A Study on Dual-Load-Zone Model of Overlying Strata and Evolution Law of Mining Stress

The changeable structure and movement law of overlying strata are the main contributor to the change of mining stress. Starting from the relevant theory of key stratum and particularly based on the theory of mine ground pressure and strata control, this research proposed a new solution to mining stress problems by establishing a dual-load-zone stratum structural model. Elastic foundation beam theory was used to solve the stress of overlying strata of the dual-load-zones with superposition method, which revised the traditional calculation method of mining stress. The abnormal increase of lead abutment pressure in the mining area was explained effectively, through which the evolution law of mining stress in the case of hard rock was obtained. The results indicate that mining stress experiences a drastic change within the range of 50 m ahead of the coal wall due to the collapse of main roof; under the influence of main key stratum and inferior key strata, the influence range of lead abutment pressure is extended up to approximately 120 m in the working face; this remarkable increase can be attributed to the excessive length of sagging zone. Results from both the dual-load-zone model experiment and field measurement demonstrate high consistency. The model can predict the influence range of abutment pressure effectively and thus guide the safety production of mining.     

采动覆岩卸荷膨胀累积效应

地下煤层开采引起的岩层运动是一系列安全和环境问题的根源,研究采动岩层运动规律是安全、高效、绿色开采的重要基础。通过对岩层运动过程的研究,揭示了采动覆岩卸荷膨胀累积效应及其对岩层运动规律的影响机制。研究表明:采动覆岩经历了卸荷膨胀与再压实的动态过程。受关键层结构控制,上覆岩层由下向上成组破断运动,关键层破断前,阻断了上覆载荷向下方岩层的传递,导致其因卸荷而产生膨胀,包括碎胀与弹性膨胀。随着关键层破断高度增加,覆岩卸荷高度同步增大,因卸荷而膨胀的岩层总厚度不断增大;同时卸荷煤岩也受到已破断关键层载荷的压实作用,从而造成覆岩卸荷膨胀总量的不断变化。将这种覆岩卸荷膨胀总量随覆岩卸荷高度动态变化的现象定义为采动覆岩卸荷膨胀累积效应,进而建立了理论模型,并通过淮北海孜煤矿巨厚火成岩下采煤覆岩裂隙实测进行了验证。结果表明,采动覆岩卸荷膨胀累积效应对采动岩层运动规律产生了重要影响,如影响覆岩关键层下离层量,影响覆岩关键层贯通破断的高度,影响不同开采条件的地表下沉系数等。采动覆岩卸荷膨胀累积效应改变了对离层存在形式的传统认识,该效应的存在导致关键层下最大离层量一般小于采高的10%,覆岩可注浆充填空间并非传统认识上的“离层区”,而主要是注浆充填压力“压实”作用下将覆岩卸荷累积膨胀所转化出的那部分空间,该发现指导了覆岩隔离注浆充填绿色开采技术的创新研发及其在建筑物压煤开采中的成功实践。     

覆岩结构类型与开采覆岩损害特征分析

煤层开采打破了上覆岩层原有的平衡,必然引起岩层的移动、破断,导致应力场和裂隙场的改变,工作面出现矿压显现。上覆岩层的岩性和组合结构对工作面开采覆岩损害特征分布影响显著,一般岩性越坚硬,上覆岩层应力集中程度越高,采动裂隙越发育,矿压显现也越明显;坚硬岩层尤其是关键层对覆岩的破断运动起控制作用,覆岩破断发展到一定层位后软弱岩层往往是抑制覆岩破断进一步向上发展的关键。当工作面上覆岩层同时存在远近场关键层时,近场关键层的周期性破断引起裂隙带范围内岩层的运动和工作面周期来压;而远场关键层的周期性破断导致地表裂缝或台阶下沉,工作面压力急剧上升,有时甚至导致煤矿动压灾害,尤其是远近场关键层同步破断时动力现象更明显。通过地面钻孔使远场关键层提前破断是防止此类动力灾害的关键。     

