鄂尔多斯盆地石炭系本溪组煤岩气地质特征与勘探突破

通过对鄂尔多斯盆地石炭系本溪组煤岩分布、煤岩储层特征、煤质特征、煤岩气特征以及煤岩气资源和富集规律等方面开展系统研究,评价其勘探潜力。研究表明:①煤岩气是有别于煤层气的优质天然气资源,在埋深、气源、储层、含气性、碳同位素组成等方面具有独特特征;②本溪组煤岩分布面积达16×10^(4)km^(2),厚度2~25m,以原生结构的光亮和半亮煤为主,挥发分和灰分含量低,煤质好;③中高阶煤岩TOC值为33.49%~86.11%,平均值为75.16%,演化程度高(Ro为1.2%~2.8%),生气能力强,气体稳定碳同位素值高(δ^(13)C_(1)值为-37.6‰~-16.0‰,δ^(13)C_(2)值为-21.7‰~-14.3‰);④深层煤岩发育气孔、有机质孔和无机矿物孔等基质孔隙,与割理、裂缝共同构成良好储集空间,储层孔隙度为0.54%~10.67%,平均值为5.42%,渗透率为(0.001~14.600)×10^(-3)μm^(2),平均值为2.32×10^(-3)μm^(2);⑤纵向上发育5种煤岩气聚散组合,其中煤岩-泥岩聚气组合与煤岩-灰岩聚气组合最为重要,封闭条件好,录井全烃气测峰值高;⑥构建了广覆式分布的中高阶煤岩持续生气、煤岩基质孔和割理裂缝规模储集、源-储一体赋存、致密岩盖层密闭封堵的煤岩气富集模式,存在煤岩侧向尖灭体、透镜体、低幅度构造、鼻状构造和岩性自封闭5种高效聚气类型。⑦依据煤岩气地质特征评价划分出8个区带,估算埋深超过2000m的煤岩气资源量超过12.33×10^(12)m^(3)。上述认识指导风险勘探部署,两口井实施后分别获得工业气流,推动进一步部署预探井和评价井,获得规模突破,提交超万亿方预测储量和超千亿方探明储量,对中国天然气效益增储和高效开发具有重大意义。

A PERTURBATION BOUNDARY INTEGRAL EQUATION METHOD FOR ANALYSIS OF INTERACTION BETWEEN FOUNDATION AND NONLINEAR ROCK AND SOIL MEDIUM

A scheme is developed for analysing the interaction between afoundation and a nonlin- ear rock and soil medium, in which thefoundation is considered as a linear elastic body and a typicalboundary integral equation method (BIEM) is employed. On the basis oftaking the nonlinear proper- ties of the medium into account, aperturbation BIEM is developed. The fundamental equations for thenonlinear coupling analysis are formulated, and typical problems aresolved and discussed by the pre- sent method.

永进油田致密储集层岩石力学参数剖面构建及应用

为评价低渗致密储集层可压裂性,对准噶尔盆地沙湾凹陷永进油田Y301井和Y3井的6块岩心进行实验,获得岩心矿物组分、孔隙度、应力—应变曲线、纵波速度、横波速度等参数,实验结果与测井、录井数据基本吻合,构建了研究区岩石力学参数经验模型。同时,基于等效介质模型,考虑矿物组分和孔隙结构特征建立了一种新的岩石脆性指数计算模型。在此基础上,提出了基于测井数据的低渗致密储集层力学参数剖面构建方法,并以Y301井为例进行了计算,结果表明,Y301井齐古组可压裂性良好,为致密砂岩储集层可压裂性综合评价奠定了基础。

