四川省矿床的赋矿层微观裂隙特征及其控制因素

文章从赋矿层位、构造入手,研究了矿床形成的特殊矿源层及构造作用下的成矿裂隙特征,认为所研究矿区位于全区含矿丰富体系下地层内,差异的矿化特征主要由不同矿层的微观裂隙导致形成。

基于微观裂隙扩张的采场底板突水机理研究

基于矿山压力和岩层控制理论,分析了工作面附近支承压力及底板水压的空间分布特征,确定了两者对底板的力学作用机制。通过建立裂隙力学模型,从微观角度研究了支承压力和水压对裂隙的作用效果;以薄板理论为依据,从宏观角度研究了含水层水压对底板有效隔水层的作用机理,并给出底板突水极限水压值的计算公式。结果表明:支承压力的增大会导致裂隙渗透系数的减小;水压的增大会导致岩体强度的降低和裂隙劈裂长度的增加。采场底板突水的实质是采动引起的矿山压力和承压水水压共同作用下微观裂隙的扩张和底板有效隔水层的断裂。

煤层裂隙发育方向对瓦斯抽采效果影响的实验研究与应用

为了提高保德煤矿瓦斯抽采效率,实现高效抽采的目标,分析了保德煤矿8#煤层裂隙发育主方向及其与构造应力的关系,测试获得了沿主裂隙不同角度时煤样渗透率的变化规律。结果表明,8#煤层微观裂隙发育的主方向为与工作面呈23°左右的夹角。当煤样取样角度与裂隙发育方向平行时,煤体的渗透率最大;与裂隙发育方向垂直时,煤体的渗透率最小,随夹角的增大,煤体的渗透率逐渐减小。为验证实验结论,在现场施工了与裂隙发育方向分别呈30°、45°、60°、90°的四组抽采钻孔,结果表明当夹角为90°时,钻孔抽采瓦斯的浓度和纯流量最大,夹角为30°的时候最小。这表明井下施工抽采钻孔时,应充分考虑煤层微观裂隙的发育方向。

库拜煤层气示范区潜力煤层宏-微裂隙特征认识

裂隙对于煤层气开采的重要性相当于人体的血管。为了有效、科学地掌握研究区煤层气潜力层宏-微观裂隙特征,打通煤层气排采通道,以野外69个实测点、183个测量数据、40个煤岩样品的液氮等温吸附试验为依据,开展宏观节理认识基础上的微观孔隙特征探索。结果表明:1)研究区节理发育的优势方向为NWW或NNE;随着岩石颗粒变细,节理裂隙线密度越大,反之亦然;随着岩层厚度的增加,节理裂隙发育的线密度呈指数递减,相关性系数为R;=0.873 2。2)根据地表围岩裂隙产状推断研究区煤层裂隙发育的优势方位的原则是岩性越细,优势方位越与煤层相一致。3)研究区三层煤样品的试验结果显示,A;和A;煤层3~4 nm的孔径孔隙对气体的储存贡献较大,孔径喉道对气体的脱附影响较大,开发过程中解析具有一定难度;A;孔径为70~600 nm,即以中、大孔径孔隙为主,解析脱附效果较好,是研究区三层煤中后期开发潜力最大的煤层。该成果认识对于煤层气有利区块的评价、优选以及开发方案的拟定极具指导价值。

酸化作用对页岩微观结构及其物性的影响

龙马溪组页岩作为贵州页岩气的主要储气层位,勘探及钻井均证实其具有良好的页岩气成藏条件和资源开发潜力。为揭示贵州龙马溪组页岩微观孔隙结构及其物性对酸化作用的响应规律,基于X射线衍射分析(XRD)、压汞、低温氮吸附及核磁共振(NMR)等实验手段,定量表征页岩酸化作用前后的孔隙体积、孔隙率、比表面积、孔径分布等页岩微观结构物性参数的差异性,分析酸化作用前后页岩孔裂隙的结构特征。研究表明:酸化作用增大了页岩的孔隙体积、孔隙率、比表面积和孔径,酸化作用后页岩进-退汞曲线及低温氮吸/脱附曲线的滞后环明显增大,酸化作用增大了墨水瓶孔的孔隙体积;受到酸化作用影响,页岩优势孔隙由介孔和110 nm左右大中孔向介孔与2800nm左右宏孔发展,介孔数量减少,宏孔数量增加,页岩孔隙的连通性明显变好;酸化对页岩孔裂隙中矿物质及黏土成分具有明显的化学溶解和刻蚀作用,对页岩孔裂隙体积的改造效果显著,增加了页岩储层的渗透性,进而提高了页岩气的运移与渗流能力;酸化作用下伴随的水化作用对页岩孔裂隙沿层理面起裂、扩展延伸起促进作用,但是页岩酸化作用下的水化作用机制尚需进一步研究。

