岩浆热事件对煤层变质程度和吸附-解吸特性的影响

为研究岩浆侵入热事件对煤层变质程度和吸附-解吸特性的作用机制,采用理论分析、实验室测定和现场验证的方法,对比分析了淮北矿区海孜井田岩浆岩侵入区和邻近临涣井田未受岩浆影响的煤层多元物性参数变化规律和孔隙特征,系统研究了采集煤样的等温吸附与吸附平衡条件下瓦斯解吸过程,揭示了岩浆岩床下伏煤层瓦斯赋存特征。结果表明:海孜井田岩浆热演化作用使煤层变质程度显著增加,煤层挥发分降低,岩浆岩覆盖区域煤层的最大镜质组反射率梯度为0.53%/100 m,远大于深成变质作用。岩浆热演化区孔径0.4~0.7 nm之间的微孔极为发育,其发育程度是未受岩浆岩覆盖区煤样的数倍,且越靠近岩浆岩的煤层,微孔发育程度越明显。岩浆热演化区内煤体的吸附能力增强,吸附瓦斯量增大,煤体的瓦斯放散初速度变大,初期解吸速度快且解吸总量大。由于岩浆岩床对下伏煤层的热变质和封存作用,易造成下伏各煤层的瓦斯压力和瓦斯含量增高,煤层的突出危险性增加。     

海孜矿中组煤层瓦斯赋存地质因素分析

为了掌握海孜矿中组煤层瓦斯赋存规律,基于矿井地层演化史及构造特征,探讨了海孜矿地层演化过程及构造对中组煤层瓦斯赋存的控制影响。结果表明:燕山早中期形成的巨厚火成岩使下伏的中组煤层发生"二次成气",产生大量的瓦斯,提高了中组煤层的变质程度和瓦斯吸附能力;火成岩厚度较大且渗透性低,圈闭了中组煤层大量瓦斯;矿井发育的层间滑动构造破坏了中组煤层的煤体结构,使煤层软分层厚度增加,煤层出现局部厚度变化过渡带,增大了中组煤层煤与瓦斯突出的可能性。     

岩浆侵入对煤层瓦斯成藏及突出的影响

岩浆侵入的矿井往往存在煤与瓦斯突出危险性,为了研究岩浆侵入对矿井煤层瓦斯成藏和突出灾害的控制作用,基于理论分析和实验研究,探讨了岩浆侵入的一般规律,研究了岩浆侵入对煤层的破坏以及对瓦斯生成-圈闭的作用,并以淮北卧龙湖井田岩浆侵蚀严重的10煤层为研究对象,验证岩浆侵入对煤层的瓦斯圈闭和突出的控制作用.结果表明:在岩浆的热演化作用下,煤的变质程度增加,比表面积增大,微孔较发育,吸附、解吸瓦斯能力增强,岩浆的侵入对瓦斯突出灾害具有控制作用.     

岩浆侵入对煤吸附瓦斯特性的影响分析

为了研究岩浆侵入对煤吸附瓦斯特性影响,以卧龙湖并田10煤11个煤样为研究对象,采用工业分析、等温吸附实验、液氮吸附法测BET比表面积和CO2吸附法测微孔等方法,对比分析了多元物性参数和煤样与火成岩距离的关系.结果表明:岩浆热演化范围为60 m左右.靠近岩浆岩,镜质组反射率Rm由2.74％增至5.03％,挥发分Vdaf由16.04％减至6.85％,煤的变质程度提高.吸附常数a有先增加后减小的趋势,8#煤样(热演化区)a=59.02 m3/t,为最大值.岩浆覆盖区1#煤样a=13.53 m3/t,为最小值.吸附常数a、BET比表面积和微孔孔容分布曲线相关性较好,从数值大小来看,热演化区高于正常区,正常区高于岩浆覆盖区.岩浆接触变质作用,降低了煤吸附瓦斯能力.岩浆侵入煤层使热演化区煤的微孔较发育,比表面积变大,瓦斯吸附位增多,煤的吸附瓦斯能力增强.     

