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煤炭科学技术
煤炭科学技术

王金华

月刊

0253-2336

cst410@china.com

010-84262920 84262926

100013

北京和平里青年沟路5号

煤炭科学技术/Journal Coal Science and TechnologyCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>该刊为实用性的技术类刊物。辟有技术经验、实验研究、问题探讨、专家论坛、新产品、科技信息等栏目。是全国优秀期刊之一，第二届全国科技期刊评比获二等奖。读者对象为有关专业的科研生产设计教学管理等单位的工作者。
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    深井冻结黏土爆破振动传播规律研究

    于建新郭敏高帅杰王晓...
    111-117页
    查看更多>>摘要：为研究冻结黏土爆破中的应力波传播规律,减小对冻结管和井壁的振动损伤,在立井冻结黏土掘进段开展了爆破试验.通过井下-690 m的爆破振动测试,得到了冻结黏土中垂直、水平径向和水平切向的振动速度,利用萨道夫斯基公式对参数进行拟合,得出冻结黏土单一介质爆破各向振动速度呈现出差异,垂向振动速度>径向振动速度>切向振动速度.对冻结黏土爆破振动信号进行小波(包)分析,得出:爆破距离在0～6.243 m,3个分量上的总能量呈现出Ez>Ex>Ey的规律,爆破振动频率主要集中在250 Hz以内;爆破振动信号能量占比在高频段呈震荡式衰减,低频段衰减慢并趋于稳定;爆破振动总能量占比能量变化一般在频带0～187 Hz急剧下降,在218 Hz左右能量占比又显著增大;垂向能量变化较径向和切向的能量变化更为显著.研究成果对于立井冻结黏土爆破掘进及振动控制具有一定的指导意义和应用价值.

    立井深部人工冻土爆破振动振动波

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    大直径救援井安全透巷技术研究

    刘明军郝世俊郑玉柱白刚...
    118-126页
    查看更多>>摘要：透巷井段是指在救援井施工过程中,为防止上覆岩层出水进入巷道,并保障套管下入、固井时孔底动压力不对巷道顶板造成破坏,井底预留一定厚度的地层.为了实现安全、迅速提升被困人员到地面,要求救援井井径大、优快钻进、精确中靶,同时保持巷道顶板的完整性、控制泥浆涌入巷道.通过理论分析、数值模拟、现场应用等研究手段,优化了救援井透巷施工工艺.通过三维相似模拟,对巷道开挖顶板位移、钻进过程围岩扰动、透巷井段安全距离、套管下深进行研究,同时对空气潜孔锤反循环钻进工艺进行优化,有效封隔含水层及井壁不稳定地层,保证救生舱在救援井下放、提升顺利.以山西某煤矿避难硐室地面救援井为例,建立了巷道开挖、钻进过程数值模拟模型,模拟结果表明:① 巷道和钻孔围岩岩体破坏的主要方式包括剪切破坏和拉伸破坏,且以剪切破坏为主,地层岩石黏聚力越小,围岩塑性破坏区宽度越大.巷道开挖后顶板塑性区高度达到9.59 m,顶板最大下沉量为15.9 cm.② 地面大直径救援井钻进过程中,钻井破坏了地层原有应力平衡,引起周围地层的应力重新分布,造成周围地层产生移动变形和塑性破坏区,且以井眼中心呈对称分布,井壁水平位移的范围为20.3～90.5 mm,塑性破坏区宽度为1.43～1.82 m.③ 施加在井底载荷一定条件下,随着透巷距离的增加,开始巷道顶板有大的拉伸塑性应变,当透巷井段长度增加到15 m以上时,顶板塑性应变减弱,随着透巷距离继续增加,侧帮塑性应变受挤压作用增大.大直径救援井安全透巷技术研究,是对救援井施工工艺技术的进一步完善.

