某矿山断层附近采场地下开采对上覆岩层内井巷工程采动影响分析

某矿山矿围岩稳固性好,矿体厚度较厚,矿体埋藏很深。为了实现该矿山185中段F3断层附近的矿体安全回采,同时确保采场顶板上覆岩层内井巷工程的安全稳定,依据断层附近的矿体赋存条件、顶底板围岩岩性特征、地质构造与上覆岩层结构特征,构建了地表与井下采场的三维数值计算模型,采用FLAC^(3D)有限差分法来模拟地下开采在断层影响作用下对上覆岩层内井巷工程稳定性的影响分析,同时计算分析了地下矿体逐段开挖、逐段充填对保安矿柱及地表稳定性的影响。通过模拟计算结果表明:该岩层移动是一个自下而上传递的动态过程,断层附近矿体的开采通过采取设置10 m宽采场间柱和矿房之间采用“跳采”方式开挖后,大大缩短了采场空区的跨度,控制了断层附近的采场地压,并未引起采场顶板产生过多的塑性扰动区,上覆岩层产生的塑性扰动区范围非常有限,并未波及到采场顶板上部井巷工程,实现矿体顺利回采和上覆岩层内井巷工程的整体安全稳定。本文研究结果为深部矿体安全高效回采、采场地压管理和控制上覆岩层安全稳定提供了理论决策依据和技术指导。

地质力学层定量划分方法及其超深层油气勘探开发应用

超深层油气高效勘探开发是当前全球能源地质研究关注的焦点,“地质力学层与油气勘探开发”是国际前沿研究领域,形成地质力学层的有效划分方法,对超深油气高效勘探和效益开发具有理论和实际意义。现今地应力状态影响天然裂缝有效性,裂缝发育分布影响岩石力学性质,而岩石力学性质又控制着现今地应力的分布,但当前“岩石力学层理论”不能完整涵盖三者之间耦合联系。为此,基于水平最小主应力、水平主应力差、弹性模量、现今地应力优势方位与天然裂缝走向的夹角、天然裂缝密度和应力集中系数等6种参数,构建储层地质力学层指标,形成一种地质力学层定量划分方法。基于塔里木盆地库车坳陷克拉苏构造带大北区块W井的实例分析,表明该井目的层白垩系巴什基奇克组垂向呈现强地质力学非均质性,储层地质力学层与气层发育段具有较好的对应关系。因此,借助地质力学层划分结果,可指导超深层油气甜点层段的优选。

硬岩地层超深基坑桩锚支护体系受力与变形特性实测分析

为探究硬岩地层超深基坑桩锚支护体系随基坑开挖的受力与变形演化规律,依托于崂山公卫中心基坑支护工程,对南侧支护完成区域基坑的预应力锚索轴力、基坑水平和竖向位移进行了实时监测,分析桩锚支护体系在该地质条件下的力学性能,探讨锚索轴力急速下降与基坑水平位移增大的影响因素。研究表明:预应力锚索轴力持续、急速的下降与基坑紧邻原状山体的土压力和北侧后挖区域的持续施工有关,工程中采取预应力锚索2次补偿张拉适用效果良好;基坑最大水平位移为19.98 mm,最大竖向位移为12.11 mm,南侧支护完成区域基坑支护体系的变形受后续施工区域的影响明显;桩锚支护体系在硬岩及土岩二元地层超深基坑中具有较好的适用性和可靠性。类似工程支护结构设计应重视周边地质环境、邻近区域持续施工等因素的影响。

煤矿深部复合地层TBM掘进巷道围岩稳定性控制工程实践

为探究深部复合地层在全断面隧道掘进机(Tunnel Boring Machine,TBM)掘进巷道时围岩稳定性控制机理,以淮南矿区某深部岩石巷道为背景,在同等支护条件下,基于Flac^(3D)数值模拟软件对硬岩、软弱岩层、复合岩层建立数值模型,通过分析位移云图、应力云图及围岩塑性区的分布演化规律,优化TBM掘进和支护方案。通过围岩变形和锚杆轴力监测,结合数值模拟和现场实测结果,得出复合岩层的位移、应力云图及塑性区出现明显的不对称性,在复合岩层中的软弱岩层应加大支护力度。

