复杂气井套管力学分析与可靠度评价

为建立考虑地层和套管参数随机性的套管可靠度评价理论方法,以便得到复杂井况下套管传统设计安全系数与可靠指标之间的关系,提出了非均匀地应力和内压联合作用下,沿套管最大外挤力方向管壁任意位置发生屈服失效时外壁等效均匀外挤力的计算方法;建立了套管抗挤和抗内压三轴强度计算公式以及有效内压计算方法;根据套管载荷和强度影响因素统计参数以及评价过程中参数测试标准值,利用蒙特卡洛法（MC）建立了完整的套管可靠度计算和评价方法;通过实例对传统安全系数与可靠指标的对应关系进行了研究。研究结果表明:指定条件下,套管安全系数与可靠指标之间存在对应关系;利用建立的方法编制计算程序可以为传统设计法中安全系数代表的安全程度进行量化;可靠度评价方法能够为安全系数的选取提供指导。     

立井揭煤前测定煤层瓦斯压力的方法与实践

为了解决复杂环境下立井揭煤前煤层瓦斯压力的可靠测定,基于揭煤井筒瓦斯地质特征、煤岩体物理力学性质,应用COMSOL软件模拟揭煤工作面在接近目标煤层时,井筒周围煤岩的地应力分布特征,直观展现了目标煤层中的应力分布结果。模拟结果表明,立井工作面距煤层的垂直距离为7 m时,煤层中会形成一个近似于环形的卸压圈,卸压半径为16 m,因此煤层瓦斯压力测试孔的终孔位置应布置在井筒中心线16 m以外的原始地应力区,以保证测压点瓦斯压力不受揭煤井筒卸压区的影响,令测压结果准确可靠,从而更好地预测煤与瓦斯突出区域的危险性。同时,结合立井揭煤工作面的水文地质特征和井筒严重淋水情况,自主研发并应用了瓦斯测压孔"两堵一注"封孔材料及特定的封孔工艺,进一步保障了封孔质量和瓦斯压力测试结果的可靠性。最后,依据测压结束时测压管内的实际水压情况,对测压结果进行修正,并依据实测瓦斯含量,采用间接法对所测得的瓦斯压力进行验证,实测值在反算得到的瓦斯压力值域内,表明此方法有效可行。     

极高地应力软岩稳定性指标优先级及多因素耦合分级∗

极高地应力隧道工程设计施工除了考虑地质构造作用极其强烈以外,强度应力比、地下水、膨胀应力、结构面产状等因素对围岩稳定性的影响也必须考虑,同时隧道轴线与最大应力主方向夹角、隧道断面及面积、岩层厚度及倾角等因素也非常重要。以《工程岩体分级标准》为基础,提出一种极高地应力复杂软岩隧道围岩稳定性因素优先级分析思路,并采用熵权法形成多主因素耦合、次因素修正的围岩分级方法。现场实践表明分级结果与现场施工状态吻合较好,进一步对另两座隧道使用本方法进行验证。结果表明,现行规范中围岩分级因素和方法不适用极高地应力情况,且和影响因素优先级加多因素耦合修正 BQ 值的围岩分级方法结果相差 10% 左右,原因是对极高地应力软岩稳定性影响因素考虑不全面。这种围岩稳定性分级方法具有较好的适用性,且耦合时使用熵权法原理使得结果更加偏向于定量计算,减少了人为因素干扰,结果更加客观真实。     

阜新盆地地形对地应力场的影响研究

为了探讨隆起地形对阜新盆地内地应力场的影响,利用半无限平面边界上受分布荷载作用的弹性力学模型计算了阜新盆地两侧的闾山山脉和松岭山脉对盆地内地应力场的影响。结果表明,隆起地形导致阜新盆地内部水平应力增加,在地表至-100 m深度,地形引起的水平应力随深度增加而急剧减小,在近地表处达到了2.81 MPa,在-100 m深度约为1.73 MPa;在-100~-300 m,水平应力随深度增加变化不大,总体维持在1.65~1.73 MPa;随着深度的进一步增加,水平应力又有逐步减小的趋势,在-300~-800 m,水平应力逐步从1.65 MPa逐步减小至1.43 MPa。隆起地形的水平应力效应使盆地内部最大主应力增加,最大主应力与最小主应力之差更为显著,从而造成煤岩体受强烈的构造应力和差异应力作用,增强了煤岩动力灾害的地质动力环境。     

