深、浅部煤层气地质条件差异性及其形成机制

深部煤层气资源丰富、开发前景广阔,但对其与浅部煤层气地质条件的内在联系研究尚不够深入。从煤层形成演化角度出发,以鄂尔多斯盆地上古生界煤层为例,总结了煤层深埋深藏型、深埋浅藏型及浅埋浅藏型3种埋深演化模式。系统分析了深部和浅部煤层在温压条件与含气性、地应力与渗透率特征、变质程度与含水性等方面的差异性及其形成机制。研究指出,受埋深与演化过程影响,深部和浅部煤储层温度最多相差100℃以上,储层压力最大相差40 MPa左右,导致由浅部向深部,气体赋存状态以吸附气为主转变为吸附气与游离气共存,地应力场由水平应力主导转化为垂向应力主导,煤储层孔隙率、渗透率及含水性逐渐降低。明确了深部煤层气的典型特点,即:在高温高压条件下,以吸附态和游离态共存于一定深度以下煤储层中的甲烷气体,该类煤储层在垂向应力为主导的作用下,孔裂隙空间极度压缩,含水极少且矿化度极高,内生微裂隙为主要渗流通道。基于含气性临界深度和地应力场转换深度的不一致性,指出浅部向深部煤层演化过程中存在过渡区,该区内呈现出非典型深部煤层气的特点,或深部煤层气和浅部煤层气地质条件共存的情况,在勘探开发过程中,应具体分析,制定针对性开发方案,以实现浅部与深部煤层气的高效协同开发。

砂卵石地层浅埋地铁车站暗挖施工关键技术

研究目的:针对富水砂卵石地层地铁车站明挖法施工面临的道路交通问题,本文依托成都富水砂卵石地层首次采用暗挖法施工地铁车站的成功案例,对暗挖法施工关键工艺开展研究,指明了暗挖导洞设置及其开挖时序、地层超前预加固方式、初期支护类型、永临结合钢管柱以及拱形盖板扣拱等关键工艺,明确了富水砂卵石地层浅埋大跨地铁车站首次采用暗挖法施工的可行性。研究结论:(1)基于“化整为零”的思路,借助大刚度管幕超前支护,明确了导洞设置原则,采用多导洞法实施钢立柱与盖板(顶板)后,可按盖挖法理念完成超浅覆土下的地铁车站暗挖施工;(2)浅覆土管幕打设精度与地层扰动控制是富水砂卵石地层沉降控制的关键,应遵循“精准定位、及时纠偏,欠土顶进、严控超挖,先低速后匀速”的基本原则;(3)基于初期支护主要以被动承载为主,格栅钢架经济性好、施工方便,喷混后抗弯刚度增幅将近8倍,且大于工字钢喷混后等效抗弯刚度,宜采用格栅钢架;(4)顶部预埋倒L形钢板的“蛇形”中立柱,可实现两侧衬砌结构的有效连接与水平向有效传力,液压反循环钻机可满足小净空条件下高精度永临结合钢管柱施作需要;(5)本研究结论可为类似地层暗挖法车站施工提供借鉴与参考。

浅埋深中厚煤层预掘回撤通道支护技术研究与应用

为进一步提高综采工作面末采回撤速度、确保设备回撤空间,采用理论计算、现场试验相结合的方法对浅埋深中厚煤层预掘回撤通道支护技术进行初步研究,建立了工作面残余煤柱承载力学模型,理论分析得知残余煤柱宽度对煤柱承载性能的时空演化规律具有重要影响,末采期间残余窄煤柱出现区域性脆性破坏失稳状态是导致超前采动应力、顶板岩层断裂线前移的主要原因。现场试验末采段残余煤柱宽度约5 m时,整条窄煤柱在多重载荷作用下发生屈服,进而呈现大面积失稳破碎状态,巷内支护体承载受力急剧增加,锚索最大受力约为225 kN,最大顶底板移近量出现在通道中部靠工作面侧,约为100 mm,结果表明,采用高预应力强力锚杆(索)联合支护结构配合垛式支架外部支撑,可有效控制末采期间预掘回撤通道顶底板之间的闭合位移,为类似条件下预掘回撤通道支护提供工程借鉴。

基于珠江入海口顾及浅水分潮特征的深度基准面传递方法研究

采用珠江入海口处潮位数据进行顾及浅水分潮特征的深度基准面传递方法的研究,并选取该区域五个验潮站潮位数据进行实验,实验先进行潮汐调和分析,解算基于长期观测数据的各分潮较为稳定的正、余弦分量,再通过附加参数间的限制条件,采用约束平差法实现对短期数据进行调和分析,得到基于短期数据的各分潮正、余弦分量,再通过参数变换得到各分潮潮高和迟角,综合分析浅水分潮对潮汐预报和基准传递的影响。根据上述分析结果提出顾及浅水分潮特征的改进深度基准面传递算法,并验证该方法在珠江入海口处的有效性。

