围压下煤储层应力-应变、渗透性与声发射试验分析

煤储层应力-应变、渗透性与声发射特征是煤储层压裂改造和产能评价研究的基础,声发射技术作为研究煤、岩石类材料失稳、破裂及其演化过程有效方法,已被广泛应用。采用沁水盆地西山矿区石炭系太原组8号煤层样品开展了不同围压下煤样应力-应变、渗透性与声发射试验研究,揭示了围压对煤的应力-应变、渗透性和声发射的影响及其控制机理。研究结果表明,基于煤样全应力-应变-渗透性-声发射特征,将煤的变形破坏过程划分为孔隙压缩与弹性变形阶段、塑性变形阶段和破坏失稳阶段3个阶段。在孔隙压缩与弹性变形阶段,荷载作用初期煤中孔隙-裂隙逐渐被压密,煤样渗透率下降,进入弹性变形阶段,煤样渗透率较低,声发射活动不明显。在塑性变形阶段,随着轴向应力的增大煤中裂隙扩展,煤样渗透率增大,声发射活动强度明显增高并达到峰值。破坏失稳阶段,煤的轴向应力随应变的增加而降低,煤样渗透率开始下降,声发射强度也逐渐降低。煤的轴向破坏荷载和有效弹性模量以及残余强度均随围压的增高而增大,煤样的初始渗透率、峰值渗透率和残余渗透率以及累计声发射振铃计数均随着围压的增加而降低。不同围压下煤样应力-应变、渗透率和声发射特征是不同围压下煤的破坏机制所致。     

深部近距离煤层开采底板破坏规律实测对比研究

基于大屯矿区地质和水文地质条件的分析与研究,奥灰水是深部7、8煤层开采底板突水的最主要威胁源,8煤底板破坏特征影响奥灰水防治设计。以矿区徐庄矿8199工作面为例,建立物理模拟模型,对单采8煤层及先采7煤后采8煤两种开采条件下底板破坏特征进行了模拟。并利用直流电法对该工作面开采过程的底板破坏规律进行了实测。发现压煤开采规范中经验公式预估和塑性力学理论预估获得的底板破坏深度值比直流电法实测值偏大,与单采8煤的物理模拟结果较为接近;物理模拟先采7煤后采8煤的底板破坏深度与直流电法实测值较为接近。基于以上分析对矿区新设计深部开采近距离煤层工作面底板破坏深度预估方法提出了建议。     

2种灰色模型在矿区地表沉陷预计中的适用性

目前矿区地表单点沉陷动态预计方法主要基于传统的水准测量数据,监测方法单一,成本高,观测点易破坏,不能保证地表形变信息的实时性,且采用灰色模型进行地表沉陷预计时只针对单一模型的应用,没有结合模型自身特点分析其适用性。以袁店二矿7221工作面为试验区域,采用合成孔径雷达差分干涉测量技术监测矿区地表沉陷量,分别建立了描述沉陷量与时间关系的GM(1,1)与灰色Verhulst模型进行地表沉陷量预计,实现了矿区地表沉陷监测与动态预计一体化。通过比较、分析GM(1,1)与灰色Verhulst模型对地表沉陷量的拟合及预计结果,得出了2种灰色模型在矿区地表沉陷预计中的适用性:在矿区开采沉陷开始至活跃前期,若地表单点沉陷量曲线呈近似单峰型,则宜采用GM(1,1)进行短期预计;当矿区地表沉陷进入衰退阶段,单点沉陷量曲线呈平底饱和状态,则宜采用灰色Verhulst模型进行中长期预计。     

基于多光谱差分植被抑制法的蚀变信息提取

遥感蚀变信息提取以岩矿裸露或低植被覆盖区为主,高植被覆盖区蚀变信息提取一直是一个难题。以Sentinel-2为代表的多光谱卫星数据具有大幅宽、空间分辨率和光谱分辨率都较高等特点,但尚未被应用于高植被覆盖区蚀变信息提取。因此,本文根据植被和矿物光谱特征差异,结合Sentinel-2多光谱传感器波段设置的特点,选取波段组合进行差分处理,提出了多光谱差分植被抑制法(Multi-spectral Differential Vegetation Suppression,MDVS)。分析结果表明,MDVS可以有效去除浓密植被影响,与主成分变换配合使用,在散点图中准确圈定出羟基和铁染蚀变信息。本研究为实现大范围高植被覆盖区蚀变矿物分布信息提取奠定基础,对于遥感找矿技术的应用和推广具有重要意义。     

