑材料的制作过程中对环境产生的不利影响,采用软土就地固化技术改良鱼塘底部淤泥.首先介绍就地固化设备,并以潮汕环线高速公路就地固化试验段工程为例,详细介绍该技术在鱼塘路段的应用及其优势.现场试验结果表明:固化28 d后表层承载力能满足要求,搅拌不均匀现象对承载力影响较大...     

基于地应力椭球和椭圆的松动圈计算方法

采用地应力椭球和地应力椭圆分析方法,结合实测的车集矿地应力结果,以及矿区地质资料、地应力测量中揭露的地质情况,研究原岩应力与巷道松动圈的关系.结果表明:在地应力作用下,不同的巷道走向将影响到其周边围岩的受力状况,随着地应力椭圆离心率的增大,巷道周围受力的不均匀性增加.走向一定的情况下,将应力椭圆视为围岩破碎带的形状,从而进行巷道断面形状的优化和支护参数的优选是合理可行的.     

不同应力条件下爆破开挖对围岩损伤效应的数值模拟研究

根据芦岭矿的工程地质资料,拟定了硬岩和软岩的典型物理力学参数,并依托芦岭矿现场爆破参数,结合ANSYS/LS-DYNA软件,通过隐式-显式连续求解,完成了不同初始应力条件下硬岩和软岩巷爆破开挖的模拟. 计算结果表明,在5~25 MPa应力水平时,随着地应力的增加,近爆腔处围岩的损伤程度并不发生变化,而远离爆腔处围岩损伤程度明显减小,地应力对爆炸载荷所造成损伤抑制作用明显;相同爆破参数下,软岩爆破较硬岩更易受地应力的作用.     

标准贯入试验曲线的复杂度分析

原位试验数据的数学物理关系与规律性探索是目前较难解决的问题,基于此利用组成论中的复杂度分析方法对标准贯入试验曲线进行了分析,并依据最复杂原理从数学关系上推导证明了分布函数的具体表达式。分析结果表明,标准贯入试验结果符合幂函数分布,理论分布函数与实测数据吻合较好,分布函数的表达式是在限制条件下得到的,这使数学推导过程有了明确的物理意义,有利于认识原位试验深刻的数学物理关系,将复杂性分析方法应用于各种离散、变异系数高、不确定试验数据的深入分析具有积极意义。