厚煤层综放开采覆岩动力灾害原理及防治技术

随着我国煤炭开采深度的不断增加,冲击地压等煤岩动力灾害日益加剧,严重影响到煤矿安全生产。综合采用理论分析、装备研发,技术开发、工程实践等方法,研究了厚煤层综放开采的覆岩运动特征、动静叠加载荷作用下冲击动力灾害发生原理,提出了坚硬顶板多点拖动式分段水力压裂冲击防治方法,并在神东布尔台煤矿开展了工程应用。结果表明:综放开采中-低位关键层破断方式逐渐由悬臂梁式过渡为砌体梁式,控制采掘扰动形成的动载荷,改造覆岩破断形式是解决冲击动力灾害的关键。通过顶板分段水力压裂弱化技术实施,压裂最高压力30.7 MPa,破裂压降最大达10.0 MPa,出现3.0 MPa以上压力降200余次。单个压裂钻场弱化影响范围达走向300m,倾向230m;压裂后顶板来压步距、动载系数、最高压力较未压裂段分别降低了20.00%～69.70%、5.79%～7.90%、13.44%～18.37%,验证了顶板弱化的有效性。     

新集一矿11_2煤层构造煤分布规律及成因分析

为了掌握新集一矿112煤层构造煤分布特征及成因,根据钻孔测井曲线,结合钻孔资料揭露情况,对112煤层各钻孔构造煤厚度鉴定、统计,并绘制构造煤层厚度等值线,在此基础上对112煤构造煤层的分布特征进行分析。分析结果表明:矿井内112煤层的构造煤普遍发育,尤其是在以F10断层为核心的断层带发育区域,以及向斜核部位置内,构造煤厚度较其他区域加大。构造煤发育受受阜凤推覆构造前期形成影响,并受后期断裂构造与褶皱的改造影响。     

沁水盆地南部煤层气井排采伤害判别模式

为分析煤层气排采生产过程中储层伤害对煤层气井产能的影响,以沁水盆地南部成庄区块为例,对22口煤层气井排采生产特征进行了分析,划分了高、中、低产井和产水井,界定了不同产能井排采伤害发生的时间,建立了煤层气井的排采伤害判别模式。研究结果表明:成庄区块高、中、低产井和产水井排采前期易产生速敏效应,中期是地层气锁的高发期,后期会出现应力闭合伤害;3种主要排采伤害中,气锁发生的可能性比煤粉堵塞要大,速敏出现概率又比应力闭合大;高产井在生产过程中一般会发生一种类型的伤害,中产井中出现2种伤害类型的几率增大,低产井与产水井多为多种伤害类型组合甚至出现伤害的耦合效应。     

黄陵矿区煤矿井下围岩喷涌气体致灾机理及防治措施

鄂尔多斯盆地南缘黄陵矿区黄陵一号等煤矿在采掘过程中出现井下围岩大量气体喷涌现象,导致矿井停采停掘,对煤矿安全生产构成严重威胁。为了揭示喷涌气体的成因及致灾机理,以地面钻孔补充勘探和钻探资料及围岩气体地球化学参数测试数据为基础,采用气样地球化学特征分析、热演化史模拟、烃源岩对比、运移通道识别等多种方法,查明围岩气体的砂岩储集层平面及剖面分布特征,研究区内异常致灾围岩气体的成因类型和来源,分析围岩气体异常喷涌的致灾机理,建立以顶底板砂岩探抽为主的分源综合立体抽采防治模式。研究结果表明:(1)该区煤矿井下围岩气体喷涌具有突发性、隐蔽性、涌出集中和涌出量大等特点,涌出气体主要成分为甲烷,气体主要来源于围岩;(2)顶、底板围岩气体主要为原油伴生热解成因的油型气,生气源岩为上三叠统延长组长7等段腐泥型主力烃源岩,经燕山运动形成的北东向基底断层及其周围大规模垂直裂缝运移而来;(3)油型气主要储集砂岩层呈区带式分布,受构造和岩性双重控制;(4)针对围岩油型气以游离态储集在砂岩中、由采动裂隙导通涌出的特点,采用分源综合立体抽采的防治模式进行围岩气灾害治理,取得了良好的治理效果。     

