深层页岩微观力学特征及控制机理———以涪陵地区平桥区块JYA井深层页岩为例

四川盆地涪陵地区深层页岩气具有构造复杂、地应力高、地应力差大、地层温度高、致密化程度高、低孔低渗、孔渗变化规律复杂等地质特征,不同井之间产量差异大,原因之一是对于深层页岩气储层的地质力学特征和控制机理认识不足,适合压裂的甜点区间识别不准确。因此,对涪陵地区五峰组—龙马溪组海相页岩进行研究,围绕深层页岩气储层的微观地质力学特征与控制机理这一关键科学问题,通过微观岩石力学实验、数字光斑实验、X射线衍射、总有机碳含量、SEM扫描电镜等5个系列实验设计,结合数字图像处理技术,精细刻画了龙马溪组页岩在加载条件下的应力场和位移场变化及微观裂纹扩展过程,分析了龙马溪组页岩的变形与破裂特征。实验测得深层页岩总有机碳含量约为4.2%,石英含量为55.4%,黏土矿物含量为26.9%,明确了深层页岩的微观损伤变化的5个过程,即压密、弹性、裂纹均匀扩展、裂纹扩展破坏及脆性破坏。在石英等脆性矿物及有机质等软组分的控制作用下,深层页岩微观破裂具有多种裂缝扩展模式。同时,计算了深层页岩样品的断裂韧性指数,其中Ⅰ型断裂韧性指数为18.279 MPa·√m,Ⅱ型断裂韧性指数为1.243 MPa·√m。实验得到的断裂韧性指数可应用于评价深层页岩的脆性,也可为深层页岩的压裂改造提供指导。

倾斜煤层回采巷道矿压显现规律研究

龙华煤矿1104工作面受回采工艺及特殊地质条件等的影响,巷道断面变形十分严重。用现场实测方法,分析了该工作面超前支承压力的分布规律,得出超前支承压力的影响范围;分析了巷道变形的3种主要形式以及各形式的变化规律。为指导该矿以后的支护工作,应用Matlab对巷道围岩变形规律进行了多项式曲线拟合。此外,对现有的支护方式进行评价,提出了合理的建议。

基于LBM方法的瓦斯顺层抽放数值模拟分析

根据格子玻尔兹曼(LBM)计算技术以及相应渗流理论,对顺层抽放条件下,裂隙煤体内瓦斯流动这一渗流问题进行了数值模拟研究,并对瓦斯压力在空间上的分布规律进行了深入的研究。以流场内瓦斯压力分布及瓦斯平均压力作为评价抽放效率的依据。结果表明,瓦斯压力分布、抽放效率与抽放孔长度、抽放孔间距、抽放负压、抽放时间步长有关。而且,抽放孔长度、抽放孔间距对瓦斯压力的分布影响较大,这与已有的理论分析和实测的结果相吻合。在预抽工作面进行了工业试验,通过改变抽放负压,检验了实际的抽放效果。研究结果表明LBM方法可为抽放条件下瓦斯在煤层中的运移规律提供新的研究途径,对瓦斯抽放有较大的指导意义。

大起伏山地浅埋煤层矿压现场试验研究

为探索研究大起伏山地浅埋煤层采场矿压显现,以西南山地某矿9100工作面为典型试验采场,采用理论分析、现场实测对大起伏山地赋存下的采场矿压显现特征、支架载荷分布、巷道围岩变形、超前支承压力分布进行了探索研究。研究结果表明：1采场两端来压瞬间完成,周期来压明显,初次来压突然且来压猛烈。过冲沟发育区时周期来压步距小且来压频繁,冲沟发育区过后表现为较长时空间隔的来压。2支架初撑力利用率小,来压期间支架过载率高,容易出现支架压死或压弯现象。3支承压力分布呈“下降—稳定—上升”发展趋势,超前支承压力峰值影响范围为工作面前方15 m,峰值过后超前影响范围为工作面前方30~50 m。研究成果可为类似条件下的采场提供理论借鉴,对山地顶板岩层控制探索具有现实意义。