摘要：天然岩体常常包含不连续体,比如孔隙、裂隙、断裂以及其他缺陷等,这些缺陷的存在将导致岩体力学强度产生较大的劣化作用。为了研究不同裂纹几何配置对裂隙砂岩力学特性、裂纹扩展演化及断裂机制的影响,基于室内砂岩力学参数测试结果,借助颗粒流平行黏结模型对预制裂隙试样进行一系列的模拟研究。结果表明:当裂隙倾角恒定时,随着岩桥角度的增加,砂岩峰值应力与峰值应变呈现出先降低后增加的趋势;当岩桥角度恒定时,峰值应力与峰值应变随着裂隙倾角的增加而增加。初始裂纹从预制裂隙尖端萌生,起裂应力水平为0.68σ_c;累积微裂纹数呈指数函数形式增加;试样破坏形式主要有拉伸破坏、剪切破坏及拉剪混合破坏;岩桥贯通模式主要有间接贯通和直接贯通两类。

摘要：利用合金试件,应用250 kN电子万能试验机,设计同步加载试验,进行不同加载方式下伺服万能试验机控制误差实测研究及理论分析。试验结果显示:力控制方式的控制误差大于位移控制方式;力控制方式下,控制误差随加载速率的增大而增大,其调节时间与加载速率呈指数及对数关系;位移控制方式下,控制误差随加载速率变化不明显,其调节时间与加载速率呈幂函数关系;力控制方式循环编程控制误差更大,位移控制方式循环编程控制误差更小。理论分析表明:万能试验机采用梁型应变式载荷传感器及加载极性不同是造成力控制方式控制误差大于位移控制的主要原因。

摘要：为探究不同流量条件下水力压裂试件的破裂压力和裂隙扩展面积变化规律,利用真三轴水力压裂系统开展不同流量的水力压裂物理模拟实验。实验结果表明:通过压裂液流量控制注入压力变化量,流量与注入压力变化量、破裂压力呈正相关关系;泵压力曲线都经历了储液-上升-下降-稳定4个阶段,流量越大则储液时间越短、压裂曲线上升和下降的周期越短、稳定压力越高;裂隙扩展面积随流量的增加而增加,在流量为60 mL/min时裂隙扩展面积最大,压裂效果最佳,但当流量超过60 mL/min时容易产生形态单一、扩展面积小的裂隙网络,水力压裂效果会明显降低。研究结果可为水力压裂技术工艺参数的设计提供参考。

摘要：基于各向同性假设的电阻率法三维正反演方法成熟并得到广泛应用.由于地下介质普遍存在电阻率各向异性,为提高反演精度,各向异性介质的三维正反演问题有待深入研究.本文将三维正演中总场分为一次场和二次场计算,二次场使用非结构网格有限单元法求解,基于有限内存拟牛顿法,系统研究了电阻率法三维主轴各向异性反演.通过设计低阻异常体与双异常体模型,利用地表、地井、井地与井间多种观测方式的合成数据进行了反演试算.反演结果表明:三维主轴各向异性反演能够可靠恢复异常体的位置与形状.与仅在地表采集数据的反演结果对比,地井、井地与井间多种观测数据的加入,反演结果能更好地恢复异常体的各向异性特征.证明了本文基于有限内存拟牛顿法电阻率三维反演方法的可行性与有效性.

摘要：吸附态甲烷在深部煤岩储层微纳米孔隙中占主导地位,研究其在吸附解吸中的扩散特征对于煤层气开发的预测与现场实施具有重要指导意义。基于自主研发搭建的体积法吸附原位低场核磁试验系统,研究了沁水盆地无烟煤样品的吸附解吸动力学特性,实现了吸附态甲烷在扩散过程中的原位动态监测。结果表明:核磁法所测吸附态有效扩散系数与体积法所测微孔扩散系数呈现相同演化规律:即在吸附过程中,吸附态甲烷的扩散系数随压力的增加呈现先增加后减小的规律;在解吸过程中,其随压力的减小而单调递减。该演化规律表明微孔填充过程中气体扩散分为两个阶段:气体压力小于6 MPa时,分子扩散及努森扩散占主导地位;当气体压力超过6 MPa时,吸附相表面扩散占主导地位。该实验设计为煤层气高效开发提供了重要的实验方法及数据,对实验室核磁共振分析设备的教学以及针对特定科学问题进行的设备升级改造具有重要指导意义。

摘要：为了探究倾斜厚煤层坚硬顶板的运动失稳规律,基于PFC^(2D)离散元颗粒流分析软件建立倾斜厚煤层采动覆岩的数值模型,并针对倾斜厚煤层坚硬顶板大面积悬露问题进行水力弱化方案设计,分析不同压裂参数对倾斜厚煤层坚硬顶板水力弱化效果的影响,并提出一种水力弱化参数优选方法。研究表明:倾斜厚煤层的坚硬顶板初次来压以一种“堤坝体”的岩块结构破断,采空区上覆岩层垂向应力表现出非对称特征,在纵向上随工作面推进呈阶梯状垮落;针对倾斜厚煤层大面积悬露提出4种不同压裂角度,3种不同压裂高度的水力弱化方案,结果表明压裂角度为“直角”,压裂高度为基本顶厚度一半的弱化方案可以达到预期弱化效果,坚硬顶板水力弱化影响区域来压强度整体降低,来压峰值压力降低约42%,来压步距降低约52%;综合考虑施工难度和成本,基于弱化程度和压裂角度、高度之间的关系,对倾斜厚煤层坚硬顶板水力弱化参数进行优化,提出一种倾斜厚煤层坚硬顶板非充分定向水力弱化参数的优选方法,于1E201工作面进行工业性试验并取得了良好的顶板弱化效果。

