祁南煤矿小型断裂构造复杂程度与褶皱变形研究

为查清祁南煤矿101采区煤层赋存情况,在对地质勘查和开采条件系统分析和统计的基础上,应用分形理论对101采区地质构造断裂网络进行复杂程度评价,并讨论褶皱平面变形系数与断裂分形维数的相关性.结果表明:101采区西部中段及东北角断裂构造复杂程度以复杂到极复杂为主,采区的西北、东南角断裂构造复杂程度主要为简单到中等;对比研究了采区内褶皱平面变形系数与断裂分形维数之间的关系,采区西部中段及东北部的褶皱平面变形系数大,断裂构造的分形维数同时增大,采区西北与东南部褶皱平面变形系数小,断裂构造的分形维数同时较小,二者变化趋势具有一定的相关性.     

分形理论在断裂构造特征研究中的应用

断裂网络是一种复杂的具有自相似性的分形体系。该文采用容量维研究了安居煤矿一、二采区断裂网络的复杂程度。通过研究表明,断层发育好,分布密集的部位,分维值较大;断层发育不好,分布相应较少的部位,分维值低。根据地质构造分形特征,将研究区分为三个区:构造简单区、构造中等区、构造复杂区。     

矿井深部延伸采区的构造复杂程度定量评价研究

为了探究深部延深采区构造复杂程度,以裴沟煤矿四二采区为地质背景,通过分形的方法,对采区进行了不同块段分维值的计算。结合Surfer软件绘制了断层分维的平面等值线图,并与该采区构造地质图进行对比,进行了采区构造复杂程度的量化分区。得出了受滑动构造影响四二采区断裂构造的复杂性具有明显的不均匀性,断裂构造分维值基本上反映出了四二采区构造的复杂程度,应用分形分维的方法可较客观地反映采区构造的复杂程度,并对未开采区域作出科学推断。     

基于分形理论的断层构造对千米深井瓦斯赋存规律的影响研究

以新汶矿区千米深井潘西煤矿为例,研究了后六采区19#煤层断层空间分布特征,运用分形理论对断层构造进行了定量化研究。结果表明:潘西煤矿研究区域内,断层构造复杂,总体呈"W"形由北西-南东向展布,对瓦斯赋存具有明显影响。分形维数能够反映断层构造复杂程度,分形维数越大,断层构造越复杂,潘西煤矿断层分形维数多数在0.7～1.6之间。分形维数大的区域,瓦斯含量亦相对较大。     

某井田15煤层三采区构造定量化分析

由某井田三采上山区15#煤层地质资料可知该采区以断裂构造为主,通过断层影响因子和断层分形2种方法对三采区构造进行定量化分析,并对采区进行构造分区。利用断层影响因子将采区分为安全区域、有可能突水区域、突水较大性区域;利用断层分形将采区分为构造简单区域、中等复杂区域、复杂区域。通过2种方法的对比可知,断层影响因子分区较细,但与断层分布有一定的出入;断层分维定量评价与断层实际展布一致,符合度高,因此选定断层分维作为底板突水的构造复杂性定量评价。     

东滩煤矿采区构造复杂程度及突水危险性分区对比探究

为了探究东滩煤矿五七采区开采山西组3煤层底板突水危险性，根据研究区地质、水文地质、断层和钻孔等资料，较系统分析了研究区断裂分布特征。在此基础上，采用分形分维方法和突水系数法对五七采区的断裂构造复杂程度及突水危险性分别进行了分区研究。结果发现，虽2种方法的计算原理和量化分区参数不同，但评价结果具有较好的匹配性。获得了五七采区煤层底板在东北部区域分维值高，地质构造复杂，突水系数值大，应属于突水危险区，东南部区域属于突水相对危险区，西部区域基本属于安全区。研究结果对五七采区安全带压掘采和水害防治具有重要的参考价值。     

