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川东北地区陡山沱组页岩地球化学特征与古环境分析
郭楚媛, 胡国艺, 田连杰, 李贤庆, 郭谨豪, 张天怡
2024, 9(3): 315-326.   doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2024.03.001
摘要(17) HTML(8) PDF(3)
摘要:
下震旦统陡山沱组页岩是四川盆地震旦系成藏的主要烃源岩,是近年来海相古老地层天然气勘探的重点层位。根据川东北城口地区白包溪、柿坪两个剖面的46件样品的有机地球化学(总有机碳、岩石热解、干酪根碳同位素)和元素地球化学(主微量元素、稀土元素)特征,分析了陡二段和陡四段烃源岩的地球化学特征与沉积环境的变化情况。结果表明,该地区陡山沱组页岩有机质丰度高,总有机碳(TOC)含量在0.19 %~20.38 % (均值4.76 %),有机质类型为Ⅰ型干酪根,成熟度已达到过成熟;黑色页岩较高的δEu异常值与异常富集V、Mn、Mo、Ba和U微量元素,揭示了该时期强烈的热液作用;稀土元素配分模式与氧化还原指标识别出川东北地区陡二段沉积时期水体在缺氧-贫氧-硫化的水体条件下反复波动,陡四段水体环境则由贫氧演变为缺氧-硫化环境,总体盆地环境水体连通性较强,沉积速率较高,上升流携带热液来源的营养元素造成了生产力的繁盛,促进了有机质页岩的形成。
致密碳酸盐岩气藏裂缝预测与主控因素分析——以四川盆地高石梯地区灯影组储层为例
徐珂
2024, 9(3): 327-341.   doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2024.03.002
摘要(11) HTML(5) PDF(0)
摘要:
天然裂缝是致密碳酸盐岩气藏重要的储集空间和渗流通道,定量预测其发育程度与分布规律、揭示主控地质因素,对气藏开发具有重要实践意义。本文以四川盆地中部乐山—龙女寺古隆起的高石梯地区灯影组致密碳酸盐岩储层为研究对象,在裂缝参数表征基础上建立应力场-能量-裂缝参数的计算模型,结合多期裂缝叠加算法定量预测裂缝发育分布规律,并重点分析了岩性、断层和构造形态对裂缝发育的影响。结果表明:①高石梯地区灯影组储层裂缝表现为张剪缝为主、高角度缝、半充填特征,裂缝优势走向为NW-SE与近N-S方向,裂缝密度在0~2条/m,高值区主要分布在断层带及中部地区;②高石梯地区的天然裂缝长度与裂缝密度呈负指数幂关系,裂缝发育具层间差异性,灰岩储层的缝发育程度高,泥岩对裂缝延伸具阻挡作用;③裂缝发育规模及产状发育受断层、褶皱影响显著,断层周围裂缝密度大、开度大、长度小,剪切缝与走滑断层近于平行或呈低角度,张性缝与主走滑断层呈高角度;褶皱主要通过构造曲率影响裂缝开度,弯曲变形程度高的构造部位裂缝开度大,翼部变形小,裂缝开度小。研究成果可为研究区及其他类似地质条件地区气藏高效勘探开发提供参考与借鉴。
基于CT扫描的CO2相变致裂煤裂隙演化特征
刘高峰, 关文博, 张震, 李宝林, 刘欢, 司念
2024, 9(3): 342-350.   doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2024.03.003
摘要(12) HTML(5) PDF(0)
摘要:
