煤田震电协同勘探技术研究与应用

近年来煤田震电协同勘探技术在设计、处理分析方面都取得了较大的发展,从采区最常使用的三维地震勘探、瞬变电磁勘探方法入手,对采集到的各种数据运用主成分分析(PCA)进行融合处理,解译煤矿采区工作面的异常地质体及富水性等隐蔽致灾因素。该技术实现了三维地震、瞬变电磁勘探在数据层面的综合勘探,提高了物探解释煤矿采区工作面地质异常体(富水性)的准确性,为震电协同勘探技术体系的构建提供了新思路,为煤矿安全、高效、绿色生产提供了保障。

筠连地区上二叠统乐平组层序地层及沉积相研究

四川南部筠连地区乐平组煤层气资源储量大,勘探程度总体较低,制约了煤及煤系气资源的开采。煤层聚集、砂岩储层展布受控于沉积相及层序地层格架控制。为探究研究区内煤层发育特征及煤层聚集的沉积控因,以钻井和岩心资料为基础,利用层序地层学原理,识别出区内乐平组发育的Ⅲ级层序界面并划分层序,构建层序地层格架;厘清研究区含煤地层名称;利用岩相标志及测井响应特征进行地层对比、单井沉积相划分及连井沉积相对比,明确沉积相在各层序内的发育特征。结果表明,研究区乐平组共存在四个层序界面,依据四个层序界面划分出三个Ⅲ级层序。以测井响应特征为主体,共识别出两类沉积相,五类沉积亚相及九类沉积微相。第一层序(SQ1)和第二层序(SQ2)主要发育河流相,第三层序(SQ3)发育潮坪相。在剖面上,整体表现为由河流相至潮坪相的演化特征;自西向东体现为河流-潮坪-潟湖相的演化趋势。

火电厂燃煤产物中关键微量元素富集特征研究

煤系共伴生战略性关键元素可在燃煤产物中富集,研究燃煤产物中关键元素的富集特点可为元素的预富集和提取利用提供依据。以我国东西部不同火电厂燃煤产物为例,采用波长色散荧光光谱仪(AxiosmAX)、电感耦合等离子体质谱仪(iCAP-Qc)测试了燃煤产物中常量元素和关键微量元素的含量,分析了燃煤产物中关键微量元素分布富集的一般性规律。结果表明:①粉煤灰中主要常量元素为Si、Al、Fe,三者氧化物占比达87.79%;微量元素中稀土元素、锂、镓、铀、锗的含量分别为456.95μg/g、163.58μg/g、49.07μg/g、8.67μg/g、4.59μg/g,除铀、锗外均高于世界煤灰平均值。②常量元素中P趋向富集于细灰中,Fe、Ca更易富集于粗灰中;稀土元素分布模式保持一致,且在细灰中的含量高于粗灰,锂、镓、铀、锗均在细粒燃煤产物中更为富集,分异系数分别为1.17、2.45、1.53、2.14。③数理统计分析表明,煤中稀土元素与无机矿物相关,且富集于燃煤产物的非磁性组分中;锂主要与黏土矿物有关,燃烧后主要以LiAlO2的形式存在;镓、铀赋存形式不单一,与黏土矿物有一定的关系;锗与无机相相关性弱,表明其主要与有机质结合。

Z89区块全缝长压裂模拟及储层改造研究

随着中国陆相油田进入开发中后期,开发难度逐渐攀升,如含水率过高、采收率下降等问题愈发严重。进一步对剩余油进行开发是油藏提高产能的关键问题,解决问题的关键措施包括开发单元的精细化剖分、分层注采及酸化、封堵、压裂等储层改造措施。基于井间力学参数模型,对压裂人工裂缝的三维全缝长进行数值模拟,并对裂缝与井网匹配、人工裂缝三维空间形态进行优化研究,建立更加有效的驱动体系,最大限度地扩大有效波及体积。在数值模拟基础上,将井网、砂体、人工裂缝、油水井关系统一考虑,不同类型储层采取不同规模的改造方式达到开发效果最优的储层改造技术,实现低渗透储层的有效开发。

