松花江干流中下游河型转化控制因素研究

河型转化机制研究对于分析河流沉积特征具有重要意义。以中国松花江干流中下游为研究对象,利用Google Earth和Arc GIS软件对河流形态参数进行精细测量,进而对不同河段河型发育特征及转化控制因素进行研究,结果表明:1)松花江干流中下游存在曲流河、辫状河和直流河3种类型,依据地貌特征、平面形态和弯曲度自上而下划分为3段,其中上段为低坡度背景下河流逐渐加宽且植被密度逐渐降低的曲辫共存型河流,中A段为低坡度背景下河流较宽且植被密度高的简单辫状河,中B段为高坡度背景下河流宽度集中且植被密度低的直流河,下段为高坡度背景下河流宽度频繁变化的复杂辫状河;2)曲流河向辫状河转化控制因素为植被密度降低引起的堤岸抗侵蚀能力减弱,辫状河向直流河转化控制因素为河流被两侧山谷夹持且伴随坡度陡增造成河流下蚀能力增强,直流河向辫状河转化控制因素为支流注入导致流量和输沙量增大;3)建立了松花江干流中下游3种河型转化模式,上段为渐变曲—辫转化,中段为突变辫—直转化,下段为突变直—辫转化。

陆相断陷湖盆重力流湖底扇沉积与地震响应特征分析:以渤海湾盆地霸县凹陷古近系沙河街组为例

陆相断陷湖盆各构造演化阶段发育丰富的重力流湖底扇沉积。本次以渤海湾盆地霸县凹陷沙河街组为例,通过三维地震精细解释并结合钻井取心及岩/电特征分析,探讨陆相断陷湖盆重力流扇体成因类型和分布规律,总结沉积模式。研究表明,霸县凹陷古近系沙河街组发育滑塌型重力流湖底扇、洪水型重力流湖底扇、风暴重力流湖底扇3种成因类型和5种具体样式。根据重力流湖底扇体物源、搬运路径上底型结构和平面分布特征,可以划分为物源区—断裂陡坡带—湖底扇、(进积型)三角洲—坡折带—湖底扇、水下低凸起(滩坝)-湖底扇3种平面组合类型。并建立了断陷湖盆初始断裂期风暴重力流湖底扇、强烈断陷期洪水型湖底扇、稳定裂陷期洪水型湖底扇、断后回返期滑塌型湖底扇4种沉积模式。认为:断陷湖盆各构造演化阶段具有不同成因类型的重力流湖底扇,重力流湖底扇的触发机制主要与斜坡区三角洲失稳、阵发性的洪水及湖浪作用有关。重力流湖底扇的结构和空间分布受控于断层活动和古湖盆底型结构,扇体规模主要受控于触发机制。深湖—半深湖区形成的被暗色泥岩包裹的湖底扇体具有良好的生储盖配置,是油气勘探的甜点区。基于单井资料分析下的地震属性(切片)分析能够有效地指导薄层砂岩勘探。

动-静载作用下端帮开采支撑煤柱参数设计方法

应用端帮采煤机开采工艺回收端帮压覆滞留煤资源时,支撑煤柱合理宽度的确定是影响其安全、高效推广应用的一个关键性要素,尤其是考虑爆破振动效应对支撑煤柱稳定性的影响。以平朔安太堡露天矿南端帮为工程背景,采用现场测振试验、理论分析、数值计算研究边坡三角载荷和爆破振动作用下端帮开采支撑煤柱稳定性及其参数设计方法。基于极限平衡理论和尖点突变理论,运用Mohr-Coulomb屈服准则,分析了煤柱弹塑性区分布规律;建立了受采高、采宽、上覆岩层载荷应力、煤柱黏聚力与内摩擦角等因素影响下的煤柱极限强度函数表达式;建立了不同安全储备系数条件下煤柱最大允许塑性屈服区宽度及煤柱留设宽度计算式。建立了支撑煤柱三维简谐振动响应模型,研究了单响药量、高程差、爆心水平距等爆破参数对煤柱瞬时最大动应力响应影响规律,揭示了爆破动载效应对支撑煤柱塑性区宽度和稳定性的影响机制,提出了爆破动载作用下支撑煤柱参数设计方法。研究结果表明:爆破振动对支撑煤柱稳定性影响较大,爆破动载作用下煤柱瞬时最大动应力响应与单响药量呈正相关关系、与高程差和水平距离呈负相关关系。随煤柱瞬时最大动应力响应增加,煤柱塑性区宽度呈正比例增大,煤柱安全系数以近似线性规律衰减。确定动−静载下煤柱留设宽度为5 m,经工程实践,验证了其合理性。

