焦作矿区煤层气赋存特征及开发利用前景

煤层气富集与地质条件和储层特征密切相关。利用煤田勘查和矿井生产资料,分析了焦作矿区二₁煤煤层气赋存地质条件、赋存特征和储层特征;研究表明,区内煤层气含量与煤层埋深、围岩气密性呈正相关,与水文地质条件呈负相关,并受构造条件制约;预测矿区中部断块和南部断块二₁煤煤层气资源丰富,有较好的开发利用前景。由于煤层渗透率较低,煤体结构变化较大,部分地段不利于通过压裂产生有效延伸长度和导流能力的裂隙,需要进一步探索成井工艺和储层改造措施,以提高煤层气产能。     

高瓦斯煤层注液态CO2压裂增透技术试验研究

基于液态CO₂的低温冻结及相变增压特性能够有效致裂煤体,可以达到煤层增透的目的。在淮南矿区张集北矿17246工作面开展了煤层注液态CO₂压裂增透技术工业性试验,沿工作面走向布置2个压裂钻孔、12个抽采钻孔,分2个阶段进行压裂试验,压注液态CO₂共计4.0 t。对Y₁、Y₂压裂钻孔的压力、流量及泵压进行在线监测,实测压裂后连续26 d瓦斯抽采效果。研究结果表明：试验过程中压裂液流量随压力升高呈现波动特性,试验工艺系统稳定;抽采支管的瓦斯纯流量是压裂前的2.1~3.2倍,瓦斯浓度是压裂前的1.6~3.1倍,累计26 d的瓦斯抽采总量为32 288.57 m³,与普通密置钻孔抽采瓦斯技术相比,经液态CO₂压裂后煤层瓦斯抽采效率明显提高。     

煤层群联合抽采瓦斯混源比例的对比试验

针对煤层群联合抽采时各煤层瓦斯无法准确计量的难题,根据瓦斯组分中的CH₄体积分数和碳同位素分布规律,基于化学组成质量守恒定律,建立煤层群联合抽采瓦斯气体混源比例计算模型,并在小屯煤矿开展对比试验。研究结果表明：小屯煤矿各煤层瓦斯中CH₄体积分数由大到小排序为6_下煤层>6_中煤层>6_上煤层,CH₄碳同位素值分布在-3.6%～-3.2%内,由重到轻排序为6_下煤层>6_中煤层>6_上煤层。联合抽采6_上煤层+6_中煤层+6_下煤层时,基于碳同位素原理计算得到的6_上煤层混合比例为10.82%～24.54%,6_中煤层混合比例为57.81%～69.58%,6_下煤层混合比例为5.88%～31.37%,与分层计量考察结果基本一致。说明基于碳同位素进行煤层群联合抽采瓦斯混源比例的计算是科学准确的,研究结果可为煤层群瓦斯联合抽采达标评判提供新的研究思路。     

小屯煤矿近距离突出煤层群联合抽采瓦斯溯源研究

为了识别煤层群联合抽采混合气体瓦斯来源、确定各煤层瓦斯抽采占比,以小屯煤矿6_上、6_中及6_下煤层联合抽采瓦斯为研究背景,以碳同位素法和分层计量法为研究手段,分析各煤层瓦斯组分及碳同位素特征,识别混合气体瓦斯来源,确定各煤层瓦斯抽采占比。结果表明:小屯煤矿各个煤层瓦斯组分含量和碳同位素值存在差异性;建立了煤层群联合抽采瓦斯混源比例计算模型,碳同位素法确定混合气体中6_上煤层占10.82%~24.54%,6_中煤层占57.81%~69.58%,6_下煤层占5.88%~31.37%;分层计量法确定混合气体中6_上煤层占12.98%~19.55%,6_中煤层占55.28%~60.55%,6_下煤层占25.17%~26.47%。2种计算方法均证实了6_中煤层的混合比例最大,占据主导地位。研究结果表明,基于同位素进行煤层群联合抽采瓦斯混源比例的计算是科学准确的,为煤层群瓦斯联合抽采达标评判提供新的研究思路。     

水力冲孔增透技术在三软煤层煤与瓦斯突出防治中的应用

登封东部矿区的煤与瓦斯突出矿井没有开采保护层的条件,只能布置底抽巷、施工穿层钻孔来抽采二₁煤层瓦斯。为了提高二₁煤层的透气性系数,采用水力冲孔（割缝）技术措施,在实施水力增透措施中,应合理确定工作水压、每米出煤量以及冲孔有效影响半径,以达到较好的卸压增透效果。     

新安煤田新义井田深部勘查区二1煤煤层气地质特征

基于新义井田深部勘查区煤田地质勘查成果,分析了该区构造和二₁煤层展布特征,研究了二₁煤储层特征、煤层气含量及其分布规律、煤层气赋存条件。研究认为,勘查区二₁煤变质程度高,有利于煤层气的生成;煤储层孔隙度较高、围岩封闭性好,有利于煤层气赋存;煤体结构遭到严重破坏不利于煤层气运移;属正常压力、低渗煤储层。煤层气含量与埋深呈正相关趋势,DF₁断层为煤层气逸散通道。     