膨胀性软破岩层深竖井施工分级支护研究

境外某铜金矿千米深竖井在通过膨胀性软破岩层(泥灰岩)时,围岩遇水膨胀压力极大,先后出现两次井壁垮塌和开裂的情况,对施工进度及施工人员安全产生极大影响。为解决该问题,查找相关文献资料及国内外类似施工案例,对通过膨胀性软破岩层的井壁破裂机理进行分析,针对性地制定井壁破裂修复方案;在此基础上,进一步调查施工地点的工程地质和水文地质情况,通过分析与总结,提出深竖井不良岩层的施工及分级支护方案,对其所穿过的膨胀性软破岩层的围岩制定分级表,根据不同岩体等级分别提出相应的施工及具体支护方案。通过对两次破裂处井壁的修复,较长时间内未出现裂缝及漏水现象,修复效果良好,达到预期;此外,竖井井筒后续施工中在采用分级支护方案后,井筒顺利通过厚度超过500 m的不良岩层,且在工期、质量、安全三个方面都取得良好效果,保障该深竖井工程的施工质量与施工安全。该工程为膨胀性软破岩层中的深竖井掘进施工积累了宝贵经验,对类似工程具有一定的借鉴意义。

深层超深层致密碎屑岩高产油气层高饱和度成因

准噶尔盆地南缘深层超深层致密碎屑岩油气层具有产能高、稳产时间长的特点,因其产能与油气层的高油气饱和度密切相关,其成因机理不清,给此类油气藏的认识与评价带来困难。通过测井、地质、试油、岩石物理实验等资料及前人研究成果进行分析研究,开展模拟地层动态孔隙压力下的岩石薄片、储层物性、岩电参数的岩石物理实验验证。研究结果表明:深层超深层广泛发育极强超压、高温地层,地层超压强度控制油气层微细裂缝的发育程度、改善储层孔隙结构,油气层具有双重孔隙结构特征,是深层超深层致密碎屑岩高产的主要成因。同时,地层超压使阿尔奇公式中的岩性胶结指数随孔隙压力增大而减小;饱和度指数随孔隙压力增大而减小、随地层温度升高而降低。因此,极强超压、高温地层有利于高产油气层高油气饱和度的形成。研究结果揭示了深层超深层地层极强超压、高温对孔隙结构及含油饱和度的变化规律,为深层超深层致密碎屑岩高产油气层高油气饱和度的认识提供借鉴。

土岩组合地层深基坑变形规律研究

随着国民经济的发展,中高层建筑的发展也加快步伐。基坑工程的数量也在逐步增多,规模也越来越大。这些都从某种程度上反映了国民经济的发展和城市化的进程所带来的深刻变革。而在建筑工程施工作业中,基坑工程安全施工也引起施工企业的高度重视。而对基坑工程的变形规律进行深入探究,对于施工企业的未来发展而言具有非常重要的作用。基于此,本文通过基坑变形规律研究,以期为实际施工提供借鉴。

兰州地区土岩组合地层深基坑支护及地下水控制方法

兰州地区为典型的两山夹一川的河谷盆地地貌,区内浅部为第四系松散堆积物,下部为新近系风化基岩。介绍了兰州地区土岩组合地层的基本分布情况及地下水分布规律,并根据下部风化基岩的胶结程度、透水性、单轴饱和抗压强度等特征,将土岩组合地层分为两类,一类系上部为松散堆积地层、下部为弱透水—中等透水性砂岩,二类系上部为松散堆积地层、下部为不透水性砂岩。针对两类不同的土岩组合地层,归纳总结了深基坑工程支护结构及地下水控制系统的选型,给出了两类土岩组合地层中深基坑设计的典型案例,可为同类地层深基坑工程设计与施工提供借鉴。

超深土岩二元工作井支护型式研究

随着市政交通立体化和复杂化程度越来越高,土层、岩层交错地质条件和超深基坑竖井越来越常见,目前传统的基坑支护设计理论已无法完全满足需求,且目前的吊脚桩设计理论不完全适用于进入岩层较深的竖井,仍存在一定的技术和经济的优化空间。文章结合珠海某超深竖井工程,通过对于土层、岩层性质的综合分析,井平面形状的比选分析及超深竖井的需求和特点的论述分析,提出了类似工程的基坑支护的设计思路及设计方法:①综合考虑空间利用率、施工便利性、与隧道衔接等方面,优选采用矩形工作井;②对于上软下硬的超深竖井基坑,采用上部桩撑支护,下部喷锚支护;③对于整体基坑稳定性,采用整体稳定计算模型,并将桩撑段支撑轴力作为边界条件。结果标明:按以上计算思路设计更为合理且更具经济性。