饶阳凹陷肃宁洼槽对蠡县斜坡供烃潜力的地球化学证据

蠡县斜坡是饶阳凹陷重要的油气探区,其油气来源问题一直是勘探关注的重点,特别是斜坡南部的油源问题一直存在争议。本研究通过开展任西–肃宁洼槽烃源岩评价及地球化学特征分析、蠡县斜坡原油油源分析和运移路径示踪,证实了肃宁洼槽对斜坡南部的供烃潜力,并明确了蠡县斜坡不同区域油源。蠡县斜坡原油可分为3类,其中:A类原油由淀北洼槽E_(s4)-Ek烃源岩供烃,主要分布在蠡县斜坡北部;B类原油由任西洼槽Es_(1)^(下)烃源岩供烃,主要分布在斜坡北中部;C类原油位于蠡县斜坡中南部,油源分析及芳烃运移示踪参数指示其由肃宁洼槽Es_(1)^(下)烃源岩供烃。蠡县斜坡中南部油藏油源的明确,从源的角度证实了肃宁洼槽对蠡县斜坡中南部的供烃能力,为蠡县斜坡南部的勘探提供了有力的证据,对斜坡南部勘探具有重要指导意义。

二连盆地洼槽区非常规油气富集模式及勘探潜力

向湖盆中心和深层寻找油气勘探新领域已成为未来主要发展方向。二连盆地剩余油气资源量达8亿吨,主要分布于各富油凹陷洼槽区,以非常规资源形式富存,页岩油潜力巨大。本文通过对富油凹陷洼槽区非常规油气地质特征、成藏富集机理和成藏模式开展研究,总结提升断陷小湖盆洼槽区非常规油气地质理论认识。研究表明:二连盆地多个洼槽区发育互层型页岩油聚集,富集于洼槽区边缘,存在腾二期(120 Ma)未致密先成藏和赛汉期(105 Ma)边致密边成藏(先致密后成藏)两期成藏过程;高充注动力富集区,砂体规模控制页岩油富集程度,低充注动力洼槽区内甜点储层发育及规模控制页岩油富集程度;二连盆地夹层型页岩油存在两种富集机理,即“储层主控”和“生烃主控”。据此,构建了二连盆地斜坡带-洼槽区“常非共存、有序分布、满洼汇聚、差异富集”的全油藏系列成藏模式,研究成果坚定了深入湖盆内部寻找烃源灶边缘互层型页岩油及烃源灶内夹层型页岩油的勘探信心。

基于内排空间利用最大化的露天煤矿排土线布置方法

快速释放与充分利用内排空间是露天矿实现安全、降本、高效、绿色开采的重要途径。为解决横采内排开采程序的排土线布置难题,强化内排,对内排土场基底倾角、采场工作线布置等相关因素与排土线布置关系展开研究。兼顾水平、倾斜煤层露天煤矿,应用3Dmine软件,构建了内排空间利用最大化的采场工作帮、内排土场、端帮和基底的空间几何模型;在建立内排空间利用最大化的工程条件基础上,推导了露天煤矿排土线布置的数学表达式,理论上揭示了采场工作线布置及边坡角、内排土场边坡角、基底倾角对排土线布置的影响规律,将此方法运用于某露天煤矿。研究结果表明:横采内排开采程序实现内排空间利用最大化的充要条件为:基底倾角α小于内排土场边坡角βp;内排土场工作线布置方向θp与基底倾角α、采场工作帮边坡角βc呈负相关,与内排土场边坡角βp、采场工作线布置方向θc呈正相关;某露天煤矿横采区2023年计划采场工作线方向θc=90°,内排土场工作线布置方向θp=46.3°才能实现内排空间利用最大化。成果可用于优化排土工作线布置,弥补常用方法设计排土线布置试绘工作量大的不足。

