基于压力拱理论的水下隧道合理覆岩厚度研究

建立了水下隧道流固耦合数值模型,通过正交试验优化计算方案,分析土岩复合地层和全断面岩层拱顶竖直方向上围岩压力拱的成拱规律,并据此提出以成拱临界板厚为判据求解水下隧道合理覆岩厚度的思路,建立水下隧道合理覆岩厚度回归模型,并通过BP神经网络模型对回归模型进行评价与校验,结合佛莞城际狮子洋隧道工程,进行了合理覆岩厚度回归模型的应用算例分析。研究表明：土岩复合地层上覆岩层岩性较好时,压力拱高度主要受覆岩厚度影响,上覆岩层岩性较差时,压力拱高度主要受上覆软土厚度影响;压力拱高度随覆岩厚度增加线性增加,达到成拱临界板厚时,逐渐减小随后趋于稳定,上覆岩层岩性越差,成拱临界板厚越大;全断面岩层压力拱高度随覆岩厚度的变化比土岩复合地层平稳。算例分析表明,以成拱临界板厚为判据建立的合理覆岩厚度模型能给出较优的覆岩厚度预测值,可为土岩复合地层水下盾构隧道的设计和施工提供参考。     

考虑基桩嵌岩段侧阻的岩溶区顶板安全厚度计算

为考虑岩溶区基桩嵌岩段侧阻力的影响,提出了一组确定岩溶区桩端顶板安全厚度的计算方法。考虑顶板的整体承载效应,结合弹性力学及第一强度理论,得到了顶板抗弯安全厚度计算式;考虑嵌岩段桩侧摩阻力对桩顶荷载的分担作用,结合格里菲斯判据及摩尔判据,获得了顶板抗冲切和剪切的安全厚度计算公式,进而运用ABAQUS建立了岩溶顶板与基桩整体分析计算模型,有限元计算结果与理论计算值吻合良好。结合工程实例重点分析了顶板厚跨比对抗弯安全厚度的影响,顶板岩层厚度对抗冲切、剪切安全厚度的影响以及嵌岩段侧摩阻力系数?对顶板安全厚度计算的影响。     

深部开采底板隔水关键层受局部高承压水作用破坏理论分析

大量实测地质资料与防治水实践证实,深部煤层开采底板含水层存在大量的局部高承压水区域,在强开采扰动下极易诱发底板突水灾害。基于“下三带”、“关键层”理论,将局部高承压水与底板隔水关键层简化为圆筒力学模型,分析研究隔水关键层在局部高承压水作用下的屈服破坏机制,得到了隔水关键层发生屈服的4个临界水压值公式;对各临界水压值进行区间划分,分析不同区间隔水关键层的屈服状态,确定了局部高承压水致使隔水关键层屈服破坏两个阶段的水压判据平衡方程,得出了奥陶系顶部岩层作为隔水关键层剩余隔水能力的计算表达式,并反演得到了开采深度上限、下限公式。结合九龙矿深部开采实际,对所建力学模型进行了验证与应用,进而提出了防止局部高承压水致灾的相关措施,对实现深部煤层安全带压开采具有重要的理论指导意义。     

降雨条件下顺倾向煤系地层边坡稳定性的影响研究

煤系地层具有岩层软硬不均,层间胶结较差,风化速度快,遇水易软化,结构易破坏导致强度丧失等特点,特别是夹层中炭质泥岩或页岩具有强度低、易活化、易变性和渗透系数相对较小的特点,这决定了其对整体边坡的稳定性具有控制作用。文章分析了煤系地层边坡饱和、非饱和渗流降雨条件（降雨强度）、土性参数（夹层饱和渗透系数）以及边坡形状尺寸（坡脚、夹层倾角、夹层埋深）等因素对边坡渗流特点及稳定性的影响,发现软弱夹层与上下岩体渗透性差异性对边坡稳定性影响明显;软弱夹层埋置越浅,边坡越易失稳;降雨强度越大,边坡越易沿软弱夹层发生滑坡;并非坡脚越大降雨之后边坡的安全系数降低幅度就大,而是随着夹层倾角的增大,边坡的安全系数逐渐降低,边坡越易沿软弱夹层发生滑坡,这些认识对煤系地层边坡的设计和治理有重要的参考意义。      

鄂尔多斯盆地东南部上古生界层序地层格架及含气砂体沉积演化特征*

鄂尔多斯盆地长期存在“南油北气”的固有认识,晚古生代早期砂体不发育与分布规律不清的认识,长期制约了盆地东南部天然气勘探开发的步伐。因此,加强盆地东南部上古生界煤系含气地层地质方面的研究、尤其是层序地层与储集砂体成因研究,对进一步增储上产具有重要理论与实践意义。作者采用Vail经典层序地层理论与方法,对鄂尔多斯盆地东南部上古生界进行层序地层研究: 首先对层序界面进行识别,以岩性、旋回和沉积特征变化作为识别依据,并提出二级层序界面上下岩性组合变化巨大、二级界面之上叠置的低位砂厚度巨大的观点,共将本溪组—石盒子组划分为3个二级层序,11个三级层序;其次根据层序内部砂体堆积、迁移样式对体系域进行了划分。通过大量钻井的层序单元追踪对比与岩心精细描述,重点分析层序格架内主要含气层段本溪组、山西组及盒8段储集砂体的空间叠置关系,结合不同时期基准面旋回变化及其形成机制对其进行探讨,认为优势含气层段储集层中本2段具有障壁迁移、毯式连通,山2段具有低位控砂、面线连通,山1段具有侧向迁移、接触式连通,盒8段具有迁摆叠置、多向连通的特点。     