岩浆盖层下伏煤层物性特征与瓦斯突出灾变机制

为研究岩浆盖层下煤层瓦斯赋存规律和动力灾害的特征,采用理论分析和工程案例验证的方法,分析了岩浆盖层条件下煤层变质程度、孔隙结构、瓦斯吸附解吸性能和瓦斯赋存特征,揭示了岩浆盖层对下伏煤层瓦斯动力灾害的控制作用机制。研究结果表明:煤层变质程度、孔隙结构发育程度和瓦斯吸附解吸性能与岩浆盖层的厚度和空间距离关系密切,一般随着岩浆盖层厚度的增加而单调增加,随着与岩浆盖层距离的增加而单调递减。岩床以盖层的形式圈闭煤层瓦斯,使得煤层瓦斯压力和瓦斯含量增加,在采掘作用下容易导致煤与瓦斯突出灾害的发生,并形成地面喷孔等复杂瓦斯动力灾害事故。     

岩浆岩侵蚀区域瓦斯赋存规律研究

卧龙湖煤矿煤层受岩浆岩侵蚀严重,岩浆岩侵入对煤的连续性、厚度及煤质均有较大影响,同时岩浆岩侵蚀造成煤与瓦斯赋存变化。通过在南翼采区岩浆岩侵蚀区域布置大量测点,测定侵蚀煤层的瓦斯含量、煤质变化,研究该矿井10煤层岩浆岩侵蚀区域瓦斯赋存规律,发现岩浆岩侵蚀边界外80 m范围及标高-420 m为明显分界点,瓦斯含量递增梯度明显增加,煤与瓦斯突出危险性大大增强,为卧龙湖煤矿今后对岩浆岩侵蚀区域煤层瓦斯治理提供了理论依据。     

岩浆岩环境煤层瓦斯异常赋存特征与动力灾害防控关键技术

为研究岩浆岩赋存环境对煤层瓦斯动力灾害的影响,综合理论分析、实验室试验、多手段数值模拟、工程实践等方法,对岩浆岩侵入煤系地层后的热变质作用特征、煤体化学结构和物理规律变化特性等进行了系统研究与对比分析,并探讨了岩浆岩赋存环境下煤岩瓦斯动力灾害发生机制及防控关键技术。结果表明：(1)岩浆冷却-向围岩传热的散热方式为热传导,其热演化和接触变质作用不仅提升了煤体的变质程度并使其呈现自然分区特征,还导致煤体内部脱氧、去氢、富碳的趋势逐渐明显;(2)岩浆岩侵入煤系地层后,构造应力叠加热演化作用易造成影响区内煤体发生构造煤化,导致煤中孔容和比表面积增大,对瓦斯的吸附解吸能力亦增强;(3)岩浆岩赋存环境中煤体发生“二次生烃”,而致密低渗岩床的圈闭作用进一步提高了异常应力环境下伏煤层的瓦斯含量和瓦斯压力,增大了其煤与瓦斯突出危险性;(4)煤炭开采导致厚硬岩浆岩床失稳破断产生的冲击载荷作用于下伏含瓦斯煤层后,应力叠加等同于加大了煤层埋深并使煤体产生塑性破坏,能量叠加使得煤体灾变潜能提高,是导致煤层瓦斯动力灾害发生的主要因素。在上述研究基础上,结合岩浆岩赋存环境中煤层及其瓦斯赋存特征,建立了煤岩动力灾害预...     

厚硬火成岩下突出煤层动力灾害致因研究

针对海孜煤矿主采煤层顶板上部厚层坚硬火成岩造成的突水、瓦斯突出、冲击地压和地表沉陷等煤岩动力灾害,采用煤样SEM（扫描电镜）分析、组分和反射率测定等方法,研究了厚硬火成岩下突出煤层物性参数特征,采用板应力拱平衡理论研究了采动离层裂隙发育规律,采用梁结构破断弹性理论研究了厚硬火成岩对冲击地压和突水的影响,以揭示厚硬火成岩下突出煤层动力灾害的致因。研究结果表明,巨厚火成岩的热演化和圈闭作用,导致下伏各煤层孔隙发育,吸附瓦斯能力增强,各煤层突出危险性增加;厚硬火成岩为矿井主关键层,受采动影响能长期保持不断裂,其下伏煤岩层的裂隙与离层能长期不闭合,能为卸压瓦斯抽采创造条件;但随着煤层的持续和大面积开采,厚硬火成岩突然破断滑落,破断过程中释放出大量能量并向周围传播,容易引起冲击地压、矿井水灾、瓦斯突出及地表沉陷等复合型动力灾害。     

毛郢孜煤矿煤与瓦斯突出的构造控制分析

运用构造逐级控制理论,分析了矿区、矿井瓦斯地质规律,调研了毛郢孜煤矿低瓦斯涌出量背景下煤与瓦斯突出的构造控制因素。其所在的濉肖矿区受徐淮前陆褶皱冲断带的控制,地层隆起抬升,缺失三叠系地层,瓦斯遭到风化剥蚀,以低瓦斯矿井为主。而其受构造挤压作用强烈,存在着煤与瓦斯突出危险性;火成岩以岩床形式侵入煤层顶板,热变质作用使煤层进一步生成瓦斯,并封闭在煤层中;火成岩对煤层挤压揉皱形成构造煤,同时构造尖灭端应力集中,提供了足够的瓦斯热力学能。     

