两淮煤田煤储层孔-裂隙系统与煤层气产出性能研究

借助于光学显微镜显微裂隙分析、压汞孔隙分析及低温氮吸附试验等手段，研究了两淮煤田煤储层孔、裂隙系统发育情况.研究发现该区煤储层孔、裂隙系统具有如下特征：① 显微裂隙非常发育，且多以宽度小于5 μm且长度小于300 μm的裂隙为主体；② 孔隙度较小，且孔隙类型中吸附孔（0～100 nm）远比渗流孔（大于100 nm）发育；③ 吸附孔多为连通性较差的一端封闭的平行板毛细孔.这种两极、双峰分布的孔裂隙系统结构，有利于煤层气的聚集，但对煤层气的开采不十分有利.     

不同煤阶煤孔隙分布特征及其对煤层气开发的影响

为了查明高、低煤阶煤储层孔隙分布差异性对煤层气富集与渗透运移的影响,根据高、低煤阶煤岩样品的压汞、平衡水等温吸附试验结果,分析了高、低煤阶煤孔隙发育特征,对比了高、低煤阶煤孔隙体积分形差异.结果表明:高煤阶煤孔隙度低、渗流孔含量小、“墨水瓶”型的半封闭孔发育导致孔隙连通性降低、渗流能力差;微孔含量高、水分含量低、吸附能力强,有利于煤层气富集.低煤阶煤孔隙度大,大、中、过渡孔比孔容均较大,孔隙连通性好,渗流能力强;比表面积小、水分含量高,致使吸附能力低下.高煤阶储层煤层气开发应提高渗透性而低煤阶煤层气开发则应首选优势富气区.     

黔西月亮田矿区YV-1井煤储层孔隙特征研究

利用压汞试验和低温氮吸附试验,研究了黔西月亮田矿区YV-1井6个主要煤层煤样的孔隙特征。压汞试验结果表明:该区煤储层孔容和孔隙度均较小,以吸附孔隙为主,具有微孔和小孔发育、大孔较发育、中孔最不发育的双峰结构孔隙特征;各煤层间不同类型孔隙孔容含量及压汞曲线形态相近,渗流孔隙多为具备一定连通能力的开放孔。低温氮吸附试验表明:煤样比表面积较大,有利于煤层气的聚集,但吸附孔隙中存在较多的一端封闭的不透气性孔和墨水瓶状孔,吸附孔之间的连通性较差,不利于煤层气的解吸和开发。     

贵州省中岭——坪山区块煤储层孔隙系统发育特征与物性分析

通过压汞和低温氮等温实验,发现贵州省中岭-坪山区块煤储层孔隙系统发育有以下共同点:孔隙度相对较高,孔隙结构以过渡孔、微孔(压汞测试),微小孔、超微孔(液氮测试)为主,中孔次之,大孔不发育,即吸附孔占绝对优势,约占总孔隙的79%;孔隙类型多以开放透气性孔为主,含有极少量"墨水瓶"孔,孔隙为细喉型,渗流孔与吸附孔之间连通性较差,该区储层对煤层气聚集非常有利,但对煤层气的解吸和开发较为不利。     

祁南矿区8煤储层孔裂隙性试验分析研究

借助压汞试验分析,研究了祁南矿区煤田煤储层孔、裂隙系统发育情况,发现该区煤储层孔、裂隙系统具有:①微裂隙非常发育,多以宽度小于5μm,且长度小于300μm的裂隙为主体;②孔隙度较小,且孔隙类型中吸附孔(0～100 nm)远比渗流孔(大于100 nm)发育;③吸附孔多为连通性较差的一端封闭的平行板毛细孔.这种两极、双峰分布的孔隙裂隙系统结构有利于煤层气的聚集,但对煤层气的开采不利.     

