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页岩气/煤层气压裂井非均质缝网试井反演方法

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采矿与安全工程学报 2024年第2期41卷 407-419页

作者：吴永辉程林松谢维扬黄世军马立强方思冬中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 中国石油大学(北京)石油工程学院北京102249 中国石油西南油气田公司页岩气研究院四川成都610051 中国石化石油勘探开发研究院北京100083

页岩气/煤层气压裂井缝网反演是开发调整部署、提采方案优选与效果评价的基本依据,但储层天然裂缝发育,压裂缝网形态复杂、非均质性强,现有试井方法难以有效反演。在表征页岩气/煤层气赋存、非线性流动机理、不同尺度非均质缝网的基础上... 详细信息

页岩气/煤层气压裂井缝网反演是开发调整部署、提采方案优选与效果评价的基本依据,但储层天然裂缝发育,压裂缝网形态复杂、非均质性强,现有试井方法难以有效反演。在表征页岩气/煤层气赋存、非线性流动机理、不同尺度非均质缝网的基础上,建立了压裂井多介质渗流数学模型,基于改进格林元方法实现了模型的高效数值求解,获得了页岩气/煤层气压裂井的压力动态响应特征,明确了流动阶段与非均质缝网参数的影响规律,构建了非均质缝网参数的试井反演方法,并结合现场案例进行了应用研究。结果表明:页岩气/煤层气压裂井压力动态响应主要展示出6个流动阶段,考虑储层分区后会出现改造区拟稳态流动阶段;裂缝导流能力主要影响早期双线性与线性流阶段,裂缝长度对边界控制流之前的阶段均有较大影响;相同裂缝长度与压裂段数下,缝网形态的压力动态响应较弱,需要联合地质、压裂、微震监测等资料才能反演缝网非均质性;所提出的试井分析方法综合了缝网建模、动态模拟、特征线/图版拟合等过程,可以实现压裂井非均质缝网反演,为页岩气/煤层气气藏工程研究提供了理论基础与技术支持。

关键词：煤层气页岩气压裂井非均质缝网反演方法

河下浅埋厚煤层采动覆岩裂隙-涌水量时空演化的FDEM-CFD耦合分析

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煤炭科学技术 2024年第6期52卷 176-184页

作者：杨泽斌李浩马立强麦龙泉太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室山西太原030024 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州211116

河下浅埋厚煤层采动覆岩裂隙分布与涌水量是工作面安全生产的决定性因素之一。数值模拟是二者重要预测方法,其合理性的关键在于建立岩体破坏-裂隙流体耦合理论及相应的模拟方法。以路家村矿15404工作面为研究背景,构建拉/剪应力下非贯... 详细信息

河下浅埋厚煤层采动覆岩裂隙分布与涌水量是工作面安全生产的决定性因素之一。数值模拟是二者重要预测方法,其合理性的关键在于建立岩体破坏-裂隙流体耦合理论及相应的模拟方法。以路家村矿15404工作面为研究背景,构建拉/剪应力下非贯通裂隙开裂、贯通裂隙的法向与切向本构关系,并基于二相流质量守恒、动量守恒与状态方程,结合增强的浸没边界算法识别流-固界面,通过流体体积法实现裂隙内流体自由面的追踪和重构。在此基础上形成FDEM-CFD河下采煤覆岩裂隙与涌水量预测数值模型耦合程序,通过相邻工作面地面钻孔冲洗液消耗量观测法验证导水裂隙带发育高度,以及采用大井法理论对涌水量结果进行对比。结果表明:采动岩体破坏-裂隙流体耦合理论及相应的FDEM-CFD程序,可数值实现河下浅埋厚煤层采动覆岩裂隙形成,以及裂隙内流体运移过程。当工作面推进至80~120 m时覆岩内形成贯通地表的导水裂隙。招山河水的主要下泄路径为工作面后方8~20 m位置处的导水裂隙,其斜向采空区、倾角65°~72°。模拟所得采空区涌水量为18.78 m^(3)/h,与大井法计算结果接近。上述成果在路家村矿区得到初步应用,为进一步开展河下浅埋厚煤层防治水工程提供理论支撑。

关键词：河下浅埋煤层覆岩裂隙涌水量本构模型 FDEM-CFD耦合

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玉米栽培新技术与病虫害绿色防治策略

中文科技期刊数据库（全文版）农业科学 2024年第7期 0047-0050页

作者：马立强马建军宁晋县农业农村局河北邢台055550

本文以宁晋地区为例,探讨了玉米栽培新技术及病虫害绿色防治策略。通过分析宁晋自然条件、玉米种植现状与问题,提出了针对性的技术优化方案。新技术包括优质品种选择、土壤改良、精准播种及水肥一体化管理。在病虫害防治方面,倡导生物... 详细信息

