唐家会矿地下水化学特征及其在断层导水性识别中的应用

为了识别鄂尔多斯盆地北部唐家会矿DF1断层导水性,预防采掘工作面突水事故的发生,通过采集唐家会矿二叠系砂岩水、奥陶系灰岩水(奥灰水)共36组水样,利用Piper图、离子比例法及饱和指数法研究矿井地下水化学特征及成因,并基于水化学特征分析断层导水性。结果表明,砂岩水化学类型为Cl·HCO_(3)-Na型和Cl-Na型,奥灰水化学类型为Cl-Na型。砂岩水和奥灰水中Na+主要来源于岩盐与硅酸盐岩的溶解;奥灰水中方解石处于平衡和过饱和状态,白云石处于未饱和状态,并发生了阳离子交换吸附。随着与DF1断层距离的减小,61101工作面底板注浆孔涌水TDS增加;11-4#孔涌水随着时间延长,Cl^(-)逐渐增加,表明钻孔涌水中奥灰水的混合比例越来越大,DF1断层在该区段为导水断层。

淮南阜东矿区二叠系砂岩高盐地下水低硫酸盐特征及成因机制

矿区地下水水文地球化学研究对矿井水防治和水资源综合利用具有重要意义。针对安徽淮南煤田阜东矿区二叠系砂岩水低硫酸盐问题,通过水样采集测试,采用多元统计方法,结合水文地质条件分析和硫氧同位素技术,研究砂岩水水化学特征、水-岩作用以及低硫酸盐成因。结果表明:研究区二叠系砂岩水呈弱碱性,TDS平均值为1842.35 mg/L,属于微咸水,水化学类型主要为Cl-Na型、HCO_(3)-Na型和Cl·HCO_(3)-Na型。SO_(4)^(2-)平均质量浓度为37.48 mg/L,明显低于淮南煤田东部潘谢矿区和淮北煤田二叠系砂岩水。主要水-岩作用为蒸发岩(氯盐岩和硫酸盐岩)和硅酸盐岩矿物溶解,存在阳离子交替吸附作用。由于边界阻水断层切割,二叠系砂岩含水层四周均为相对隔水边界,且埋藏较深,富水性弱,水动力条件较差,形成了一个封闭–半封闭的水文地质单元,具有较强的硫酸盐还原环境,有利于硫酸盐细菌还原,脱硫酸作用明显,导致δ^(34)S升高,砂岩水硫酸盐含量偏低。研究成果可为类似条件矿区涌突水水源识别提供依据。

抽水过程中潜水位变化的自然电位响应特征砂槽试验

设计加工扇形渗流槽模型,开展定流量单孔完整井抽水试验,结合自然电位(SP)实时动态监测,研究了潜水含水层抽水过程中水位变化及SP响应特征。结果表明:抽水时,潜水位和SP均快速下降并逐渐稳定,但潜水位降低至稳定时间较短,SP降低至稳定所需时间较长,具有滞后性。抽水流量越大,潜水位和SP降低幅度越大;距离抽水井壁越远,SP稳定所需时间越长。自然电位差ΔSP与水位降深sw之间满足线性函数关系,ΔSP和径向距离r之间满足指数函数关系,根据拟合公式计算得到模型中不同位置处水位降深值,与观测水位降深比较发现两者之间误差较小,表明利用该式可以对抽水过程中潜水位进行计算预测。

基于巴西劈裂试验的砂岩热损伤及声发射特征研究

为了研究高温对砂岩的物理力学性质以及声发射特征的影响,本文针对25~900℃等温度处理后的砂岩开展巴西劈裂试验,同时结合扫描电镜、声发射监测等方法进一步分析了砂岩的抗拉强度、体积膨胀率、质量损失率、P波波速、宏微观破坏特征以及声发射特征等性质的变化情况。研究结果表明:(1)砂岩经高温处理后,质量、P波波速、抗拉强度以及残余抗拉强度均发生不同程度的下降,同时体积也发生膨胀;(2)在200~400℃范围内,抗拉强度大幅度下降,表明砂岩热损伤的阈值温度在这一区间;(3)砂岩的破坏以单一主裂纹破坏为主,且温度越高次生裂纹形成的越少,砂岩的脆性也越显著;(4)扫描电镜的结果显示:砂岩经高温处理后内部孕育有大量的微裂纹与微孔隙,随着温度的升高,裂纹的延伸长度、张开度、密度、连通性以及扩展范围发生变化,导致矿物的完整性下降;(5)不同温度加热后的砂岩声发射特征存在差异并表现出明显的阶段性特征,且温度越高声发射活动趋于平稳,同时声发射事件峰值先于砂岩破坏出现,可利用声发射对砂岩破坏的过程进行有效监测。