再论中国陆上深层海相碳酸盐岩油气地质特征与勘探前景

深层碳酸盐岩是我国陆上油气勘探发展的重要接替领域,加强对深层碳酸盐岩的油气地质研究与探索,对于实现我国油气工业持续、稳定、健康发展具有十分重要的现实意义。通过对深层碳酸盐岩基本地质条件的深入分析,发现中国陆上深层碳酸盐岩资源潜力可能超过预期,具备发现大油气田的良好前景。具体表现在4个方面:①发育常规烃源岩和源岩内滞留液态烃裂解两类烃源灶,都可以规模供烃;②受顺层、层间两类岩溶作用和埋藏、热液两类白云石化作用的控制,深—超深层碳酸盐岩仍可以发育规模有效储层;③在递进埋藏和退火受热耦合作用下,部分海相烃源岩可以跨构造期成藏,晚期仍有大量液态烃生成,深层碳酸盐岩油、气均富;④多期构造运动作用形成的大型隆起背景、3种类型成藏模式(隆起斜坡区岩溶储层似层状大面积成藏、古潜山风化壳岩溶储层倒灌式大面积成藏、礁滩储层大范围成藏),以及古隆起围斜区及台缘带广泛发育的地层、岩性圈闭群呈集群式大面积分布。结论认为:中国陆上深层碳酸盐岩具备大面积、规模成藏的有利条件,可以形成大油气田。

深部倾斜岩层巷道非对称变形机制及控制对策

针对深部倾斜岩层巷道围岩在开挖支护后所表现出的非对称变形破坏现象,对其变形破坏机制及耦合控制对策进行了数值模拟与工程应用研究。研究结果表明,深部倾斜岩层巷道断面与岩层倾斜方向的钝角部位是产生非对称变形破坏的关键部位;非对称变形破坏的机制主要表现为受岩体结构的非对称性影响而产生的层间剪切滑移变形机制及高应力扩容变形机制等差异性变形机制。基于上述研究,提出非对称耦合控制对策,即在锚网索耦合支护的基础上,利用锚索、底角锚杆等对产生差异性变形破坏的关键部位进行加强支护,从而达到控制巷道非对称变形的目的。数值模拟与工程应用结果表明,采用非对称耦合支护形式,可以有效地消除巷道围岩关键部位产生的差异性变形,巷道围岩稳定性大大提高。

辽河盆地西部凹陷深层石油地质综合评价

通过对辽河盆地西部凹陷深层石油地质特征的综合研究，搞清了本区深层构造及演化特征，揭示了深层沉积特征、砂体展布规律以及深层成藏的主控因素，分析了深层储集性能及孔隙演化规律。本区深层５０００ｍ以上烃源岩处于成熟阶段，生排烃时窗长，油源充足；深层储层以沙二段扇三角洲前缘砂体及沙三段湖底扇辫扶沟道和扇中前缘砂体储集性能最好，结合先进的储层预测技术发现和落实了清２０南等一系列构造及岩性圈闭，指出了下步勘探方向，为深层勘探的突破奠定了基础。

深部围岩遇弱结构瓦斯抽采钻孔失稳分析与成孔方法

针对煤岩长钻孔过泥岩、构造带和软煤层成孔难的实际问题,根据现场实测煤岩力学参数,采用大变形FLAC3D软件对丁集煤矿-910 m水平11-2回风平巷抽采钻孔进行计算机数值模拟,解算出钻孔的应力场、位移场和塑性破坏区变化规律,得到的钻孔围岩二次应力弹、塑性分布特征与理论计算结果完全一致。当侧压系数不等于1时瓦斯钻孔二次应力分布、塑性区、钻孔径向位移不再呈圆环状分布,钻孔顶、底部孔壁位移量约为两侧孔壁位移量的2倍,随着岩体侧压系数的升高,钻孔围岩应力集中程度升高,钻孔径向位移增大,围岩塑性区半径增大,钻孔稳定性降低。随钻孔围岩强度强化区范围的增加,钻孔二次应力影响范围减小,塑性区半径减小,孔壁径向位移减小,钻孔更容易达到稳定平衡状态。基于注浆固化成孔新理论,对丁集煤矿1412(1)工作面巷道抽采钻孔围岩弱结构破坏失稳进行了有效控制,并用工程实例进行了验证。