本文以宁晋地区为例,探讨了玉米栽培新技术及病虫害绿色防治策略。通过分析宁晋自然条件、玉米种植现状与问题,提出了针对性的技术优化方案。新技术包括优质品种选择、土壤改良、精准播种及水肥一体化管理。在病虫害防治方面,倡导生物防治、物理防治与合理化学防治相结合的绿色策略。实践案例表明,这些策略能有效提升玉米产量与品质,同时降低环境污染。本文为宁晋地区玉米产业的可持续发展提供了科学依据和实践指导。

关键词：玉米栽培新技术病虫害绿色防治

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厚煤层大采高综采面顶板破断规律及机理研究

煤炭技术 2024年第3期43卷 47-51页

作者：姜万明薛雄飞刘桂璋赵志杨郭金帅马立强陕西有色榆林煤业有限公司陕西榆林719000 中国矿业大学江苏徐州221116 徐州工程学院江苏徐州221018

以杭来湾煤矿首个大采高30201工作面为例,通过数值模拟、理论分析和现场实测的方法,分别对工作面开采过程中顶板破断规律进行研究。基本顶以“悬臂梁”、“砌体梁”的结构形式周期发生破断,造成工作面大、小周期来压显现。建立了工作面... 详细信息

以杭来湾煤矿首个大采高30201工作面为例,通过数值模拟、理论分析和现场实测的方法,分别对工作面开采过程中顶板破断规律进行研究。基本顶以“悬臂梁”、“砌体梁”的结构形式周期发生破断,造成工作面大、小周期来压显现。建立了工作面顶板力学模型,给出来压步距的计算方法。现场实测表明最大步距67.6 m是平均步距34.4 m的1.97倍,说明约2次小周期来压才有1次大周期来压。

关键词：大采高工作面顶板破断规律顶板破断机理支架阻力来压步距

CO_(2)矿化煤基固废制备保水开采负碳充填材料试验研究

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煤炭学报 2022年第12期47卷 4228-4236页

作者：马立强翟江涛 NGO Ichhuy 中国矿业大学深部煤炭资源开采教育部重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116

煤炭资源开发利用过程中会产生大量的CO_(2)以及粉煤灰等煤基固废,在“双碳”目标下,如能采用CO_(2)矿化煤基固废制备充填材料,并将其充填在采空区里控制岩层移动,将会“变废为宝”,推动保水开采等绿色低碳技术发展。针对矿井充填现场... 详细信息

煤炭资源开发利用过程中会产生大量的CO_(2)以及粉煤灰等煤基固废,在“双碳”目标下,如能采用CO_(2)矿化煤基固废制备充填材料,并将其充填在采空区里控制岩层移动,将会“变废为宝”,推动保水开采等绿色低碳技术发展。针对矿井充填现场难以满足CO_(2)矿化所需高温高压高钙(“三高”)条件的问题,探索在常温常压条件下,采用常规低钙粉煤灰(“三常”)研制CO_(2)矿化煤基固废负碳充填材料(Negative Carbon Filling Material, NCFM)。在NCFM反应过程中,原材料首先发生水化反应生成C—S—H凝胶、Ca(OH)_(2)和CaCO_(3),再与CO_(2)反应后生成SiO_(2)硅胶。在此过程中,碱性激发剂加速C—S—H凝胶和硅胶的生成,使NCFM具有快速早强特征。随着NCFM进一步水化反应,碱性激发剂会促进火山灰反应的发生,进而促使更多水化产物的生成,有利NCFM长期强度的提高。在采用坍落度测试、凝结时间测试、单轴抗压强度(UCS)测试、X射线荧光光谱(XRF)、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)-X射线能谱仪(EDS)分析,以及热重分析(TGA)测试的基础上,研究了NCFM的力学性能和微观组织,阐明了NCFM的早期与长期强化机制。80%粉煤灰掺量的NCFM试样的UCS最大,3 d达2.70 MPa, 28 d达5.12 MPa。1 g NCFM的最大CO_(2)吸收量为1.39 mg。NCFM的研制提供了保水开采负碳充填材料,可推进形成CO_(2)资源化利用、固废规模化处置、采空区再利用,以及保水开采等煤炭资源绿色化开采的协同技术途径,促进实现“碳炭置换”,助力加快能源资源领域“双碳”战略目标实现。

关键词： CO_(2)矿化煤基固废常温常压负碳充填材料保水开采

长壁工作面采动覆岩层理开裂机理及侧向裂隙发育规律

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煤炭学报 2023年第S2期48卷 527-541页

作者：余伊河马立强张东升苏发强王文河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454003 河南理工大学煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454003 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116