煤矿对拉工作面底板采动破坏深度现场测试研究

以某煤矿21105对拉工作面为背景,综合采用应变和应力传感器现场测试方法研究了底板破坏深度。现场测试应变传感器数据表明,底板垂深22~27 m以浅应变感应信号高度离散,波动强烈,岩层塑性变形剧烈;27 m以下传感器应变幅度变化较平缓,底板相应深度部位以弹性变形为主。应力测试结果表明,采动过程中测点位置处受矿山压力影响相对较小,没有发生较大变形,不会引起该处岩体发生破坏。综合现场应变和应力测试结果,21105对拉工作面底板破坏深度约为27 m。研究结果可为该条件下的底板突水危险性评价提供依据。

赵楼井田地应力特征及地质构造形成机制

采用钻孔套芯应力解除法在赵楼煤矿井底车场位置选点进行了地应力测量。测量结果表明,最大主应力方向为NEE,反映出测点附近应力场为以NEE向挤压为主的水平构造应力场,与邻近的万福煤矿实测地应力结果基本一致。由区域布格重力场和震源机制解资料得出,鲁西南地区现代地应力场为NEE向水平挤压的构造应力场,赵楼井田地应力场受区域构造应力所控制。通过地质构造成因分析,认为井田构造早期以EW、NE向褶曲为主,晚期以近NE、NW向断层为主,并使早期断层性质发生转换,不同期次构造组合形成了矿井现今复杂的构造格局。

杨家岭页岩微宏观下物理力学特征研究

杨家岭中采区北坡高程150 m处有滑坡,由此造成的破坏变形给安全生产带来极大影响。滑坡岩石为孤峰组页岩,为探究岩石宏微观破坏机制,利用X射线粉晶衍射、扫描电镜、MTS816型电液伺服控制试验机等对其进行研究。试验结果表明:研究区页岩主要由碎屑矿物石英和黏土矿物伊利石、少量绿泥石和高岭石组成,岩石具有一定吸水性;微观下,页岩内部整体为片状结构,含有直径约0.61~4.01μm的孔洞,长度约1.09~2.95μm的原生裂纹;单轴压缩下,岩石抗压强度与弹性模量随着加载速率的增大,而成指数关系增大,在低加载速率下,页岩有明显的屈服阶段,且破坏形式为脆性张拉破坏;三轴压缩下,页岩抗压强度平均下降了15.31%~20.40%、黏聚力下降了16.57%左右,围压能够提高饱水页岩的抗压强度,其主要发生脆性剪切破坏,且破坏倾角约为67.38°;岩石损伤强度和峰值应变受围压影响最为明显,其强度受围压敏感程度依次为损伤强度>峰值强度>起裂强度。研究结果表明:研究区页岩矿物成分和微观结构可能是诱发其宏观破坏的主要原因。

多孔岩石化学注浆过程中视电阻率变化试验

采用大型有机玻璃模型对弱胶结多孔岩石注水饱和及化学注浆过程中视电阻率变化进行室内模拟试验。研究结果表明:视电阻率变化的基本规律是在注水饱和过程中先是缓慢下降,之后迅速大幅度下降并趋于稳定;化学注浆过程中模型内部不同部位下降幅度不同,但总体下降幅度较小。根据变化幅度,可将化学注浆过程中视电阻率变化分为3种类型以分别反映出该处浆液充填程度,即浆液充填良好区视电阻率显著降低,浆液扩散影响区视电阻率略有降低,而非注浆区视电阻率则基本稳定。视电阻率对化学浆液的运动具有很好的"可视化"再现和指示浆液渗流位置功能,为深入研究化学浆液扩散规律和注浆效果检验提供一种新方法。

基于Fisher判别分析法的隧洞围岩分类

针对隧道围岩分类问题,基于Fisher判别分析理论,选用岩石质量指标、完整性指数、饱和单轴抗压强度、纵波波速、弹性抗力系数和结构面摩擦因数等6个指标作为判别因子,以30组隧洞围岩数据作为学习样本进行训练,建立相应的Fisher判别模型。利用回代估计方法对建模数据逐一进行检验,正确率达93.3%。将建立的判别模型应用于工程实例,预测结果与实际情况吻合良好,与Bayes判别法、神经网络模型判别结果一致。研究结果表明,Fisher判别分析用于围岩分类简便可行,正确率高,是解决隧洞围岩分类的一种有效方法。