西部软岩地层基于内外壁联合承载的冻结井壁减薄方法

为解决深部软岩地层冻结井筒内壁设计厚度较大问题,运用煤矿立井井筒设计理论和锚杆支护理论,研究了冻结井筒内层井壁、外层井壁和围岩的联合承载受力机理,提出了一种新型井壁结构形式和内层、外层井壁厚度减薄方法,即在井壁围岩中打入短锚杆,锚杆端头浇筑在外壁内部,并将锚杆端头闭锁的钢丝绳连接在内壁钢筋上,通过不同结构联合承载的方式提高内壁和外壁的承载能力,进而减薄井壁厚度。以内蒙古红庆河煤矿副井-640~-660 m冻结段为研究对象,通过理论计算得出了采用新型井壁结构形式后的井壁厚度,其中新型内层井壁厚度较原井壁可减薄12.5%,外层井壁厚度可减薄20%;结合数值模拟手段,给出了新型井壁中的应力传递过程。数值计算表明:新型内层井壁内缘混凝土的压应力值为24.5 MPa,小于原内层井壁内缘混凝土压应力值,验证了新型井壁结构的安全性和可靠性;新型井壁结构中,锚杆和钢丝绳传递的外力主要由外壁的刚性变形承担,锚杆在软岩地层中提供的锚拉作用很小,工程应用时可以缩短锚杆的钻入长度,避免锚杆钻入过程中打穿偏斜的冻结管。这种新型井壁结构将外层井壁强度通过钢丝绳和锚杆连接纳入到了内层井壁的承载体系中,提高了内层井壁的承载力,减薄了井壁厚度。

松辽盆地北部深层次生孔隙分布特征

通过多种分析测试手段系统研究了松辽盆地深层异常高孔隙带成因 ,指出深层有机酸是次生孔隙形成的主要因素 ,T4 断层可能成为酸性水运移通道 ,对次生孔隙的分布具有一定的控制作用 ;纵向上次生孔隙主要分布于临近T4 断层上部的泉头组一段、登娄库组三、四段地层 ,并具有继承性 ;平面上分布于升平—汪家屯和昌德地区。次生孔隙形成期与天然气主运聚期具有较好的匹配关系 ,次生孔隙发育带最有可能成为高产油气层。

松辽盆地深层天然气成藏研究

为了探讨松辽盆地深层天然气的成藏条件和成藏机理,在对含气组合特征和成藏要素配置关系分析的基础上,根据断陷盆地发育特征以及油气藏形成的主控因素,建立了松辽盆地深层天然气成藏模式。松辽盆地深层的含气组合包括潜山基底含气组合、断陷期含气组合、断拗过渡期含气组合和深层拗陷期含气组合,不同含气组合的特征不同。深层天然气成藏条件比较好,岩性和构造圈闭的定型期与主力烃源层的生排烃高峰期相吻合,继承性的古隆起和构造高部位是油气运移聚集的长期指向,泉头组和上覆地层的封盖对油气的保存极为有利。松辽盆地深层可以划分为断裂和古隆起2大成藏体系,断裂成藏体系有深部流体供气、深大断裂导气的无机成因天然气成藏模式和与深大断裂相伴生、受断层裂缝控制的火山岩成藏模式,古隆起成藏体系有古隆起顶部风化壳成藏模式、古隆起低部位地层超覆成藏模式及古隆起上方构造-岩性成藏模式。