软弱基底内排土场支挡煤柱的力学效应

留设支档煤柱是提高软弱基底内排土场稳定性的重要手段之一。为了解决软弱基底内排土场支挡煤柱形态参数设计难题,实现矿山安全生产和经济效益兼顾,对软弱基底内排土场支挡煤柱的力学效应及形态设计方法进行研究。在构建软弱基底内排土场支挡煤柱力学模型的基础上,进行三维受力状态分析,将支挡煤柱视为在内排土场静止土压力及底界面剪切力双重作用下的固定梁,以摩尔-库伦准则作为失稳判据,推导获得了煤柱三维支挡效应的表达式;基于对煤柱三维支挡效应的力学成因类型及影响因素的认识,提出了煤柱支挡效应的二维等效方法,推导了底界面等效黏聚力c_d与等效内摩擦角φ_d的表达式,从理论上揭示了支挡煤柱形态参数对支挡效应的影响。将该方法在胜利东二露天煤矿内排土场支档煤柱设计中进行了应用,并采用数值模拟方法进行验证。研究结果表明:煤柱底界面的等效黏聚力c_d及等效内摩擦系数tan φ_d与其顶宽a、下底角β,ω均呈正相关反比例函数关系,与高度H呈正相关倒差函数关系,与长度d呈负相关反比例函数关系;胜利东二露天煤矿内排土场边坡稳定系数F_s随支档煤柱顶宽a增加而增加,与煤柱高度H呈线性递增关系;煤柱的最佳尺寸为高度H=28 m,顶宽a=43 m,与传统的二维分析结果相比,可多才出原煤75 600 m^3,经济效益显著。成果可用于优化设计软弱基底内排土场支挡煤柱形态参数,弥补采用传统方法设计造成的煤炭损失过大的不足,实现经济效益最大化。

软弱基底排土场堆载过程中稳定性数值模拟

针对软弱基底排土场普遍存在稳定性差的问题,在分析了排土场失稳的主要影响因素以及常见的5种失稳模式的基础上,结合胜利东二露天煤矿南排土场南帮边坡工程地质实际,基于强度折减理论,运用大型岩土数值模拟软件FLAC3D对排土场逐水平堆载过程中基底与边坡岩体变形破坏规律及稳定性进行了数值模拟分析,确定了南排土场南帮边坡的破坏模式以及最终排弃高度。结果表明:胜利东二露天矿南排土场边坡变形破坏主要受排弃物料重力影响,随着排弃高度的增加,基底内部第四系弱层最大位移呈线性增加,弱层以下岩土体变形量较小,其滑坡模式为沿基底内部弱层发生的剪切圆弧滑动,可在原设计基础之上继续排弃一个排土台阶高度,提高了排土场的空间利用率,并为类似排土场边坡设计提供借鉴。

露天矿顺倾软弱基底内排土场边坡空间形态优化

针对顺倾软弱基底内排土场边坡的空间形态问题,以白音华三号露天矿为工程背景,基于刚体极限平衡与三维数值模拟的手段,分析了内排角度及内排土场发展至不同工程位置对内排土场边坡稳定性的影响。研究结果表明:白音华三号露天矿内排土场边坡滑坡机理为基底弱层在排弃物料自身重力作用下产生塑性屈服,与排弃物料内部产生的滑面贯通,形成以剪切圆弧为侧界面、基底弱层为底界面的切层-顺层滑动;内排土场边坡参数为内排推进距离1 000 m,内排角度14°,平盘宽度67 m时满足安全要求;顺倾软弱基底内排土场边坡随着内排边坡角的减小及推进距离的增加,内排土场边坡稳定性近线性增加,且内排边坡角对边坡稳定性的影响较显著,据此可确定顺倾软弱基底内排土场边坡的空间形态。

含顺倾弱层边坡三维稳定性计算方法研究

为了解决含顺倾弱层边坡弱层暴露长度的计算难题,综合考虑岩体赋存特征与滑体三维空间形态,构建含顺倾弱层边坡三维滑体的简化力学模型,分析滑体边界上的力学条件,基于极限平衡理论,推导获得确定弱层暴露长度的含顺倾弱层边坡三维稳定性计算方法。将该方法应用于白音华一号露天煤矿,并采用基于连续介质力学的离散元方法(CDEM)进行模拟验证。研究结果表明:白音华一号露天煤矿非工作帮边坡稳定系数Fs与弱层暴露长度L负相关,临界暴露长度约为500 m,允许暴露长度约为300 m;通过该方法确定的弱层暴露长度与模拟结果有显著的一致性。