艾维尔沟矿区构造及其演化对煤层瓦斯赋存的控制

为了明确构造及其演化对艾维尔沟矿区煤层瓦斯赋存的控制作用,采用现今地应力实测、含煤盆地埋藏史-热史模拟、现场资料统计分析等方法,对矿区地应力状态、含煤地层埋藏史、煤层变质作用、瓦斯生成与散失、煤与瓦斯突出危险性等开展研究。研究表明:艾维尔沟矿区现今地应力状态为构造挤压应力状态,最大主应力方向为NE-SW向;矿区侏罗纪煤系地层主要经历了2个大的演化阶段,第Ⅰ阶段为快速沉降并于晚侏罗世达到最大埋深约4 300 m,煤层受到深成及区域双变质作用,经历最高古地温137~192℃,形成第1次生气高峰;第Ⅱ阶段由于受到燕山运动及喜马拉雅运动构造挤压的影响,煤系地层从晚侏罗世-早白垩世开始发生倾斜并持续抬升剥蚀,煤层快速冷却降温,煤层瓦斯发生逸散;矿区内深成变质及区域热变质作用直接导致了矿区内煤级及瓦斯生成量具有垂向和水平2个梯度,局部差异化构造及演化直接导致了矿区内各矿之间煤层瓦斯保存条件的差异性;受现今构造挤压地应力状态、地质构造及其演化的控制作用,艾维尔沟矿区垂向上向斜轴部(北翼深部)较北翼浅部更具有煤与瓦斯突出危险性,平面上矿区西部2130煤矿地区较中部地区1930煤矿地区更具有煤与瓦斯突出危险性,东部1890煤矿地区次之。     

高瓦斯煤层的物性参数研究

煤与瓦斯突出是一种复杂的多因子瓦斯动力灾害,主要与煤体的瓦斯吸附解吸特征及突出危险性结构组成、力学特性、瓦斯赋存等一系列因素有关。为了研究煤体瓦斯的吸附解吸特性及突出危险性,通过对某煤矿4个采样点取样,并进行了工业性分析、煤岩学分析与孔隙结构分析,测定了煤样的瓦斯特征参数,为研究煤层瓦斯赋存状况、确定煤与瓦斯突出危险性敏感指标提供借鉴。     

不同产状侵入岩浆岩对煤体的热变质作用研究

为了研究不同产状侵入岩浆岩对煤层的热力影响规律及热变质作用,采用理论分析、数值模拟和实验室试验验证的方法,构建了岩浆侵入煤系地层后热传导作用的数学模型,并以试验矿井连续选取煤样的多元物性参数测定结果为研究对象,探讨了不同产状侵入岩浆岩对煤层的热变质作用。结果表明:海孜煤矿岩床对下伏煤层热演化作用范围要大于大兴煤矿岩墙对煤层的热演化范围,且热力作用持续时间也比大兴煤矿岩床作用时间长;试验结果发现,不同产状的岩浆岩均表现出在煤体靠近岩浆岩时,最大镜质组反射率Romax有增加的趋势,通过模拟温度推算出的Romax与实测Romax较为接近;试验及现场实测瓦斯参数表明岩浆岩的侵入增加了煤层的突出危险性。     

地质构造对煤与瓦斯突出危险性影响研究

煤与瓦斯突出危险性受多种因素影响,其中地质构造对煤与瓦斯突出起着决定性作用。地质勘探关于煤与瓦斯突出的研究主要聚焦在宏观地质构造及其组合以及微观地质变化2个方面。通过深入研究宏观断层构造对煤与瓦斯突出的控制原理,分析了断层构造区煤层瓦斯赋存、煤层孔隙特性、煤层瓦斯吸附-解吸特性对煤与瓦斯突出危险性的影响效应,为煤与瓦斯突出灾害的防治提供理论参考。     

魏家地煤矿瓦斯地质规律及突出危险性研究

通过对魏家地煤矿地质构造、煤层顶底板岩性、煤的变质程度及煤岩组分、煤层厚度及结构、煤层埋藏深度等分析研究,总结了瓦斯赋存的规律,同时也对煤与瓦斯突出危险性进行了分析研究,这一成果可以对今后矿井瓦斯防治乃至煤层气的抽采利用提供技术依据。     