浅海环境中用于目标深度属性判别的线谱起伏特征量分析

浅海环境中目标辐射线谱的起伏特征可用于水面、水下目标深度属性判别.已有研究未给出表征水面、水下线谱起伏差异的物理量性质,导致利用不同物理量进行目标深度属性判别时性能不佳.针对这一问题,本文从声源深度起伏所导致的线谱起伏出发,采用微分方法与统计方法对线谱起伏规律进行分析,研究了线谱起伏产生的物理机理,得到了适合用于水面、水下目标深度属性判别的物理量.首先,分别推导了复声压实部、声功率与声压幅值关于声源深度的导数关系式,得到了以上三种物理量在声源深度起伏时的起伏大小;其次,利用仿真实验数据从接收深度、声源水平距离、线谱频率等层面对理论推导进行验证,并对线谱的归一化起伏特征进行了分析.最后,利用海试数据验证了相关结论.结果表明,当声源的深度起伏时,水面、水下线谱的起伏差异源自各阶模态的相互作用.声源频率、声源水平距离、接收深度三种因素决定了模态间相互作用的性质.声压幅值适用于构建目标深度属性判别特征量,可用于表征低频线谱的强度起伏差异.数值仿真和海试数据处理结果表明,相较于声压实部和声功率,利用声压幅值构建的归一化水面、水下目标深度属性判别特征量具有更优性能.

麻地梁煤矿首采综放面收作期间防灭火技术研究

麻地梁煤矿507首采面是采用放顶方法开采埋藏浅特厚的长焰煤,漏风严重,丢煤多,尤其在工作面收作期间未进行放顶,采空区遗煤量更大。另外,工作面未采阶段推进速度慢,遗煤氧化时间长,极易引起采空区煤自然发火。针对以上情况,采取注氮降氧、高位钻孔注浆和注高固水材料覆盖隔氧、堵漏控风等的综合防灭火措施,保证了该工作面支架的安全撤出,为类似回采条件的工作面收作期间的防灭火提供参考。

超浅埋小净距隧道洞口段安全评估及钢栈桥工艺

针对隧道出口段存在超浅埋、小净距与下穿既有公路的特殊性,为了确保上覆既有公路正常通车下隧道出口段安全施工,研发了在既有公路路面上钢栈桥架越隧道拱顶的新工艺及钢栈桥设计参数,首次提出了路面钢栈桥与拱顶保护壳复合式立体式隧道洞口段掘进安全防护体系.采用MidasGTSNX软件,对钢栈桥设置的合理性和有效性进行了仿真模拟,结果显示,路面存在车辆荷载前提下,钢栈桥的设置能有效减小围岩塑性区的分布面积,显著降低拱顶沉降,保持围岩稳定.实践表明:在既有公路路面上设置钢栈桥,能保证既有公路正常通车条件下的超浅埋与小净距下穿隧道的安全掘进,本研究结果对类似隧道工程洞口段安全施工有重要的借鉴意义.

浅埋深采空区下孤岛工作面区段煤柱稳定性研究

为了揭示浅埋深采空区下孤岛工作面区段煤柱稳定,以榆家梁煤矿52302孤岛工作面为工程背景,采用数值模拟和理论分析相结合的方法,研究了孤岛工作面回采期间覆岩采动应力的分布特征,分析区段煤柱应力演化规律,理论校核区段煤柱稳定性。研究结果表明:结合采空区侧向煤体在动态支承压力形成极限平衡区,理论计算得出两侧支承压力峰值距离52302孤岛工作面边缘煤壁约为1.74 m,支承压力影响范围约为13.1 m。数值模拟得出初次来压步距约为60~70 m,周期来压步距约为15~20 m,孤岛工作面两侧煤柱最大应力为17.54 MPa,煤柱两侧塑性区范围为2~3 m。根据煤柱稳定性分析,区段煤柱核区宽度12.228 m,区段煤柱核区率81.52%,宽度15 m的工作面区段煤柱可保持稳定。研究结果可为类似条件工作面过平行煤柱开采提供参考。