鹤壁矿区断裂构造对矿井生产的影响

总结了鹤壁矿区断裂构造三级分布的特征对矿井、采区、工作面分级控制和影响的特点，分析了断裂构造对采煤工艺的综合影响，针对这些特点探索了减少断裂构造影响矿井生产的对策及办法。     

断裂发育分形特征的进一步探讨

本文依据分形几何学,进一步探讨了断裂的平面分布,特别是断裂带的几何特征。对自然界断裂发育的等距性、断裂深度分布、位移分布规律进行了研究。结论表明,对于工程上关心的断裂尺度特征,实质上是一个分形结构。     

翟镇井田断裂构造特征定量化分析

根据翟镇井田11煤层开采揭露的地质资料的统计分析,获得该井田断层性质、落差、走向、倾角等分布特征,在介绍断层分形特征的计算方法基础上,绘制了翟镇井田11煤层断裂构造分维等值线图,并在此基础上对研究区进行了构造复杂程度分区,为下组煤的安全开采提供了决策依据。     

基于断裂似然体属性精细识别小断裂构造

小断裂构造解释一直是煤矿采区三维地震勘探追求的目标。将断裂似然体属性(Fault Likelihood)检测技术应用在煤矿采区三维地震构造解释中,不仅能准确反映较大断裂构造的发育特征,同时对小的断裂构造也具有较强的分辨能力,有利于煤矿采区安全生产。本文从断裂似然体属性算法的基本原理出发,简要阐述断裂似然体属性的概念及计算流程,并通过实例成果分析、对比,表明了与常规相干属性、方差属性相比,断裂似然体属性检测小断裂构造的技术在煤矿采区三维地震勘探中的优势。     

西山煤田不同变质程度煤孔隙结构分形特征及影响因素研究

为研究煤的多孔介质属性及其分形特征,以山西沁水盆地西山煤田为研究对象,采用扫描电镜(SEM)分析了煤表面孔隙结构特征。基于SEM图片,通过盒维数法计算得到了不同煤样表面孔隙分形维数,并分析了其影响因素。研究结果表明:煤表面具有显著的分形特征,分形理论能够较好地描述煤孔隙结构复杂程度;在本测试煤样中,不同煤样分形维数值在1.33～1.92范围内变化;变质程度、水分、埋深、坚固性系数(f值)对煤孔隙分形维数有显著影响,随Ro和埋深的增加煤体表面孔隙趋于复杂化,分形维数值不断增大;而水分和灰分的存在使得煤体表面变得相对光滑,能够减小分形维数值。分形维数是衡量煤孔隙复杂程度的有效参数,在煤矿现场瓦斯防治中,对于具有高分形维数的煤体,应该引起重视。这类煤体往往破坏程度较高,具有强吸附性,孔隙连通性差,瓦斯抽采困难,在煤炭开采过程中,容易导致煤与瓦斯突出、瓦斯涌出等灾害。     

近距离煤层群围岩碎裂特征与裂隙分布关系

六家煤矿近距离煤层群裂隙网络发育,为了防止顶板及层内裂隙导水、邻空面瓦斯超限与煤体自然发火等隐患,基于分形理论,以巴西劈裂试验和现场窥视统计试验为研究手段,探讨了岩体碎裂尺度及均匀度对裂隙分形特征的影响。研究表明：劈裂块度分维值越接近2,则破裂后碎块尺度越均匀,表现为存在一条主裂隙将试样大致均分且裂隙面较平整;劈裂块度分维值与2相差越大,碎块尺度差距越悬殊,裂隙面越粗糙。劈裂块度分维值与裂隙分维值之间符合抛物线分布,劈裂块度分维值越接近2,则裂隙分维值越大,表明劈裂块体尺度越接近,岩层内裂隙条数越少、裂隙环越平整且与层面夹角越小;劈裂块度分维值与2相差越大,则裂隙分维值越小,表明劈裂块体尺度相差越悬殊,裂隙条数越多、裂隙面越粗糙且裂隙方位无规律。裂隙分布规律与劈裂碎块尺度大小无关,与碎块尺度均匀性密切相关。     