安阳、鹤壁矿区二_1煤层瓦斯赋存及突出的地质因素分析

安阳、鹤壁矿区是豫北重要煤炭生产基地,煤层稳定,煤质优良,煤种齐全,开采技术条件较好,结合以往大量的瓦斯地质资料,从河南省安、鹤矿区二_1煤层瓦斯赋存状况出发,对影响瓦斯赋存的主要地质因素做了一定的分析研究,对煤与瓦斯突出危险性作了评估,认为该矿区二_1煤瓦斯风化带不具备煤与瓦斯突出的危险性,矿区南北两端一般也没有突出的危险性,矿区中部瓦斯带内,一般有突出危险性。研究认为,该矿区二_1煤层瓦斯赋存特征主要受煤层埋深、煤厚、地质构造、煤层顶底板以及排放条件等因素的控制。研究矿区二_1煤层瓦斯赋存及突出的地质因素,有助于矿区瓦斯灾害问题的防范与解决,促进矿区安全高效生产。     

重力滑动构造对煤与瓦斯突出的控制作用

在大量瓦斯基础参数测试和瓦斯地质资料分析的基础上,从将军岭重力滑动构造的基本特征入手,分析了重力滑动构造的形成机制,研究了重力滑动构造对煤层厚度、煤体结构、应力状态、煤的变质程度、瓦斯赋存等的影响,阐明了重力滑动构造对煤与瓦斯突出的控制作用.研究结果表明,滑动过程造成了煤体原生结构遭到破坏,煤层厚度变化较大,煤的变质程度相对较高,吸附能力相对较强,瓦斯生成量相对较大.重力滑动构造后缘主要受到拉张应力作用,煤层顶板裂隙较为发育,且形成一系列高角度正断层,有利于瓦斯的逸散,不利于突出的发生;滑动构造前缘主要受到挤压应力的作用,易形成逆冲断层组合,并在煤层顶板形成一致密的隔水隔气层,阻碍瓦斯的逸散,使连接点以深瓦斯含量急剧增加,容易发生煤与瓦斯突出事故。     

巨厚红层下煤层突出预测敏感指标研究

以许疃煤矿古近系巨厚红层沉积层下伏32煤层为研究对象,对32煤层多元物性参数进行分析,对32煤层突出预测指标及其临界值进行研究。结果表明:许疃煤矿32煤层上方有无红层覆盖,对32煤层瓦斯赋存规律存在明显影响。红层覆盖区与非红层覆盖区下的煤样多元物性参数无明显区别。瓦斯压力值作为区域突出预测的判定指标,指标△h2作为局部突出预测的判定指标,并采用"三率"分析法验证指标△h2的准确性。     

晋城成庄矿3#煤层瓦斯赋存影响因素分析

本文运用瓦斯赋存构造逐级控制理论,研究了区域、矿区、矿井构造演化特征,进而研究了成庄煤矿3#煤层瓦斯赋存规律。分析了断层、褶皱、顶底板岩性、岩溶陷落柱、煤层埋藏深度、煤层上覆基岩厚度、顶底板泥岩厚度、煤层厚度、煤变质程度、水文地质对煤层瓦斯赋存的影响,结果表明3号煤层瓦斯含量的主控因素是煤层上覆基岩厚度。     

湖南区域构造演化及瓦斯地质特征研究

湖南省境内地质构造复杂,由于构造作用力的联合及复合,煤层破坏严重,厚度发生较大变化,构造煤普遍发育,剧烈的岩浆热变质作用又增高了煤的变质程度,对瓦斯赋存有重大影响。湖南特殊的区域构造演化特征使境内瓦斯分布呈现出分带的特性,共划分为两个高突瓦斯带、一个高瓦斯带和五个低瓦斯带。     

淮北矿区岩浆岩侵入对煤储层微孔隙特征的影响

以淮北矿区卧龙湖和海孜煤矿与岩床不同距离的23个煤样为研究对象,采用镜质组反射率(Ro)测定、低温液氮吸附试验、CO2吸附法测微孔(<2 nm)和扫描电镜的方法,对比分析了煤样的微孔(D-A微孔孔容、D-R微孔比表面积和微孔直径)、BET比表面积和与岩浆岩距离的关系。结果表明：靠近岩床,卧龙湖煤样Ro由2.74%增加到5.03%,海孜煤样Ro由2.30%增大到2.78%。卧龙湖岩床的接触变质作用使距离岩床0～5 m煤的微孔和BET比表面积变小,热演化作用增加了距离岩床5～60 m煤的微孔和BET比表面积。海孜巨厚岩床的热演化作用增加了距离岩床60～160 m煤的微孔和BET比表面积。扫描电镜发现热演化区煤样出现大量和岩浆活动有关的热解气孔。