贵州化处矿区煤炭地下气化物理模拟试验

为了深入探究贵州六枝化处矿区贫煤气化工艺参数,稳步推进贵州煤炭地下气化工程示范,开展了系列地下气化物理模拟试验和理论分析。通过构建综合模型系统,模拟了不同氧气浓度、气化炉结构和煤层湿度等条件下的气化过程,系统地探究了贫煤地下气化的特性、气化效率和气化工艺参数等。试验结果表明,气化炉结构差异对合成气组分有显著影响,同时,气化通道的支护方式、气化剂浓度、煤层含水量也会影响合成气组分。在适当的氧气浓度下,贵州六枝化处地区的贫煤能够稳定气化产出合成气,70%以下富氧环境下,随着氧气浓度的增加,煤气有效组分逐渐提高,煤气热值也相应增加;超过70%富氧时,有效组分中CO含量开始下降;温度场方面,气化过程的推进会直接影响温度场推移方向,且在煤层中会存在高低温区交叉分布的特征,主要是由于煤层中煤块之间存在裂隙,形成绕流燃烧而引起的。后期实际生产中,要控制气化剂氧气浓度,提高气化效率;钻井底部加强支护,采取热胀冷缩保护;增加辅助措施维持气化炉内温度场稳定性;为了提高H_(2)、CO组分浓度,需注入雾化水,增加还原性。通过深入探究不同工艺参数条件下贵州化处矿区贫煤地下气化特性,为下一步实际生产中气化工艺参数优化、气化效率提高和煤气质量提升提供了科学数据支撑。

贵州贫煤煤炭地下气化工艺参数研究

为推动煤炭地下气化(UCG)产业化发展进程,揭示高变质烟煤UCG工艺过程中物料转化的整体规律和影响因素,以贵州贫煤为例,系统探讨了不同气化剂配比下气化工艺参数的变化。通过收集梳理研究区资料,分析目标煤层煤质及煤热解动力学参数,并基于物料平衡与能量守恒理论基础,构建了物料平衡模型,对贫煤UCG工艺的参数进行了数值模拟分析,结果表明:研究区贫煤在N2气氛下热解DTG峰值温度为417.2℃,且随升温速率增加而升高,煤样的总失重率则随之降低;注水条件下,气化剂中氧气浓度的升高能够促进煤的气化反应,提高气化效率和合成气产品质量;但当氧气浓度超过80%时,煤气热值与CO的增长趋势会逐渐放缓;在纯氧-水气化工艺条件下,合成气产品有效组分达到65%,高热值为9.135MJ/m^(3)。相关成果可为贵州UCG产业化推进提供参考。

伊宁矿区北区西山窑组煤中稀土元素地球化学特征

煤中稀土元素具有重要的地质环境指示作用,也是潜在的稀土矿产接替资源。在伊宁矿区北区采集了西山窑组4个主采煤层的煤样进行了煤质与稀土元素地球化学测试分析。结果表明,西山窑组煤具有低灰、低硫、高挥发分、高发热量的特点,煤灰组分以Si、Al、Ca、Mg氧化物为主;煤中稀土元素含量为4.48~36.52µg/g,低于煤层顶板(36.68~191.35µg/g),其中7^(#)、6^(-2#)煤中稀土元素含量较低,为平坦型,具有Ce负异常;6^(-1#)、5^(#)煤中稀土元素含量较高,为左倾型,具有Ce轻微负异常、δEu略小于1的特点;煤中稀土元素与中酸性岩浆岩有关,以黏土矿物吸附的形式赋存。综合分析认为西山窑组沉积时期气候干热、以氧化环境为主,水深由7^(#)煤层到5^(#)煤层变浅,陆源碎屑对煤层成分影响较大。

深部煤层碳封存研究进展和面临的关键科技问题

二氧化碳地质封存是2060年实现“碳中和”的有效手段,深部不可采煤层碳封存是一种很有前景的地质封存方法。本文提出了有关深部煤层CO_(2)封存等科学问题,包括煤对CO_(2)吸附、超临界CO_(2)(Sc-CO_(2))与煤的相互作用、矿物质在Sc-CO_(2)水溶液中的溶解性、CO_(2)热力学参数、CO_(2)与煤相互作用对流体的运移影响;分析指出CO_(2)吸附量测定技术、状态方程、实验条件和煤膨胀可导致煤的Sc-CO_(2)吸附等温线的单峰、双峰、负吸附和较差的重复性和再现性;CO_(2)的密度随温度及压力的变化特性和焦尔-汤姆逊效应是影响CO_(2)与煤相互作用定量测定的障碍,CO_(2)较高的焦尔-汤姆逊系数可造成CO_(2)注入时的“冰塞”工程问题;指出Sc-CO_(2)所引起的煤膨胀和塑性化、抽提出的的小分子化合物和酸性碳酸水溶解的矿物质会影响深部煤层的流体运移,该影响受煤层自由空间限制。