    矿山灾害大直径救援井安全透巷反循环钻进

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    急倾斜特厚煤层水平分段开采工作面瓦斯涌出影响因素研究

    陈建强王世斌刘旭东郑三龙...
    127-135页
    查看更多>>摘要：急倾斜特厚煤层回采工作面瓦斯涌出问题已经严重影响到煤矿的安全生产.为研究急倾斜特厚煤层回采工作面各因素对瓦斯涌出量的影响,利用分源预测法构建了急倾斜特厚煤层回采工作面瓦斯涌出量预测模型,对采用水平分段综放开采的乌东煤矿+575 m水平45号煤层西翼回采工作面的瓦斯涌出源进行分析并预测工作面的瓦斯涌出量,采用修正的Morris筛选法对采用水平分段综放开采的乌东煤矿+575 m水平45号煤层西翼及43号煤层西翼回采工作面影响瓦斯涌出量的各个因素进行灵敏度分析,结果表明:乌东煤矿+575 m水平45号煤层回采工作面瓦斯涌出量预测模型的预测结果与实测结果具有较高一致性,其最大相对误差为5.43％,最小为0.18％,平均相对误差为3.23％,验证了预测模型的准确性;回采工作面的瓦斯涌出主要来自于开采分段与下部煤体,邻近煤层与上部老采空区的瓦斯涌出所占比重较少;+575 m水平43号煤层西翼回采工作面与+575 m水平45号煤层西翼回采工作面的灵敏度分析结果整体上具有一致性,工作面的丢煤瓦斯涌出系数、开采层瓦斯涌出、煤层的原始瓦斯含量、开采煤层瓦斯含量梯度均为高灵敏度参数,围岩瓦斯涌出系数和分层瓦斯涌出系数均为灵敏参数,采动影响破坏深度为中灵敏度参数,老采空区瓦斯涌出系数为不灵敏参数.

    急倾斜特厚煤层瓦斯涌出量灵敏度分析水平分段开采分源预测法

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    采动诱发充填断层活化滞后突水机制研究

    张鹏朱学军孙文斌杨辉...
    136-143页
    查看更多>>摘要：构造致灾突水一直是煤矿安全开采的焦点问题,现有研究缺少对于断层带缓冲作用的考虑以及构造内部特征对于构造本身演化影响的考虑,为了解决这一问题,从构造内因入手,基于岩体极限平衡理论对底板隔水层极限水压进行推导,建立了断层影响下采动应力力学模型,获得了采动影响下断层活化力学判据;依据断层活化的力学判据,获得了承压水作用下断层内部裂隙扩展演化形成突水通道的演化特征,初步提出了由于断层充填物的不均匀性导致断层内部受力不均衡导致突水通道的连通滞后进而引发底板滞后突水的观点.利用RFPA2D-FLOW二维数值模拟软件对底板断层活化以及最终形成滞后突水的过程进行了模拟.基于理论分析和数值模拟对采动诱发底板断层活化及滞后突水的特征进行了深入的研究,获得了采动影响下诱发断层活化及滞后突水机制.结果表明:当工作面回采过断层后,当断层附近围岩体应力极限平衡状态被打破,极易促使断层活化诱发底板突水灾害发生,同时由于断层充填物的不均匀性及其缓冲作用使得突水滞后.该突水机制为目前存在断层活化及底板滞后突水事故风险的工作面的水害防治提供了参考.

    煤矿开采断层活化断层充填物底板滞后突水突水

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    复合射孔技术对松软煤层的损伤效果研究

    杨兆中王乃璐张平李成兵...
    144-151页
    查看更多>>摘要：松软煤层具有弹性模量低、抗压强度低及泊松比高等特点,同时节理、割理发育,存在大量天然裂缝.大量研究数据表明,水力压裂技术对煤层气的增产效果并不理想,于是国内外学者逐渐将目光转移到复合射孔技术.针对复合射孔技术对松软煤层的损伤效果问题,采用试验与数值模拟相结合的方法,选取松软煤层中煤样进行三轴压缩试验及分离式霍普金森杆试验,并进行数值模拟计算.结果表明:煤岩在静态压缩下呈现偏塑性,在高应变率条件下呈现明显的脆性,表现出很强的气动力冲击可压性;复合射孔技术比普通射孔剪切和拉伸破坏范围明显更大,损伤裂缝数量更多,裂缝扩展更长;HMX-HTP B系推进剂,升压延迟时间长,峰值压力高,对射孔孔道及井筒周围煤岩压裂作用明显,因此较适用于复合射孔;推进剂外置对射孔孔道附近的煤岩压裂改造作用较为明显,形成多条延伸距离较远的损伤裂纹,对套管、水泥环的损伤破坏效应相对弱.

