深部切顶沿空成巷关键参数研究及工程应用

传统充填沿空留巷工艺繁琐﹑留巷速度慢,与现代化高强度开采要求不相适应,由此提出了切顶沿空成巷无煤柱开采新技术,其中关键参数设计是该技术的核心问题之一,对留巷的稳定性具有较大影响。以城郊煤矿21304工作面为研究背景,采用理论分析、数值模拟和现场试验等方法,对切顶沿空成巷关键参数进行了系统研究。基于岩石碎胀自承特性和围岩结构“S-R”稳定原理,推导出切顶高度﹑切顶角度的理论计算公式;建立了聚能爆破力学模型,并结合数值模拟和现场试验,确定了聚能爆破装药量及钻孔间距。研究结果表明：合理的切顶参数能够切断巷道顶板与采空区岩层间的力学关系,使采空区顶板沿切缝顺利垮落,碎胀的矸石可有效支撑上覆顶板,限制其回转下沉,减弱覆岩运动对留巷的扰动作用,沿空巷道围岩变形量明显减小。根据理论计算﹑数值分析和现场试验研究成果,确定了城郊煤矿21304工作面切顶沿空成巷关键参数,并在现场进行了应用,回采后沿空巷道侧向顶板能够迅速切落形成巷帮,留巷稳定后各项指标均能满足现场使用要求。     

南京粉细砂空间孔隙结构表征单元体确定

确定统一的表征单元体(REV)尺寸是研究土体细观孔隙结构时首先需要解决的问题。使用6.5μm分辨率同步辐射显微CT扫描南京粉细砂试样,从土样三维重构模型的5个代表性部位提取5组立方体孔隙REV,对每个REV采用最大球算法分析,建立孔隙网络模型,从中提取孔隙率、单位体积孔隙数、孔隙平均体积、孔隙最小体积、孔隙最大半径、孔隙最小半径、孔隙平均半径、孔隙截面积平均形状因子等8个孔隙结构参数,建立其与REV尺寸间的相关性。利用假设检验T检验和F检验,最终确定样品孔隙结构参数的统一REV边长尺寸为400像素,即2.60mm。该方法可用于砂土、粉土等颗粒土体细观孔隙结构分析。     

基于连续损伤的水平井射孔-近井筒三维破裂模拟

射孔作为井筒与储层之间的液流通道,是水力压裂过程中的重要可控性参数。为研究水平井射孔-近井筒破裂机制,采用岩层变形-流体渗流方程描述应力状态变化,应用连续损伤破裂单元表征三维破裂位置与形态演化,并开发有限元求解程序模拟分析了射孔对水平井初始破裂压力、破裂位置及近井筒裂缝复杂性的调控作用。通过与解析模型及射孔压裂物理模型试验结果对比,验证了模型及有限元程序的有效性;水平井破裂压力数值分析结果与现场测试数据吻合较好。研究表明：射孔可调控水平井破裂压力与初始破裂位置,同时对近井筒区域裂缝扩展形态影响显著。通过优化射孔参数可以引导初始破裂向最优破裂面扩展、有效降低破裂压力,减小由于螺旋射孔空间排布引起的水平井近井筒裂缝迂曲与复杂程度,提高致密油气藏压裂改造效果。     

基于分形理论的SWCC边界曲线滞后效应模型研究

微观土颗粒及孔隙分布的非均匀性及由此引起的瓶颈效应是造成非饱和土土-水特征曲线(SWCC)滞后效应的主要原因。引入分形理论,考虑非饱和土孔径及渗流路径的微观分形特性,提出了一个用于描述水在非饱和土中渗流的毛细管模型。模型中将非饱和土孔隙简化为一系列具有不同孔径大小的毛细弯管,其孔径大小及弯曲程度假定服从分形规律。在此基础上,推导得了非饱和土的吸湿与脱湿过程的饱和度S_e~-水头高度h来描述土-水特征曲线滞后效应的特征方程以及饱和度S_e~-相对水力传导系数Kr特征方程。与室内观测结果及已有研究的对比表明,该模型相比以往方法,可更好地模拟非饱和土土-水特征曲线的滞后效应。对非饱和土吸湿与脱湿过程滞后效应的本质进行了对比分析,揭示了滞后效应产生的根本原因在于土体中流通孔隙大小的非均匀性。     

基于高斯束理论的有限频核函数计算

相对于常规射线层析速度建模,基于波动理论的层析速度建模考虑了波的带限特性,反演分辨率更高。波动理论层析的核心在于波路径(有限频核函数)的计算。文中详细介绍了一种基于高斯束算子计算有限频核函数的方法,分析了初始束宽度和高斯束出射角度间隔对计算精度的影响;并针对高斯束近源处误差较大的缺陷,提出了改进的束参数以提高近源精度;详细分析了初始束宽度和角度间隔对改进高斯束方法的影响及改进高斯束的聚焦特性;数值算例验证了该方法在缓变介质中计算有限频核函数的可行性,计算效率较高且可处理回折波的核函数。     

