为了提高预报各种小型地质构造的准确度,在沁水煤田南部煤矿井下开展多种电法、震波法和两种方法组合的地球物理勘探试验研究,以某矿的一次成功实践为例,介绍了综合物探的实施过程和解释方法。大量实践研究结果表明:对物探信息的合理解释需建立在对地质采矿资料和地层物性特点分析的基础上;单一电法或震波法预报的准确度偏低。井下探测隐伏小型陷落柱,采用瞬变电磁法和矿井震波超前探测组合技术,可以有效地避免对物探资料的多解性,提高准确度;无水陷落柱在瞬变电磁法视电阻率拟断面图中一般表现为近似环形,阻值高于周围正常岩体而陷落柱在矿井震波超前探测深度偏移剖面中有较明显的反映,位置误差较小。

基于非常规油气赋存特征、页岩气区块分布特点及国内外油气开发经验,提出“多期、多源、多气”联合勘探开发评价思路,并以鄂尔多斯盆地、四川盆地各类型气藏分布特征为例,阐述其应用设想。煤层气、页岩气、致密砂岩气及常规油气在上述盆地中均有分布,部分地区垂向叠置,以往各气藏勘探开发相互独立,造成地质资料重叠、勘探评价重复,提出的思路旨为新区(如页岩气区块)研究提供决策参考,应充分研究地质“多期”,规划工程“多期”,认清地质“多源”,优化工程“多源”,分析地质“多气”,推进工程“多气”,降低勘探成本,减少重复工作。

针对厚松散层提高回采上限而导致综采工作面易压架的现象,采用理论分析、FLAC3D数值模拟和现场实测对谢桥煤矿1202(3)提高回采上限综采工作面围岩应力分布、覆岩运移及支架受力、变形特征进行分析。研究结果表明:受煤层倾角、覆岩结构和缩小防水煤柱影响,沿工作面倾向的支承压力、覆岩运移等具有非对称分布特点;提高回采上限使得基岩厚度变小,是影响支架选型及工作面安全回采的关键因素之一;当基岩厚度与松散层厚度比值小于0.1时,支架工作阻力和顶板下沉量的关系曲线呈双曲线特征;当基岩厚度与松散层厚度比值大于0.1时,关系曲线接近于线性特征;在开采上限的合理范围内,液压支架工作阻力与基岩厚度成反比关系。揭示了厚松散层下提高回采上限开采覆岩运移的非对称性及其对支架-围岩关系的影响,为上提工作面支架选型、围岩稳定性控制提供了参考。

基于含瓦斯煤受载破坏表面电位试验系统,测试研究了不同瓦斯压力下煤样受载破坏产生的电位信号变化规律及其灰色突变特征。结果表明:含瓦斯煤的破坏是载荷与瓦斯气体共同作用的结果,高压瓦斯的蚀损作用促进了煤体的破坏,引起较高的电位信号。由于当煤样受载破坏时,高压瓦斯会楔入新生裂纹,加速煤体破坏,从而产生较高的电位强度,且煤体产生的电位强度与充入的瓦斯压力成正比。笔者建立了含瓦斯煤破坏电位信号和载荷灰色-突变模型,分析了含瓦斯煤破坏的电位、载荷突变规律,发现在含瓦斯煤破坏过程中电位和载荷的灰色突变判别式可反映煤样的损伤积累、破坏临界、失稳破坏3种状态。电位信号的灰色突变特征对含瓦斯煤破坏具有明显前兆特征。

针对勘探证实筠连煤田晚二叠世龙潭组煤系泥页岩有一定的含气性,对页岩储层开展含气资源潜力评价。运用多种手段,对筠连煤田晚二叠世龙潭组煤层顶底板泥页岩样的生烃条件、储层物性及含气性等方面进行相关测试。结果显示:筠连泥页岩干酪根类型为Ⅲ型,处于过成熟热演化阶段,镜质组反射率平均3.11%,总有机碳平均2.66%,黏土矿物含量平均54%,石英含量平均39.5%,解吸含气量平均1.9 m3/t。分析表明,筠连煤田龙潭组泥页岩储层各项指标基本达到了页岩气开发的最低要求,但与美国Barnett页岩相比,除埋深浅外,其各项指标均相对较差,尤其石英等脆性矿物含量较低,不利于页岩储层的压裂造缝。

为了保持深部硐室的长期稳定,降低硐室维修费用,保证矿井的安全生产,以新庄煤矿暗斜井第2部大断面机头硐室为工程背景,采用数值计算研究了大断面硐室顶板卸压巷道的卸压机理。研究结果表明,顶板卸压以后硐室顶底板围岩垂直应力均大幅减小,且底板垂直应力减小的幅度较大;顶板卸压对硐室顶板的扰动较小;卸压以后硐室顶底板和两帮围岩水平应力、水平位移均明显减小,所以顶板卸压效果明显。在此基础上,设计了大断面硐室顶板卸压巷道的参数和卸压区域,并提出了卸压巷道掘出以后,采用定向抛掷爆破法进行顶板区域卸压的施工方法。

为了解决反渗浓水制约现代煤化工园区废水零排放实现的问题,将反渗透浓水回用于水煤浆制备。选用烟煤和褐煤作为混合煤样,通过调整反渗透浓水比例验证其成浆性,并分析钙离子浓度对水煤浆流变性的影响。试验结果表明:随着投加反渗透浓水水量的增加,制浆浓度不断增加,其流变性越来越差。为了保证在100 s-1剪切率时表观黏度D不超过1 200 MPa·s,反渗透浓水的投加比例不宜超过50%;随着钙离子质量浓度从0增加到1 867.40 mg/L,水煤浆D从1 041 MPa·s提高到1468 MPa·s,表明钙离子可以中和煤颗粒表面负电荷,不利于降低黏度,流动性变差。

为了研究磁性树脂对细粒煤脱水的性能,制备了磁性聚丙烯酸钠(PAAS)树脂,表征了磁性PAAS吸水树脂中磁性物晶态,测定了树脂在水中的溶胀性能;考察了树脂与细粒煤配比、混合时间、细粒煤初始水分以及树脂的重复利用等因素对脱水效果的影响。结果表明,Fe3+和Fe2+渗透到PAAS树脂形成Fe3O4会使树脂的溶胀率降低。细粒煤中初始水分为14%~26%,混合时间为2 h时,树脂与细粒煤质量配比为2%,磁性PAAS树脂与PAAS树脂均可以将其水分降低至9%以下,应用磁性PAAS树脂对含水细粒煤的脱水效果明显。磁性PAAS树脂循环使用对细粒煤的脱水效果影响不明显,在循环使用次数初期,磁性PAAS树脂中Fe3O4含量随着循环次数的增加而明显降低,随着循环次数的进一步增加,树脂中Fe3O4的流失量不大。循环15次后,树脂中磁性物Fe3O4含量依然有14.13%。