摘要：为获得断层构造区域初始地应力场,提高应力反演精度,提出基于粒子群算法结合支持向量回归算法(PSOSVR)的初始地应力场反演方法,对石壕煤矿断层构造区域初始地应力场进行反演研究与区域地应力场分析。结果表明:各测点应力反演值与实测值误差较小,正应力误差在18%左右,总体拟合优度为91.19%,反演结果有效可靠。断层构造区域地应力分布主要受地层岩性与构造作用影响,在断层周边区域地应力值发生显著改变,断层内外地应力差值在3~6MPa左右。通过实际工况验证证明了PSO-SVR模型在断层构造区域地应力场反演研究中具有良好的适用性与可行性,可为构造区域工程设计及施工提供合理可靠的初始地应力场数据与有效的理论依据。

摘要：基于高陡边坡钻孔勘察结果,统计了岩体中节理裂隙密度,并将节理密度作为风化特征对岩体进行风化分层,探求城门山矿区南部边坡岩体节理密度随岩体深度变化规律。基于钻孔岩心基本力学试验得出岩块的力学参数。对岩体参数折减方法(费森科(Г.Л.ФИCEHKO)法和格吉(***)法)进行了改进,从节理密度在岩体中的变化情况,发现岩体力学参数随边坡体节理密度变化的规律,更精确地得到岩体中各部位的力学参数。采用数值模拟方法建立了城门山南部边坡数值模型,并将改进后的折减方法得出的力学参数赋予边坡岩体进而计算边坡安全系数,基于此种方法得出的边坡安全系数比传统均匀化参数处理的安全系数更高。对不同岩体参数折减条件下的边坡稳定性进行优化,结果表明,考虑节理密度变化的折减方法可在高陡边坡优化设计中帮助得出更合理的边坡角,为工程节约成本。

摘要：为探究甲烷/空气预混气体当量比对Hele-Shaw通道内火焰爆燃特性的影响,自行设计搭建尺寸(长×宽×厚)为950 mm×200 mm×6 mm的透明有机玻璃瓦斯爆炸管道试验平台。通过改变试验平台厚度研究通道间隙对甲烷/空气预混气体火焰结构与传播特性的影响。结果表明,不同的通道厚度和当量比对火焰锋面结构和火焰传播动态特性有显著影响。当通道厚度为6 mm时,最大火焰传播速度发生在化学当量比下,为12.84 m/s,且在该工况下火焰最先到通道末端,时间为518.57 ms。当量比为0.8的贫燃状态时,在火焰不稳定性的作用下,火焰传播后期出现二次振荡现象及手指形的火焰锋面。随着通道厚度的减小,火焰到达通道末端的时间逐渐变长,对火焰整体传播速度有明显的抑制作用。

摘要：煤层气是非常规天然气的重要组成部分,新疆作为我国十四个特大型煤炭产业基地之一,煤层气资源储量丰富,约占全国煤层气资源总量的26%。为分析归纳新疆特殊的大倾角多煤组煤矿区煤层气资源特征,总结了“十三五”以来,新疆煤矿区煤层气开发利用在理论、技术及装备方面取得的突破性研究进展,并对未来新疆煤矿区煤层气开发利用潜力和应用前景作出长远的展望。结果表明:新疆煤矿区资源具有“倾角大、煤层多、煤阶低、含气高”的特征。取得的突破性研究进展主要包括:提出了基于“三孔四区五量”的大倾角多煤组煤矿区时空协同煤与煤层气协调开发模式;阐明了大倾角采动地面井变形模式及高危位置确定方法,提出了“避、抗、让、疏、护”五字理念的地面井设计技术;研发了大倾角碎软煤层下向递进式抽采钻孔成套技术与装备;构建了新疆高寒地区煤层气利用蓄热氧化供暖技术;上述研究成果在现场试验中成功应用,提升了新疆煤矿区煤层气开发利用的整体水平。然而,规模化的煤层气开发利用产业尚未大面积形成。因此,亟需总结推广典型的大倾角多煤组煤矿区三区联动煤层气开发模式;加强多煤组煤矿区的地面井均匀超前预抽;研发井下煤层气高效抽采技术及装备;基于非对称采动卸压作用实现靶向精准抽采煤层气;拓展适用于高寒地区的全浓度范围煤层气利用技术;重点加快推进国家级“新疆准噶尔盆地南缘煤层气产业化基地”建设,实现新疆丰富煤层气资源的规模有效开发利用。