矩形巷道围岩弹性变形能积聚特征分析

煤矿冲击地压主要发生在巷道中,其主要原因之一是巷道围岩积聚了大量的弹性能。为得出矩形巷道围岩弹性变形能积聚特征,降低巷道支护成本,推导了巷道冲击破坏失稳能量准则,并建立了矩形巷道围岩能量积聚计算模型,理论分析了采深、巷道断面尺寸和煤层厚度对矩形巷道围岩能量积聚影响规律,得出:矩形巷道积聚的弹性能随采深的增加而增大,采深越深,巷道积聚的弹性能增长速率越快。巷道围岩积聚能量随巷道断面尺寸增加而增大。当煤层厚度小于巷道影响范围时,巷道积聚能量随煤层厚度增加而增大。在实际工程中,尽可能减小巷道断面尺寸,尽可能沿顶、底板布置巷道。研究结果为冲击地压巷道布置和降低巷道支护成本提供了理论依据。     

水平井降压法和热激法水合物开采对海底边坡稳定性的影响

天然气水合物广泛赋存在深海沉积物孔隙中,被认为是具有巨大开发潜力的未来绿色能源之一,引起全球的关注.深海水合物开采将造成含水合物储层的强度劣化,可能产生孔压积聚,诱发海床失稳.本文基于边坡稳定极限平衡分析框架,引入考虑水合物开采热-流-化学耦合过程的数值分析模型,研究水合物开采对海底边坡稳定性的影响.采用TOUGH+HYDRATE热-流-化学耦合分析程序,模拟了采用水平井降压法和热激法开采深海水合物的过程,分析了水合物分解锋面扩展和瞬态孔压演变的规律,并通过SLOPE/W程序采用极限平衡分析方法计算水合物开采过程及停采后的海底边坡安全系数,分析开采井位置和开采方法对海底边坡稳定性的影响.研究表明,对于存在致密盖层的细砂储层陡坡,单水平井降压开采过程中,由于孔压降低,土体有效应力增加,边坡稳定性显著提高,当开采井布设在坡体中部时,边坡稳定性提高最为明显;停采后,由于水合物分解导致土体黏聚强度降低,且孔压逐渐回升到静水压状态,导致边坡稳定性下降,最危险滑弧通过水合物分解区.若采用双水平井热激法开采,开采过程与停采后的最危险滑弧始终通过水合物分解区,由于开采过程中温度升高,井周孔压显著上升,导致边坡安全系数明显下降,存在诱发滑坡的风险.     

抚顺石油一厂地表变形初步探讨

石油一厂地表变形的主要因素是西露天矿露天台阶开采, 引起厂南缘边坡失稳、变形和地面沉陷, 同时促使其它因素活化, 更加剧了地裂缝和变形发展。     

井眼轨迹控制力学模型

对石油钻井中井眼轨迹控制问题进行了力学分析，给出了底部钻具组合三维受力和变形的控制方程，建立了钻头与正交各向异性地层相互作用模型，阐明了井眼轨迹预测和控制计算方法。     

开采沉陷工程岩体本构关系研究

传统开采沉陷理论存在对采动岩体本构关系研究不够的问题, 本文在运用现代工程地质学理论和现代数学力学理论相结合, 对采动岩体本构关系进行深入研究的基础上, 提出了用“黑箱”问题“灰箱”化的全息反分析法, 确定采动工程岩体本构关系及其有关参数。实例分析表明, 对于复杂岩体结构的开采沉陷问题, 能够取得满意的结果。     

页岩气开采中的若干力学前沿问题

页岩气的开采涉及破裂和收集输运两个关键过程.如何实现2000,m以下、复杂地应力作用下、多相复杂介质组分的页岩层内网状裂纹的形成,同时将孔洞、缝隙中的游离、吸附气体进行高效收集,涉及到诸多的核心力学问题.这一工程过程涵盖了力学前沿研究的诸多领域:介质和裂纹从纳米尺度到千米尺度的空间跨越,游离、吸附气体输运过程中微秒以下的时间尺度事件到历经数年开采的时间尺度跨越,不同尺度上流体固体的相互作用,以及压裂过程中通过监测信息反演内部破坏状态等.针对近年来我们国家页岩气勘探开发工作所取得的成就及后续发展中面临的前沿力学问题,在综合介绍页岩气藏的基本特征和开发技术的基础上,以页岩气开采中的若干力学前沿问题为主线,从页岩力学性质及其表征方法、页岩气藏实验模拟技术、页岩气微观流动机制及流固耦合特征、水力压裂过程数值模拟方法、水力压裂过程微地震监测技术、高效环保的无水压裂技术等6个方面的最新研究进展进行了总结和展望,结合页岩气藏开发的工程实践, 深入探究了其中力学关键问题,以期对从事页岩气领域的开发和研究的从业人员提供理论基础, 同时,该方面的内容对力学学科、尤其是岩土力学领域的科研工作也具有重要指导价值.      

