煤层构造岩顶板分类研究

关于煤层构造岩顶板分类,国家目前尚未有一个统一的分类方案。笔者通过对郜城井田构造岩顶板的岩性、结构、成因、岩石组构及工程地质特征研究,将构造岩顶板划分为4种类型及相应的管理方法。     

煤层构造岩顶板稳定性初探

河南登封煤田郜城井田二₁煤层顶板为滑动构造形成的构造岩,岩石破碎,结构松散,极难管理。为寻求合理有效的管理方法,通过宏观观察、镜下鉴定和岩石组构分析等研究,该顶板自下而上可分为断层泥、断层角砾岩、构造破碎带和裂隙带;断层角砾岩分为张性角砾岩和剪性角砾岩,它们是在深层塑性形变的基础上迭加了后期浅层脆性形变的产物。通过工程地质特性试验,其泥化现象明显。针对断层泥软化、膨胀、崩解和泥化现象,应用短段、快速掘砌法施工,严格排水措施,减少岩帮暴露时间,岩帮开挖压力释放槽等方法减缓膨胀;对张性角砾岩围岩,采用工作面预注浆加固,先锚喷后作永久支护办法减少围岩松动;顶板采用密集木支柱支护或迫使冒落法管理。     

用测井资料评价煤层顶底板稳定性

根据数字测井资料计算在自然条件下岩石的弹性参数,定量预测煤层开采的工程地质条件,评价煤层顶底板岩性及其稳定性。     

中子测井资料的地质应用

在统计分析了大量的中子测井资料和实验室测试的各种煤、岩性质数据的基础上,应用回归分析、体积模型等数学方法,论述了中子测井资料在计算岩石孔隙度、岩石抗压强度、布氏硬度系数、地层声阻抗参数、岩性组分和岩石粒度方面的地质应用效果。     

煤层滑覆顶板水文地质工程地质特征

豫西诸煤田主采煤层二₁煤层顶板非原生顶板,而是滑动构造的滑覆体。其由下而上可分为断层带、破碎带、裂隙带。它的水文地质条件简单,但工程地质条件复杂。岩石破碎,力学强度指标较低,回采中顶板不易管理。按其稳定性可分为较稳定的、不稳定的和极不稳定的三类,且以后两类为主,对这些顶板管理的基本措施是:短工作面,控顶距,快速推进,及时放顶,正常循环,不放大炮。     

“三软”煤层顶板力学性能对瓦斯保存条件的影响

针对豫西芦店滑动构造区＂三软＂煤层（软顶、软底、软煤）瓦斯突出问题的特殊性,通过大量野外地质调查、岩石力学试验和瓦斯地质灾害实例分析,探讨了滑动构造区煤层顶板力学性能与瓦斯保存条件的内在关系;明确指出强度低、变形大且塑性软化特征强的软岩顶板容易形成封闭条件好的盖层,下伏煤层瓦斯难以逸散,从而提出了构造软岩分布区即瓦斯地质灾害高发区的结论。这一研究成果对我国东部滑动构造区的矿井瓦斯地质灾害防治具有一定的示范意义。     

兖州煤田顶板构造特点及其稳定性

煤层顶板断裂构造是煤层顶板稳定性影响因素中最重要的因素,以兖州煤田鲍店煤矿为例,分析了兖州煤田顶板断裂构造特点,探讨其对煤层顶板稳定性影响,分析了小断裂对煤层顶板的稳定性影响,断裂密集区的煤层顶板最易垮落,特别是交错断裂区更易产生顶板垮落式冒顶.     

多属性神经网络反演预测煤层顶板岩性

煤层顶板岩性对于煤矿安全生产产生很大的影响。通过神经网络方法对自然伽马测井与地震属性（包括波阻抗属性）进行训练得到两者的非线性关系,并将其应用到整个地震数据中得到拟自然伽马体。相对于波阻抗属性,自然伽马参数可以很好地区分砂泥岩,从而更直接预测煤层顶板岩性,提高岩性预测的分辨率。     

烃源岩测井识别与评价方法研究进展

烃源岩测井识别与定量评价对油气资源潜力勘查、储量评估及非常规油气勘探开发至关重要。烃源岩自身岩性和成熟度等差异、测井序列对烃源岩响应灵敏程度不同以及不同方法适用性区别等导致烃源岩测井评价工作仍受到限制。目前亟需进一步挖掘地球物理测井资料中蕴含的烃源岩信息,搭建烃源岩品质与测井信息之间桥梁,并实现以自生自储为特性的非常规油气烃源岩品质测井精细表征。笔者等首先阐明烃源岩分类及其地质表征参数,并分析不同类别烃源岩在常规测井序列及成像和核磁共振等新技术测井序列上响应特征。烃源岩通常表现为“四高一低”（高GR、高AC、高CNL、高RT和低DEN）测井响应特征。除单因素分析外,可优选交会图及构建敏感参数等实现烃源岩定性识别。而烃源岩有机碳含量（TOC）等参数测井定量预测方面则可采用ΔlgR法、修正ΔlgR法（变基线和变系数）、自然伽马能谱测井法、多元回归法、Litho Scanner测井资料法以及人工智能方法实现。在分别评述不同TOC含量测井计算方法的优缺点和适用条件的基础上,指出通过TOC结合生烃潜量等参数计算可实现烃源岩品质测井综合评价。最后解析烃源岩测井识别与评价工作中存在的问题与发展趋势,以期为油气资源评价及非常规油气勘探开发提供理论指导与技术支撑。     