中风化花岗岩中嵌岩桩承载性能原位试验与极限承载力预测

为深入探究中风化花岗岩中嵌岩桩的竖向抗压承载特性,对12根嵌岩桩进行了单桩竖向抗压静载原位试验与ABAQUS有限元数值模拟,通过多种方法对嵌岩单桩极限承载力进行评价,明确中风化花岗岩中嵌岩桩竖向抗压承载性状。研究表明:12根中风化花岗岩中嵌岩桩并非表现出完全端承桩,而是呈摩擦型桩或摩擦端承桩的性状;中风化花岗岩地基中的嵌岩桩竖向抗压极限承载力较高,桩顶沉降小,满足工程对基础的承载要求;有限元模拟荷载-沉降曲线与实测荷载-沉降曲线走势吻合度较高,桩顶沉降误差较小;本试验条件下,桩端阻力占桩顶荷载的56.9%,桩侧摩阻力占比为43.1%,桩侧摩阻力在荷载传递过程中发挥较充分;有限元模拟得到的单桩极限承载力与指数函数模型的预测结果较为吻合,可用于嵌岩桩单桩竖向抗压极限承载力的预测,以及嵌岩桩承载性状和荷载传递规律的分析。

泥石浆型复杂破碎岩体非线性渗流数学模型与实验研究

断层、陷落柱是影响承压水上煤层开采的主要隐患之一,由于其具有碎石块和泥质充填物(泥石浆)构成的复杂结构,其渗透性的确定通常以定性分析为主,缺少量化模型。为了研究泥石浆型复杂破碎岩体渗透性的量化计算方法,开展了渗流实验研究破碎岩体非线性渗流规律,并基于多孔介质分形理论、非线性渗流理论,建立了考虑黏土成分及泥化充填作用的破碎岩体非线性渗流数学模型,最后与实验结果对比验证数学模型的准确性。结果表明:①陷落柱破碎带样品的粒度分布具有一定的分形规律,含有黏土颗粒的破碎带岩体遇水泥化后,分形维数增大,黏土充填封堵了大颗粒岩石碎块内部的大孔隙,降低了破碎岩体的渗透性;②随着破碎带岩体渗透率的降低,非线性开始发生时的临界压力梯度也增大,表明非线性临界压力梯度可以用来量化破碎岩体的阻隔水能力;③非线性开始发生时的临界压力梯度的实验结果与数学模型计算结果吻合,验证了模型的准确性。建立的破碎岩体非线性渗流数学模型首次尝试考虑了黏土成分及泥化充填作用对渗透性的影响,为泥石浆型复杂破碎岩体渗透性的定量计算及水体下、承压水上等特殊开采条件下地质构造的阻隔水性能研究提供了一种新的研究思路。

柴北缘中酸性侵入岩成因及其构造意义

研究区位于柴北缘缝合带与磨拉石前陆盆地的结合部,区内构造经历了多期演化,岩浆岩广泛发育。岩体侵入于下元古界金水口岩群和寒武—奥陶纪滩间山群中,岩性为闪长岩、石英闪长岩、花岗闪长岩,属次铝质钙碱性岩系。岩石地球化学特征表明,该岩体具有火山弧花岗岩的特征,物源具有地壳和地幔的成分,并具同源岩浆演化特征。研究区主体属加里东期构造岩浆岩带,形成于板块碰撞前的构造环境,花岗岩结晶温压条件为640~720℃、0.1~0.3 GPa。

四川某锂辉石废石重介分选

这是一篇矿物加工工程领域的文章。研究对象为四川某锂辉石废石,根据该锂辉石废石的矿物特性,对该锂辉石废石三种不同入料粒度(-15+0.5 mm、-10+0.5 mm、-5+0.5 mm)分别进行实验室重液分选实验,实验结果表明,该锂辉石废石采用重液分选效果较好,且以-10+0.5 mm作为后续重介实验的入料粒度范围,并选择2.70 g/cm^(3)作为分选密度时,重液分选指标相对较好,但根据实际生产重介分选实验结果,最终在入选粒度为-15+0.5 mm,介质密度为2.0 g/cm^(3)时,分选指标相对较好。