GIS空间叠加下模糊优化法的页岩气有利区预测

在综合储集层、经济效益、资源规模等因素的基础上,借鉴北美页岩气有利区勘探相关研究成果,结合淮南煤田山西组页岩地球化学、沉积等特征,筛选出8个影响因素作为页岩气有利区评价优选指标,并建立相应的页岩气有利区评价模型。通过层次分析方法确定了淮南煤田页岩气有利区评价指标的权重,采用统计类比法、待定系数法和模糊优化技术,确定各个评价参数的隶属度。以模糊优化评价方法为基础,结合GIS空间叠加技术,对淮南煤田山西组页岩气有利区进行综合评价和预测。研究结果表明：淮南煤田山西组页岩气有利区可以分为4类,最终优选出研究区东南区域、古店乡—顾桥乡—桂集乡—刘集乡一带及杨楼乡一带为页岩气优等有利开发区。     

基于GIS的模糊优化法的页岩气有利区预测——以淮南煤田下石盒子组为例

在考虑储层因素、经济效益、资源规模的基础上,借鉴北美页岩气有利区预测经验,结合淮南煤田下石盒子组的地化、沉积等特征,筛选出7个影响因素来作为页岩气有利区优选指标,并建立了相应的页岩气有利区评价模型。通过层次分析方法,确定了有利区评价指标的权重,采用统计类比法、待定系数法和模糊统计分析,确定了各个评价参数的隶属度值;以模糊优化评价方法为基础,结合GIS空间叠加技术,对淮南煤田下石盒子组页岩气进行有利区评价和预测。研究结果表明:研究区下石盒子组有利区可以分为4类,最终优选出贺疃乡—丁集乡—桂集乡—新集乡一线、平圩镇及高皇镇一带为页岩气有利开发区。     

坚硬顶板首采工作面初采阶段水力压裂综合治理技术研究

针对坚硬顶板条件下首采工作面初采期间顶板难以垮落问题，以巴拉素煤矿2102工作面为研究背景，采用理论分析及现场试验等方法，建立了工作面初次垮落力学结构模型，提出了“定向长钻孔+常规短钻孔”水力压裂综合弱化治理技术，揭示了基于“长钻+短钻”水力压裂技术的顶板弱化机理，综合评价了压裂后顶板弱化效果。研究表明：未进行压裂治理时，力学模型得到初次垮落步距为77 m,工作面合理水力压裂范围为垂直方向12.26～23.43 m,水平方向0～30.8 m。压裂施工过程中长钻孔最高压力达到26 MPa以上，短钻孔压裂最高压力达到52 MPa以上，均出现明显压降，降幅最大达到26 MPa。治理后工作面呈现“频繁小来压”矿压显现特征，水力压裂治理效果显著。通过“定向长钻孔+常规短钻孔”水力压裂综合弱化治理技术，保障了2102工作面初采期间安全回采，为类似条件工作面初采阶段强矿压灾害治理提供了可借鉴治理方法。     

淮南潘谢矿区二叠系泥页岩构造热演化特征

采用镜质组反射率古温标和古热流法恢复了淮南潘谢矿区晚古生代以来的埋藏史、构造沉降史和二叠系泥页岩的热演化史,并探讨了其生烃的地质意义。研究结果表明:淮南潘谢矿区二叠系经历了早二叠世-中侏罗世末期的稳定沉积阶段、晚侏罗世早期-白垩纪末期的迅速抬升阶段、古近纪早期-古近纪中末期的重新沉积阶段、古近纪中末期至新近纪末期的抬升稳定阶段及第四纪早期以来的缓慢的沉降过程;盆地地温演化与构造埋藏-沉降史过程相一致,古热流经历了二叠纪至侏罗纪末的稳定阶段、晚侏罗世末期至古近纪中末期的迅速降低阶段、古近纪中末期后的平缓稳定阶段。二叠系烃源岩从二叠纪中晚期至中侏罗世进入成熟期的早期-中晚期,至晚侏罗世末期热演化终止;页岩气形成过程包括早二叠世-晚侏罗世生物成因气和热成因的伴生湿气生成、晚侏罗世-白垩纪末期气藏的再次补充与整体构造破坏、古近纪早-中末期局部层位的热成因气和生物气生成、古近纪末期至新近纪末期构造抬升的再次破坏4个阶段;研究区不同钻孔二叠纪地层埋藏和抬升时间一致,因沉降程度和抬升剥蚀速率的细微差异导致沉降埋藏和抬升剥蚀程度、热演化程度有所差异,但生烃过程总体一致。     

新集一矿主采煤层甲烷吸附解吸特征分析

通过等温吸附试验的方法对新集一矿主采煤层煤储层样品进行了试验,并对主采煤层煤储层的甲烷吸附解吸特征做了相关研究,结果表明:新集一矿主采煤层中的气体富集程度较高,对瓦斯的储集非常有利。并从井田兰式压力的角度来分析,得知在原始状态下13-1#、11-2#煤层比8#、6-1#煤层的瓦斯更难抽放。