A new probabilistic approach to analysis of compressive strength test data of rock specimens

In this paper, a new probabilistic approach has been proposed for dealing with the wide scatter in laboratory values of compressive strength test (uni-axial and tri-axial compressive strength tests) data of rock specimens. This wide scatter is essentially due to randomness in number as well as orientation of micro-cracks. In the proposed methodology, Stanley's approach, which uses Weibull's theory based on the weakest link model, has been modified to analyse the compressive strength test data. Stanley's approach is applicable to poly-axial tensile stress conditions. Design of all underground excavations requires, as input data, uni-axial compressive strength and the strength under poly-axial stress conditions. Data from compressive strength tests have been analysed using Weibull's theory and the proposed approach. Corresponding cumulative distribution functions of the state variable, i.e., the applied stress level, have been obtained and goodness-of-fit tests performed to check the fitness of test data to these statistical distributions. These cumulative distribution functions have been subsequently invoked to correlate the applied stress level at failure and the associated risk of failure. The analysis finds its application in specifying the design strength of rocks or rock masses for a permissible probability of failure.     

Prediction of uniaxial compressive strength of sandstones using petrography-based models

The uniaxial compressive strength of intact rock is the main parameter used in almost all engineering projects. The uniaxial compressive strength test requires high quality core samples of regular geometry. The standard cores cannot always be extracted from weak, highly fractured, thinly bedded, foliated and/or block-in-matrix rocks. For this reason, the simple prediction models become attractive for engineering geologists. Although, the sandstone is one of the most abundant rock type, a general prediction model for the uniaxial compressive strength of sandstones does not exist in the literature. The main purposes of the study are to investigate the relationships between strength and petrographical properties of sandstones, to construct a database as large as possible, to perform a logical parameter selection routine, to discuss the key petrographical parameters governing the uniaxial compressive strength of sandstones and to develop a general prediction model for the uniaxial compressive strength of sandstones. During the analyses, a total of 138 cases including uniaxial compressive strength and petrographic properties were employed. Independent variables for the multiple prediction model were selected as quartz content, packing density and concavo–convex type grain contact. Using these independent variables, two different prediction models such as multiple regression and ANN were developed. Also, a routine for the selection of the best prediction model was proposed in the study. The constructed models were checked by using various prediction performance indices. Consequently, it is possible to say that the constructed models can be used for practical purposes.     

掺入矿渣的水泥土强度模型试验研究及其配方优化

选取深港西部通道深圳侧接线工程范围内有代表性的淤泥土样,采用均匀设计U20(52×4)安排室内试验,建立了掺入矿渣水泥土的抗压强度回归模型;分析了混合固化剂掺入比、矿渣占固化剂的质量比和龄期及其交互作用对抗压强度的影响;模型预测值和室内平行试验的对比分析表明:该模型具有一定的可信度.模型表明矿渣占混合固化剂的质量比在一定区间内(40%～70%)对水泥土强度的增强效果显著,这与工程实践相吻合;为确定优化配比,建立了求解用多目标优化函数.考虑到现场条件与室内试验的差别,建立了12组相同配比的室内试块及现场搅拌桩对比试验,结果表明:现场搅拌桩的水泥土无侧限强度远低于室内水泥土试块强度,矿渣的增强作用与室内试验各龄期基本一致.     

循环载荷对压实雪冰抗压强度的影响研究

世界强国针对南极科技前沿、地缘政治、开发利用权益的争夺日趋激烈。中国建设和运营南极航空基础设施,有利于提升中国在南极的综合影响力、扩大南极科学考察规模、满足人员和物资快速投送需求,因此,南极机场建设的战略发展价值突出,而压实雪层跑道是中国在南极建设大型机场路面的首选形式。采用压实雪的方法制备人工冰样,结合冰雪跑道所承受的飞机载荷特征,在（-10.0±0.3） ℃温度条件下,以1.0 MPa为平均加载应力,以0.03 Hz为加载频率,应力幅值为0.2~1.0 MPa,循环次数100~900为循环条件,开展在1.0×10^-3~1.0×10^-1 s^-1应变速率下循环载荷压实雪冰的抗压强度试验,以及5.0×10^-4~1.0×10^-1 s^-1应变速率下单调载荷压实雪冰的抗压强度试验。结果表明：单调载荷下的压实雪冰抗压强度在韧性区内随着应变速率的增加而增加,在韧性-脆性过渡区达到最大值,然后在脆性区中显著减少;在高应变速率和一定循环次数范围内,循环载荷对压实雪冰的抗压强度具有强化作用;当超过一定循环次数时,循环载荷对压实雪冰的抗压强度会产生弱化作用。以上试验结果可为压实雪层跑道的设计和维护提供理论依据。     

