煤层水力压裂过程中的微震活动规律及其时频特征

为了研究煤层水力压裂过程中的微震活动规律及特征,以山东某深部矿井煤层水力压裂试验数据为基础,提出基于奇异值分解SVD法的微震信号去噪方法,并结合煤层应力监测、管内压力监测等手段,利用短时傅里叶变换STFT法研究了典型水力压裂微震信号的时频特征,最后初步尝试了基于微震指标的水力压裂效果表征。结果表明,伴随水力压裂"注水-起裂-扩展-结束"过程的开展,微震信号特征呈现出规律性变化:信号的振幅值先增后减(由6.64 m V迅速跃升至97.51 m V,后回落至30.61 m V);信号频率普遍分布在30~250 Hz,呈现出缓增趋势(由64.0 Hz升高至109.5 Hz,并短暂维持在105.3 Hz)。最后利用微震事件的空间分布和能量分布,初步表征了水力压裂影响范围及煤层应力迁移规律。上述研究成果为后期利用微震数据解译、评价水力压裂效果提供了参考。     

赵各庄矿闭坑地下水安全警戒水位控制研究

针对闭坑矿井对相邻生产矿井带来的水害隐患问题，为保障赵各庄矿闭坑后邻矿生产安全的需要，提出安全水位和警戒水位的概念，并利用数值模拟方法对闭坑矿井区域地下水流场演变过程进行研究。结果表明：矿井关闭后，地下水位上升，含煤岩系含水层内水位降落漏斗逐渐减小，水位回升速度随矿井关闭时间的增加而减慢，经过三年时间两矿边界处水位达到安全水位-570m|为保证林西矿的安全生产，根据矿井水位回升情况及矿井边界煤柱破坏情况，确定了-575m为警戒水位，当考虑利用邻矿林西矿排水控制赵各庄矿井内水位始终低于警戒水位时，此时林西矿需要增加的排水量约为12.5m/min。研究结果为邻矿防治老空水提供了依据和参考。     

深井特厚煤层充填开采防冲机理研究

为保障深井特厚煤层工作面的安全回采,基于载荷三带理论,以山东某矿为工程背景,提出了采用充填法开采以降低工作面整体冲击风险的方案,采用理论分析、数值模拟和现场实测等方法研究了充填采空区对工作面煤体支承压力分布的影响机制,得到以下结论:1)充填体充填采空区减小了顶板自由下沉运动的空间,有效降低了顶板岩层裂隙的发育高度;2)充填体抗压变形能力决定了对煤体施加动载影响的岩层运动范围,充填体抗压变形能力越大,作用在煤体上的动载效应越不明显;3)提出了控制充实率、加强监测和确定合理推采速度等充填工作面防冲技术措施。现场实践表明,充填法开采减小了工作面煤体的应力集中程度,有效降低了发生冲击地压的风险。该研究成果为类似条件下工作面的安全开采提供指导和借鉴。     

煤层开采推过陷落柱矿压显现规律数值模拟研究

以成庄煤矿KDX118陷落柱为例,根据物探勘测的结果,对推测为不富水,不具有导通性的KDX118陷落柱进行采动过程的动态模拟。通过Flac3D数值模拟,展示了综放工作面平推过陷落柱情况下的采场破坏情况和矿压应力变化情况。探讨推过陷落柱过程中的应力集中规律,为能够在安全开采前提下尽量回收煤炭资源,优化工作面方案提供参考依据。利用观测结果对该矿处理陷落柱方式的可行性进行论证,为该矿下一步生产提供一定的技术参考。     

基于应变能密度的非均质岩石损伤本构模型研究

基于岩石细观单元弹性模量近似服从Weibull分布的假设,结合应变能密度理论,建立岩石损伤本构模型,借助声发射事件能量信号和岩石纵波波速提出岩石均质度系数m和弹性模量折减系数K_0确定方法,并对参数进行修正。利用建立的损伤本构模型进行单轴加载模拟,将模拟结果曲线与已有模型理论曲线以及单轴加载实验曲线进行对比,该模型能很好地描述试件应力、应变关系与声发射情况。在此基础上,利用该模型进行石膏试件反复加载模拟,分析其应力–应变及声发射特征,并与室内实验结果进行对比分析。研究结果表明:试件均质度越高,脆性破坏特征越明显;借助声发射信号和岩石纵波波速确定的均质度m以及弹性模量折减系数K_0的计算结果与试验结果吻合。基于应变能密度的岩石损伤本构模型的构建为综合考虑岩石的均质度及反复加载过程对岩石试件影响提供了新的理论依据。     

围岩承载层分层演化规律及“层-双拱”承载结构强度分析

以信湖煤矿典型深部软岩巷道为工程背景,依据巷道围岩应力变化趋势及围岩强度变化,按照深部软岩巷道四线段全应力-应变曲线划分围岩次生承载结构为"流动层-塑性软化层-塑性硬化层-弹性层"耦合承载层,塑性软化层、塑性硬化层组成塑性承载区。并根据巷道围岩承载层划分提出动态补强支护方案:一次支护采用锚网喷支护,二次补强选取浅、深孔注浆锚杆锚索联合支护,结合支护方案特点提出"层-双拱"承载结构力学模型,在极限平衡条件下对"层-双拱"承载结构进行受力分析得到其极限承载强度解析式,工程计算得到信湖煤矿一水平回风石门经"层-双拱"承载结构支护后极限承载强度可达29.30 MPa,理论验证了支护方案的可靠性。同时,现场监测结果表明:回风石门在动态补强支护后巷道围岩变形趋于平稳,巷道顶板最大下沉量仅为36 mm,两帮移近量为67 mm,巷道能够保持长期稳定。     

水力压裂技术在王行庄煤矿的应用

针对王行庄矿二1煤层透气性、瓦斯预抽率低等问题,提出了水力压裂增透技术,分析了水力压裂增加煤层透气性机理,确定了水力压裂工艺及参数,并在二1煤层11091运输巷进行了水力压裂技术试验。结果表明:实施水力压裂后,煤层瓦斯平均抽采浓度提高了5.3倍,瓦斯抽采量提高了6.1倍,提高煤层透气性和瓦斯抽采率的效果较理想。     

基于流态物理模拟试验的煤粉排出机理研究

为研究煤层气排采过程中煤岩组分对煤粉产出的影响,开展了单相流驱替煤粉产出的流态物理模拟试验,通过改变单相流驱替流速及围压的大小,分析了型煤样品中不同煤岩组分条件下煤粉的动态产出规律。结果表明:随流速及围压的增加,煤粉产出均有增大的趋势;黏土含量越高,煤粉产出量越大,且产出煤粉受驱替流速变化的影响越大;镜质组含量越高,围压的增大会使煤粉的产出速率减小,且产出煤粉受围压变化的影响越大;围压不变,随驱替流速增大,煤岩渗透率有增大的趋势,且流速越大,不同煤样渗透率变化趋势越接近。煤中黏土矿物可显著影响渗透率,黏土矿物含量越高,渗透率提升速率越快;流速保持不变,随着围压的增大,煤岩渗透率有降低趋势;同时,较低的黏土矿物含量无法有效地聚合分散的煤粉颗粒,表现为渗透率持续降低。     

地面综合物探在探查潘三井田陷落柱中的应用

介绍了三维地震及地面瞬变电磁法的原理,并对探查区情况作了概述,综合分析了2种方法的探查结果,得出了2种方法的探查结果基本一致的结论。2种方法的工程实践确定了陷落柱1个,其长轴为北北西向,短轴为北东东向。