复合煤层露天矿软岩边坡参数逐阶段优化方法研究

为解决复合煤层露天矿软岩边坡形态参数优化这一难题,从对影响边坡稳定性关键因素的分析出发,采用刚体极限平衡理论和FLAC3D数值模拟软件相结合的方法,结合露天矿采场自上而下逐水平形成的特点,提出了一种顺倾层状边坡参数逐阶段优化方法,将该方法应用于白音华一号露天矿北帮边坡,分4个阶段优化设计了该矿北帮复合煤层软岩露天矿边坡空间形态。研究结果表明:白音华一号露天矿北帮边坡滑坡模式以剪切圆弧为侧界面,以煤层顶、底板弱层为底界面的切层-顺层滑动;经逐阶段优化后,1煤的底板弱层以上台阶边坡角为12°,边坡平台宽为25 m;2煤的顶板弱层以上台阶边坡角为22°,边坡平盘宽为30 m;3-1煤的底板弱层以上台阶边坡角为15°,边坡平盘宽为54 m;3-2煤的底板弱层以上台阶边坡角为14°,边坡平盘宽为25 m;北帮最终设计边坡角由原设计13°提高至15°,多采煤量为443万t,多剥离岩量167万m3;经优化设计确定的复合煤层软岩露天矿边坡形态参数,可弥补采用传统方法设计造成的边坡角偏小的不足,实现经济效益最大化。

露天煤矿边坡相对稳定性判据研究与应用

针对软岩露天矿边坡滑坡数量多、规模大、难于防治的问题,以白音华1号露天矿东南帮顺倾软岩边坡为工程背景,基于极限平衡理论,确定边坡滑体几何形态,通过滑坡变形反分析获取弱层指标参数;采用FLAC3D数值模拟,揭示边坡岩土体应力-应变演化规律及破坏机制,提出边坡相对稳定性判据,进而确定合理的横采内排追踪距离与降深位置。结果表明：该矿东南帮边坡稳定性随留煤柱宽度的增加逐渐增大,随追踪距离的增加逐渐降低;当留煤柱宽度大于或等于180 m,追踪距离在50-300 m范围内时,东南帮可以安全降深;留煤柱宽度取180 m,追踪距离取50 m,可实现资源采出最大化。

含顺倾煤层软岩边坡滑动区稳定性分析与工程治理实践

针对顺倾煤层软岩边坡滑动现状,结合GPS监测数据,研究了其滑动机理与工程治理措施。结果表明,软岩边坡滑动机理为滑体前缘剪出,滑体后缘产生张拉裂隙,中部主滑段切断岩层沿弱层产生切层—顺层滑动。运用SLOPE/W软件及监测数据进行了滑动区边坡工程治理前、后的稳定性评价,评价结果表明:治理前其滑动区边坡稳定系数为0.976、0.996,监测位移逐渐增大,说明其处于不稳定状态;实施工程治理措施后,达到了安全储备系数1.2的要求,监测位移趋于近水平,说明工程治理措施选择方法恰当,可为其他顺倾煤层软岩边坡滑动变形及治理措施选择提供指导。

胜利东二露天矿南帮滑坡区压煤回采边坡稳定性研究

针对含有断层、软弱夹层的露天矿边帮压煤问题,从控制边坡稳定性的角度出发,结合胜利东二露天矿南帮边坡工程实际情况,运用极限平衡法、数值模拟等方法和手段,研究了不同煤柱留设长度边坡稳定性变化规律,确定了横采内排跟踪距离及横采工作帮坡角对南帮边坡稳定性的影响。研究结果表明、胜利东二露天矿南帮的滑坡模式为剪切圆弧-顺层滑移;当滑坡区F8断层上盘留有煤柱时边坡稳定性系数均小于1.0,且留设煤柱越长边坡稳定性越小;当清理F68断层上盘滑坡体小于100 m时南帮边坡稳定性有所提高,但变化较小;考虑到实际剥采工程发展过程中采运设备布置空间需要及安全问题,最终确定横采内排跟踪距离为10 m、横采工作帮留1个工作平盘。

软弱倾斜复合基底排土场边坡失稳机理与控制

针对露天矿软弱倾斜基底排土场边坡变形失稳问题,以蒙东西二露天矿排土场边坡为工程背景,基于刚体极限平衡与三维数值模拟方法,揭示了不同基底倾角条件下排土场边坡稳定性变化规律,分析了软弱倾斜复合基底排土场边坡失稳机理,并讨论了治理措施。研究表明:①排土场边坡稳定性与顺倾基底倾角呈负相关关系,与逆倾基底倾角呈正相关关系;②排土场边坡基底失稳过程可分为排土场沉降、局部剪切错动、局部剪切破坏、剪切裂缝扩展和贯通5个阶段;③排土场潜在滑坡模式是以排弃物料内部拉裂的圆弧形态为侧界面,以基底剪切滑移为底界面的切层—顺层滑动;④排土场边坡基底逆倾时的稳定性明显优于基底顺倾时的稳定性,极限平衡法分析结果与数值模拟研究结果具有良好的一致性,充分体现了软弱倾斜复合基底排土场的边坡失稳特征。在上述分析的基础上,进一步讨论了排土场边坡稳定性控制方案。针对顺倾基底明显不利于排土场稳定的问题,通过调整局部区段排土线的布置及发展方式和改变剥离物的排弃顺序有助于提高顺倾基底条件下排土场的稳定性。