重磁震联合反演在南海东北部地球物理解释中的应用

针对南海北部地质构造背景复杂、火成岩发育、多次波干扰严重等地质问题,利用海洋重磁测量数据,以美国FUGRO-LCT重磁震综合处理解释系统为研究平台,结合地震资料建立合理的2D地质地球物理初始模型,进行重磁正反演同步计算,根据拟合结果修正地震反射模糊区域标定的层位、明确中深部地层属性及地壳结构。结果显示南海东北部海域中生代地层密度一般在2.40~2.57 g/cm3,存在部分火成岩密度小于沉积岩的情况;局部区域中生界具磁性,为沉积岩夹火成岩地层;东沙群岛南部陆坡与洋盆交界处是地壳结构薄弱区域,可能存在前中生代地层。南部隆起至中央海盆东北部区域仍属过渡型地壳。

塔里木盆地西南缘古老层系巨厚黑色泥岩的发现及勘探意义

前寒武系是全球一个重要的含油气层系。塔里木盆地该层系埋深大,一直未取得勘探突破,是否发育优质烃源岩也不确定。塔里木盆地西南部及昆仑山前十余万平方公里范围内,已钻探30多口探井,虽然发现了和田河、巴什托普、玉北、罗斯2等海相油气田,但始终未钻遇寒武系或奥陶系烃源岩,其油气来源也存在争议。近期笔者在盆地西南部踏勘中,发现一套巨厚的黑色页岩和泥岩,出露较好。实测泥页岩厚度大于140 m(未见顶,花岗岩体侵位),有机碳含量(TOC)主要分布在0.6%~1.9%,83块样品平均TOC为1.0%。最高热解温度Tmax主要分布在490~520℃,相当于Ro在1.9%~2.9%。泥岩层中黄铁矿十分富集。根据地层接触关系及同位素定年,该地层年龄可能大于517 Ma,准确定年目前正在进行,因此暂且命名为"西昆仑黑色岩系"。通过板块构造分析,这套厚层泥岩可能在塔里木盆地西南部广泛分布,其形成有可能受裂陷槽的控制。这套黑色泥岩很可能是塔西南地区重要的烃源岩,提出塔里木盆地前寒武系—寒武系具备油气成藏的地质条件,该发现必将推动塔里木盆地向深层—超深层以及古老层系开展油气勘探工作。

琼西莺歌海盆地中深层天然气成藏条件分析及其与浅层成藏条件的比较

莺歌海盆地浅层天然气勘探和研究程度相对较高,绝大部分探井和发现的天然气储量亦主要集中于浅层。但迄今为止,浅层好的勘探目标、规模较大的局部构造大多已钻探,剩余好的勘探目标不多,故天然气勘探潜力不容乐观。本区中深层勘探领域则探井甚少,勘探和研究程度非常低,故发现并落实的天然气储量亦少。通过对浅层与中深层勘探领域天然气成藏地质条件的综合分析、类比和评价,指出和强调中深层天然气成藏地质条件优于浅层,中深层应是本区寻找大中型气田的勘探方向。

渤海湾盆地秦南凹陷东南缘中深层砂砾岩优质储层发育的控制因素

渤海湾盆地秦南凹陷东南缘中深层沙一、二段普遍发育扇三角洲相的砂砾岩低孔低渗储层,局部层段发育高孔高渗带,储集空间以溶蚀孔、生物体腔孔为主,有利储层发育机理与目前所发现的一般致密砂砾岩不完全相同。利用岩心、铸体薄片、埋藏史及流体包裹体等分析手段,对秦南凹陷中深层沙一、二段砂砾岩优质储层发育特征和控制因素进行了研究。结果表明:研究区沙一、二段扇三角洲砂砾岩中常夹含螺砂砾岩,属于扇三角洲间歇性废弃的水下分流河道经波浪改造后,与螺屑混合沉积而成。砂砾岩中方解石胶结作用比较强烈,是储层致密的主要原因。含螺砂砾岩是优质储层发育的主要岩石类型。颗粒支撑、分选较好、螺化石富体腔孔、具一定程度的早期隐晶白云石包壳胶结的砂砾岩是形成优质储层的主要岩性因素;因颗粒支撑造成压实程度弱,成岩流体易于渗入,酸性孔隙水对中酸性火山岩岩屑、白云石胶结物和长石的强烈溶蚀,过早注入的油气对孔隙的后期保护,是砂砾岩优质储层发育的主要成岩因素。这种有利储层的形成机理,对陡坡带半咸水环境下的致密砂砾岩储层油气勘探具有较好的参考意义。