新疆库车坳陷西段盐山口盐丘沉积及地球化学特征

库车坳陷西段出露地表的盐丘可作为钾盐调查研究的重点对象,但针对地表盐丘开展的沉积学与地球化学相结合的系统研究较少,选取盐山口盐丘局部区域,通过露头剖面观察、手标本及薄片鉴定、岩盐包裹体及地球化学特征研究,分析其地质特征及找钾潜力,探索以地表岩盐为找钾研究对象的思路和方法。通过地层剖面观察、薄片鉴定、石盐包裹体研究,认为研究区地层较多的保留了原始层理、原生泥砾、原生包裹体等原始沉积状态和信息;石盐包裹体的均一温度明显低于长期深埋地下的石盐包裹体均一温度,表明岩盐层在形成后不久便在盐丘“浮力”及构造挤压的双重作用下持续上移;通过K/水不溶物、Br、Rb×10^(3)/K、B×10^(3)/K、泥质中Mn^(2+)/Fe^(3+)综合地球化学指标分析,识别出在较纯岩盐层发育阶段,成盐卤水具有相对浓缩特征。

内蒙古母杜柴登煤矿3^(-1)煤充水条件及矿井涌水量预测

母杜柴登煤矿矿井涌水量大,且属于高矿化度水,面临着大量疏排矿井涌水和矿井水地面处理的压力。在分析矿区地质及水文地质条件的基础上,认为开采3^(-1)煤层时,矿井水来源于3^(-1)煤顶板─直罗组底界砂岩含水层,包括直罗组底部中、粗粒砂岩含水层和3^(-1)煤顶板延安组三段砂岩含水层。运用大井法和达西定律计算的30209工作面涌水量分别为931m^(3)/h、919m^(3)/h,与实际接近。研究可为工作面侧向注浆封堵(含水层改造)、帷幕截流减量的可行性和减量程度提供依据。

三维高密度电法在浅层精细化探测中的对比研究

为实现工程场地地下结构精细化探测,在研究区开展了工程勘察中常用的四极装置(温纳、施伦贝谢尔、偶极)三种装置类型的三维高密度电法精细化探测对比研究。主要对各装置的三维反演可视化成果及不同方向的切片成果进行了对比分析。研究结果表明:三种装置均能完成浅部地质体的精细刻画,但在数据覆盖范围、探测深度,分辨率等方面存在一定的差异。根据分析结果提出了一种工程场地勘察三维高密度电法野外数据采集装置类型选择方案,对以后三维高密度电法工程实际应用具有一定的参考和指导意义。

黔东北地区地质灾害时空分布规律及孕灾地质环境研究

黔东北地区是一个地质环境复杂的地区,地质灾害分布范围广、数量多,属于贵州省地质灾害高易发区域。为了深入研究地质灾害时空分布特征与孕灾地质环境规律,以黔东北地区沿河县为研究区,通过野外孕灾地质条件实地调查成果资料,结合历年地质灾害数据,详细阐述研究区内地质灾害分布的总体特征,总结地质灾害孕灾地质条件,深入分析各类孕灾因子对滑坡、崩塌等地质灾害发育的控制作用,通过综合分析研究区内孕灾地质条件,进一步将研究区划分为三大孕灾地质条件区,为减轻地质灾害风险、防灾减灾提供了科学依据。研究结果表明:研究区内地质灾害发生的时间受月平均降雨量影响十分显著;空间分布情况受地层岩性特征影响较大;区内地质灾害主要孕灾地质条件为地形地貌、地层岩性、斜坡结构等,降雨和人类工程活动为外部诱发因素;区内易滑地层主要为中志留统秀山组、下志留统龙马溪组、下奥陶统大湾组等;易崩地层主要为下奥陶统大湾组、下志留统雷家屯组、中二叠统茅口组;不同灾种的斜坡结构具有明显的差异性,滑坡主要发育于凹型和折线型斜坡,崩塌则多发育于凸型斜坡;研究区内地表水系与地质灾害发生具有一定关联性,区内乌江流域水系沿线200m范围内发生地质灾害数量占灾害总数的9.74%。

