明矾沟煤矿煤层瓦斯赋存规律及主控因素分析

为了实现明矾沟煤矿煤层瓦斯精准高效治理,利用实验测试、数值模拟、数理统计、现场测试、理论分析等方法研究明矾沟煤矿瓦斯赋存规律,并从瓦斯生成、储集、赋存的角度对其赋存主控因素开展研究。研究结果表明,明矾沟煤矿煤层瓦斯含量大量分布在8 m^(3)/t以上,最高可达15 m^(3)/t,且瓦斯含量与煤层标高存在负线性关系,相近标高上下煤层之间瓦斯含量存在明显差异。矿井高瓦斯含量主要受控于高煤化阶段导致的良好瓦斯生成条件,高煤化阶段及强煤体形变破坏所导致的煤层强吸附储存能力,低透气性所导致的煤层良好保存条件;其上下煤层之间瓦斯含量主要受控于差异性煤岩组分及构造挤压效应所引起的差异性透气性及吸附能力;煤层瓦斯含量随标高降低而增加,主要受控于煤层埋深及厚度。针对瓦斯治理,矿井应采取水力压裂等技术措施,重点解决煤层低透气性问题。

煤层深部开采瓦斯赋存规律与临界采深研究

文章以多所煤矿作为研究对象,采用实验测试和现场应用结合的研究方法,在不同环境下研究煤层瓦斯赋存特征,进而对深部开采的临界深度进行分类。首先基于原生孔隙结构特征,对不同变质程度煤的孔径分布规律进行了分析;其次,进行了煤层瓦斯吸附特征研究,确定了不同温度、压力和埋藏深度条件下深部煤层瓦斯吸附规律;最后,分析了孔隙率、视密度、真密度和吸附特征与煤层埋深的关系,对深部煤层开采临界线进行了划分,确定了临界线为870 m,验证了我国煤矿的深部资源开采深度可界定的范围。

陈召煤矿外围区块瓦斯地质特征剖析

瓦斯地质研究是有效指导矿井瓦斯预测和防治的重要基础,查明矿区内瓦斯赋存规律对煤矿高效绿色安全生产具有重要意义。基于陈召煤矿外围区块煤炭勘查数据和煤层样品实验测试结果,采用实验室测试和瓦斯地质分析的方法,研究了陈召煤矿外围区块可采煤层及瓦斯地质特征,探讨了地质构造、煤层顶底板、水文地质条件和岩浆岩对瓦斯赋存的影响。结果表明:研究区内一5和二1煤层瓦斯自然成分均为二氧化碳~氮气带;一5和二1煤层瓦斯含量分别为0~0.05 m^(3)/t和0~0.06 m^(3)/t,全区内瓦斯含量较低,瓦斯赋存规律性不明显;断层和岩浆岩是影响本区瓦斯赋存的重要因素。

构造煤颗粒在单轴加卸载下的力学损伤特征

为了论证构造煤在煤与瓦斯突出过程中的必要性,深化对煤与瓦斯突出发生机理的认识,对煤与瓦斯防治理论和实际工作方面提供指导,选取来自中煤集团白羊岭煤矿15煤层原生煤和构造煤颗粒作为实验样品,对构造煤的力学特性和破坏特征进行定量的分析。结果表明,构造煤在相同的受力条件下更容易发生变形和破坏。同尺度下原生煤的强度显著大于构造煤。构造煤破碎成构造煤颗粒需要提供的能量更低,其破碎条件更容易达到。这决定了构造煤具有高突出危险性和倾向性,在突出发生发展过程中起到了重要的作用。