Novel insights on the impact of top water on Steam‐Assisted Gravity Drainage in a point bar reservoir

As efforts are made to efficiently exploit and recover bitumen resources in Canada, increasingly more complex reservoirs in the Athabasca area continue to challenge the application of Steam‐Assisted Gravity Drainage (SAGD) technology. Several studies have been done to investigate the impact of heterogeneities/complexities such as shale barriers, lean zones, and top and bottom water on the performance of the SAGD process. However, the literature is deficient for point bar deposits with top water zones, a common occurrence in oil sands systems. This study, by using thermal reservoir simulation, examines SAGD performance in a point bar deposit reservoir where an overlying top water and an inclined heterolithic strata (IHS) is present. The results show that where the top water is unconfined and steam injection pressure is higher than that of the top water zone, there is a loss of thermal energy, but the top water does not impact steam chamber development. At steam injection pressure lower than that of the top water zone, top water continuously drains into the reservoir and constrains the size of the chamber. However, the IHS zone helps to delay drainage of the top water into the chamber when steam is injected at underbalanced conditions. Finally, under proper steam injection pressure conditions, top water production can be considerably delayed.     

综采工作面过上覆煤柱技术研究

近距离上层煤开采过后留有许多残余煤柱,这些煤柱往往导致下层煤开采过程中出现强烈的矿压显现情况。针对综采工作面过上覆采空区煤柱矿压显现剧烈的问题,以山西上榆泉煤矿工作面地质条件为基础,对相邻43303工作面回采过程中的矿压显现情况进行了总结分析,确定上层煤煤柱与本层煤顶板形成的次生顶板结构是造成工作面来压强度增大的主要原因,并从43302工作面过上覆煤柱前、中、后三个阶段,制定了改变采高、调斜、顶板预裂以及加快工作面推进速度等技术措施。根据现场实践效果,采用该措施能够减弱工作面矿压显现强度,改善工作面片帮、冒顶等情况,实现对工作面降压的目的,具有良好的应用效果。     

综采长壁工作面推进速度对优势瓦斯通道的诱导与控制作用

基于采动裂隙椭抛带理论，确定了采动优势瓦斯通道带的上、下边界，构建了采动优势瓦斯通道带的时空形态理论模型。以淮北祁南矿34下采区为原型，开展了上覆岩采动瓦斯通道扩展数值仿真研究，发现优势瓦斯通道在上覆岩的空间位置随推进速度的增加而降低，发育高度、宽度和范围随推进速度的增加而减小等特征。以此为依据，对综采工作面推进速度加快后的高位钻孔参数进行了相应调整，并在祁南矿34下2工作面开展了卸压瓦斯抽采人工导流试验，现场试验结果验证了高位钻孔参数依据推进速度而进行的优化是合理的，从而也验证了本文提出的推进速度对优势瓦斯通道的诱导与控制规律是正确的。     

里必井田承压水带压开采评估

煤层底板承压水突出是发生水害事故的原因之一,要减少该类事故的发生,需对底板突水危险性进行准确评价。为保障里必井田承压水带压开采的安全进行,基于煤层底板突水研究理论分析,采用常规突水系数法和等效厚度突水系数法,分别对里必井田内3#煤和15#煤的奥灰水突水危险性进行了研究。研究发现,奥灰水对于3#煤的开采影响不大,但在局部构造及陷落柱发育地段及采区东北部区域仍存在一定的突水可能性;奥灰水对15#煤开采具有较大威胁,大部分区域具有较大突水危险性。等效岩层厚度法计算的突水系数考虑了不同性质岩层的岩石强度和阻水能力,计算更接近生产实际,结果更可靠;且在对突水系数法进一步优化后,其评价的结果可以更精确。     