石门揭煤突出机理及控制技术应用

从地应力和瓦斯等方面系统分析了石门揭煤突出规模最大和危险度最大的根本原因:瓦斯来源最广而且地应力储集最大。介绍了近年来开发研究的两大卸压增透利器:水力割缝,水力压裂。通过对几个矿的实践,发现卸压增透措施相比常规措施效果显著,为有效防止煤与瓦斯突出、特别是防止石门揭煤突出发挥了重要作用,同时,采掘速度大大加快,提高了经济效益。     

声发射技术在采矿工程中的应用

论述了岩体声发射技术的基本原理．介绍了其在采矿工程中的若干应用成果：地应力测量、高应力区圈定、冒顶预测预报、稳定性评价：     

基于FLAC3D分析的某铁矿充填效果研究

为解决辽宁某铁矿开采后地表沉陷问题,验证自研的复合激发尾砂胶结充填体充填效果,运用FLAC3D模拟软件对铁矿二步骤充填开采和地表沉陷进行数值模拟计算研究.研究结果表明:采用3种胶结充填体分别进行二步骤充填后,盐基、碱基、水泥基胶结充填体内部的应力平均值分别为0.92,0.79,0.93 MPa,最大位移值分别为38,2...     

高地应力下深部硐室底鼓破坏围岩稳定性分析∗

为研究西部山区高地应力作用下深部硐室的稳定性问题,根据普氏压力拱理论,综合考虑深部硐室冒顶,片帮以及底鼓破坏,建立了高地应力下深部硐室底鼓破坏模式,基于极限分析上限法和非线性 Hoek?Brown 破坏准则,推导了该破坏模式下深部硐室的围岩压力理论公式,求解了该破坏模式下深部硐室围岩压力上限解,并将本文结果与数值模拟和已有成果进行对比分析。此外,通过该破坏模式研究了各参数对围岩压力和潜在破坏面的影响。结果表明：（1）随着初始地应力场参数中 σ_V和 λ 增大,深部地下硐室围岩压力 q 逐渐增大,硐室围岩潜在破坏面逐渐增大,其中 σ_V表现尤为显著;（2） Hoek?Brown 破坏准则参数中 GSI、σ_ci和 m_i的增大对深部硐室围岩稳定性有明显的提高效应,而 D 增加则会降低硐室围岩的稳定性;（3）随着底部压力相关系数 μ 增加,深部地下硐室顶板和两帮的围岩压力表现为减小的趋势。研究成果可为深部硐室的支护设计提拱有效的理论支撑。     

空心包体在郓城煤矿中地应力测试的应用

简述了空心包体地应力测试方法测试原理和计算方法,在山东郓城煤矿一采区轨道下山和辅助石门等4个位置进行了地应力实测。测试位置埋深-815～-845 m。测试结果表明,最大主应力为水平地应力,方向为NE81.65°～97.68°,水平应力与竖直应力比为1.32～1.37,最大水平应力达到30.28～38.21 MPa,表明郓城煤矿一采区处于高应力地区。采区巷道布置应沿着NE方向水平布置,能够有效地回避水平构造应力的影响。在巷道支护设计中应主要考虑水平应力。通过地应力实测,为郓城煤矿提供了一采区地应力分布规律,为一采区巷道布置和巷道支护设计提供了基础地质资料。     

地应力对高放废物黏土岩地质处置库洞室群稳定性影响的数值模拟

世界上尚无建成投入使用的高放废物(指高水平放射性废物)地质处置库,世界各国的高放废物地质处置库仍是一种概念设计,总体设计思路基本是一致的,主要包括地面设施和地下设施设计两部分。目前主流的高放废物地质处置库地下设施的设计是以"井字形"巷道列阵的形式布置于地下,基于此类洞室群地下结构特征,以我国高放废物黏土岩地质处置库预选区(塔木素预选区)为工程地质背景,结合该预选区地应力场分布特征,针对比利时高放废物黏土岩地质处置库地下设施的概念设计模型,运用ABAQUS数值仿真软件对该高放废物黏土岩地质处置库洞室群主巷道洞轴线方向与最大水平主应力的夹角在0°～90°变化条件下,洞室群周围围岩位移场、应力场和塑性区的分布规律进行了数值模拟研究。结果表明:塔木素预选区受水平、垂直应力作用的影响均较显著,初步认为该预选区地应力分布特征可能具有一定的层控性;为减小地应力对高放废物黏土岩地质处置库稳定性的影响,地质处置库洞室群主巷道洞轴线方向应与地应力方向呈一定的角度;以比利时高放废物黏土岩地质处置库地下设施的概念设计为例,当地质处置库洞室群主巷道洞轴线方向与最大水平主应力夹角a为45°左右时,地质处置库洞室群的稳定性最好。我国目前尚未提出高放废物黏土岩地质处置库的概念设计模型,该研究可为我国高放废物黏土岩地质处置库的设计提供参考。