分形在煤粉燃烧中的研究进展

分析比较了近年来测定煤粉分形维数的方法及研究进展，详细讨论了计算煤粉分形维数常用的4种表面测试技术、适用条件及对应的计算方法.结果表明，用不同测试方法获得的数据计算得到的结果并不完全一致.比较发现：表面分形维数与测试方法间存在很大的相关性，只有选择正确的测试方法，才能将煤的表面特性与煤的燃烧过程有机并准确地结合，从而获得突破性成果.煤粉燃烧的分形结果表明：煤燃烧过程是一个表面分维增加的过程，说明煤的燃烧是在一个立体的网络结构内外同时反应，因此煤燃烧反应动力学应当考虑煤粉表面分形结构的特征.     

中梁山南矿构造煤吸附孔分形特征

采集华蓥山煤田中梁山南矿9个有代表性的煤层样品进行低温氮吸附实验,分析构造煤吸附孔分形特征及分形维数与气体吸附能力的关系。低温氮吸附、解吸曲线表明不同变形序列构造煤在相对压力0.5~1.0范围内吸附特征各异。在此基础上,运用分形FHH方法得到构造煤分形维数D。研究表明：分形维数D可以表征构造煤吸附孔孔径结构和孔表面的变化关系;分形维数越高,微孔含量越多,孔表面越不规则,孔隙结构非均质性愈强;分形维数大小可反映煤的吸附能力,分形维数增高,吸附能力增强。因此,由构造变形增强引起的高分形维数和复杂的孔隙结构显示出更高的吸附能力。     

非均质岩石单轴压缩试验破坏过程细观模拟及分形特性

为了细观模拟非均质岩石试样单轴压缩试验的破坏过程,提出了一种新的有限元数值模拟方法。该方法以莫尔-库仑破坏准则为基础,将岩石视为非均质和准脆性材料,并假定岩石单元的抗剪强度参数服从正态分布。有限元细观模拟结果表明,岩样非均质性对本构关系曲线形状有显著影响,模拟的应力-应变曲线与试验曲线基本吻合。基于分形几何理论,采用计盒维数方法计算单轴压缩试验不同荷载条件下的岩石破坏分形维数,建立了分形维数与顶部位移之间的非线性演化模型。分形分析研究表明,岩石试样的破坏过程具有分形特性,分形维数可用来定量地表征单轴压缩试验岩样破坏过程。     

煤岩孔裂隙结构分形特征及渗透率模型研究

为探究煤岩孔裂隙结构与渗透特性的联动关系,采用扫描电镜、偏光和分形等手段分析煤岩孔裂隙结构分布特征,利用自主研发的出口端正压三轴渗流装置,开展恒定有效应力条件下孔隙压力升高的渗流试验。基于分形理论,考虑煤岩表面孔隙分布情况对煤岩渗透率的影响机理,建立考虑孔裂隙分形特征的煤岩渗透率模型,通过试验验证其合理性,对煤岩孔裂隙下分形维数和渗透率耦合进行定量分析。研究结果表明:①六盘水矿区煤岩表面含有一定数量的孔隙和裂隙,其中四角田7号煤层孔裂隙发育情况最好,具有2条清晰的宽度较大的裂隙,并伴有大量交叉微裂隙及孔隙发育,煤岩结构破坏严重;②通过盒维数法可得煤岩孔裂隙分布具有明显的分形特征,且煤岩孔隙率与分形维数呈正相关关系;③恒定有效应力条件下,煤岩渗透率随孔隙压力升高呈现先急剧降低后趋于平缓的趋势,受孔裂隙结构影响,在相同的孔隙压力下煤岩渗透率存在明显差异。煤岩表面孔裂隙结构越复杂其分形维数越大,有助于瓦斯运移,渗透率呈上升趋势;④考虑孔裂隙分形特征的煤岩渗透率模型计算值与实测值吻合度较高,与前人研究成果相比,无论理论机理的适用性还是对试验点的匹配方面都更加适用,且能较好地反映孔隙压力与渗透率的联动关系。     