河南省宜洛煤田深部勘探区煤层特征研究

为了给中原经济区建设和河南经济的可持续发展提供支撑，以河南省宜洛煤田为例，分析了深部煤勘探区煤层特征，主要分析了煤层的含煤性、可采煤层以及煤岩层对比。研究得出，勘探区可采煤层共有7层。二₁煤层平均厚度5.72 m,煤层结构较简单，属基本全区可采的较稳定煤层。一₈、四₁、四₂、四₃、五₁和七₁煤层为层位较稳定，结构简单，煤厚变化大，属局部可采的不稳定煤层，可采范围主要分布于勘查区中、西部。采用综合对比方法进行了煤岩层对比，主要含煤地层、二₁煤层对比可靠，一₈、四₁、四₂、四₃、五₁和七₁煤层对比基本可靠，二₁煤适宜动力及民用。研究可以作为宜阳煤矿建设可行性研究和初步设计的地质依据。     

刘河煤矿矿床地质特征研究

以刘河煤矿为研究对象,研究了该矿矿床地质特征,主要包括煤的含煤性、稳定性、煤质特征、工艺性能和可选性等。研究得出,井田二₂煤层大部可采,三₃²煤层局部可采,二₂煤层煤厚0～4.08 m,平均2.37 m,煤层结构较简单,二₂煤层为大部可采的较稳定型中厚煤层;二₂煤层以低灰分、低硫、特低磷、低水分、特高发热量贫煤为主,易磨碎、极易选。宜作各类动力、火力发电和民用燃料用煤;研究为矿区后续开发提供了坚实的基础。     

贵州新田矿区顶板L型水平井煤层气抽采技术

针对碎软煤层瓦斯灾害频发、瓦斯抽采困难、顺煤层水平井钻进困难的问题,在借鉴“虚拟储层”思路和页岩气开发技术的基础上,以新田矿区9号煤层为对象,研究分析了煤层顶板L型水平井分段压裂抽采技术。通过目标区及目标层位优选、井身结构优化、井眼轨迹精准控制技术、多簇定向射孔分段压裂精确优化工艺技术及排采作业精细控制技术,形成了煤层顶板L型水平井煤层气高效抽采技术体系。结合工程实践,顶板L型水平井在新田矿区取得了产能突破,最高日产气量达到了5 334 m³/d,并获得了长期稳产高产的试验结果。顶板L型水平井分段压裂高效抽采技术的成功应用,为具有类似地质条件的高突矿井煤层气抽采及煤矿区瓦斯治理提供了技术方向引领。     

近距离煤层群联合开采关键技术研究

泉店煤矿二₁与二₃煤层松软且煤层间距小,煤层中间岩层平均厚度为8m,采用联合布置方式,对二₁与二₃煤的首采工作面进行同时开采,实现了安全回采,提高煤炭回收率,取得了较好的经济效益与社会效益。     

李村煤勘查区水文地质特征及充水因素解析

利用勘查区做过的详查勘探,分析该区的水文地质特征、各充水含水层的特征和充水因素,进而对二₁煤层开采过程中取得的煤层顶板砂岩含水层水、太原组石灰岩含水层水及寒武系灰岩含水层水、老窑老空水、断层水向矿井充水的资料进行充分的分析。在开采时,采取超前探放水、留足防水煤柱等措施,有效防治水害对煤矿安全生产的威胁。     

谷山井田与告成井田地质特征对比分析

告成井田与谷山井田同属于华北板内嵩箕构造小区,分属荥巩背斜的南北两翼,不同的构造背景造成二₁煤层瓦斯地质特征的差异。针对告成井田与谷山井田煤体结构变化成因因子,采用多因素对比分析的方法,对影响瓦斯赋存地质因素进行对比分析,从煤变质程度、煤体结构、围岩性质以及地质构造影响等方面进行对比研究,找出了两者的共同点与不同点,分析煤层瓦斯的物理特性、煤与瓦斯突出的物质基础、瓦斯压力梯度变化、瓦斯积聚与逸散变化机理,对煤与瓦斯突出危险性进行科学评估与合理性预测,以消除煤矿生产安全隐患。     

极复杂水文地质条件下矿井堵源截流技术应用研究

平禹一矿水文地质类型为极复杂型,历史上多次发生灰岩承压水突水淹井和淹采区事故,矿井主采二₁煤层、二₃煤层,当前矿井总涌水量为2 000 m³/h。中央泵房排水能力3 300 m³/h,五采区中央泵房排水能力3 200 m³/h,中央泵房及五采区中央泵房均采用独立系统,井下水可分别直排地面。平禹一矿岩溶水补给量较大,疏水降压存在着排水量大、降压目标难以实现的困难,经研究论证,通过采取地面注浆和井下注浆的堵源截流技术,切断岩溶水进入矿井导水通道,可以完全或部分消除岩溶水对二₁煤层开采的威胁。经过Ⅰ期（2009—2010年）和Ⅱ期（2013—2014年）2次堵源截流工程施工,矿井涌水量显著减少,特别是Ⅱ期工程实施后,堵水效果明显。通过堵源截流技术在平禹一矿的应用,封堵了充水通道,减少了矿井排水量,降低了矿井生产成本,有效保护了地下水资源,同时保证了矿井带压开采的安全性,具有明显的经济和社会效益。     