基于量纲分析的岩石相似材料抗压强度计算模型

物理相似模型试验是复杂、难采矿技术研究的有效手段,而岩石相似材料物理力学特性的研究是试验有效进行的前提。根据相似原理和岩石的力学特性,论证了岩石相似材料单轴抗压强度的力学代表性。统计并分析了影响岩石相似材料单轴抗压强度的一系列因素,基于量纲分析的方法构建了岩石相似材料单轴抗压强度与砂粒径、配比材料总量、充填材料（砂）用量、水用量、养护方式等重要因素间的无量纲计算模型,结合岩石相似材料配比试验得到了定量关系式。选取3组具有代表性的岩石相似材料配比试验对所建立的单轴抗压强度计算关系式进行验证,其计算结果与实验室实测结果相吻合,平均误差为4.20%,定量关系式在岩石相似材料参数的研究上具有一定的合理性。研究结果可以为相似材料物理力学参数的预测及岩土工程物理模型试验相似材料的高效选取提供参考。     

岩石点荷载强度与单轴抗压强度线性关系试验

针对目前岩石点荷载试验大部分采用规则试件进行,试件加工制作及试验的过程繁琐、成本高的问题,通过自制点荷载试验仪以及RMT-150B岩石力学伺服试验机,对煤矿顶底板常见岩性进行不规则岩石试件点荷载试验和规则岩石试件单轴抗压试验。试验结果表明：不规则岩石点荷载强度基本上满足正态分布规律,同时,点荷载破坏载荷与破坏面积之间呈线性关系,不同载荷破坏面积对点荷载试验中的尺寸、形状效应基本上没有太大的影响。通过分析点荷载强度与单轴抗压强度两者间的关系,得出通过点荷载强度确定单轴抗压强度的经验公式。     

预测岩石单轴抗压强度的神经网络方法

本文提出一种根据岩石点荷载强度、密度、岩石类型、孔隙率和粒度预测单轴抗压强度(Rc)的神经网络方法.以反向传播算法和包含96个样本的训练集训练网络模型,以包含71个样本的试验集检验网络.最后,以本模型预测黑沟铁矿钙质千枚岩的30个试件的抗压强度.结果表明,对于预测的单轴抗压强度,神经网络模型能给出比回归模型高得多的精度,比试验方法节省成本和时间.     

上海人工冻结黏土单轴无侧限抗压强度试验研究

对3种不同含水率的上海冻结黏土进行了单轴无侧限抗压强度试验。通过对试验数据的分析可知,单轴抗压强度受温度、加载速率、含水率及干密度等因素影响;温度越低、加载速率越大,冻土强度越高。得到了抗压强度与温度的指数函数模型参数和抗压强度与加载速率的幂函数模型参数,建立了以温度、加载速率、含水率（干密度）为变量的强度模型方程。通过正交试验分析得出,各因素对冻土抗压强度的影响程度由大到小依次为温度、加载速率、含水率。     

基于P波模量的岩石单轴抗压强度预测

传统获取岩石单轴抗压强度参数需要钻进取样、加工制作等严格的试验步骤,需要建立一种参数易于获取且准确的岩石单轴抗压强度预测公式。基于岩石物理力学参数的内在联系,建立了岩石单轴抗压强度与岩石P波模量的关系式。根据英安斑岩和页岩两种岩石的干密度、P波速度及单轴抗压强度的测试数据,采用线性拟合的方法建立了岩石基于P波模量的单轴抗压强度预测公式,并采用统计检验的方法对上述预测公式与传统基于P波速度的预测公式进行了对比分析。结果表明,所建立的强度预测通式简单、精度高,模量容易获取,具有很强的实用性。     

核磁测井资料在大庆油田储层评价中的应用

核磁共振测井可以提供与矿物成分无关的孔隙度、孔隙度分布、泥质束缚水体积、毛管束缚水体积、自由流体体积和渗透率等十分丰富的地层信息。通过深入研究P 型核磁测井数据处理方法,在此基础上编制了核磁测井数据处理软件,结合相应的常规测井资料,对大庆油田实际的核磁测井资料进行了综合解释。结果表明,核磁测井数据的应用可以增强大庆油田储层流体性质评价的可靠性,修正常规测井方法在复杂储层的评价问题中的一些解释失误。