分形理论在岩体质量评价中的应用及分级指标值的确定

为了更全面的评价岩体质量,克服传统的岩体质量等级分级方法如RQD,RMR和BQ等未考虑岩体中的节理、裂隙的不足,根据岩体结构面的自相似特征,应用分形理论来对其进行研究．运用盒计维数法对某地下工程岩体结构面分布的分形维数进行计算,验证了岩体结构面分布的分形特征．对计算结果数值分布的规律分析发现,分形维数越大,岩体质量越差,表明岩体结构面分布的分形维可以作为评价岩体质量的指标．并通过分维数D与RQD,RMR和BQ的拟合,给出岩体质量分级指标D值,从而提出一个以岩体结构面分形维数为分级指标的岩体质量评价方案．     

基于分形维数分析剪切力场对超净煤分选的作用

针对目前物理法制超净煤工艺中絮团形成过程动力学指标和絮团形态学变化与超净煤分选效果之间关系研究的不足,应用分形维数分析了剪切力场中絮团形态和粒径的非线性变化并解释了其与超净煤分选效果之间的关系。通过量纲分析法,确立絮团分形维数与搅拌速度的函数关系;通过二维分形维数的研究,描述和表征颗粒群体的整体性和平均性;通过絮团多重分形图谱的研究,揭示絮团分形变化的动力学过程。进而确立絮团生成动力学过程中的控制指标,以期为超净煤制备过程中的工艺操作提供科学依据,为实际工程应用提供适当的控制参数的指导。研究表明,机械搅拌速度为2 000 r/min时,絮团的二维分形维数有最大值1.762,此时絮团具有密实的结构和合适的粒径;多重分形图谱特征参数f(α_(max))具有最大值0.796,此时絮团粒径最大,数量最多。故此时分选出的超净煤有最高产率84.314%,最低灰分0.831%。     

大倾角煤层采动裂隙演化规律

通过离散元UDEC数值模拟计算,分析了大倾角煤层开采过程中,扰动岩体裂隙的演化规律,同时采用相似材料模拟实验结果验证了数值计算结果的可靠性。大倾角煤层采动岩体裂隙发展初期以平行于工作面倾向的离层裂隙为主,后期离层裂隙的高度基本恒定,竖向裂隙扩展加速,直至延伸到地表,形成错断式裂缝和塌陷坑。在此基础上,建立了大倾角煤层采动裂隙分形维数D和采深的关系式,以及逾渗概率p和采深的关系式,实现了定量描述裂隙的演化规律。通过拟合分形维数D和逾渗概率p的关系式,可求得分形维数的峰值,进而可求得对应的采深,此采深即为破碎覆岩压密沿倾斜方向重新形成稳定结构所需的采深。计算结果可用于预先估算大倾角煤层开采埋深范围内是否可形成基本顶稳定结构,进而可采取不同的措施指导工作面的安全开采以及巷道的合理支护。     

煤粉的分形特征及其对水煤浆级配的影响

为进一步研究分形理论与煤粉粒度级配的相关性,运用分形理论分析了张家峁煤矿水煤浆厂不同粒度煤粉的粒径分布特性,利用激光粒度分析仪测试不同中位径煤粉的粒径分布曲线,通过作图计算发现lnyV(r)-lnr有很好的线性关系,呈现分形特征,分形维数在2.3以下。对水煤浆级配的两种经典模型Alfred模型、Rosin-Rammler模型进行分形分析,分形维数在2.5以上。将中位径为6μm的煤粉样品分别与中位径29μm和90μm的煤粉等比例级配,其结果分形维数也都在2.5以上,高于未级配煤粉分形维数,因此分形维数是级配的特征参数。级配过程提高了煤粉的分形维数,通过测定煤粉的分形维数可评判级配的好坏,以及粒度分布是否接近理论模型。