雄安新区顶面埋深在3500m以浅的中元古界热储可采地热资源量和开发参数评估

为了科学合理开发利用雄安新区顶面埋深在3500m以浅的中元古界地热能,从地热资源量回收率、布井规模、单井产量、国家水热下降许可指标、开采回注井距、回注量、开采时间等开发参数进行试算和分析,评估了雄安新区地热流体可开采量,试算结果表明雄安新区地热资源量回收率和布井规模有限制,目前雾迷山组主流单井产量110m~3/h、回注量165m~3/h、井距500m合理,可以满足100年的地热田开发寿命且符合国家水热下降许可指标。地热单元的理论热能最大回收率值与单层热储岩石孔隙度、密度、比热和地热水的密度、比热等物性有关,与热储面积、厚度无关,实际最大回收率约为理论最大回收率的一半,它与生产井布井规模、单井生产量、生产开发时间、尾水温度等开发参数直接相关。推出的回注井距、回注量、开采时间简化计算公式方便实用;在热突破距离、时间、回注量评估中,不论哪种岩性,有效热储层厚度是非常重要的因素,其次是回注量和回注时间,热储孔隙度及渗透性的影响远不及有效热储层厚度的影响。雄安新区的可采地热水资源乐观估算可采地热水量占总储存水量的50%,为163.79×10~8 m~3、可采地热水所含热量37.76×10~8 GJ、折合标煤2.579×10~8 t,以每平方米每年耗能0.32 GJ计,年均可满足1.137亿平方米建筑物供暖;保守估算是乐观估算结果的30%;最佳估算是乐观估算结果的50%,年均可采地热水可满足5685万平方米建筑物供暖;雄安新区成为是地热能源应用的典型示范区。     

X射线衍射-扫描电镜等技术研究秘鲁铜硫矿石选矿工艺矿物学特征

秘鲁铜硫矿石的主要回收对象是铜和硫矿物,由于铜矿物嵌布复杂、粒度过细以及与各种脉石矿物或金属矿物交生关系紧密,利用传统工艺矿物学研究方法如化学分析、光学显微镜检测等较难准确定量其工艺矿物学参数。本文采用化学分析、X射线衍射、扫描电镜、偏光显微镜及矿物参数自动分析系统(MLA)等技术手段,研究秘鲁铜硫矿石的化学成分、矿物组成和主要矿物的嵌布特征、粒度分布及单体解离特性等,并对影响选矿指标的主要矿物学因素进行分析。结果表明:矿石中主要元素为Cu(0.65%)和S(9.53%)。矿石中黄铁矿(16.57%)含量较高,形态较为规则,与其他矿物之间的交生关系相对简单,粒度普遍偏粗,其中粒径大于0.30mm的黄铁矿占95.06%。铜矿物主要以不规则粒状、皮壳状、网脉状、纤维状、尘粒状、斑点状分布于脉石中或与黄铁矿、闪锌矿、磁铁矿等金属矿物交生紧密,粒度极不均匀,使得铜矿物解离难度加大,且矿石中云母(12.51%)、绿泥石(3.74%)、滑石(3.34%)、高岭石、蒙脱石(3.59%)等黏土质矿物含量较高,在磨矿过程中易发生泥化从而恶化分选环境。根据该类型矿石的工艺矿物学特性,本文建议采用"粗磨-部分优先浮铜-铜硫混浮-混合精矿再磨再选分离"的工艺流程,可得到质量高的铜、硫精矿。     

Noah-MP模型中积雪模拟对参数化方案的敏感性评估

针对Noah-MP模型多参数化方案、模拟结果不确定性范围难以确定的特点,选取北疆地区具有代表性的阿勒泰站气象资料作为模型驱动数据,探讨了积雪对多参数化方案的敏感性。在不考虑模型参数和驱动数据不确定性的条件下,设计了集合数为13824的多参数化方案集合模拟试验。选用Natural selection方法对物理过程的敏感性进行分析,并在敏感性分析结果的基础上进一步讨论了模拟结果的不确定性。结果表明:积雪对地表热交换、雨雪分离、土壤温度底层边界条件和第一层积雪或土壤时间方案4个物理过程敏感;在不考虑驱动数据和模型参数不确定性的条件下,多参数化方案集合模拟试验中的不确定性主要来源于敏感物理过程。去除敏感物理过程中能够明显降低模拟性能的参数化方案后,集合模拟结果的不确定性大幅减小。最后,根据分析结果构建了该站雪深和雪水当量模拟的最优参数化方案组合。     

辽宁盘锦荣兴港作业区MT19钻孔海洋沉积物粒度特征

使用激光粒度分析仪对辽宁盘锦荣兴港MT19钻孔6个样品进行分析,运用福克-沃德（Folk-Ward）图解法计算相关粒度参数并绘制输出粒度频率特征曲线。结果表明：盘锦荣兴港沉积物中黏土(d＜0.004 0 mm)的体积分数最小,平均值为8.49%;粉砂(0.004 0～0.063 mm)的体积分数较大,平均值为38.39%;砂(0.063～2.00 mm)的体积分数变化较大,平均值为53.13%。Shepard沉积物三角形分类图解表明,研究区沉积物类型多属于粉砂质黏土和黏土质粉砂;粒度频率曲线显示,除MT19-2-2号样品为主次三峰型外,其余均为主次双峰型,说明该区域在海进-海退过程中的某些时段沉积环境相似,出现了沉积物粒径组合及大小相似的情况。     

单井与群井结合抽水试验在地面沉降实测中的应用研究

以天津市某工程项目抽水试验数据为实测基本资料,目的是确定地基土的渗透性和富水性,计算含水层的水文地质参数,并实时监测试验期间地面沉降监测结果。结果表明,单井和群井抽水试验在抽水过程中,地面高程呈现出下降的趋势,累计达到最大沉降量,达到23. 57 mm,随着抽水时间较短和抽水时间较长等原因,在地面具有附加荷载时,沉降变大。因此,试验实时监测可以有效预防存在问题,为工程的设计与施工提供安全的风险控制。