接种菌根对采煤沉陷区苜蓿生长及土壤改良影响研究

采煤沉陷造成地表土壤质量下降,影响矿区植物生长和根际环境,丛枝菌根真菌作为一类有益的共生真菌对植物生长有促进作用。为评价采煤沉陷区人工接种菌根的生态效应及作用时效,以神东矿区活鸡兔矿沉陷区内接种菌根真菌的紫花苜蓿为研究对象,采用田间试验和室内分析方法,测定接种丛枝菌根真菌处理和未接菌处理植物株高、叶片绿色度(SPAD值)、生物量、菌根侵染率、菌丝密度、根际土壤性状及其相互关系,研究了较长时间内接种丛枝菌根真菌对紫花苜蓿生长及根际土壤性状的影响。结果表明:复垦4年后,与未接菌处理相比,接种菌根处理显著提高了植物株高、SPAD值、生物量,分别提高了18.2%、8.3%、10.4%。紫花苜蓿可以与丛枝菌根真菌形成良好共生关系,接种菌根真菌4年后接菌处理植物菌根侵染率和菌丝密度显著高于未接菌处理,菌根侵染率和菌丝密度较未接菌处理分别提高了35%、34.1%。接种菌根改善了根际土壤性状,有效提高了土壤含水量,较对照分别提高7.5%,同时土壤碱解氮、速效磷、有机质、磷酸酶活性较对照分别显著提高了21.4%、20.7%、22.5%、36.9%。相关性分析表明,菌根侵染率与株高、生物量、磷酸酶、速效磷含量呈显著正相关,菌丝密度与SPAD值、有机质呈显著正相关,与株高、生物量呈极显著正相关。复垦4年后,接种菌根真菌可显著促进紫花苜蓿生长,提高了植株生物量,同时有效改善了根际土壤质量,具有较好的生态效应。     

二次采动影响下区段煤柱破坏机制及围岩控制技术

针对二次采动影响下区段煤柱破坏严重巷道难以控制的难题,以小纪汗煤矿11215工作面为工程背景,采用理论分析和数值模拟方法,分析了该工作面面临的二次采动下覆岩空间结构经历"O"形变化为"厂"形的接替过程,揭示了二次采动影响下巷道围岩的破坏机制,提出了差异化巷道围岩支护技术,并采用现场监测方法验证措施的可靠性。研究结果表明:①采动影响下煤柱变形破坏的控制是确保巷道断面快速掘进和安全回采的重要保障;②应力叠加与高强度开采的耦合作用、巷道断面与支护参数匹配不合理及回采推进速度的不协调是导致煤柱失稳的主要因素;③采用长锚索、高预应力锚索+钢带联合差异化控制,有效控制了11213工作面剩余段围岩的强烈变形,基本满足了巷道的使用要求。但由于采动应力的影响,回采过程中回采帮侧顶板下沉0.3 m,煤柱帮侧顶板下沉0.15 m,顶板最大下沉量约0.42 m,但采取措施巷道围岩完整性较好,不会影响运输及工作面回采,该技术也为类似工作面安全开采提供了有益参考。     

基于测井曲线的临兴区块致密砂岩力学性质研究

为了更加简便地获取岩石的力学参数,基于阵列声波测井和常规测井,采用MTS和GCTS岩石物理参数测试系统,获取岩石的单轴和三轴力学实验,通过动、静态力学参数和单轴、三轴力学参数的相互转换,建立了基于测井方法的岩石力学参数模型,并应用该方法求取研究区盒8段砂岩的岩石力学参数的空间分布。研究结果 表明:研究区盒8段砂岩的杨氏模量为18-39GPa,平均为30GPa;泊松比为0.21-0.30,平均为0.26;单轴抗压强度为41-95MPa,平均值为70MPa;单轴抗拉强度为3.4-7.9MPa,平均值为5.8MPa。全区杨氏模量与泊松比分布不均,杨氏模量南部较高,北部次之,中部最低,泊松比与之相反。该研究可以简便地获取岩石力学参数,为致密气的压裂设计提供依据。     

新一代技术体系下地质灾害预警评估面临的机遇与挑战

通过对我国地质灾害研究情况分析,结合大数据、人工智能、云计算、物联网等信息技术的发展研究情况及其在地质灾害领域的应用现状,分析了地质灾害预警评估面临的机遇与挑战。