不同浸水作用下煤岩损伤及力学性质劣化规律

本文以宁夏煤业的灵新矿的煤样为研究对象,设置煤样含水率、干湿循环次数、高盐矿井水矿化度3个变量,系统研究煤样无损吸水特性及不同浸水作用下煤样的力学性质损伤规律。并结合声发射试验获得的特征参数,量化抗压强度和弹性模量与不同含水率、不同干湿循环次数、不同矿化度间的定量关系,分析不同变量下的煤样破坏特征及裂隙发育演化过程。结果表明:含水煤样的抗压强度及弹性模量与含水率和矿化度呈线性递减关系,与干湿循环次数呈指数递减关系;随煤样含水状态(含水率、干湿循环次数)的提高,煤样内部剪切裂隙的占比逐渐增加,之后增加幅度较小;三者对煤岩介质的力学性质都存在劣化作用。煤岩介质的浸水试验有效揭示了不同浸水条件的“水-岩”耦合作用下煤岩介质的损伤破坏机理,为确保地下水库煤柱坝体稳定性研究提供有效的参考,同时可以为解决煤炭开采过程中所产生矿井水难以有效储存和利用以及大量水资源损失等问题提供有效思路。

不耦合装药下岩石爆破块体尺寸的分布特征

通过不同装药结构下立方体红砂岩小型爆破实验,分析了岩石的损伤程度和破坏模式,同时引入三参数极值分布函数量化岩石爆破块体尺寸分布特征。此外,根据岩样R1的爆破实验结果进行了有限元数值模型验证,基于验证的模型展开了岩石单孔爆破损伤破裂行为的模拟,讨论了径向、轴向不耦合系数和耦合介质对岩石破碎效果的影响。结果表明,三参数极值分布函数可以较好地表征岩石爆破后破碎块体尺寸分布特征,块体平均尺寸随着不耦合系数的减小呈线性降低趋势,且破碎块度趋于均匀。通过比较不同耦合介质装药时岩石内部的能量分布特征和破坏体积发现,水作为耦合介质时,爆炸能量的传递效率最高,其次分别是湿砂和干砂,空气的能量传递效率最低。结合等效波阻法计算的理论应力透射系数可以很好地反映不耦合装药时岩石的破碎程度。

磷矿中磷灰石及脉石与盐酸反应活性的研究

选用主要组分为磷灰石、石英、白云石的中低品位磷矿与盐酸溶液进行反应,考察了反应后的残渣质量、残渣中P2O5的含量以及残渣的X射线衍射图谱等。结果表明:原料磷矿与5%(体积分数,下同)盐酸溶液反应30 min后,白云石相基本消失,残渣中P2O5的质量分数由27.81%升至29.40%;采用10%的盐酸溶液,磷灰石开始参与反应;采用25%的盐酸溶液反应30 min后,残渣中P2O5的质量分数降至0.13%,磷灰石相基本消失。通过控制盐酸溶液体积分数,可选择性地使原料磷矿中的组分与盐酸溶液反应,达到酸法选矿、避免产生磷尾矿的目的。

湖南香花岭矿田中细晶岩型锂矿资源找矿潜力分析

为探究锂元素在中细晶岩中的分布特征和赋存规律,及与钨、锡、铌、钽、铍、铷等矿产的共伴生关系,对香花岭矿田有色—稀有金属的分布特征和成岩成矿过程进行了分析研究。以出露的花岗岩岩体为中心划分出了癞子岭—南吉冲、尖峰岭—香花铺、通天庙—瑶山里等3个稀有金属锂的成矿区段,且已在癞子岭—南吉冲和尖峰岭—香花铺成矿区段的中细晶岩中发现有富锂矿化体赋存。锂元素在中细晶花岗质岩体的内部、顶部及高侵位岩枝、岩脉前锋部位和边缘相等处的自变质蚀变作用部位,或在与富含硅质的围岩体接触带处的富硅石英脉封闭的区域中汇聚并富集成矿,划分这些矿化蚀变地段是香花岭矿田探获中细晶岩型锂矿体的一个重要思路。