浅层大位移井表层钻井的关键技术与应用

采用海水进行表层钻进已成为海上常规井、定向井常规技术,在大位移井中也通常采用海水深钻技术实现表层安全、高效钻进。对于浅层大位移井表层采用海水钻井技术尚未成熟,恩平油田浅层大位移井表层钻井面临地层松软、隔水导管窜漏、井眼轨迹难控制、井眼清洁效果不佳、易形成键槽、滑动钻进托压、下套管摩阻大、固井水泥返高把握难度大等问题。针对这些问题,通过井身结构、定向钻具组合、钻井参数、钻井液作业措施、顶驱下套管技术、固井施工方案等优选与优化,形成一套适用于恩平油田浅层大位移井表层海水钻井配套技术,对于其他海上油田的浅层大位移井表层钻井有借鉴和指导意义。

基于量纲分析的浅埋炸药爆炸地表振动速度试验研究

为研究浅埋炸药爆炸地表质点振动速度的衰减规律,在某试验场开展了多次不同当量和不同埋深的浅地下化学爆炸试验。通过测振系统获得了不同测点处的地面振动速度数据,分析了当量、炸药埋深以及测点距离对浅地下化学爆炸地表质点振动速度衰减的影响。结合量纲分析的方法建立了在介质为冲积土的条件下,预测精度较高的地表质点振动峰值速度计算模型。浅埋爆炸时地表质点振动峰值速度v_(P)与当量Q、装药埋深H和测点距离R有关,并获得了相关的经验公式。所得到的计算模型可为浅埋武器爆炸时的威力和毁伤效果评估提供一定的参考。

浅埋深复杂条件巷道围岩变形规律及稳定性分析

浅埋深条件下巷道掘进矿压显现规律复杂,加之在风氧化带、季节性河流和公路下伏巷道掘进,巷道围岩稳定性控制更为困难。为较好地掌握浅埋深复杂条件巷道掘进围岩变形破坏规律,采用普氏平衡拱理论和数值模拟对巷道掘进后的围岩变形破坏规律进行了分析研究,研究结果表明:巷道顶底部为卸压区,顶部影响范围小于30m,风氧化带、季节性河流和公路下伏巷道掘进不对地面产生影响,可满足巷道掘进施工的安全性。研究成果可为类似条件巷道合理布置提供依据。

浅海地震采集缆—源空间组合对激发子波特性的影响分析

地震资料分辨率低是当前渤海油田深层地震勘探面临的突出问题,而改善该问题首先须在地震采集尤其是震源设计方面寻求突破,但鲜有针对渤海浅水条件下的拖缆与震源空间组合研究的报道。为此,首先分析了渤海浅水条件下气枪脉冲的传播特征,确定了影响气枪脉冲传播的主要因素;再基于非理想气体条件气枪子波模型对浅水条件下单枪子波进行模拟,研究了考虑缆鬼波时子波及其频谱特征,提出采用考虑缆鬼波的子波对震源性能进行评价的方法;然后以渤海油田渤中地区实际地理和地质条件为基础,设计了不同缆—源沉放深度组合、震源平面展布的模拟试验,系统分析了渤海浅水条件下拖缆、震源空间组合对子波及其频谱的影响规律;最后将文中总结的规律认识和震源设计技术应用于渤中二次数据采集,并对比该区新、老三维拖缆单炮数据,验证了所提方法的正确性,对渤海浅水区气枪震源的优化设计及评价具有指导意义。

库车坳陷阿瓦特地区高精度地震成像技术及应用

阿瓦特区块位于塔里木盆地库车坳陷克拉苏冲断带西段,地表高程变化大、起伏剧烈,地下构造极其复杂。受地表及地下地质条件的影响,地震资料叠前深度偏移处理准确成像困难。笔者针对该区特殊的地质特征,通过近真地表叠前深度偏移技术、高精度浅表层速度建模技术、特殊岩性体速度精细刻画技术、多方位网格层析成像技术等系列高精度地震成像技术的应用,大幅度提升了该区地震资料的叠前深度偏移成像品质,为后续地质解释及油气勘探开发奠定了坚实的数据基础。

某压缩空气储能电站浅埋盐穴稳定性研究

国内许多盐穴难以满足压缩空气储能电站的改造要求,新建盐穴成为未来压缩空气储能电站储气库的重点目标。以安徽省某拟开采浅埋盐矿作为实例,建立水溶开采后盐腔计算模型。基于该矿区具有浅埋深与大倾角的地质特点,分析盐层倾角和埋深对盐腔变形和体积收缩的影响规律。研究结果表明:盐层倾角为20°时,盐腔的稳定性较差,矿区拟建盐腔埋深达到500 m后,腔体蠕变5 a后体积收缩超过安全限值。