为进一步揭示CO2相变致裂煤的裂隙改造机理,开展了CO2相变致裂煤体实验,基于CT扫描和三维裂隙重构,分析了CO2相变致裂前后的煤样内部裂隙结构参数,查明了CO2相变致裂煤的三维裂隙结构演化特征。结果表明,致裂后煤样的裂隙总数量减少,裂隙总体积和裂隙总表面积增加;CO2相变致裂产生了裂隙扩张转化效应,在致裂压力的扩张作用下,小尺度裂隙转化为更大尺度的裂隙;长度小于1 000 μm的裂隙数量减少、裂隙体积和表面积明显减小,长度大于1 000 μm的裂隙体积和表面积明显增大,且裂隙之间扩张贯通而引起其数量减少;CO2相变致裂大幅度改善了煤体三维裂隙的连通性,有利于气体的运移和产出。此研究为CO2相变致裂效果提供新的分析评价方法,也可为其他非常规天然气储层及其改造的裂隙演化特征研究提供参考和借鉴。
热损伤花岗岩力学劣化特性及损伤演化规律研究
周韬, 范永林, 陈家嵘, 周昌台
2024, 9(3): 351-360.   doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2024.03.004
摘要(9) HTML(5) PDF(0)
摘要:
深部矿产开采面临的高地温环境导致岩石产生热损伤,易诱发深部工程地质灾害,探究高温后岩石力学性能劣化特性与损伤演化规律对深部高地温环境下的岩体工程具有重要意义。通过将花岗岩进行常温至1 200 ℃范围内的温度处理,采用光学显微镜观测,探究了花岗岩试样在不同高温处理后杨氏模量和抗压强度的劣化特性,从微观角度分析热损伤花岗岩的内部裂纹和损伤演化规律。试验结果表明,高温处理将显著降低花岗岩的力学性能;岩石抗压强度和杨氏模量随着处理温度的升高而降低,裂纹发育程度随着温度的升高而增大;岩石力学性能与内部裂隙结构的发育程度高度相关,花岗岩在不同温度处理后的裂纹密度同抗压强度之间存在幂函数关系,裂纹密度能很好地反应花岗岩的热损伤程度。
强夯法加固可液化砂质粉土地基试验研究
王家磊, 张合青, 余虔, 韩进宝, 刘洋, 姚妙娴
2024, 9(3): 361-369.   doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2024.03.005
摘要(11) HTML(4) PDF(2)
摘要:
针对北京大兴机场飞行区地基存在可液化砂质粉土层,研究采用低能级、小夯距和少击数的强夯法对其进行处理。为了评价夯击效果,确定强夯过程中的夯击参数,选择1 000 kN·m和2 000 kN·m两个能级的夯击能,每个夯击能级设定4、6、8、10和12击数。同时,设置夯击能1 000 kN·m条件下夯击数4、6和8,用以研究地表冻土层对夯击效果的影响,在试验区分别进行了全深度标准贯入、面波、干密度试验检测。试验结果表明:强夯后的砂质粉土地基具有更大的密实度、传播波速和抗液化能力。其中,夯击能1 000 kN·m和2 000 kN·m作用下的最佳夯击数分别为10和8,对应的强夯影响深度为4.5 m和5.5 m,消除液化的深度则为4.3 m和5.3 m。而在检测指标上,标准贯入试验要求在1 000 kN·m和2 000 kN·m夯击能作用下,4.5 m和5.5 m全深度标准贯入击数平均值不少于10和12。最佳夯击次数作用下原地基表层的干密度不低于1.45 g/cm3。研究结果推荐在机场跑道区域采用2 000 kN·m强夯能级进行地基处理,而停机坪和滑行道区域采用1 000 kN·m强夯能级进行地基处理。
浅埋隧道预应力锚固体承载效应模型实验研究
王彤彤, 刘文龙, 曹立雪, 秦哲, 张润昌
2024, 9(3): 370-380.   doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2024.03.006
摘要(4) HTML(3) PDF(0)
摘要:
预应力锚杆主动支护技术在隧道工程中的应用逐渐普及,对于浅埋大跨岩质隧道,其支护特性及作用机制尚未明确。为探究预应力锚杆支护体系下围岩的承载特性,以青岛地铁6号线某暗挖车站为工程背景,基于相似原理配制地层及支护结构模型实验材料,通过液压加载试验,探究了预应力锚杆及普通锚杆支护下锚固体的承载特性。结果表明:①预应力锚杆与围岩的相互作用形成了具有承载能力的锚固体,能够有效承担大部分上覆荷载。预应力锚杆的应用使得隧道失稳破坏的预警荷载值提高了42.8%,同时极限荷载值也提高了41.2%。②在上覆加载过程中,预应力锚杆经历了紧密锚固持荷阶段和脱锚卸荷阶段,衬砌经历了应变累积、应变突增和应变释放3个阶段。③较普通锚杆,主动支护下预应力锚杆与岩体间的受力协同性好,无轴力突变现象,锚杆的支护性能得到充分的利用,有效抑制了裂隙的发育,提高了隧道的整体稳定性。
亚热带海洋全浸泡环境下钢筋混凝土劣化规律研究
马智聪, 梅波, 苏丽, 张云升, 乔宏霞, 陈文龙
2024, 9(3): 381-392.   doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2024.03.007
摘要(9) HTML(3) PDF(0)
摘要:
针对亚热带海洋环境混凝土中钢筋锈蚀问题,通过模拟亚热带海洋环境,对不同强度等级和阻锈剂掺量的钢筋混凝土试件进行全浸泡侵蚀试验,利用电化学无损检测、氯离子含量测试,结合微观检测分析了钢筋混凝土的腐蚀劣化规律。研究结果表明:混凝土强度等级的提高和阻锈剂掺量的增加均能明显提升钢筋混凝土的耐腐蚀性能。其中,C30混凝土抗锈蚀性能最差,120 d时,腐蚀电流密度为0.118 μA/cm2,极化电阻为220 kΩ·cm2,混凝土电阻为87.3 kΩ·cm2,钢筋-混凝土界面区转移电阻为77.3 kΩ·cm2,达到脱钝状态;混凝土强度等级提高至C50时,腐蚀电流密度减小了58.47%,极化电阻增加了3.82倍,混凝土电阻增加了44.56%;阻锈剂掺量为6 kg/m3时,腐蚀电流密度减小了47.45%,极化电阻增加了2.81倍,钢筋-混凝土界面区转移电阻增加了72.43%。
基于IPSO-LSTM的井下动目标位置预测实验研究
王红尧, 房彦旭, 吴钰晶, 吉正平, 赫海全, 鲜旭红
2024, 9(3): 393-403.   doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2024.03.008
摘要(4) HTML(1) PDF(1)
摘要:
提升井下人员定位精度能够加强矿山安全监测,最大程度保障井下人员的生命安全。针对现有测距类算法受现场环境影响致使定位精度不足的问题,提出一种基于IPSO-LSTM的定位模型,应用于井下动目标的位置预测。采用LSTM构建指纹定位模型,通过UWB无线模块采集距离信息以构建距离-位置指纹关系数据库,利用数据库对PSO-LSTM模型进行训练,最后将训练好的模型进行目标轨迹预测。为比较不同改进策略对PSO的提升效果,对比了混沌映射随机初始化种群位置、非线性惯性权重递减、非对称优化学习因子和适应度函数优化4种改进策略,实验证明改进的PSO优化算法收敛速度快、鲁棒性好。为验证IPSO-LSTM的定位效果,以平均定位误差作为评价指标,将IPSO-LSTM模型与Chan算法、PSO-LSTM模型、LSTM神经网络、SSA-LSTM模型和GWO-LSTM进行对比,结果显示,IPSO-LSTM定位模型的平均定位误差为30 mm,相对传统Chan算法、LSTM、PSO-LSTM模型分别提升了76%、49%、24%。为降低局部误差偏大的现象,采用中值滤波对输入信息处理,进一步提升了定位精度。研究对进一步提高现有井下动目标定位系统的精度和稳定性具有重要意义和参考价值。
新型高分子抑尘剂对岩性颗粒物的抑制特性研究
