沁水盆地南部中深部煤层气储层特征及开发技术对策

为了实现沁水盆地南部中深部煤层气高效开发,以郑庄北-沁南西区块为研究对象,基于参数井取心分析测试、注入/压降测试、地应力循环测试结果和大量动静态数据,通过与浅部对比,阐述了中深部煤储层特征,分析了从浅部到中深部煤层直井压裂和水平井分段压裂两种开发技术的改进,进而提出了中深部煤层气主体开发技术。结果表明,郑庄北-沁南西区块3号煤平均埋深1200 m左右,为中深部煤层气储层。随着埋深增加,研究区含气量和吸附时间均先增加后降低,含气量和吸附时间峰值分别位于埋深1100~1200 m和800~1000 m;随着埋深增加,研究区地应力场类型发生了2次转换,埋深小于600 m时,为逆断层型地应力场类型,水力压裂易形成水平缝,利于造长缝;埋深大于1000 m时为走滑断层型地应力场类型,水力压裂易形成垂直缝,裂缝延伸较短;埋深为600~1000 m时,地应力场由逆断层型向走滑断层型转换阶段,水力压裂形成的裂缝系统较为复杂。与浅层相比,中深部储层含气量、解吸效率和应力场发生明显转变。随着埋深增加,无论是直井(定向井)还是水平井,均应采用更大的压裂规模才能获得较好的效果。对于直井,埋深大于800 m后,压裂液量达到1500 m^(3)以上、排量12~15 m^(3)/min以上、砂比10%~14%以上,单井日产气量可以达到1000 m^(3)以上;对于水平井,埋深大于800 m后,压裂段间距控制在70~90 m以下,单段液量、砂量分别达到2000、150 m^(3)以上,排量达到15 m^(3)/min以上开发效果较好,单井产量突破18000 m^(3)。随着埋深增加,水平井开发方式明显优于直井,以二开全通径水平井井型结构、优质层段识别技术和大规模、大排量缝网压裂为核心的水平井开发方式是适用于沁水盆地南部中深部煤层气高效开发的主体工艺技术。

煤矿防冲钻孔机器人全自主钻进系统关键技术

针对高地应力矿井钻孔卸压作业智能化程度低的技术难题,总结分析了国内外钻孔卸压技术和装备的研究现状,指出研发高性能、高可靠、高效率的防冲钻孔机器人全自主钻进系统是破解冲击地压防治难题的重要发展方向。为此,凝练了影响钻进系统性能的“孔位精准识别、钻具姿态精确感知、无线电磁随钻智能检测、钻具运行状态智能识别和钻进系统精确控制”五大关键技术,并给出了解决思路和方法。针对在复杂恶劣环境下卸压孔的精确识别问题,设计了融合图像尺寸调节和多阶段训练模式的卸压孔图像样本扩充SinGAN模型,引入多层特征融合优化的FasterRCNN,构建了基于改进SqueezeNet轻量级网络架构的孔位识别模型,以实现卸压孔位的准确快速识别;针对钻具姿态精确感知问题,提出了基于改进梯度下降法算法优化无迹卡尔曼滤波的惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)初始对准方法,设计了多个IMU的空间阵列布局方式,研究了基于BP神经网络的钻具姿态误差补偿方法,旨在提高钻具姿态的解算精度,实现精准钻孔卸压;针对复杂地质环境下钻进工况的精确检测问题,搭建了煤矿井下随钻测量无线电磁传输系统架构,探讨了微弱电磁波信号自适应调制和随钻高速双向电磁传输技术原理,研究了孔底地质参数、几何参数和工程参数的测量原理和实现过程;针对钻进系统运行状态识别问题,构建了钻进信号时域、频域、时频域的多域特征和深度网络高级特征提取架构,提出了钻进系统关键零部件健康状态评估和故障诊断技术,构建了基于改进蝙蝠优化长短期记忆网络的卡钻风险因子预测模型,实现对卸压钻具卡钻状态的准确预测;针对钻进系统的精确控制问题,分析了钻进系统的液压系统工作原理,构建了考虑煤岩性状的钻进系统精确控制方案,探讨了基于转矩和位置的钻进系统最优控制参数求解原理,旨在实现钻进回转系统和给进系统的智能协同控制和并行作业。

山西省沁水盆地南部4~#煤薄煤层试采获得煤层气工业气流

1研究目的(Objective)沁水盆地是中国重要的煤层气生产基地之一,位于山西省中南部。研究区位于沁水盆地南部寺头断层西侧,行政区域隶属于晋城市沁水县、阳城县。研究区煤系地层厚度63~145 m,平均92 m,其中煤层厚度4.1~17.4 m,平均7.9 m。