歧口凹陷歧北次凹沙河街组三段页岩油地质特征与勘探突破

歧口凹陷歧北次凹沙河街组三段（沙三段）湖泛期细粒沉积发育、烃源岩品质好、页岩油资源丰富，但其研究尚处于起步阶段，在沧东凹陷孔店组二段湖相页岩油工业化开发的带动下，落实其勘探前景势成必然。为探究歧北次凹沙三段页岩油的地质特征及勘探潜力，依据F39X1井、QY10-1-1井等多口井的岩心、分析化验、测井资料和录井资料，对沙三段页岩层系的地质特征、页岩油类型与富集模式、甜点的空间分布规律等开展了综合研究。歧北次凹沙三段的矿物组成和岩石类型多样，主要包括灰质白云质页岩、长英质页岩、混合质页岩及微晶白云岩、亮晶生屑白云岩、粉砂岩等；烃源岩的总有机碳（TOC）含量主要分布在1%~3%，以Ⅱ型干酪根为主且指示热演化成熟度的镜质体反射率（R_o）普遍高于0.7%；储集空间主要包括粒间孔、晶间孔、生物体腔孔、有机孔及层理缝、构造（微）缝等；页岩油的超越效应明显（油饱和度指数平均为116.3 mg/g）、荧光显示良好。在歧北次凹沙三段中识别出单一型和夹层型2类页岩油，构建了高TOC滞留型页岩油和低TOC运移型页岩油2种富集模式，并建立了基于油饱和度指数、TOC和脆性指数等多参数的甜点定量评价方法及标准。针对甜点区部署了QY10-1-1水平井，其初期的折算产油量达103.5 t/d，预计可形成亿吨级增储新领域。勘探发现证实歧口凹陷的沙三段细粒岩段具备良好的页岩油勘探潜力。     

煤系地层致密砂岩气甜点区地震逐级预测——以鄂尔多斯盆地东南缘下二叠统山西组2~3亚段为例

鄂尔多斯盆地东南部下二叠统山西组2~3亚段(以下简称山2~3亚段)为该盆地重要的天然气勘探目的层,但该亚段储层薄、厚度变化快、非均质性强,储层预测和勘探目标优选难度大。为了准确预测该亚段煤系地层致密砂岩气甜点区、提高天然气勘探成功率,针对该套储层的特征和预测难点,提出了90°相移技术识别河道外形、模型约束波阻抗反演刻画砂体厚度和子波衰减梯度属性识别含气砂体的地震逐级预测技术。研究结果表明:①山2~3亚段上覆5号煤地震强反射层,下伏储层地震反射能量弱,加之为稀疏二维地震测网、井控程度低,致使致密砂岩气甜点区预测难度大;②所提出的技术方法通过地震逐级预测约束,可以有效地刻画河道砂体分布并识别有效含气储层,提高了对勘探开发目标预测的精度;③基于该技术方法指导部署的勘探开发目标实钻效果好,地震预测结果横向分辨率高,真实地反映了河道及河道砂体的变化特征。结论认为,采用该方法可以有效地解决二维地震勘探区煤系地层强非均质性、薄储层致密砂岩气甜点区预测的地质难题。     

华胜煤业3105综采工作面矿压显现规律研究

针对华胜煤业3105综采工作面受高强度采动影响,围岩稳定难以控制的难题,采用数值模拟与现场实际观测相结合的方法对其采场矿压显现规律进行了分析。结果表明,工作面分别推进到40 m、90 m和120 m时,支承压力的峰值分别在8 m、12 m和15 m左右,影响范围分别在40 m、45 m和45 m左右,最大支承压力分别为8.3 MPa、11.2 MPa和11.6 MPa。3105工作面上部、中部和下部的平均周期来压步距为17.3 m、19.4 m和16 m,工作面的平均周期来压步距为17.6 m;周期来压期间支架的平均末阻力分别为6262.7 kN、7471.6 kN和7580.5 kN,平均值为104.9 kN;影响范围分别为5.4 m、7.4 m、5.8 m,平均值为6.5 m。监测断面顶板累计下沉159.8 mm,两帮累计的相对收敛量达到了92.5 mm。