赵洪宝, 戈海宾, 刘绍强
2024, 9(3): 404-412.   doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2024.03.009
摘要(5) HTML(3) PDF(0)
摘要:
为减轻综掘工作面粉尘逸散对巷道环境的污染以及人员、设备造成的损伤,以济宁市金桥煤矿西翼轨道巷为工程背景,以可吸入粉尘为研究对象,研发一种以表面活性剂为关键骨架、以无机盐和高分子黏附剂为辅助材料的强润湿性、强黏结性的环保型化学抑尘剂。现场验证结果表明,该抑尘剂对于岩性颗粒物具有较好的捕捉能力,能有效降低巷道内可吸入粉尘浓度。

封面文章

基于CT扫描的三维重构煤体加载损伤演化特征及尺寸效应
张村, 方尚鑫, 贾胜, 王永乐, 王方田, 白庆升
2024, 9(3): 413-425.   doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2024.03.010
摘要(5) HTML(3) PDF(0)
摘要:
煤体是一种包含孔隙结构和矿物成分的多孔材料,具有明显的各向异性和尺寸效应。为研究煤体各向异性及尺寸效应对破坏特征的影响,本文提出了一种基于CT扫描、核磁共振和X衍射等技术手段的煤样内部孔隙、矿物成分表征和三维重构模拟方法。在此基础上,反演实验室单轴压缩获得了三维重构模型煤基质和矿物成分的模拟参数,进一步模拟分析了不同宽高比煤体的强度损伤特征。模拟结果表明:①在加载过程中,塑性区首先在孔隙和矿物成分周边逐渐向外扩展连通。在空间分布上,塑性区前期由加载端垂直向内部扩展,后期转变为由四周水平向内部扩展,最终模型破坏的非塑性区形成“双圆台结构体”。②随着宽高比的增加,煤样的抗压强度(p)、达到屈服强度时的应变(ζ)以及弹性模量(K)均会增加,其中ζK呈线性增加,而p增幅逐渐减小。③在煤样单轴加载过程中总能量和弹性能呈指数增加,耗散能呈线性增加。随着宽高比增加,煤体内积聚的弹性能增加,破坏时释放的能量增大,更容易诱发动力冲击相关灾害。研究结果为冲击矿压地区区段煤柱尺寸的合理选择提供参考。
基于超声横波测试的Na基膨润土充填体强度预测模型研究
林强, 管华栋, 王观石, 程锦山
2024, 9(3): 426-434.   doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2024.03.011
摘要(4) HTML(3) PDF(0)
摘要:
充填体作为充填采矿法的核心单元,其强度是保障安全开采的重要指标。Na基膨润土的亚甲基蓝吸附量和生坯抗压强度较高,是制备充填体的优质添加剂,然而鲜有其掺量与充填体强度之间关系的研究成果。本文基于超声波测试技术和单轴压缩试验,分析不同Na基膨润土掺量充填体的横波波速、主频幅值、幅值衰减系数、波形分形维数在各龄期的变化规律,结合敏感性分析遴选出对抗压强度变化最敏感的声学参数。建立了不同Na基膨润土掺量下充填体强度的预测模型,并结合显著性检验及对比分析,对强度预测模型进行了验证。研究成果可为开展充填体单轴抗压强度预测的相关理论研究和工程应用提供参考和帮助。
基于开采高度对工作面覆岩裂隙演化影响的钻孔瓦斯抽采研究
赵洪宝, 高璐, 程辉, 荆士杰, 王乐, 陈超男
2024, 9(3): 435-445.   doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2024.03.012
摘要(3) HTML(2) PDF(0)
摘要:
采动覆岩裂隙演化规律对层间瓦斯运移起主导作用,研究覆岩裂隙发育分布规律对于提高瓦斯抽采效率至关重要。以甘肃省魏家地矿西2107综采工作面为工程背景,采用UDEC模拟软件建立不同采高的数值模型,利用分形几何理论分析了工作面覆岩近场裂隙演化与不同开采高度的关系,确定了钻孔瓦斯抽采最优工作面高度,并通过理论经验公式、覆岩裂隙窥视情况与现场瓦斯抽采结果对其验证。结果表明:采动裂隙总数随着采高增大而增大,但不同阶段增大的幅度皆不相同,覆岩裂隙不断向覆岩四周呈“伞状”发育;不同开采高度的工作面覆岩近场裂隙均经历产生、扩张贯通、压实稳定的3个阶段,且采高越大,压实区范围越小,适当增加采高,有助于提高覆岩瓦斯抽采效果;当采高选择4 m时,顶板裂隙在位于10 m与40 m位置处的裂隙发育密度与范围均明显大于其他区域,该区域与布置高、低巷双位一体的协同抽采巷最佳位置相一致。
“三硬”薄煤层沿空留巷围岩破坏特征及控制技术研究
康志鹏, 罗勇, 任波, 段昌瑞, 肖殿才
2024, 9(3): 446-454.   doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2024.03.013
摘要(3) HTML(4) PDF(0)
摘要:
为解决薄煤层沿空留巷应力条件复杂、留巷难度大以及巷道围岩长时稳定性的难题,以陕西汇森煤业凉水井煤矿4301工作面为研究对象,采用理论分析、数值模拟、工程实践等方法,对浅埋“三硬”薄煤层沿空留巷围岩破坏特征及控制对策进行研究,分析巷旁支护体结构参数对于巷道稳定性的影响。结果表明:给顶板提供充足的支护强度以及合适的可缩量,是巷旁充填体整体稳定的前提;高水充填材料单轴加压下的力学行为可分为“均匀压密、弹性变形、动态失稳、劣化破坏”4个阶段;在充填体宽度增加过程中,最大应力表现为先增后减再增的趋势,在充填体1.6 m宽时出现稳定承载应力核;理论计算的切顶最佳高度为10.7 m。工程实践表明,工作面后方60 m范围无大变形和明显应力集中,围岩整体控制效果良好、结构稳定,留巷效果达到设计要求。
防灭火喷涂材料黏附及封堵性能试验研究
秦汝祥, 谷传尧, 康扬, 葛小丽
2024, 9(3): 455-463.   doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2024.03.014
摘要(5) HTML(2) PDF(0)
摘要:
为改善煤矿井下巷道喷涂防灭火材料黏附性差,易开裂、易脱落及封堵效果差等问题,研制了一种以粉煤灰为骨料,普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥和石膏为基料,可再分散乳胶粉(VAE)为外加剂的防灭火喷涂材料。通过单轴抗压强度实验、煤岩多相多场真三轴动态渗流实验以及扫描电镜实验等,研究了VAE对喷涂材料的黏附性能、胶结性能、力学性能、封堵性能的影响。结果表明,加入VAE可以促进水化产物中丝状黏结桥的形成,实现黏结桥与水化产物的铆接、桥连,构成一个致密的网络结构。这不仅可以提升喷涂材料的抗开裂能力,同时增强了材料与煤结合后的黏附性能、胶结性能以及封堵性能。加入1 % VAE的喷涂材料能够充分包裹住煤体,在煤体表面形成致密的涂层,有效隔绝空气与煤体接触,从而预防煤自燃,研发的材料对防治巷道顶部煤自燃具有一定作用。
“双碳”背景下煤炭生产企业碳减排路径研究
祖秉辉, 李长松
2024, 9(3): 464-474.   doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2024.03.015
摘要(3) HTML(2) PDF(0)
摘要:
当前“双碳”大环境下,煤炭生产企业急需改变行业碳排放量较高的现状。从煤炭产品特点、开采流程、涉排类型等视角,分析了煤炭生产企业的碳减排潜力。在煤炭生产装备方面,提出了应用先进清洁技术、升级改造生产设备、实施能效管理策略等技术发展路径;在煤炭生产技术方面,从煤炭的勘探、采掘、洗选、监测四方面给出了具体的技术升级路线;在物流与人员管理方面,针对碳排放高的原因,提出更新新能源车辆、应用智慧平台进行物流管理,对于矿区人员生活办公则提出更新用能设备的降碳路径;在企业碳排放捕集封存技术方面,则从煤炭采掘、洗选过程碳捕集技术、煤与瓦斯共采碳捕集技术、碳封存方式四方面提出企业技术发展建议。全面构建煤炭生产企业的碳减排技术路径,帮助行业尽早达峰,尽快中和。
多级水力压裂应力阴影效应的数值分析
宋进鑫, 郁航, 王雅亭, 陈佳亮, 鞠杨
2024, 9(3): 475-482.   doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2024.03.016
摘要(3) HTML(4) PDF(0)
摘要:
多级水力压裂作为储层改造的主要技术手段,广泛用于提高致密油气藏的气体产量。裂缝在扩展过程中的应力阴影效应对于有效连通储层的天然裂缝并形成有利于油、气体流动的复杂裂缝网络至关重要。本研究采用了自适应的有限元-离散元方法,通过改进网格自动细化和识别多个裂缝扩展模拟含天然裂缝储层的多级水力压裂。数值模型中考虑了水力裂缝、天然裂缝和微观孔隙结构的相互作用,整合了非线性的Carter滤失模型来描述多级压裂过程中压裂液的滤失效应。引入了理想平行板流的支撑剂运输方程,并采用了达西定律来分析裂缝网络中的流体渗透效应。通过比较无裂缝均质模型和天然裂缝模型的裂缝网络和流体流动,评估了天然裂缝对多级压裂裂缝行为和气体产量的影响。研究为确定和优化致密气藏中压裂簇间距提供了一种新的方法。
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粗铌精矿氢氧化钾介质水热溶出试验研究
王卫东, 李昭, 王晓辉, 郑诗礼
[摘要](1099) [PDF 6699KB](922)
摘要:
本文针对粗铌精矿难以利用的难题,通过对粗铌精矿成分及物相的分析,采用氢氧化钾(KOH)介质水热法进行粗铌精矿溶出试验研究,探索了KOH浓度和温度对粗铌精矿溶出的影响。结果表明:在KOH浓度为30%、温度为200 ℃时,铌的溶出率达到90%;随着KOH浓度和温度的升高,铌的溶出率呈现先增加后降低的趋势;在整个溶出过程中,碱性组分铁(Fe)、锰(Mg)、镁(Mn)的溶出率较低。XRD和SEM等检测结果表明:KOH浓度和温度的增加促进(Fe,Mn)(Nb,Ta)2O6的分解,当KOH浓度超过30%、温度超过200℃时,进一步增加温度或碱浓度,(Fe,Mn)(Nb,Ta)2O6分解生成的可溶性六铌酸钾(K8Nb6O19)发生向不溶性偏铌酸钾(KNbO3)的转化,铌的溶出率显著降低。
BP神经网络改进TSVM的矿产资源评价模型研究
赵学军, 李育珍, 武文斌
[摘要](826) [PDF 4159KB](811)
摘要:
在矿产资源评价模型研究中,针对TSVM在未标识样本中必须指定正标识样本数这一问题,本文提出了一种新的改进算法对矿产资源进行评价,即基于BP神经网络优化的直推式支持向量机(BP-TSVM)。通过支持向量机将有标签样本进行识别分类,利用BP神经网络对已分类的边界内的无标签样本进行正负标注,然后作为下一次支持向量机训练时的有标签样本。提出的新算法避免了分类性能下降的问题,使得TSVM对正标签样本NP的估计更准确。同时,由于训练样本数量的保持使得训练时间大大减少。实验结果表明,与传统的SVM算法、TSVM算法和BP神经网络算法相比,本文提出的BP-TSVM算法能更准确地评价矿产资源。