生物炭及其老化对农田NH_(3)挥发及N_(2)O排放的影响

生物炭具有减缓农田NH_(3)挥发和N_(2)O排放的重要潜力,但在施入环境后常常存在“老化”现象,这为其缓解全球变暖的长期有效性带来了不确定性。为了探明生物炭的长期效应,人工加速模拟了自然界中水分、温度、氧气、土壤矿物质及微生物多种老化因素,结合多元表征手段对比不同老化方式对生物炭性质的影响,利用主成分分析法建立新的生物炭性质综合指标来反映老化强度。再通过大田控制试验,采用原位通气法和静态箱-气相色谱法监测夏玉米生长周期内老化前后生物炭施用对农田NH_(3)挥发和N_(2)O排放的影响,为生物炭的可持续应用提供科学依据。结果表明,老化过程增加了原生物炭(BC)的氧含量、比表面积(SBET)、总孔容(Vt)及含氧官能团数量,降低了灰分、碱性、碳含量、平均孔径及其芳香性,各老化作用强度排序为:氧化老化生物炭(OBC)>矿化老化生物炭(KBC)>微生物老化生物炭(MBC)>干湿循环老化生物炭(WBC)>冻融循环老化生物炭(FBC)>BC。生物炭的添加减少了13.57%-29.50%的NH_(3)挥发量。与BC相比,OBC和KBC分别显著降低了14.71%和9.38%的NH_(3)挥发(P<0.05),MBC降低了3.38%的NH_(3)挥发(P>0.05)。相反,WBC和FBC分别增加了4.55%和2.72%的NH_(3)挥发(P>0.05)。同时,生物炭的添加降低了22.36%-40.43%的N_(2)O排放量。其中,BC减排效果最优,老化作用均削弱了原生物炭对N_(2)O的减排效应。与BC相比,OBC和KBC显著增加了30.34%和26.36%的N_(2)O排放量(P<0.05),MBC、FBC和WBC分别增加了19.96%、18.29%和10.92%的N_(2)O排放量(P>0.05)。综上,不同老化方式会对生物炭的理化性质造成不同改变,进而影响土壤气态氮释放。通过对比不同的老化方式,OBC影响最为显著,其次为KBC,MBC居中,WBC和FBC的影响最弱。

应激相关成长:数智时代应激研究的挑战和创新

在数字智能时代的背景下,个体所遭遇的社会压力和心理挑战日益复杂多元,使得应激相关成长这一积极适应策略的重要性愈发显著.以数字智能时代为背景,阐述应激相关成长的定义及其相关性指标(如抑制控制和认知灵活性),并强调其在帮助个体应对压力和创伤后积极成长的重要性.在论述认知机制时,提出认知重评、自我肯定和意义建构等适应策略在推动应激相关成长方面的关键性作用.在神经机制的讨论中,基于三元情感神经模型,推断这3种认知过程的对应神经机制,包括奖赏系统、杏仁核以及默认模式网络的激活.在对应激相关成长的干预措施方面,数字化干预可能提供了一种实现应激干预心理服务普及化和公平性的新途径.建议未来的研究能够考虑到个体差异,基于认知神经机制,利用智能平台的多模态数据来提升评估的准确性,同时采用机器学习等前沿技术来提高干预的效果,从而提升个体的应激相关成长.

地震作用下变截面钢管混凝土单桩动力响应

为了探讨桥梁位于软弱土层时,地震作用下变截面钢管混凝土桩基的动力响应,以翔安大桥为工程背景,利用FLAC3D有限元软件建立地震作用下桩-岩土体-钢管耦合作用的数值模型,研究在不同强度的地震作用下变截面钢管混凝土单桩和变截面普通混凝土单桩桩身加速度、桩身位移、桩身弯矩的动力响应差异.结果表明:变截面钢管混凝土单桩在地震作用下的桩身加速度、加速度放大系数、桩身位移最大值和桩身弯矩变化规律均同变截面普通混凝土单桩类似,但钢管使桩身加速度放大系数降低、桩基抵抗侧向变形能力和抗弯承载力提高.因此,钢管可以显著提升地震作用下桩基的抵抗变形能力和承载力.