Lithofacies paleogeography mapping and reservoir prediction in tight sandstone strata: A case study from central Sichuan Basin,China

Sand-rich tight sandstone reservoirs are potential areas for oil and gas exploration. However, the high ratio of sandstone thickness to that of the strata in the formation poses many challenges and uncertainties to traditional lithofacies paleogeography mapping. Therefore, the prediction of reservoir sweet spots has remained problematic in the field of petroleum exploration. This study provides new insight into resolving this problem, based on the analyses of depositional characteristics of a typical modern sand-rich formation in a shallow braided river delta of the central Sichuan Basin, China. The varieties of sand-rich strata in the braided river delta environment include primary braided channels, secondary distributary channels and the distribution of sediments is controlled by the successive superposed strata deposited in paleogeomorphic valleys. The primary distributary channels have stronger hydrodynamic forces with higher proportions of coarse sand deposits than the secondary distributary channels. Therefore, lithofacies paleogeography mapping is controlled by the geomorphology, valley locations, and the migration of channels. We reconstructed the paleogeomorphology and valley systems that existed prior to the deposition of the Xujiahe Formation. Following this, rock-electro identification model for coarse skeletal sand bodies was constructed based on coring data. The results suggest that skeletal sand bodies in primary distributary channels occur mainly in the valleys and low-lying areas, whereas secondary distributary channels and fine deposits generally occur in the highland areas. The thickness distribution of skeletal sand bodies and lithofacies paleogeography map indicate a positive correlation in primary distributary channels and reservoir thickness. A significant correlation exists between different sedimentary facies and petrophysical properties. In addition, the degree of reservoir development in different sedimentary facies indicates that the mapping method reliably predicts the distribution of sweet spots. The application and understanding of the mapping method provide a reference for exploring tight sandstone reservoirs on a regional basis.     

上覆硬厚岩层破断运动及断顶控制

硬厚覆岩的破断与结构将发生显著的变化。针对汝箕沟煤矿二2煤层上覆厚层石英砂岩条件,采用现场实测、数值模拟、理论分析及现场试验等方法,研究了硬厚覆岩裂隙发育特征、破断运动、矿压显现特征及断顶控制技术,为硬厚覆岩工作面灾害防治提供了依据。研究表明,硬厚石英砂岩的微观结构致密完整,呈现大面积悬空、大步距破断运动,引起强烈的支架动载,甚至导致工作面风流逆转、沟通上部采空区隐形火区;硬厚岩层破断运移后产生明显的离层空间,并在开切眼上部和工作面上部及采空区中部形成覆岩主裂隙带,且发育高度大于经验计算数值,甚至与上方采空区沟通诱发灾害;实施开切眼深孔断顶爆破及降低工作面采高,有效缩短了硬厚岩层的初次破断步距,降低了支架动载及主裂隙带高度。     

大断面厚顶煤巷道顶板冒落破坏的上限分析

根据大断面厚顶煤巷道顶板的破坏特性,考虑了顶板围岩应力水平与支护荷载的影响,利用Hoek-Brown强度准则及其相关联的流动法则,构造出厚顶煤巷道顶板的冒落破坏机构。基于塑性力学中的上限分析方法,结合变分原理,推导得到了大跨度厚顶煤巷道顶板的冒落破坏机制,并以赵楼煤矿某巷道现场实践为例,分析了不同计算参数对顶板冒落破坏机制的影响。计算研究表明：随着岩体经验参数A、抗拉强度、抗压强度及支护荷载的增加,冒落体尺寸随之增大,而当岩体经验参数B、围岩应力及岩体重度增加时,冒落体尺寸则随之减小;冒落体尺寸代表了巷道顶板安全性能的大小,其尺寸越大,表明使巷道顶板发生冒落破坏所需外力功越多,顶板安全性能也越高;岩体经验参数B、围岩应力水平与支护荷载对顶板围岩破裂机制影响较为显著,参数B决定了冒落体的破裂形状,随着参数B的增加,冒落破裂迹线的曲率不断减小;增大支护阻力是提高顶板稳定性的有效途径,其研究结果可为大断面厚顶煤巷道支护设计提供一定的理论依据。     

福建安溪潘田矿区矿坑涌水量预测方法评述

安溪潘田大理岩、铁矿区属岩溶承压水类型,矿坑涌水量预测通过放水试验及持续排水疏千方法,采用泰斯恢复法和比拟法进行论证。     

正循环机械回转钻孔灌注桩在卵石层中的应用

在粒径、密实度较大的卵石层采用正循环机械回转钻进行灌注桩施工,存在钻具类型、合理的泥浆比例和钻探工艺等问题。以西安绕城高速公路谢王立交桥桥桩基工程实践为例,探讨正循环机械回转钻孔灌注桩在卵石层施工工艺等问题。