脆性岩石全应力应变过程中渗透性突变研究

针对岩体结构与渗透性对应关系的复杂性,直接建立二者的量化关系模型存在极大的技术难度问题,利用伺服渗透试验结果,分析脆性岩石全应力应变过程中渗透性演化和加载变形破坏特征,得出渗透性变化过程中存在跳跃突变点,该点处的应力和临界破坏强度以及岩石体胀点处应力处于同一应力水平;通过岩石统计强度分析,借助重整化群理论,在岩石试样承载能力概率函数基础上推导出脆性岩石临界破坏强度与峰值应力比值的表达式,该比值随围压增大而减小。用该公式预测伺服渗透试验中的渗透性突变点位置。研究结果表明：大多数脆性岩石预测值与试验值较吻合,误差在0.089-0.058之间,验证了该表达式的合理性。

基于地电场响应的多孔岩石注水-注浆模拟试验

采用大型有机玻璃模型对弱胶结多孔岩石注水-注浆过程中地电响应进行室内模拟试验研究。结果表明,自然电位和激励电流响应能很好地反映出试验过程的几个阶段。模型饱和前注水阶段,自然电位缓慢上升,激励电流发生小幅度跃升并稳定;模型饱和后继续注水,自然电位迅速升高到极大值并稳定,激励电流急剧跃升到极大值;停止注水后自然电位和激励电流都下降。注浆过程中,浆液渗流扩散区自然电位大幅度降低,而激励电流则迅速升高到较高数值;停止注浆后,浆液未到达区自然电位恢复到注浆前量值,而浆液充填良好区自然电位降到低于注浆前量值。综合注水-注浆过程中自然电位和激励电流的响应并与试验过程中摄取的数字图像对比分析可以得出,自然电位和激励电流对流体运动具有很好的"可视化"再现和指示流体渗流位置功能,尤其对水和化学浆液有良好的识别能力,用此可以反映注浆工程中浆液扩散情况及检验注浆效果。

基于Fisher判别分析法的岩溶塌陷预测

为了更准确地预测岩溶塌陷,基于Fisher判别分析法,首先选择内聚力、内摩擦角、覆盖层厚度、覆盖层厚度减高水位埋深、覆盖层厚度减低水位埋深5个最主要的影响因素作为判别因子;接着以桂林市20组岩溶塌陷案例为学习样本进行计算,建立相应的Fisher线性判别函数;然后利用回代估计法对上述20组样本的预测结果进行逐一检验,其正确率为100%;随后将上述预测结果与前人运用逐步判别、神经网络判别等方法得到的结果进行比较分析,认为Fisher判别分析法具有不需进行模型和参数的选择以及不受人为因素的影响等优点;最后将建立的Fisher线性判别函数用于另外的10组实际案例进行预测分析,预测结果与实际情况完全吻合。结果表明:用Fisher判别分析法进行岩溶塌陷预测,简易方便,正确率高,实用性好;该方法是岩溶塌陷预测的一种新方法。

基于Fisher判别分析法的无粘性土渗透破坏类型判别

运用Fisher判别分析理论,选取6个特征粒径和孔隙率共7个指标参数,针对无粘性土管涌和流土的判别问题,建立了Fisher线性判别函数模型.利用回代估计法对模型进行检验,误判率为0.将所建立的模型用于其它9个案例的预测,结果与实际情况吻合良好.模型检验及实例计算结果表明,本文方法科学合理且可操作性强,能够为无粘性土渗透破坏类型的判别提供一条新的途径.