基于虚拟电压矢量模型预测转矩的船舶推进电机控制研究

针对船舶电力推进系统中六相永磁同步电机所采用传统直接转矩控制技术(DTC)仅采用最外围电压大矢量,会产生较大谐波电流并导致转矩波动大的问题,提出基于虚拟电压矢量合成的模型预测转矩控制策略(V-MPTC),利用α-β子空间中同向的大矢量和中矢量与z_(1)-z_(2)子空间中反向的小矢量和中矢量恰好对应原理,通过适当地调节一个PWM周期内大矢量和中矢量的占空比,可以使z_(1)-z_(2)子空间中的合成电压矢量幅值为0,实现对电机谐波电流和转矩脉动的抑制。同时为了便于硬件系统实现,进行电压矢量中心化以及采取提前2步的预测方法。仿真结果表明,采用V-MPTC控制策略使系统响应速度有所提高,启动转速超调降低,转矩脉动从0.15 N·m降至0.04 N·m,谐波畸变率从68.92%降至10.85%,验证了该方法在船舶电力推进系统中可提高其控制性能。

沁水盆地南部煤层气地质工程一体化关键技术

沁水盆地南部煤层气资源丰富,但地质、工程条件复杂,樊庄成熟工艺技术推广邻区适应性较差,煤层气规模效益开发面临严峻挑战。为了解决沁水盆地南部煤层气“井位部署难度大、钻井周期长、裸眼井井眼易垮塌、单井产量低”等问题,开展了地质工程一体化技术攻关,形成了“三性”煤储层评价、可控水平井钻完井、分段压裂及疏导式排采等多项关键技术,并开展现场试验与推广。研究结果表明:通过地质与工程有机结合,实现了地质模型为工程技术优化提供技术支撑,工程实践不断校正地质模型,施工精度提高;水平井煤层钻遇率95%,单井钻井复杂平均减少40%,产能到位率达90%,单井平均日产量超过8000 m^(3)。

液化场地大直径变截面单桩动力响应研究

为研究不同地震动强度下液化场地大直径变截面单桩的动力响应规律,基于振动台试验,选取5010波,在地震动强度0.10g~0.45g作用下,研究液化场地砂土孔压比和大直径变截面单桩桩顶水平位移、桩身弯矩、桩身加速度时程响应及桩基损伤等变化规律.试验结果表明:饱和砂土孔压比随着地震动强度的增大上升明显,地震动强度≥0.30g时,饱和砂土孔压比稳定值在0.9附近,此时砂土完全液化;在0.45g地震动强度作用下,桩身加速度、桩顶水平位移及桩身弯矩均达到最大;桩身不同位置处加速度峰值出现时刻均滞后于输入地震波加速度峰值出现时刻,且桩顶及变截面的加速度响应比桩端的响应更弱;不同地震动强度作用下,桩身弯矩最大值均出现在液化土层和非液化土层分界处,且变截面处弯矩小于土层分界面处;地震动强度达到0.30g时,大直径变截面单桩桩身发生损伤.因此,液化场地下大直径变截面桥梁单桩基础抗震设计时,应该重点考虑饱和砂土层分界处、变截面处的抗弯能力,以确保单桩桩身强度满足抗震要求.

震陷土层变化下变截面单、群桩动力响应差异

为研究地震动作用下震陷土层厚度不同时大直径变截面单桩与群桩基础的动力响应差异,依托厦门第二东通道翔安大桥,通过振动台模型试验,开展震陷土层厚度30、40、50 cm时,单桩与群桩基础桩周土震陷量、桩顶水平位移、桩身加速度及弯矩动力响应差异研究.结果表明:随着震陷层厚度增大,单桩与群桩基础桩周土震陷量、桩顶水平位移、桩身加速度及弯矩均逐渐增大,且加速度及弯矩在变截面处突变;同一震陷层厚度下,群桩基础桩周土震陷量较单桩大,但群桩基础加速度、桩顶水平位移及桩身弯矩均小于单桩.震陷场地桩基础设计时,应着重考虑变截面单桩与群桩动力响应差异,保证桩基础抗震性能.

震陷场地变截面单桩动力特性与损伤评价

为探明震陷场地变截面单桩动力响应特性与损伤状况,以翔安大桥为工程背景,基于大型振动台试验,开展了0.10g~0.45g地震动强度下变截面单桩动力响应特性的研究,评价分析了变截面单桩损伤程度。结果表明:受桩周软弱土层震陷特性的影响,变截面单桩桩顶水平位移动力响应、桩身加速度动力响应及桩身弯矩动力响应均随地震动强度增大呈增大趋势,桩基基频逐渐减小;变截面单桩弯矩最大值出现在震陷土层分界处,地震动强度为0.30g时,超过了其抗弯承载力;地震动强度为0.20g时,变截面单桩桩顶水平位移、桩身加速度、桩身弯矩显著增大,桩基基频突降。基于系统损伤理论,震陷场地变截面单桩损伤状况分为稳定阶段、加剧损伤阶段、塑性破坏阶段共3个阶段。试验结束后,变截面位置处产生弯曲塑性破坏。