300 MW中温绝热压缩空气储能设计研究

近年来,绝热压缩空气储能技术引起了广泛关注。为了对绝热压缩空气储能进行设计,需要对其技术方案及技术参数进行研究。首先提出压缩空气储能系统的计算模型,并对模型进行对比验证。然后,以岩石硐库储气库的300 MW中温绝热压缩空气储能系统为例,比选得到透平机入口压力17 MPa、压力波动范围6 MPa为最优方案;并根据运行参数的计算,得到300 MW中温绝热压缩空气储能的设计方案。提出的建模过程及分析方法可以用于绝热压缩空气储能项目的设计。

爆破掘进在煤矿岩巷中的参数优化及试验研究

鉴于某煤矿60采区0420工作面掘进工程中存在人工效率慢的缺点,同时为了解决掘进难度高和不合理的爆破方式,基于BP神经网络设计,优化爆破参数,建立模型结构,进行现场试验,结果表明:工作面爆破开挖后,巷道成形基本保持完整,少数局部有超挖现象,数值都控制在100 mm以内,提高了掘进效率,保证了爆破效果。

基于各向异性高分辨地震处理的煤层顶板含水性风险评价

随着矿井水防治在煤矿开采中的重要性与日俱增,对地震精细勘探的方法也提出了更高要求,常规基于各向同性的地震勘探已无法满足对复杂条件下煤层及其顶底板的高精度勘探要求。根据煤系地层正交各向异性特征,综合其周期性薄互层各向异性和裂隙诱导型各向异性,针对具有垂直对称轴的横向各向同性(Transverse Isotropy Medium with Vertical Symmetry Axis,VTI)介质特性提出基于高阶动校正的广角成像方法拉平同相轴,提高远、近偏移动校正精度,针对方位各向异性(Trans-verse Isotropy with Horizontal Axis of Symmetry,HTI)介质特性应用炮检距向量片(Offset Vector Tile,OVT)域处理消除煤系地层构造裂隙下不同方位各向异性,在地震资料处理阶段提高成像精度及分辨率。在宽方位高保真成像基础上,岩性解释基于岩石物理特征的拟声波方法,通过对声波时差测井曲线进行重构,在速度曲线中融入地层岩性信息,通过反演迭代可分析地层岩性空间展布特征;裂隙解释基于OVT道集所包含的方位角偏移距信息椭圆拟合,得到地震波在不同方位衰减梯度,由方位衰减梯度数据拟合得到裂缝密度及方位推出地层裂缝密度分布特征,实现对影响矿井水灾两大关键参数煤层顶板含水层以及导水裂隙带的精细探查。在此基础上对煤层顶板产水危险区进行综合评估。将所提方法应用于研究区,实际资料含水风险评价与生产井情况吻合度较好,结果验证了所提出的风险评价方法的可行性及适用性,为煤层开采中矿井水灾危险区预测提供了有益参考。

大兴安岭呼中地区玛尼吐组火山岩锆石U-Pb年龄、地球化学特征及地质意义

大兴安岭北部地区大面积分布中生代火山岩,前人对呼中地区玛尼吐组火山岩研究的较少,本文通过年代学及地球化学等方面的研究,探讨玛尼吐组岩石形成年代、岩浆来源及构造背景。对玛尼吐组中—酸性火山岩进行了系统的LA-ICP-MS锆石U-Pb测年,显示同位素年龄为154.5±8.6 Ma,表明形成时代为晚侏罗世。岩石地球化学显示富集Rb、Ba、K、Th、La、Ce、Nd、Hf等元素和轻稀土元素,亏损Sr、Nb、P和Ti等元素,属准铝质—铝质高钾钙碱性岩系。玛尼吐组中—酸性火山岩岩浆可能来源于受俯冲板片流体加入引发下地壳部分熔融,进而发生分离结晶作用。构造背景为古太平洋板块向额尔古纳地块下的俯冲作用形成的活动陆缘环境。