    复合射孔松软煤岩损伤效果分离式霍普金森杆

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    水对含孔煤体蠕变声发射特性影响的试验研究

    张天军陈智云潘红宇
    152-160页
    查看更多>>摘要：水是影响煤体稳定的主要因素.为了全面分析水对钻孔周围煤岩体蠕变声发射特性的影响,通过室内制取含水率0、4％、8％以及饱和含水4种含水状态的单孔试样,开展不同含水率下的分级加载蠕变声发射试验,得到不同含水率下钻孔周围煤岩蠕变声发射规律.试验结果表明:① 含水率的改变影响钻孔孔周煤岩体的蠕变力学性质,蠕变瞬时应变与稳态应变随含水率的增加呈指数上升,其中饱和含水试样应变增幅更加明显,其瞬时应变及稳态应变最大增幅达到44.5％和28.6％.② 含水率影响蠕变过程中累计振铃计数及轴向应变的大小,轴向应变随着含水率的增加而增加,累计振铃计数随着轴向应变的增加呈线性上升,且含水率越大,累计振铃计数增加幅度越大,不同应力水平下,含水率4％、8％及饱和含水试样的累计振铃计数增减幅度基本维持在43％、53％和74％.③ 声发射振铃率在每一级蠕变阶段都会有增长—减小—稳定的趋势,随着含水率增加声发射活跃程度明显降低,并且蠕变曲线相对于声发射数据在时间上会出现一个滞后效应.研究为瓦斯抽采、钻孔护孔及声发射检测方面提供了指导.

    含孔煤岩体蠕变试验含水率累计振铃计数振铃计数率声发射

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    陕北榆神矿区富油煤分布规律及形成控制因素

    许婷李宁姚征王强...
    161-168页
    查看更多>>摘要：富油煤开发利用对实现我国煤炭清洁低碳利用、缓解油气供应紧张、保障国家能源安全具有重要意义.鉴于此,基于焦油产率分级划分,对榆神矿区延安组主采煤层富油煤时空分布特征进行了研究,对影响焦油产率的地质因素进行了探讨.结果表明,该区总体以富油-高油煤为主.垂向上,3-1号煤层焦油产率最高,富油煤和高油煤分布面积最大,其次为2-2号煤层,5-2号煤层相对最小.平面上,焦油产率呈东南部高,西北部低的变化趋势,除局部分布含油煤外,其他区域均被富油煤和高油煤覆盖.高油煤在矿区东南部连续分布,东北部零星分布,其中3-1号煤层高油煤分布面积最大且连续性最好.富油煤的形成主要受煤化程度、成煤物质、成煤环境等因素影响.较低的煤化程度对富油煤的发育极为有利,富油煤和高油煤发育比例达96％以上.较高的富氢镜质组含量为富油煤的发育提供了良好物质基础,富氢镜质组(基质+均质镜质体)含量为高油煤>富油煤>含油煤,富油煤和高油煤的富氢镜质组分含量占全岩显微组分的比例均在50％以上,氢元素含量均在4％以上.强还原性环境为富油煤的生成和富集提供了良好条件,富油煤主要形成于三角洲平原到滨浅湖沉积环境,覆水深度越大,还原性越强,越有利于形成高焦油产率煤;高油煤主要形成于东南部覆水深度最大、还原性最强的滨浅湖环境.

    榆神矿区富油煤富氢显微组分成煤环境焦油产率

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    煤层气井排采中不同应力机制下含断裂煤储层稳定性分析

    章朋孟雅刘超英郭元岭...
    169-175页
    查看更多>>摘要：排采过程中地应力动态调整易导致储层断裂失稳破坏,影响煤层气井开采效率.为研究不同应力机制条件下煤层气井排采过程中含断裂煤储层的稳定性,基于煤储层地应力动态变化模型,推导了不同应力机制下含断裂煤储层稳定性判别模型,分析了排采过程煤储层断裂稳定性变化规律,提出了含断裂煤储层稳定性评价指标(Fcr).根据实际数据,对沁水盆地南部郑庄区块含断裂煤储层稳定性开展了动态评价.研究表明:含断裂煤储层稳定性受断裂面摩擦系数控制,当排采过程中煤储层破裂面剪切应力与正应力的比值超过破裂面的摩擦系数时,煤储层沿破裂面发生相对摩擦滑动.排水降压和初始产气阶段,不同应力机制条件下,含断裂煤储层稳定性均不断增强.稳定产气和衰减阶段,煤层气不断解吸,产生基质收缩效应,含断裂煤储层稳定性在正断层和走滑断层应力机制下不断减弱,在逆断层应力机制下不断增强.基质收缩效应越强,含断裂煤储层稳定性变化速率越快.假设郑庄区块煤储层为水平展布的各向同性的孔弹性介质,不同井位附近存在最优角度断裂面,排水降压及初始产气阶段,含断裂煤储层在正断层和走滑断层应力机制区域,Fcr分别减小和增大,稳定性分别降低和增强,变化幅度较小,主体仍位于稳定性中等区;稳定产气和衰减阶段,Fcr均加速减小,稳定性显著降低,部分区域降至稳定性较差区,甚至失稳破坏.