不同煤阶煤孔隙特征及其吸附能力响应

我国是煤炭资源大国，煤层气储量规模相当可观，但煤储层又具有低孔、低渗的不足，照搬国外或常规石油天然气的开采程序和方法已被证实是走不通的。应结合实际，根据不同地质条件、不同煤阶的开采程序，进行孔隙特征研究。煤孔隙特征、连通性和吸附能力对煤层气开采影响尤为重要，为研究煤孔隙结构特征随煤变质程度的变化关系及其吸附能力的响应特点，采取不同地区不同变质程度煤样，进行压汞测试和等温吸附实验。实验结果表明，煤孔隙度和平均孔径均随变质程度增加呈现降低—升高—降低的趋势；煤中孔隙连通性随煤变质程度增加逐渐变差；随煤变质程度增加，其最大吸附能力也呈现降低—升高—降低的总体趋势。     

山阳井田粉煤与原生结构煤孔隙特征对比研究

采集山阳井田5#原生结构煤与粉煤样品,分别进行扫描电镜、压汞实验、低温液氮吸附实验,对2种煤的孔隙特征进行对比研究。研究表明:中孔孔容比增长最快、小孔次之,微孔孔容比减小;微孔比表面积比增加,小孔和中孔比表面积比减小,有利于煤层气的吸附与储存;构造作用破坏了小孔与中孔的半开放性,使其孔结构变为开放性孔,同时也使一部分孔封闭成为"死孔隙",增加了孔隙结构的复杂性,但粉煤显微构造发育,附加微裂隙多,气体通道连通性强,同时变质气孔发育,导致渗流孔隙显著恢复,一定程度上提高煤储层的透气性,改善煤层孔隙的连通性。     

二连盆地群低煤阶煤储层孔隙发育特征研究

以二连盆地群霍林河盆地和白音华盆地低煤阶煤储层为研究对象,通过对煤储层物性特征、压汞曲线类型、孔径分布特征、孔隙结构类型划分的分析,研究低煤阶煤储层孔隙结构对煤层气吸附解吸的影响。结果表明:二连盆地群低煤阶煤储层孔隙系统发育良好,孔隙度较大,孔隙度Ⅳ煤组ⅢA煤3-1煤;孔隙结构以小微孔、大孔为主,孔径小于100 nm的小微孔和孔径大于1 000 nm的大孔对孔容贡献最大;基于孔隙孔径分布比例及孔径对煤层气储集和渗流的作用,把研究区孔隙结构类型划分为ⅡC封闭吸附型、ⅡO开放吸附型、ⅠC封闭渗流型、ⅠO开放渗流型4类,其中ⅡO开放吸附型最有利于煤层气的富集和产出;将霍林河盆地Ⅳ煤组、ⅢA煤储层和白音华盆地3-1煤储层相比较,ⅢA煤孔隙结构最有利于煤层气储集和开发。     

沁水盆地高家庄区块煤储层的孔隙特征

基于煤的孔隙特征在煤层气生产中的重要性,采用了压汞试验和低温氮吸附试验对沁水盆地高家庄区块煤层煤样进行了研究.压汞试验结果表明:该区煤储层具有小孔发育,大孔和微孔较发育,中孔最不发育的双峰结构孔隙特征;该区各煤样中的微孔孔容含量相近,变化不大;在各样中小孔孔容不仅含量最多,而且含量也相近;中孔孔容在各样中含量最少,且差异最大,大孔孔容在各样中含量差异也较大,但总孔容含量差异不是很大.低温氮吸附试验表明:煤样微孔比表面积差异巨大,最大差异达到6.3倍,各煤样中的小孔比表面积差异也较大,反映出各煤样吸附能力差异较大.     

高阶原生煤与构造煤的孔隙及分形特征研究

为了研究高阶原生煤和构造煤的孔隙结构与分形特征，采用压汞法、低压N₂吸附法和低压CO₂吸附法对所选的煤样进行了研究，比较了原生煤与构造煤之间的孔径分布、孔容和比表面积、孔型和连通性以及分形维数差异。结果表明：构造煤以开放型孔为主，并比原生煤具有更好的连通性；原生煤和构造煤二者的Dubinin-Radushkevic(D-R)和微孔比表面积之和都占到了总比表面积的99%以上，从而为瓦斯的吸附提供了更多的空间；构造煤较大的孔容和比表面积造成其高瓦斯含量的特征；构造煤渗流孔孔隙简单，吸附孔孔隙结构复杂性较低，孔隙表面相对光滑，提高了瓦斯在孔隙中的运移能力。     