大采深高承压水条件下煤层底板突水问题及解决对策

在当前煤矿普遍面临大采深、底板高承压水、高地应力等采掘条件下,正确评价煤层底板承压水突水危险是做好防治水工作的基础。以河南省受底板灰岩承压水突水威胁的大水矿井为例,就底板破坏深度计算、突水系数计算及临界值、脆弱性指数法、不同水文地质单元的“双层水位”效应等问题进行了剖析。分析表明:在大采深和高地应力开采条件下,底板破坏深度较现有用经验公式计算得到的值偏大,一些矿井突水系数虽小于全国临界值,但回采过程中却发生了突水,脆弱性指数法有待于规范化。此外,井田范围内水文地质条件存在着时空变化,甚至会出现“双层水位”等现象。鉴于此,提出了建立大采深和高地应力开采条件下的底板破坏深度计算模型、确定矿区或矿井范围的临界突水系数值、规范脆弱性指数评价方法、查明水文地质条件的时空变化和不同单元的水动力参数、制定同各单元水文地质条件相适应的防治水措施等各项对策。

中国能源消费形势分析及能源安全体系建设

现阶段中国能源消费结构不断调整,以煤炭为主,逐步实现多元化、清洁化发展。立足我国能源消费情况、所处发展阶段,分析总结当前中国能源供需面临的多重考验:中国能源供应保障基础相对薄弱,对外依存度较高,海外能源供应稳定性受到挑战,能源供需矛盾将更为突显。结合国内外实际和国家发展目标,从能源供应体系、能源结构优化、能源安全保障机制等方面,为提升我国能源安全保障提出四点建议:全面提升国内能源供应稳定性;深化国际合作,多元化开拓海外供应链;持续优化能源消费结构,统筹推进能源低碳转型、新能源多元互补;加大能源体制改革力度。

不同工况下水库大坝固化灰浆防渗墙防渗效果数值分析

针对山东东营孤东水库坝体渗漏问题,提出了大坝的防渗加固方案,对加固后的大坝渗流及稳定性进行数值计算。结果表明,固化灰浆防渗墙方案能很好地解决大坝渗漏问题,加固后设计蓄水位下出逸比降低于允许渗透比降。在水位骤降的条件下,大坝内部压力水头线下降,安全系数提高到1.40;在地震荷载的工况下,安全系数提高到1.32~1.44。加固后围坝的安全系数满足规范值,保证满足大坝的防渗要求,各工况的安全系数也都符合规范要求,可为类似加固工程提供可靠参考。

频率域电磁测深中干扰的识别与压制

针对高压线对电磁频率测深数据影响严重的现状,从方法原理和野外实测数据两个方面分析了线状干扰源引起的水平电场干扰特征和识别技术,提出了一种应用干扰估算滤波技术来压制电磁干扰的方法。应用成果表明,高压线等线状电磁干扰源对电场的干扰主要体现在平行干扰源方向的水平电场,野外通过布置垂直高压线的测线可提高数据信噪比,室内通过干扰估算滤波技术压制电磁干扰。

沁水盆地樊庄区块煤系水分布及其对排采效果的影响

樊庄区块为高煤阶煤层气田具有典型代表性的区块之一,精细化表征煤系水的分布特征,分析其控气作用,对于指导类似区块煤层气开发意义重大。据此,采用数理统计、回归分析及数据拟合的方法,建立了煤层及砂岩的测井识别特征,构建了含水量计算模型,探究了煤系水分布与排采效果之间的关系。研究表明:研究区3#煤层测井识别特征为高电阻率(853.86~5 968.9Ω·m),低体积密度(1.26~1.49 g/cm^(3)),低自然伽马(18.4~60.51API);砂岩含水层测井识别特征为低电阻率(70~316.2Ω·m),高体积密度(2.51~2.68g/cm^(3)),低自然伽马(56.4~116.19API);研究区纵向上岩性以煤、泥岩、砂岩及砂质泥岩为主,横向上煤层分布稳定,砂岩含水层分布不均匀,井控水量区域差异性大;研究区煤层分布较为稳定,在不考虑二次压裂影响的情况下,将累计产水量1 200m^(3)作为煤层是否接受外来水源补给的界线;煤层气井开发过程中,在构造及沉积条件相似的情况下,煤系水的来源越广泛、规模越大,则煤层气井见气时间越久、排水降压阶段持续时间愈长,产水量越高、产气量越低。