基于自然电位的充填裂隙溶质运移特征试验研究

为精细描述充填裂隙溶质运移过程及其特征,设计加工了充填裂隙溶质运移试验模型,开展了不同流速条件下溶质运移试验,研究了充填裂隙溶质运移特征,结合不同测点自然电位(SP)实时动态监测数据,研究充填裂隙内部溶质运移过程。结果表明:1)在试验流速0.0733~0.9630 mm/s范围内,充填裂隙渗透系数为1.85 mm/s,与充填多孔介质渗透系数1.79 mm/s较为接近,水流符合达西定律。2)试验过程中,水流实际平均流速为0.247、0.431、0.661 mm/s时,取样口处溶质峰值浓度分别为5.14、5.50、5.78 g/L,溶质初始到达和峰值到达时间均减少,其中初始到达时间分别为4640、2640、1560 s,峰值到达时间分别为5480、3360、2040 s。3)3种水流实际流速条件下,溶质运移过程中SP响应呈现出相似特征,沿水流方向从1^#到6^#测量电极处峰值SP绝对值逐渐减小,且峰值前SP响应曲线陡峭程度逐渐降低;此外,溶质弥散前锋与溶质弥散峰值浓度点随水流动均呈匀速运移状态,其中溶质弥散前锋相应的平均流速分别为0.214、0.396、0.685 mm/s,溶质弥散峰值相应的平均流速为0.189、0.347、0.571 mm/s。4)基于峰值SP计算的水流实际平均流速与采用溶质峰值浓度计算结果基本一致,但基于峰值SP计算结果更接近实际平均流速(流量计算结果),准确度提高1.5%;随着流速不断增加,采用峰值SP计算的宏观平均流速误差降低9.9%。5)试验发现,与峰值SP值相比,采用初始SP值计算的充填裂隙水流宏观平均流速更接近由流量数据计算的水流宏观平均流速。

深部煤层及顶板岩层冲击倾向性试验研究

煤、岩层的冲击倾向性是评价冲击危险性的主要特征参数。对赵楼井田3煤的冲击倾向性直接根据其KE,WET和Dt的测试结果进行判别;顶板的冲击倾向性则主要根据顶板分层的UWQ及复合顶板的UWQ进行判定。试验结果表明:井田3煤具有强冲击倾向性,顶板岩层具有弱冲击倾向性。

地质学专业“水文地质学基础”课程教学探索与实践

"水文地质学基础"是与地下水有关的学科专业的重要基础课,课程内容丰富,基础理论性强。以安徽大学地质学专业为例,对"水文地质学基础"课程两年来的探索和实践进行总结,包括优秀教材的对比选择、四位一体的教学手段、任课教师的团队化、考核方式多样化等。通过上述内容的总结,可为以后的教学工作提供借鉴和指导,并且可供相关院校同类专业教师进行交流探讨。

基于AHP-模糊综合评价法的地质实习成绩评定方法构建

本研究通过层次分析法(AHP),从实习原始记录、实习表现、实习考试和实习报告四个方面入手,构建地质实习成绩评价体系,确定各指标权重,运用模糊运算实现实习成绩的综合客观评价。结果表明,利用AHP-模糊综合评价法得出的实习成绩,能够对学生的实习进行更加客观、科学、合理的评价,且对教师教学成果的检验和教学水平的提高有重要的保障作用。

赵楼井田首采区冲击地压危险性分区研究

根据冲击地压发生的地质条件,建立赵楼井田首采区综合指数法数学模型。由相邻矿区已发生冲击地压的矿井资料对数学模型进行回归拟合,确定冲击地压的分区阈值。以此数学模型对首采区内所划分的247个单元格进行了冲击地压指数计算。根据计算结果,对首采区进行冲击地压危险性分区:危险区主要分布于具有Ⅰ、Ⅱ类顶板条件,喜山期断层、褶曲分布密度较大的区段;相对危险区主要分布于构造条件较简单、具有Ⅰ、Ⅱ类顶板条件,或构造条件较复杂的Ⅲ类顶板区段;相对安全区主要分布于Ⅳ类顶板区段或构造条件简单的Ⅲ类顶板区段。

地质学专业复合型创新人才培养模式探索与实践——以安徽大学为例

为适应社会经济发展对地质学专业复合型创新人才的需求,针对目前地质学专业人才培养中存在交叉不足等问题,以安徽大学地质学专业为例,从培养目标定位、复合型创新人才培养模式提出、课程体系设置、立体化实践教学体系构建等方面,阐述资源-生态-环境学科群下地质学专业复合型创新人才培养模式探索之路以及人才培养效果。

突水系数法评价煤层底板突水危险性的临界值探讨

突水系数法因其数据易得、操作简便等优点在我国各地煤矿评价底板突水危险性中被广泛使用,很多学者也对其计算公式进行了深入研究和优化。而突水系数临界值研究尚不够深入,多是凭经验获得。本文从数理统计的角度出发,收集一些突水工作面和安全工作面的突水资料,对其进行数理统计分析,得出突水系数临界值越大,而突水工作面预测准确率越低、安全工作面预测准确率越高的关系,为煤矿防治水工作提供了一个研究思路。