禾二矿浅埋破碎顶板切顶成巷试验研究

针对浅埋薄煤层沿空留巷在工作面回采后垮落带内顶板不易垮落、沿空巷道动压显现剧烈的关键问题,通过关键理论分析、数值模拟、现场工程地质条件分析等手段,对浅埋深、薄煤层、破碎顶板条件下的切顶成巷技术开展研究,并在该条件下的禾草沟二号煤矿1105工作面回风顺槽进行现场应用。通过数值模拟,对比分析了切顶不充分和切顶充分时沿空巷道围岩应力分布及巷道围岩位移,结果表明：切顶充分时,采空区顶板对沿空巷道顶板动压影响大大减弱,巷道围岩变形较小,能够保证留巷效果。根据禾草沟二号煤矿浅埋、破碎顶板开采顶板运动模式和矿压显现特征,确定了切缝角度和恒阻锚索支护等关键参数,为浅埋、破碎顶板切顶卸压自动成巷的成功应用奠定基础,提出了切顶卸压自动成巷的预裂爆破参数设计、自动成巷支护技术;通过对禾草沟二号煤矿1105工作面回风顺槽留巷的工程地质条件分析,运用切顶成巷技术原理进行了留巷设计,并应用到现场,取得较好的应用效果。

浅埋煤层大采高工作面矿压显现规律及支架适应性

为研究浅埋煤层大采高工作面矿压显现规律及支架适应性情况,采用KBJ-60Ш-1型综采支架工作阻力连续记录仪对酸刺沟煤矿首采工作面进行实测分析。结果表明:工作面初次来压步距52 m,与理论计算结果54.1 m基本吻合;周期来压步距随工作面推进速度的增大而增大,工作面推进速度为4 m/d、13 m/d时,周期来压步距分别为12.8 m、21.8 m;来压期间;工作面中部支架工作阻力大,达到额定工作阻力支架的比例达96%;工作面两端支架工作阻力小,不超过额定工作阻力的支架比例达91%。最后根据支架运行特性分析,论证了所选用的2400/5000-2×4412-1750型液压支架可以满足来压期间的顶板岩层控制要求。

浅埋深高强度开采地表动态移动变形特征

为了掌握浅埋深高强度开采条件下地表动态移动变形规律,以神东矿区哈拉沟煤矿22407工作面地表移动观测站实测数据为基础,阐述了地表动态移动变形的特性,得到了相关动态移动变形参数,并分析了该地质条件下动态移动变形呈现特殊规律的原因。研究结果表明:在浅埋深高强度开采条件下,地表下沉过程异常剧烈,移动变形更加集中,下沉盆地快速形成。在地表持续移动变形过程中,活跃阶段地表下沉量达到总下沉量的81.4%,最大下沉速度系数为1.73,最大下沉速度达700.5mm/d,超前影响距为82 m,超前影响角为57.8°,最大下沉速度滞后距为57 m,最大下沉速度滞后角为66.3°。

大柳塔煤矿22103综采面压架机理及防治技术

根据神东矿区浅埋煤层开采压架机理的已有认识,对大柳塔煤矿22103综采面支架在12 000 kN工作阻力时发生压架事故的原因进行了分析,并提出了相应的防治对策。结果表明,附近小煤矿对上煤层的越界开采,使得22103工作面回采经历了推出上覆遗留煤柱的开采状况;而在此过程中,煤柱上方三铰式关键块体结构的相对旋转运动会造成2煤层间关键层结构上的载荷过大而失稳,最终引起工作面的压架。据此提出应首先探明上覆煤柱的分布情况,通过减小煤柱上方关键块体的回转空间、降低采高以及提高支护质量等措施进行压架事故的防范。

城市地铁暗挖施工地层变形机理及控制实践

笔者结合深圳地铁一期工程的某些暗挖标段工程及地质条件 ,在土层性质试验研究的基础上 ,深入分析了地层大变形机理及其主要影响因素 ,由此确定了地层大变形控制的原则和技术措施。在施工中 ,应用地层变形控制原则及相应的综合技术措施后 ,使地层变形大幅度降低 ,满足了地表环境保护的要求 。

浅埋大跨下穿高速公路隧道施工风险评估及控制措施研究

为评估浅埋大跨下穿高速公路隧道施工风险和优化施工措施,结合深圳市红棉路隧道工程现场监测数据,建立基于功效系数法的隧道施工风险评估模型。计算分析表明,现有的施工措施无法满足下穿高速公路段施工安全要求,施工风险等级极高,需要及时对其调整。经综合分析,采取合理的施工步序、台阶长度、开挖进尺、掌子面封闭加固措施、隧道施工工序优化、及时封闭初支、加快二衬施工等一系列优化控制措施,并采用FLAC3D数值计算软件验证其可行性。同时,通过现场实施效果与监测数据的反馈,并应用提出的风险评估模型计算发现隧道下穿高速公路段施工风险等级已降为低度,证明采取的风险控制措施合理可行,能够保障隧道成功穿越机荷高速公路。