首山一矿大采高综采工作面瓦斯治理技术研究与应用

首山一矿现主采己组（二₁）煤层透气性低、煤体松软、煤与瓦斯突出危险性严重,且大多不具备合适保护层的煤层条件,属于高应力低透气性松软突出煤层。煤层赋存条件差,顶板破碎,瓦斯涌出异常,突出危险性严重,瓦斯压力大,严重导致矿井采掘接替失调。正在开采的己_15-17-12090综采工作面开采高度达到6 m,目前属于平煤集团开采高度最大的综采工作面,采面内煤层结构较为简单,以亮煤为主,玻璃光泽,煤层厚度有一定变化,采面煤层厚度为合层状态,采面己_15-17煤层厚度一般为3.2～6.7 m,平均厚6.2 m,为了提高本煤层瓦斯释放效果,保证综采工作面安全回采,采取在己_15-17-12090综采工作面中煤巷施工水力造穴技术,水力造穴装置前端封闭,具有造穴功能,实现了不退出钻杆钻进、造穴一体化的作用,高压水对煤层进行造穴后形成的洞穴空间,提高煤层的透气性和瓦斯释放能力,经过研究证明:采用水力造穴综合治理技术之后,工作面回风流瓦斯浓度高的问题得到很好的缓解,保证了矿井的安全高效生产,为相关地质条件的采煤工作面瓦斯治理提供参考。     

千米深井区域压裂增透技术应用与研究

针对矿井开采垂深下延,煤层透气性低,造成矿井采掘接替紧张现状。以平煤股份十二矿己₁₅-31040进风巷低位瓦斯治理巷为工程背景,对比采取水力压裂增透技术前后,煤层区域瓦斯含量的卸压效果。现场实测,己₁₅、己_16-17煤层绝对瓦斯压力分别为0.83～1.30、0.86～1.06 MPa,原始瓦斯含量分别为5.41～12.86、9.63～13.84 m³/t。水力压裂后分别沿压裂孔走向、倾向方向、不同步距点进行卸压效果考察:己₁₅煤层瓦斯含量较原始平均值降低5.41 m³/t左右,己_16-17煤层瓦斯含量较原始平均值降低2.91 m³/t左右。研究得出,沿走向方向外段瓦斯含量降幅大于里段,沿倾向方向巷道下帮方向瓦斯含量降幅大于上帮方向。研究分析煤层抽采效果考察等工作,为大垂深、低透气性,高应力矿井煤层增透促抽提供指导。     

河南省嵩箕构造区二1煤层瓦斯地质规律研究

采用评价、校正后的246个钻孔煤层瓦斯含量点绘制了嵩箕构造区主要煤田二₁煤层瓦斯含量等值线图,通过分析比较各煤田瓦斯地质特征,总结了区域构造对瓦斯分布的控制规律。受后期构造变动破坏盖层的影响,嵩箕构造区煤层瓦斯含量总体偏低。构造区南部由于受秦岭造山带的影响,构造复杂,致使登封、新密、禹县等煤田瓦斯含量较低;靠近北纬35°带的新安、偃龙煤田受区域岩浆热的影响,煤变质程度较高,具有较高的吸附瓦斯能力,然而由于区内大型平移断层、掀斜断块发育,导致煤层瓦斯散失,瓦斯含量降低。     

3Dmine软件在煤炭资源国情调查中的应用

为了顺利完成煤炭资源国情调查三维建模工作,对比研究不同建模方法所得资源储量与资源储量普查成果之间的相对误差,确定此类矿山最佳的三维建模方法,基于3Dmine软件平台,以某矿区为研究区域,系统收集、调查和整理了该矿区和其邻矿区的各类地质资料,建立钻孔数据库,生产矿区钻孔轨迹图,分别采用全煤层建模法和不同的网格估值法(距离幂次反比法、普通克里格法)生成了二₁煤层顶底板表面模型和三维矿体空间模型,结果表明距离幂次反比法建模计算所得二₁煤资源储量与资源储量普查成果更接近,为此类矿山三维模型的建立和资源储量的估算提供借鉴和参考。     

地质特征对煤层瓦斯赋存的影响分析

马桥北马庄勘查区的二叠系下统煤系地层中（埋深590～2 710 m）,山西组（P₁s）含全区可采的二₂煤层（主要勘查对象）,平均厚3.01 m;下石盒子组（P₁x）含大部可采的三₂煤层,平均厚1.69 m,均属高变质、特低硫煤为主的贫煤、无烟煤。由于该区煤岩层埋藏深、封闭性较好、瓦斯逸散条件差,致二₂、三煤层赋存有大量的瓦斯,且全区富集。就马桥北马庄勘查区地质特征对煤层瓦斯赋存的影响进行了剖析。研究发现,勘查区煤层瓦斯的赋存,不但受地质条件作用的主导,同时也受地质构造、水文地质条件等地质因素综合作用的制约。