微波照射后花岗岩裂纹扩展规律试验研究

硬岩裂隙的形成和扩展规律是研究岩石损伤机理的重要内容。为了探究微波照射下,岩石裂隙的扩展规律,为微波辅助破岩技术提供理论依据,利用扫描电镜(SEM)设备对花岗岩试件在微波照射及单轴抗压强度测试后进行扫描观测,分析岩石断口的形貌、裂纹的类型及断裂模型。结果表明:高功率微波照射后,试件表面出现颜色变化,并伴随有张拉裂纹出现,在压缩试验后,试件上部结构呈粉末状破碎;SEM设备观测下花岗岩断口形貌特征主要为平坦面状和条纹状断裂;花岗岩的裂纹类型主要为张拉裂纹和压剪裂纹;花岗岩的断裂模型主要为沿晶断裂、穿晶断裂以及两者叠加。

基于低场核磁共振的高阶煤平行与垂直层理结构特征

为提高对煤层气水平井开发中流体运移、产出的认识,以沁水盆地南部高阶煤为研究对象,基于低场核磁共振试验,探讨了平行层理与垂直层理方向高阶煤储层结构特征,并进一步阐述了平行层理与垂直层理方向煤储层结构差异的原因。结果表明,平行层理与垂直层理方向高阶煤具有相似的孔径分布特征;平行层理方向高阶煤孔隙度略低于垂直层理方向,但大孔与微观裂隙之间,以及中孔和孔径<500 nm的大孔之间连通性更强,使其具有更高的有效孔隙度和更强的孔裂隙连通性。垂直层理方向孔隙被压扁更严重,割理和微观裂隙沿煤层层理方向延伸,垂直层理方向连续性差,是平行层理与垂直层理方向高阶煤结构差异的主要原因。

利用岩芯变形测定原始地应力

探讨了利用测量岩芯的直径变形来测定地应力的一种新方法———岩芯变形法,通过预备实验和实际测定确认了岩芯变形法的适用性.预备实验的测定结果表明,平面内的主应力方向和主应力差之值均与所施加的载荷相一致,水压致裂采取到的岩芯的测定结果也表明两种方法的结果相吻合.探讨了岩石的微观裂隙、超声波速度与岩芯变形之间的关系.岩芯变形法不需要对岩芯进行整形,并且在非破坏状态下测定,对各种岩石均适用,为原始地应力测定提供了一种新的方法和途径.

不同固化剂含量改良砂土力学特性数值模拟

对不同固化剂含量条件下的改良砂土进行室内无侧限单轴压缩试验,利用颗粒流数值模拟软件建立对应数值模型并进行数值模拟试验。通过研究不同固化剂含量下试样在不同加载阶段的微观破坏机理,发现固化剂的含量显著影响试样的抗压强度、抵抗变形能力以及试样破坏的宏观模式。随着固化剂含量的增加,试样的峰值强度、弹性模量均增大,而峰值应变减少。根据微观裂隙、接触力链及颗粒位移场的发育演化过程可以看出,随着固化剂含量增多,试样容易出现应力集中现象,发生局部破坏,破坏面由整体贯穿逐渐变为局部压碎破坏,破裂后力链弯曲程度由大逐渐变小,颗粒位移方向由紊乱分散逐渐均匀有序,试样的破坏模式由拉剪复合型破坏为主过渡到剪切破坏为主。

粉土干化过程中微观结构的演变

对黏粒含量为34%的粉土泥浆样进行无宏观裂缝出现的慢速干化试验,对干化至不同目标含水率的试样进行压汞试验,获得孔隙分布曲线,系统地研究干化过程中粉土微观结构的演变规律,分析微观裂隙的形成及发展机制。研究结果表明:随着干化的发展,最大进汞量逐渐减小,当含水率达到缩限后,最大进汞量保持不变;不可侵入孔随干化逐渐增多,当含水率小于缩限后,不可侵入孔增大的趋势减缓;当含水率大于缩限前,孔径分布(PSD)曲线峰值对应孔径随干化呈单调递减的关系,含水率继续减小至缩限以下时,峰值对应孔径逐渐增大至固定值;由饱和到非饱和过渡时,PSD曲线在0.1~1?m范围有隆起并达到最大,随着干化的深入,隆起减小直至消失。PSD曲线峰值孔径随干化先减小后增大的趋势以及隆起随干化的变化规律,均证明干化过程中有可能产生微观裂隙,并反映了微观裂隙的演变过程。粉土泥浆样干化过程中,当由饱和过渡到非饱和状态时,黏土会像"外套"一样裹在粉土颗粒周围,微观裂隙在黏土颗粒间及黏土颗粒与粉土颗粒间的交界面上开始出现,该微观裂隙和宏观干燥裂缝在本质上是不同的,是对土体龟裂研究机制的补充。