长壁开采煤层覆岩下沉变形过程中,岩层内部形成弯曲应力,并可能沿抗拉和抗剪强度较小的层理开裂形成侧向导水通道。针对相邻采空区积水侧向渗漏引起的工作面突水问题,研究了长壁开采覆岩层理开裂机理,分析了侧向裂隙发育规律。首先基于W... 详细信息

长壁开采煤层覆岩下沉变形过程中,岩层内部形成弯曲应力,并可能沿抗拉和抗剪强度较小的层理开裂形成侧向导水通道。针对相邻采空区积水侧向渗漏引起的工作面突水问题,研究了长壁开采覆岩层理开裂机理,分析了侧向裂隙发育规律。首先基于Winkler弹性地基梁理论建立采动覆岩弯曲下沉挠度方程,考虑煤柱和采空区上覆岩层不同支承压力与破坏程度确定对应的上覆载荷和地基系数,给出各层位岩层的下沉、转角、弯矩和剪力曲线计算公式。在此基础上,将采动覆岩层理裂隙分为张拉离层裂隙和剪切错动裂隙,并根据岩层非同步弯曲下沉特征与组合梁理论计算岩层内部弯曲应力分布情况,提出了张拉离层裂隙和剪切错动裂隙发育判断依据,给出了覆岩任意层理面上侧向裂隙发育位置、长度和隙宽等参数的计算方法。最后以凌志达煤矿15102工作面工程地质条件为依据,计算了上覆各岩层的挠度曲线和弯曲应力分布,分析了采动覆岩层理裂隙发育规律。结果表明,15102工作面在区段煤柱上方发育有超过50 m的剪切错动裂隙,超过了15101和15102工作面之间区段煤柱最大宽度;采空区边界上覆岩层中剪切错动裂隙和张拉离层裂隙共同发育;采空区中部上覆岩层中主要为张拉离层裂隙。采用钻孔窥视法探测了15101工作面采动侧向裂隙发育情况,对比验证了理论计算结果。根据研究结果确定沿层理发育的侧向裂隙是15101采空区积水侧向渗漏的主要导水通道。据此针对15102回采巷道制定超前钻孔注浆和滞后钻孔注浆措施,以及15101采空区积水疏排措施,从而有效减少了15102工作面回采巷道顶板淋水量,保证了巷道正常掘进和工作面安全开采。

关键词：侧向裂隙弹性地基梁覆岩下沉张拉离层剪切错动

保水开采覆岩等效阻水厚度的内涵、算法与应用

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煤炭学报 2022年第1期47卷 128-136页

作者：张东升范钢伟张世忠马立强王旭锋中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116

煤炭资源保水开采是实现绿色化开采的核心技术之一,保水开采可行性评价则是开展科学开采设计的基础问题。从采动覆岩整体阻水性角度入手,综合考虑覆岩整体的阻水行为与地下水系统的动态响应之间的关系,提出了将上覆隔水岩层(组)虚拟为... 详细信息

煤炭资源保水开采是实现绿色化开采的核心技术之一,保水开采可行性评价则是开展科学开采设计的基础问题。从采动覆岩整体阻水性角度入手,综合考虑覆岩整体的阻水行为与地下水系统的动态响应之间的关系,提出了将上覆隔水岩层(组)虚拟为等效阻水层的学术思想,形成了基于采动覆岩等效渗透系数计算等效阻水厚度进行保水采煤可行性定量评价的新思路与方法。基于达西定律、Kozeny-Caman方程以及采动覆岩移动影响函数递推关系,采用分层、分区组合等效方法,在单岩层水平方向上通过并联来计算整层垂向等效渗透系数,进而通过垂直方向上进行多岩层等效渗透系数串联计算,建立了基于采高、工作面长度、沉陷参数和岩层初始水理参数的采动覆岩整体垂向等效渗透系数的计算方法;以采后覆岩地下水渗漏速度与目标含水层补给速度相等作为保水采煤临界条件,确定了保水采煤最大临界渗透系数与采高、等效岩层厚度之间的关系;基于采动覆岩的渗透系数与其等效阻水厚度成反比的假设,建立了采动覆岩等效阻水厚度的计算方法,进而根据维持含水层水位稳定所允许的最大临界渗透系数,提出了基于采动覆岩等效阻水厚度的保水采煤可行性评价方法,并通过伊犁四矿保水采煤含水层水位变化实测进行了实例验证。研究成果为保水开采预测评价、方法选择和参数优化提供了新的方法。