贤按煤田煤岩煤质特征及成煤环境研究

对贤按煤田合山组钻孔煤样进行了元素分析和煤岩煤质分析,结果表明:贤按煤田合山组煤样整体为特低全水分、特高灰分、高挥发分、特低固定碳煤。有机组分以镜质组为主,含少量惰质组,不含壳质组。镜质组以基质镜质体为主,偶见均质镜质体、结构镜质体。惰质组偶见碎屑惰质体和半丝质体。有机质总量平均值为30.18%。无机组分以黏土为主。合山组煤主要形成于温暖潮湿的海陆过渡相缺氧还原环境。

石煤中稀土元素地球化学研究

在全面收集石煤中稀土元素含量资料的基础上,探讨了石煤中稀土元素的赋存状态,剖析了石煤中稀土元素的富集成因。结果表明:不同地区石煤中稀土元素含量的差异较大,但均高于中国煤和世界煤中稀土元素的背景值,稀土元素相对富集。石煤中稀土元素的赋存状态多样,但以无机结合态或残渣态为主,部分石煤中稀土元素与有机质有关,部分兼具有机态和无机态。石煤中稀土元素富集的主要因素包括海相沉积环境、沉积物源区供给、热液流体(酸性、碱性、高温岩浆热液和海底喷流等)的侵入和地下水淋滤作用等。L/H、LaN/YbN、δCe、δEu等地球化学参数和稀土元素配分模式可推断石煤形成的物质来源和成矿条件等信息,具重要的地学示踪理论意义。

基于APCS-MLR模型的煤矿开采对地下水的影响定量识别

中国煤炭与水资源储量呈逆向分布,煤炭基地水资源相对短缺,生态环境脆弱。随着煤炭资源的大规模和高强度开发,区域地下水环境问题越发凸显。为定量识别煤矿开采对地下水的影响程度,以蒙东能源基地某矿区为例,通过采集矿区周边地下水化学样品进行测试,系统分析了研究区地下水水化学特征,采用相关性分析、PCA等多元统计方法确定了地下水的影响因子,据此建立了基于绝对因子得分-多元线性回归法(APCS-MLR)的定量识别模型,对研究区地下水受煤矿开采的影响贡献进行了计算分析。结果显示:研究区浅层地下水pH值为6.52~7.86,平均7.27,TDS为126.14~2240.34mg/L,平均为638.18 mg/L。主要阳离子平均含量Na^(+)>Ca^(2+)>Mg^(2+)>K^(+),主要阴离子平均含量HCO_(3)^(-)>Cl^(-)>SO_(4)^(2-)>NO_(3)^(-)。其中Cl^(-)和SO_(4)^(2-)的含量分别为4.25~779.77 mg/L和0~483.20 mg/L,其变异系数均大于100%。SO_(4)^(2-)与Na^(+)、Ca^(+)、Mg^(2+)、Cl^(-)存在显著正相关关系(r>0.72,P<0.01),TDS与SO_(4)^(2-)、Na^(+)、Ca^(+)、Mg^(2+)、Cl^(-)存在显著正相关关系。多项指标显示研究区地下水水质已经受到了煤矿开采的影响。主成分分析(PCA)解析了4个地下水影响因子,分别为煤炭开采影响因子、自然因素的硅酸盐溶解因子、自然因素的反硝化作用和农业活动的化肥使用,其占总荷载的37.061%、16.067%、14.807%和8.775%。以SO_(4)^(2-)作为煤矿开采对地下水影响的表征因子,构建了SO_(4)^(2-)来源计算分析的APCS-MLR定量识别模型。通过最小二乘法计算得到模型的各项参数,确定SO_(4)^(2-)的实际浓度和预测浓度拟合曲线为y=0.9716x+2.9702(R^(2)=0.9759),说明构建的回归方程符合实际,效果良好。据此计算了4个地下水影响因子的贡献比分别为79.3%、6.06%、2.00%和9.96%,其他未识别的因子占比2.67%。分析了煤矿开采影响地下水水质的主要方式为形成降落漏斗影响周边水化学场以及外排含有特殊组分的矿井水进而影响地下水水质。因此需要采取合理措施控制煤矿开采产生的降落漏斗范围继续扩大,必要时对已经产生的漏斗进行恢复治理,同时加强对高盐、高SO_(4)^(2-)矿井水的处理和排放管理,研究成果可为煤炭绿色开发和环境高质量发展提供技术支持。