    含断裂煤储层煤层气井排采储层稳定性郑庄区块地应力

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    吐哈盆地水西沟群致密砂岩气成藏机制新理论——近生近储和自生自储

    倪良田钟建华王桂林孙宁亮...
    176-186页
    查看更多>>摘要：吐哈盆地侏罗系水西沟群是一套典型的地洼型沉积建造,以反映活动型沉积的分选、磨圆很差的长石岩屑砂岩为代表,广泛发育煤层、炭质泥岩和深灰色泥岩,煤系烃源岩的广泛发育为致密砂岩气藏的形成创造了条件.为明确吐哈盆地水西沟群致密砂岩气成藏模式,通过源储配置关系及气藏特征,提出了3种成藏模式:近生近储、自生自储和复合生储.近生近储指的是砂砾岩与煤层直接接触形成天然气藏,自生自储指的是砂砾岩中的碳屑排烃形成天然气藏,而复合生储指的是有前述2种作用叠加形成的天然气藏.研究区致密砂岩气藏甜点形成受控于源储三维空间的良好匹配,在源储配置成藏时间与构造圈闭形成时间上,两者具有"源-储-圈闭-藏"完美的对应关系.成藏物质体系在相同沉积体系下通过"近生近储"生排烃及短距离运移的成藏机制下运聚成藏,甜点区在决口扇发育的沉积区和构造活动强烈的北部山前带最为发育,分布在凹陷中心边缘优质砂体发育的构造高点或圈闭褶皱中心部位,揭示了构造活动对致密砂岩气成藏也有影响,形成地洼盆地天然气成藏的一个优势."自生自储型"成藏机制在沉积不稳定的决口扇发育区广泛分布,也是一种重要的成藏机制.此外,在盆地尚有由上述两者叠合形成的复合成藏机制.这3种成藏机制是由地洼活动型构造沉积特点所决定的,反映了地洼在成藏上的独特性,非地台所能有.

    致密砂岩气自生自储近生近储成藏机制地洼盆地吐哈盆地

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    基于裂缝特征的高阶煤剩余资源分布预测

    晁巍巍张建国张聪石斌...
    187-192页
    查看更多>>摘要：高阶煤剩余资源分布预测是气田开发中后期井位调整部署重要组成部分,合理选择井型和井距可促进井组间面积降压、提高产气效果.而目前精确预测剩余资源分布的关键问题是如何确定已开发井的采动影响范围.针对这一问题,以沁水盆地南部区块为依托,系统分析100余口井的地质参数、压裂监测数据和开发动态数据,剖析了影响煤层气井采动影响范围关键因素.研究结果表明:煤层气井的采动影响范围是由煤层的压裂裂缝控制的近似椭圆状分布;而压裂裂缝受构造影响较大,构造类型影响了压裂裂缝方向,单斜构造、背斜翼部、向斜翼部裂缝方向与最大主应力保持一致,背斜轴部裂缝方向与轴向方向一致,向斜轴部裂缝方向与轴向垂直;构造曲率与压裂主裂缝长度呈负相关关系,曲率越大主裂缝长度越短.基于以上研究结果,建立了剩余资源分布预测方法,其方法的核心内容是依据构造相似性原理,利用聚类统计法,根据已开发井构造特征,推测采动影响分布规律,确定剩余资源分布.运用该方法在樊庄北部实施调整后效果明显,为高阶煤中后期开发调整方案编制提供依据.

    高阶煤煤层气井剩余资源裂缝方向单井采动面积

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