基于时序多光谱影像的干旱草原区开采扰动信息提取方法

露天开采会彻底改变原有土地利用景观格局，直接破坏当地生态环境，甚至会影响附近居民的生产和生活，因此越来越多的学者开始关注开采扰动。先前有关利用时序多光谱影像提取开采扰动的研究区集中于扰动形式单一的森林区。而我国露天煤矿大多集中于草原区，且我国东北部的草原矿区因其脆弱的生态环境以及其他多种扰动形式的存在，使得开采扰动识别更加困难。为明确我国东北部生态脆弱区草原露采场的开采扰动，以胜利矿区为例，利用1986年-2017年27期Landsat多光谱遥感影像，基于归一化植被指数NDVI（normalized difference vegetation index）的长时间序列轨迹变化特征（为了去除物候、云和阴影等对时序多光谱影像的影响，利用BISE-WT滤波器对原始NDVI时间序列进行滤波处理, 有效地去除时序NDVI数据中的噪声并同时保留有效信息），经过样本点训练，获得CV阈值（变异系数coefficient of variation）和Max阈值（植被阈值），构建CV-Max扰动识别模型，提取研究区的扰动分布。并利用植被阈值，分析NDVI时序轨迹，获得扰动年际信息，重构扰动历史地图；进而通过分析研究区典型地物的光谱特征，构建裸煤提取规则，以此来提取研究区的裸煤分布；最后通过构建裸煤及扰动区两者间的拓扑关系，进行空间拓扑叠置分析，从而获得开采扰动信息。经过精度验证，开采扰动的提取精度达到93.17%（Kappa系数=0.85），扰动年际信息提取精度达到83.35%（Kappa系数=0.81）。结果表明：在研究期间，空间上，开采扰动面积占研究区总面积的8.90%；时间上，开采扰动的发生集中于2000年-2009年，期间开采扰动像元占开采扰动总像元的76.70%；1988年-1998年矿区属于土地损毁初始期，2000年-2005年矿区属于土地损毁加速期，2006年-2009年矿区属于土地损毁高峰期，2010年-2017年开采扰动像元占比趋势比较平缓且持续处于较低水平，矿区土地损毁范围基本稳定。所提出的针对我国东北部生态脆弱性草原矿区，基于时序多光谱影像，利用植被指数NDVI和裸煤光谱特征提取开采扰动信息的方法是可行的，该研究结果可为干旱、半干旱草原露天矿区的可持续发展提供数据和理论方法支撑。     

页岩气储层压裂数值模拟技术研究进展

页岩气储层水力压裂数值模拟既要考虑页岩储层岩石的特性,又要兼顾水平外分段压裂施工工艺,是一个非常棘手的力学难题.本文简述了页岩气储层岩石具有的地质力学特征和页岩气储层开发常用的水平井分段压裂技术;详述了扩展有限元、边界元、离散元在水力压裂裂缝模拟上的应用现状,指出了它们在处理裂缝问题的局限性和优越性,总结出边界元三维位移不连续法是模拟多裂缝扩展的有效方法.     

一种新的海洋浅层水合物开采法——机械-热联合法

天然气水合物是国家的战略能源之一.天然气水合物分解相变使其开采难度高于常规化石能源.国际天然气水合物试验性开采表明通过降压、注热等方法难以满足商业化开采的需求,尤其在水合物位于浅层、软土情况下,持续稳定且高效率的热量供给是其瓶颈.天然气水合物机械-热联合开采是一种新概念模式,即通过粉碎水合物沉积物通过管道输运并在内部分解,这样既增加了传热的表面积,又利用海水热量和对流传热提高了能量供给效率.分析表明:利用该方法开采时水温过高会导致水合物分解过快而产生不稳定流,温度过低又导致水合物二次生成或结冰;水流流速既要能使被粉碎的水合物沉积物颗粒悬浮和流动,又不能导致流动失稳.为了实现高效安全的机械-热水合物开采,经过初步分析提出原位水合物地层粉碎的颗粒直径设定在0.1～1.0 cm之间,控制水流速度为0.22～0.67 m/s,温差保证在5 K以上,混合物中水的体积分数大于0.85.     

页岩气高效开采的可压裂度和射孔簇间距预测

页岩储层的可压裂性是影响页岩气产量的关键因素. 本文基于断裂力学理论, 以高围压下岩石层理弱面的剪切破坏为主要研究对象, 依据岩石抗拉强度和层理弱面抗剪强度的比值关系, 首先提出了可压裂度的概念, 给出了无量纲的定性曲线图, 涵盖了岩石脆性矿物质含量, 粘性主导和韧性主导裂缝尖端流体压强、射孔簇分布间距的综合地质与工程因素. 接着提出了一种新的表征高围压下页岩可压裂度的无量纲参数, 在保证达到充分解吸附的最小压裂间距前提下, 依据该参数可计算水平井压裂中的射孔簇间距, 可作为工程参考指标. 本文将断裂力学理论结合水力压裂高效开采页岩气工程, 具有力学理论意义和工程应用前景.