关键词：保水采煤等效阻水厚度等效渗透系数组合等效定量评价

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煤损伤演化过程中的红外辐射响应特征研究

煤炭科学技术 2022年第9期50卷 67-74页

作者：杜园园孙海马立强韩杰付煜李佳琦王伟辽宁石油化工大学土木工程学院辽宁抚顺113001 中国矿业大学深部煤炭资源开采教育部重点实验室江苏徐州221116

为揭示煤样损伤破坏机制,为煤岩动力灾害红外辐射遥感监测预警提供理论基础与技术支持,采用红外热成像技术和应变监测技术联合观测煤样单轴加载过程,分析了煤样损伤演化各个阶段其表面平均红外辐射温度(AIRT)和红外热像的响应特征,并尝... 详细信息

为揭示煤样损伤破坏机制,为煤岩动力灾害红外辐射遥感监测预警提供理论基础与技术支持,采用红外热成像技术和应变监测技术联合观测煤样单轴加载过程,分析了煤样损伤演化各个阶段其表面平均红外辐射温度(AIRT)和红外热像的响应特征,并尝试揭示煤样损伤演化过程中的红外辐射响应机制。研究结果表明:煤样的红外辐射响应特征与其破坏形式有关,剪切破坏煤样AIRT总体呈上升趋势,张拉破坏煤样AIRT总体呈下降趋势。将煤样损伤演化全过程划分为压密阶段、弹性阶段、裂纹稳定扩展阶段、裂纹非稳定扩展阶段和破坏阶段,发现AIRT在裂纹非稳定扩展阶段变化幅度最小(剪切破坏煤样平均增幅0.03℃;张拉破坏煤样平均降幅0.02℃),在破坏阶段变化幅度最大。张剪煤样破坏失稳前,其红外热像图中2种趋势相反的热效应(升温热效应和降温热效应)相互抵消,导致AIRT曲线出现“沉寂期”,这种现象可作为煤样破坏失稳的红外辐射前兆。煤样损伤演化不同阶段,红外辐射信息红外辐射响应机制不同:弹性阶段,煤样红外辐射信息变化是由热弹效应主导;裂纹稳定扩展阶段和裂纹非稳定扩展阶段,剪切破坏煤样红外辐射信息变化由摩擦热效应和裂纹扩展热效应主导、张拉破坏煤样红外辐射信息变化由张性变形产生的吸热效应主导。

关键词：煤样损伤演化红外辐射单轴加载破坏形式

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采动覆岩渐进破坏的连续–离散耦合模拟研究

岩石力学与工程学报 2022年第11期41卷 2299-2310页

作者：李浩唐世斌马立强白海波康志勤武鹏飞缪小成太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室山西太原030024 大连理工大学土木工程学院辽宁大连116024 大连理工大学岩石破裂与失稳研究所辽宁大连116024 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116 晋能控股煤业集团山西大同037003

采动覆岩破裂演化数值结果准确性的关键在于建立岩体渐进破坏本构与连续–离散模拟方法。构建偏应力、球应力为基本变量的屈服函数、塑性势函数,结合广义胡克定律得到完整岩块的弹塑性本构;引入弹塑性损伤理论,以平方拉剪应力准则为初... 详细信息

采动覆岩破裂演化数值结果准确性的关键在于建立岩体渐进破坏本构与连续–离散模拟方法。构建偏应力、球应力为基本变量的屈服函数、塑性势函数,结合广义胡克定律得到完整岩块的弹塑性本构;引入弹塑性损伤理论,以平方拉剪应力准则为初始损伤判据,结合Benzeggagh-Kenane断裂准则,得到拉剪混合型断裂本构;构建离散块体挤压本构,基于直剪实验数据修正Sargin粗糙结构面剪切摩擦本构。编制反映岩石渐进破坏的连续–离散耦合模拟计算程序,在验证本构模型的基础上,根据同煤工程地质条件建立数值计算模型。结果表明:(1)岩石渐进破坏本构方程及相应的连续–离散耦合模拟方法,可数值实现岩石从连续体到离散体的转变过程;(2)多煤层重复开采扰动下,石炭系煤层覆岩裂隙分布复杂,其高度约为采高的21倍,远超经验公式所得结果;(3)模拟条件下,在侏罗系煤柱集中应力和采动应力耦合作用下,石炭系工作面超前支承压力峰值达到42 MPa,较无煤柱区域提高8~10 MPa,矿压显现强烈。上述成果在大同矿区得到初步应用,为进一步开展保水采煤、压裂卸压等提供理论支撑。

关键词：岩石力学覆岩运动渐进破坏连续–离散介质混合型断裂压剪摩擦