煤岩体强度对灌浆压裂裂隙形成规律影响分析

利用RFPA-flow仿真软件建立二维模型,通过在强度较低及较高的煤岩体进行灌浆操作,模拟灌浆过程中强度变化下产生的裂隙直至模型失去稳定性的全部发展过程,根据仿真结果归纳出不同强度的煤岩体进行灌浆压裂作业时所产生的裂缝发展规律。     

特厚煤层综放开采上覆岩层导水裂隙带高度研究

针对老虎台矿区复杂地质条件和特厚煤层综放开采方法,应用数值模拟方法对综放开采诱发的导水裂隙带高度进行了研究。根据所得的应力结果确定了导水裂隙带高度并对其演变规律进行分析。应用现场钻孔注水实验结果对其进行验证,结果基本一致,从而可以确定所得上覆岩体导水裂隙带范围和高度的合理性,可用以指导后续开采的设计和安全防护。     

保水采煤面临的科学问题

保水采煤理念是基于榆神府矿区开发初期采煤引起的潜水位下降、植被退化而提出的。经过多年理论研究和工程实践,已初步建立了保水采煤技术体系,有效指导了生态脆弱矿区煤炭资源开采和生态环境保护。在国家关于生态文明建设标准日益提高的格局下,我国西部干旱半干旱地区煤水资源共生区生态环境保护面临历史考验。首先综述了保水采煤技术取得的成果,认为地质条件探查、岩层移动、保水采煤方法等方面的研究基本解决了单煤层开采中存在的突出问题,而生态脆弱矿区水与生态约束和生态修复与重构方面的研究滞后。其次探讨了保水采煤领域中5个紧密相关的科学问题,包括矿区依赖地下水的植被对煤层开采的约束程度的识别、量化及监测,大采高和重复采动条件下导水裂隙带高度探测与预测方法,有效隔水层厚度的量化与评价,大采高和重复采动条件下采动岩层(覆岩)控制及矿山生态环境影响机制、矿山生态损害监测与评价、矿山土地复垦与生态重建技术、生态修复策略及效果评价等。在新形势下,矿区生态环境保护的责任和任务重大,有待于投入更多研究来支撑我国西部矿山保水采煤理论与技术的突破,促进绿色矿区建设。     

煤储层裂隙参数正演分析

以TTI煤层的二维三分量各向异性弹性波方程为基础,推导Lebedev网格的有限差分格式,对不同裂隙参数的TTI介质进行数值模拟,分析裂隙参数对地震波场的影响,建立3层介质模型,获得不同裂隙密度和裂隙填充物的理论模型,正演得到煤层的AVO记录。通过对模拟结果的分析可知:(1)当煤层介质为干裂隙时,纵波的速度各向异性对裂隙反应敏感,当煤层介质为含流体裂隙时,横波的速度各向异性对裂隙反应敏感;(2)煤层顶板的反射系数为负值,底板为正值,煤层顶底板反射系数受多种因素的影响;(3)在煤层裂隙介质为干裂隙时,裂隙密度的变化对于反射系数曲线的截距影响较大,而对斜率的影响较小,在煤层裂隙介质为含饱和流体时,裂隙密度对于煤层反射系数基本无影响;(4)随着裂隙密度的增大,裂隙填充物对于反射系数的影响也相对增大。     

黑山露天煤矿非构造裂隙岩体爆破网路设计与优化

在长期干旱、多风、少雨气候条件作用下,岩体结构会发生变化,岩体内会有大量的节理和裂隙,爆破作业时,岩石大块率高,爆堆不规整,飞石伤人事故经常发生。在爆破试验基础上,设计采用不对称的"V"型斜线逐孔毫秒微差起爆网路,大区深孔爆破,可以增加自由面,环向拉应力和径向拉应力作用效果明显。本文通过黑山露天煤矿非构造裂隙爆破理论与实践,使岩石爆破大块率降低5%~7%,大大提高爆破效果。     

煤孔隙分形特征及其随温度的变化规律

利用分形几何学理论对煤孔隙结构进行了定量的描述和研究,推导了煤孔隙分形维数的表达式;利用压汞法测量了煤样在不同温度下的孔隙分布,从试验方面验证了煤孔隙所具有的分形特征,并利用这些试验数据求得了煤样孔隙体积的分形维数,得出了温度越高,煤孔隙分形维数越明显,并且呈线性增大的结论.     