地质因素对松河煤矿瓦斯赋存的控制作用

掌握煤层瓦斯赋存特征可为煤层气资源开发和煤矿瓦斯灾害治理提供理论指导,煤层瓦斯赋存受地质因素所控制,为揭示地质因素对松河煤矿瓦斯赋存的控制作用,采用地质统计法、构造控制理论,结合矿区大地构造位置、构造演化和区域构造应力场的特点,分析了矿区构造、矿井构造、小型构造的特征,探讨了其对瓦斯赋存的控制作用。结果表明:盘江矿区煤层主要受燕山运动和喜马拉雅运动影响,海陆交替相沉积环境、构造抬升和后期风化剥蚀作用,导致背斜煤层风化剥蚀、向斜煤层当中瓦斯得以保存,煤层瓦斯由向斜两翼向核部逐渐增大。“三角形弧系”构造应力场控制矿区构造变形及构造煤发育,在“三角形弧系”构造的顶角位置的构造变形强烈、煤体变形严重,煤层瓦斯含量相对较高,而在“三角形弧系”构造的边部构造变形弱、构造煤发育程度低,煤层瓦斯含量相对较低。松河煤矿位于“三角形弧系”构造边部的土城向N翼弱构造变形区,致使煤层整体上受构造破坏作用小,构造煤发育程度低,在煤层局部范围发育有压性或压扭性断裂,煤层埋深是松河煤矿煤层瓦斯赋存的主控因素,而压性或压扭性断裂附近是瓦斯灾害局部防治的重点,对松河煤矿以及具有相似地质条件的煤矿实施精准瓦斯治理工作具有指导意义。

煤层瓦斯压力理论解析与影响因素分析

瓦斯压力和应力是煤与瓦斯突出发生的必要条件,揭示瓦斯压力与应力的关系对煤与瓦斯突出机理的研究有重要意义。在分析解放层开采对瓦斯压力影响规律和煤与瓦斯突出过程中瓦斯压力变化规律的基础上,根据气体状态方程和多孔介质有效应力理论,结合煤层孔隙度与应力的关系,得到了煤层瓦斯压力的解析解,分析了影响因素对瓦斯压力的影响规律。研究结果表明,应力是影响煤层瓦斯压力的主要因素;瓦斯压力受应力敏感系数α、地温梯度β、地应力梯度D等因素的影响,且与各因素存在正相关的非线性关系,在其他影响因素不变的情况下,煤层应力敏感系数α、地温梯度β、地应力梯度越大,瓦斯压力D越大;煤层应力敏感系数α越大,瓦斯压力对应力的变化越敏感;地应力梯度D和地温梯度β在煤层深部时对瓦斯压力的变化影响作用显著。

杨河井田边界正断层与瓦斯赋存关系研究

为研究杨河井田边界正断层与煤层瓦斯赋存规律,选取油房沟断层、浮山寨断层分析井田边界正断层对煤层瓦斯赋存的影响关系,研究断层作用下对瓦斯赋存的影响范围。研究得出,在一定范围内,距断层越近,瓦斯含量越小。浮山寨断层对瓦斯赋存的控制作用较明显。

润东煤业局部高瓦斯区域瓦斯治理技术实践

为遏制矿井因采掘深度延伸而导致的回采工作面局部瓦斯涌出量增大的问题,采用顶板高位钻孔方法对主采的3号煤层回采工作面进行了裂隙带瓦斯抽采,通过对回采工作面采空区“三带”的数值模拟分析,得出该矿回采工作面采空区垮落带高度16.5 m,裂隙带高度16.5~57.2 m。通过现场实践,施工的顶板高位钻孔有效解决了工作面瓦斯涌出导致的超限问题,上隅角瓦斯浓度由治理前的0.7%降至0.26%,回风流瓦斯浓度由治理前的0.6%降至措施后的0.15%,措施的实施有效保障了工作面的安全生产。

博大京鲁公司8号和9号煤层瓦斯赋存规律研究

为掌握博大京鲁公司8号、9号煤层的瓦斯赋存规律,收集矿井基本地质情况及煤层资料,对矿井采面瓦斯压力、瓦斯含量和埋深等基础参数进行测定。采用定性和线性拟合分析方法研究煤层褶皱、断层、顶底板岩层和埋藏深度对瓦斯赋存的影响,构建埋藏深度与瓦斯压力关系方程,充分掌握8号、9号煤层瓦斯基础特性,为博大京鲁公司煤矿区域瓦斯治理提供指导依据。

基于数字图像处理技术的煤层瓦斯渗流过程数值模拟

在考虑克林肯伯格(Klinkenberg)效应、瓦斯解吸效应以及煤层压缩性对于煤层渗透性影响的基础上,提出煤层瓦斯运移的气-固耦合方程.利用基于数字图像的技术进行煤体非均匀结构特征的数值表征,通过数值分析研究了煤层内部结构对于瓦斯运移规律的影响,探讨煤层孔隙结构的非均匀性对于瓦斯运移过程的控制机制.研究表明,基于数字图像的技术是进行煤体的非均匀性表征的一个手段;克林肯伯格(Klinkenberg)效应、瓦斯解吸效应和煤层的骨架受力变形都是控制瓦斯运移的重要因素.