边坡受爆破振动损伤及其稳定性分析

为研究露天矿山边坡爆破振动损伤规律,提高矿山边坡安全性,以内蒙古霍林河扎哈淖尔露天矿西帮为研究对象,在工程地质调查基础上,运用理论分析与数学计算相结合的方法,量化爆破荷载对边坡损伤程度,建立边坡爆破振动损伤函数关系式,计算边坡破坏时间,确定最危险区域;同时,运用FLAC3D有限元差分软件建立11个边坡地质模型,模拟分析边坡爆破振动损伤程度,并与理论分析结果进行对比。研究结果表明：边坡损伤程度与爆破距离成反比关系,随爆破作用次数增加,边坡损伤程度呈指数衰减,连续11次爆破后边坡发生破坏,最危险区域距离爆破起始位置150-200 m。

元宝山露天矿内排土场压脚挂帮并行建设方案

针对内排土场发展建设速度与收容量问题,以元宝山露天矿内排土场为工程背景,基于露天矿开拓开采设计理论和边坡稳定性分析理论相结合的方法,建立内排土场形态的动态控制思路及流程,分析元宝山露天煤矿内排土场边坡动态稳定性,优化设计内排土场发展过程中各工程位置的空间形态,提出一种有利于快速占据内排空间的内排土场压脚挂帮并行建设方案.研究结果表明:采场南帮到界边坡从局部到整体均能满足安全储备系数1.2的要求,可实行挂帮排土;南帮到界边坡挂帮排土至471水平,且平盘宽度为180 m时为挂帮内排的极限位置;内排土场压脚挂帮并行排土方案能够加快内排土场建设速度,且在排土初期时可排弃空间远远大于正常排土方案.

露井联采含断层逆倾边坡岩移规律试验研究

针对内蒙平庄西露天矿露井联合开采条件下顶帮含断层逆倾边坡岩体变形破坏和稳定性问题,采用相似材料模型试验方法,研究了各个时期露井联采的覆岩及地表移动规律,圈定了地下开采形成的压缩、拉伸变形区以及塌陷范围,分析了地下开采对边坡变形的影响。试验结果表明,随着五家矿四井开采使得上覆岩层发生垮落和下沉变形,周期性形成"拱式"结构;地下回采过程中的顶板来压步距较大的原因是由于辉绿岩的存在。开切眼、工作面的充分采动角为76°和62°,对应边界角为60°和55°。F1断层与工作面垮落线相交形成的倒三角岩体沿断层面发生下滑,导致沉陷区下方岩体受到侧向挤压而发生破坏,同时加剧了+608 m以上岩体的变形,对边坡稳定性造成不利影响。研究结果对露天矿安全高效生产具有重要意义。

断层与弱层群作用下露天矿边坡最危险滑面确定

为研究断层与弱层群作用下露天矿边坡稳定性,基于刚体极限平衡法,提出边坡体内含断层与弱层群最危险滑面确定方法.给出最危险滑面确定步骤,并将该方法应用于元宝山露天煤矿二区东410集水坑工程,结合边坡体内断层与弱层群赋存位置与形态,考虑13种滑坡模式,应用研发的刚体极限平衡软件,确定该区段含断层与弱层群边坡的最危险滑面位置与形态,并应用FLAC^(3D)软件对提出方法的可靠性进行验证.研究结果表明:提出的含断层与弱层群边坡滑面确定方法与数值模拟结果较为接近;元宝山露天煤矿二区东410集水坑区段边坡的滑坡模式为圆弧-(4)号弱层所形成的组合滑动;滑面稳定系数为1.27,满足安全储备系数1.25的安全要求.

元宝山露天矿合理工作线长度的研究

为了确定元宝山露天矿的合理工作线长度,采用理论分析方法进行了工作线长度设计,针对元宝山露天煤矿半连续工艺实际,考虑元宝山露天煤矿年生产能力由8.00 Mt/a核增至12.00 Mt/a的工程背景,进行了正常推进时期合理采煤工作线长度、正常推进时期合理剥离工作线长度和产能规模及技术可行确定合理工作线长度的计算,并最终确定了合理的工作线长度。研究结果表明:工作线长度410 m为最优工作线长度,可确保煤矿企业的设计生产的产量规模和控制较低的工程建设费用。