中华传统营养学学科体系构建

用中华传统语言表达,营养是人类通过脾胃运化饮食物中的水谷精微物质,濡养机体的五脏六腑、四肢百骸,以维持生命活动的过程。中华传统营养学是在中医药理论指导下,研究人体营养规律以及改善措施的科学。其发展历经周代初具雏形、春秋战国时期理论初步形成、唐朝发展、宋元兴盛、明清成熟、近现代相对完善阶段。其研究内容包括基本理论、养疗原料、养疗食品、养疗方法及实践应用等部分。中华传统营养学学科体系应由中华传统营养基础理论、原料学、膳食方学、膳食工艺学、公共营养学及临床营养学等构成,六大分支学科共同构成其“理、法、方、食”完整的学科体系。

纳米粉体TiO_(2)对靛蓝染色织物光褪色的影响

采用钛酸四正丁酯(TBOT)作为TiO_(2)的前驱体,通过水热反应合成单晶粒TiO_(2)粉体,制备了颗粒状的锐钛型纳米粉体TiO_(2)。结果表明:紫外光照条件下,纳米粉体二氧化钛可以使靛蓝织物表观深度发生大幅度下降,粉体TiO_(2)浓度为10%时,K/S值下降率达到51.81%;促进剂的参与有助于靛蓝织物的褪色效果;涂抹粉体TiO_(2)后的染色布样,在紫外线照射后,颜色值ΔL^(*)偏亮白,同时随着粉体TiO_(2)浓度的增大,ΔL*增大,颜色亮度增大,Δa^(*)初始为负值,颜色偏绿,随着粉体TiO_(2)浓度的增大,样品颜色绿光减少,红光增加;当粉体TiO_(2)浓度为10%,随着光照时间的增加,Δa^(*)值偏向正值,染色布样色光向偏红光偏移,紫外光照射6~8 h时Δa^(*)变化幅度较大,10 h之后,趋于缓慢。

巴东组泥岩重塑土湿胀特性宏细观跨尺度研究

针对泥岩地区高速铁路路基上拱问题,以郑万高速铁路沿线巴东组泥岩风化土为研究对象,开展不同初始含水率、干密度、上覆荷载及干湿循环次数条件下泥岩重塑土湿胀特性宏细观试验。基于多因素从宏细观角度对泥岩膨胀性进行了试验验证,对维护膨胀土区域工程稳定性有一定借鉴作用。结果表明:泥岩重塑土无荷膨胀率随着初始含水率的增加线性减小,随着初始干密度的增加呈指数增长;上覆荷载作用抑制了泥岩重塑土的膨胀变形;干湿循环作用下,泥岩重塑土膨胀率及吸水量均随干湿循环次数的增多而总体上先增加后减小,强度劣化,泥岩内部结构由致密变为疏松,矿物颗粒吸水膨胀,试样内部大尺寸孔隙逐渐形成。

膨胀岩湿胀本构研究综述

膨胀岩湿胀特性对膨胀岩地区隧洞、路基、边坡等稳定性具有很大的潜在威胁,而湿胀本构关系是膨胀岩变形分析的一个重点,也对膨胀岩地区工程岩体的变形预测、稳定性评价具有十分重要的实际价值和理论意义。本文从湿胀本构关系的建立条件及方法出发,系统分析了目前膨胀岩湿胀本构的研究进展;并结合工程岩体实际赋存条件,提出应该考虑工程开挖施工及运营全过程,以岩体赋存应力条件及水环境条件的变化为依托,微细观数值模拟机理分析与宏观力学反应相结合,以此构建膨胀岩湿胀本构关系。

2022年四川泸定 M_(s)6.8地震强震动特性研究

北京时间2022年9月5日12时52分,四川省甘孜州泸定县发生M_(s)6.8级地震。国家强震动台网获得了133组三分量加速度记录,在对记录进行初步筛选和滤波后,研究了PGA和PGV衰减关系、竖向地震动特点、地震动速度脉冲,对比分析了反应谱和设计谱,着重对石棉挖角台站附近震害与地震动的相关性进行了分析,结论如下:1)三种台站强震动记录的PGA和PGV拟合曲线都比较相近,PGA、PGV拟合曲线与霍俊荣的预测模型较为接近;2)竖向地震动偏大,约38.2%的强震动记录V/H大于2/3,可能是屋顶塌落、柱子扭转和天花板坠落等震害现象出现的主要原因;3)识别出具有速度脉冲特性的记录11条,该类记录对长周期结构影响较大;4)所选记录反应谱大多超过了罕遇地震设计谱水平段,具有速度脉冲特性的051SMW台站周围房屋破坏较严重,人员伤亡较重。