深孔松动爆破技术在“两高一低”突出煤层工作面中的应用

为了解决“两高一低”（高瓦斯含量、高瓦斯压力、低透气性）突出煤层综采工作面的防突和瓦斯超限问题，新田煤矿在1402工作面下部硬煤进行深孔松动爆破抽放技术试验。该技术的应用增大了煤体裂隙和煤层透气性，扩大了抽放钻孔的影响范围，提高了工作面瓦斯抽采量，减少了钻孔的施工时间和瓦斯抽放时间，钻孔工程量减少了一半，瓦斯治理效果明显，经济技术效果显著。     

采动裂隙煤岩体应力与瓦斯流动的耦合机理

采用渗流力学理论分析方法,对煤层采动裂隙、采动应力与瓦斯流动的耦合作用进行了研究。对采动过程中煤层及其覆岩的裂隙,采动应力和瓦斯压力进行了现场实测,并对三者之间的相互影响作用进行对比分析。研究结果表明：采动影响下裂隙煤岩体的渗透率与裂隙宽度、裂隙贯通情况、裂隙不平整度、裂隙间距裂隙法向刚度和采动应力等有关,裂隙煤岩体瓦斯流动与其裂隙发育情况有着极其密切的关系,瓦斯渗透率与裂隙宽度呈正相关,与裂隙间距呈负相关。基于工作面煤层采动裂隙、采动应力与瓦斯流动耦合作用,依据裂隙煤岩体瓦斯渗流定律,构建了裂隙煤岩体采动应力-瓦斯渗透的力学模型,揭示了裂隙煤岩体的采动裂隙、采动应力与瓦斯流动的耦合机理。     

基于CT三维重建的高阶煤孔裂隙结构综合表征和分析

为有效研究煤的孔裂隙结构特征,实现对煤的孔裂隙结构的定性定量表征和分析。以内蒙古巴彦高勒煤矿311102运输巷的煤样为研究对象,基于ZEISS Xradia510 Versa X射线显微镜扫描得到的CT数据,结合三维可视化软件AVIZO中内置数学算法,提出了煤的孔裂隙结构定量表征的方法,并建立了煤的三维孔裂隙结构模型和具有拓扑结构的孔隙网络简化模型。通过本文提出的方法,对巴彦高勒煤矿煤样的孔裂隙微观参数——孔径大小、孔体积、孔隙率、配位数、喉道长度等进行了统计分析。研究表明:在微米的尺度下,内蒙古巴彦高勒煤矿的煤样以大孔为主,并伴有网状的割理裂隙,有效孔隙率为10.34%,通过孔隙网络模型统计出的孔隙数为12 834,喉道数为432及其他的微观结构参数。     

含瓦斯煤岩体采动致裂特性及其对卸压变形的影响

为了研究瓦斯压力对采动煤岩体卸压变形的影响,在FLAC平台上采用应变软化本构关系和“先加载后卸压”的方式,研究了不同瓦斯压力及围压条件下采动煤岩体的卸压致裂特性及其对卸压变形的影响。模拟结果表明：煤岩损伤破坏应力的峰值及所对应的轴向应变、应力峰后下降幅度随瓦斯压力的增加而减小,其力学特征由脆性逐渐向塑性过渡;瓦斯压力的增加使煤岩承载能力下降,并由于在有效应力空间中应力水平的提高而使拉伸破坏提前发生;随着瓦斯压力的升高,上覆煤岩采动煤岩卸压变形量、致裂破坏区不断增大,致裂特征更加明显,采动卸压范围、应力集中峰值及其距煤柱边界的距离也增大。因此,当煤层瓦斯压力较高时,瓦斯压力对采动煤岩体卸压变形的影响不能忽略。