沿海岩质边坡中风化花岗岩相似材料配比试验研究

为研究东南沿海岩质边坡在地震作用下的岩质边坡动力响应,首先对中风化花岗岩相似材料进行配比模拟试验。试验选取铁粉、石英砂为骨料,水泥、黏土、水为调节材料,速凝剂为粘结剂的相似材料配比方案,设计了五因素四水平的正交表,并进行岩石压缩试验。结果表明:黏土质量主要影响相似材料的弹性模量,相似材料的弹性模量随黏土质量的增加而增大;铁粉质量对相似材料的弹性模量和黏聚力均具有重大贡献;水泥质量对相似材料的影响较为稳定;最适宜的振动台试验配比(质量比)为铁粉∶石英砂∶水泥∶黏土∶速凝剂∶水=405∶800∶130∶16∶2.1∶140。该试验以材料为因素变量进行正交设计,所得结论可为其他振动台试验材料模拟提供参考。

桑树坪煤矿岩巷掘进爆破参数优化

为有效保护钻装机组、提高出碴效率、合理提高循环进尺,在充分调研现有爆破技术的基础上,提出了以“中空孔直眼掏槽”为基础的爆破试验方案。通过爆炸成形中空孔双七眼掏槽爆破试验、下台阶双掏槽区直眼掏槽爆破试验、下台阶单掏槽区3步起爆爆破试验以及3步起爆法优化等确定了桑树坪煤矿岩巷掘进最优爆破参数,实现了爆破飞石距离小于15 m、大块率低、爆堆集中的目标,对移动受限的钻装一体设备、拱顶锚网支护具有明显的保护作用,每月掘进进尺能提高20~30 m。该试验方案有效解决了岩巷掘进效率低和爆破飞石抛掷远的问题,为煤矿岩巷快速掘进综合技术的应用提供了参考。

孔隙—裂缝型岩溶热储热——流—化多场耦合作用机理

岩溶型热储开采过程中,储层孔隙内水岩反应会导致流动通道变形,忽略这一反应过程将导致热储产能预测偏差较大。为了揭示水岩作用下岩溶型热储孔隙和裂缝形态的演化特征,综合考虑了孔隙和裂缝内的水岩反应过程,搭建了孔隙—裂缝双重介质热—流—化多场耦合模型并验证了其准确性,进而分析了热—流—化多物理场与孔隙—裂缝形态的分布特征,探究了孔隙—裂缝内水岩反应对孔、缝变形和系统取热性能的影响。研究结果表明:(1)欠饱和注入条件下,注入井处发生溶解反应,生产30年时,裂缝开度增大了0.32%,孔隙度增大了75.76%;(2)生产30年时,考虑孔隙—裂缝内水岩反应案例的裂缝平均开度降低了0.05%,考虑裂缝而不考虑孔隙内水岩反应案例的裂缝平均开度增大了17.12%,二者呈现相反的变化趋势;(3)考虑孔隙—裂缝内水岩反应案例相比于仅考虑裂缝而不考虑孔隙内水岩反应的案例,生产30年时,生产温度相差不大,系统注采压差增大了1.57倍。结论认为:(1)岩溶型热储孔隙内水岩反应对孔、缝变形和取热性能影响显著,其改变了水岩反应对裂缝开度的作用机理,影响系统注采压差;(2)孔隙内的水岩反应不容忽视,在进行岩溶型热储产能的精确预测和经济评价时必须予以充分考虑;(3)该认识可为岩溶型热储开发方案设计和产能预测方面提供理论和技术参考。

基于孔裂隙理论的岩石物理实验研究与理论应用

地下地质构造中含有一系列不同尺度的孔隙和裂缝,相比于裂隙,孔隙不易发生形变而裂隙在压力作用下易于变形闭合,这一特性显著影响着岩石中弹性波的传播。在此背景下,提出的新理论模型,就裂隙对弹性介质的影响进行了分析,引入了“挤喷流”(squirt flow)效应的贡献.

关于中深井开采煤矿地表岩移观测的研究

随着地下煤炭资源的开采,造成的地表沉陷及带来的破坏问题越来越严重。以豫西A煤矿工作面为例,通过设置移动观测站来研究中深井煤矿开采所引起的地表岩层移动规律,以提高矿产资源的回收率,控制地表沉陷,为该矿区合理开采和保护煤柱的留设提供科学依据。