沁水盆地南部郑庄区块中北部煤层气直井增产新技术研究与应用

为提高沁水盆地郑庄区块中北部煤层气直井产量,基于研究区评价井地应力测试资料、压裂裂缝监测资料,分析了研究区直井增产效果差的原因,提出了针对性增产技术,开展了现场对比试验,并对结果进行了分析,结果表明郑庄中北部直井产量低、措施增产效果差的主因为:①研究区以垂直裂缝为主、压裂缝长较短,且随着埋深增加,相同压裂规模形成的裂缝尺寸减小;②随着埋深增加,支撑剂嵌入深度增加,裂缝闭合加快,导致稳产时间短,产气曲线主体形态为“单峰型”;③经初次压裂后煤体结构更加破碎,新裂缝容易进入初次压裂裂缝,造新缝难度增加。针对上述原因,创新提出的充填预堵+大规模压裂+远端支撑增产技术,“充填预堵”即先采用相对较低的排量、砂比、规模充填初次压裂裂缝,然后再进行大规模重复压裂,实现堵老缝、造新缝。“大规模”压裂即大排量、大液量、高砂比压裂,将压裂液量由600~800 m^(3)提高至1300~2000 m^(3)以上,增加改造体积;将排量由6~8 m^(3)/min提高至10~14 m^(3)/min以上,增加裂缝长度和携砂性能;采用低黏压裂液体系配合低密度支撑剂,将砂比由7%~8%提高至10%~15%以上,提高铺砂强度,降低裂缝闭合程度。“远端支撑”即采用自悬浮支撑剂与大排量相结合,增长支撑剂运移距离,提高支撑裂缝比例。充填预堵+大规模压裂+远端支撑增产技术实施后平均单井日产量达到1380 m^(3),比措施前增产1190 m^(3),比邻井稳产气量增加近1000 m^(3),实现了郑庄中北部中深储层连片低产区直井产量突破。现场对比试验表明:实施“充填预堵”后再进行大规模压裂,平均净施工压力比初次压裂增加了3.3 MPa,形成了新裂缝,比直接进行大规模压裂增量提高1000 m^(3)。总体上,充填预堵+大规模压裂+远端支撑增产技术关键参数数值越大,增产效果越好。

基于土壤蓄冷的新型果蔬预冷方案的模拟计算

如何利用自然冷源一直都是热点话题。季节性土壤蓄冷目前在舒适性空调领域已经有了相关的应用案例,但冷链物流的温度都一般都在0~5℃或-18℃,空调的系统温度一般难以满足其要求,因此在冷链物流方向的应用还是较少。在冷链物流的各个环节中,果蔬等农产品采摘后的预冷是全程冷链的第一步也是关键一步,但由于其耗能较大,源头地缘限制等因素导致其不能大面积铺开,造成食品在冷链中出现腐烂和过熟。本文基于土壤蓄冷构造了一种新型的果蔬预冷方案,探讨其节能效果。

屠宰场二氧化碳制冷系统热回收的改造分析

蒸汽压缩式制冷系统排气温度高,一般可用于制取生活用水。但不同的制冷系统排气温度区别很大,采用传统制冷剂的单级压缩很难制取高温热水。二氧化碳跨临界制冷系统相比传统制冷系统排气温度高,可用于屠宰场等需要高温热水的特殊场所。目前国内还没有屠宰场采用二氧化碳跨临界冷热联产的相关案例,本文通过相关选型模拟对某地区屠宰场进行改型,通过经济性分析,验证其可行性。

城市公园常见植物固碳能力评估

为探究杭州市常见植物在四季生长过程中的固碳能力,以杭州西湖风景名胜区典型的50种植物为研究对象,结合便携式光合仪和植物冠层分析仪创新研究方法,分别测算植物四季的光合速率及叶面积,以评估其固碳能力。结果表明:广玉兰固碳能力最强,樟、三球悬铃木等较强,火棘、绣球、金丝桃较弱;乔木固碳能力强于灌木,常绿乔木固碳能力最强;不同季节植物固碳能力为:夏季>秋季>春季>冬季。因此,在植物群落设计时,应加强高固碳能力植物的应用,增加常绿乔木的比例,最大程度提升植物景观美学价值和生态效益。