受载煤体全应力-应变过程电阻率响应规律

为了研究煤体变形破坏过程电阻率变化特征,利用自建的受载煤体电阻率实时测试系统,对单轴压缩过程煤体应力、应变及电阻率进行了测试,分析了全应力-应变不同阶段煤体电阻率响应规律及变化机制。研究结果表明:煤体全应力-应变过程中,扩容现象发生时电阻率变化趋势出现突变,由下降转为上升,呈不规则"V"字形变化;在扩容发生前的压密阶段和弹性阶段,电阻率的变化由孔隙裂隙的闭合及应力作用决定,扩容的发生使得煤体在塑性阶段电阻率总是呈上升趋势,煤体进入破坏阶段后电阻率进一步上升。通过对煤体电阻率进行连续实时监测,可将电阻率变化规律作为前兆信息,以反映煤体失稳破坏前的扩容突变现象。

长平井田内陷落柱对3^(#)煤层瓦斯赋存影响效应

由于陷落柱构造的存在,使得周围煤体地应力及瓦斯赋存发生变化,导致煤矿生产过程中工作面经过陷落柱构造时,常发生瓦斯、溃顶、陷底等事故。针对以上问题,以长平井田3^(#)煤层为例,采用数值模拟方法对不同形态的陷落柱构造进行了应力分析;同时,通过现场实测煤层坚固性系数、瓦斯放散初速度、瓦斯含量等数据,分析了长平井田3^(#)煤层陷落柱发育对瓦斯赋存的规律影响。研究结果表明,陷落柱构造对煤岩原始应力及瓦斯赋存均有较大影响,陷落柱体内应力值低于柱体外,柱体外围岩体存在应力降低区、应力升高区及原岩应力区;煤层的坚固性系数f、瓦斯放散初速度ΔP和煤层瓦斯含量均与距陷落柱距离呈现正比,陷落柱构造的影响范围为8~10 m。研究结果对长平井田陷落柱构造周围的瓦斯防治工作及煤矿安全生产具有指导意义。

Y型通风工作面瓦斯运移规律及应用研究

杜儿坪矿为了解决Y型通风方式下上隅角及采空区瓦斯超限的问题,利用数值模拟对Y型通风模式下瓦斯体积分数分布情况进行分析,发现随着采空区深度的不断增大,瓦斯的体积分数同时呈现逐步增大的趋势,且在工作面上隅角及靠近上隅角的位置瓦斯体积分数超过1%,需要对瓦斯进行一定的治理。鉴于此,提出通过抽采钻孔系统对超限瓦斯进行治理,通过相关治理技术的应用,将仰角钻孔抽采的采空区、上隅角、工作面、回风巷等的最大瓦斯体积分数有效控制在0.8%以内,有效保障了工作面的回采安全,为矿井高效生产提供了有力保障。

影响晓南矿未开采煤层瓦斯赋存的地质因素

为了解决晓南矿二水平未开采煤层的安全开采问题,以14号煤层为例,系统地分析了影响瓦斯赋存的地质因素.采用灰色关联方法,对各影响因素进行了研究,建立了灰色关联模型,并计算出各项因素的关联度.研究结果表明:影响晓南矿14号煤层瓦斯赋存的主要地质因素为煤的变质程度、地质构造、岩浆岩侵入、煤层厚度及煤层埋深等因素,并用多元回归对其进行了瓦斯含量预测,为二水平煤层的安全开采提供了基础资料.

载荷作用下煤体变形与渗透性的相关性研究

利用含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流装置,进行了不同气体压力作用下煤样全应力应变过程的瓦斯渗流实验。实验结果显示,煤样渗透率与变形之间存在内在关联,渗透率变化呈现阶段性特点。基于考虑气体吸附性的含瓦斯煤有效应力,建立了加载煤样变形与渗透率的相关性模型,研究受荷煤样变形与瓦斯渗流的相互关系。理论分析表明:当应力控制边界条件时,渗透率与煤样变形密切相关;煤样渗透率的变化受到有效应力、煤样变形模量、孔隙率和气体吸附性的共同作用;有效应力系数是联系煤样变形和渗透率的关键参量。由于理论计算结果与实验曲线较为接近,因此模型反映了不同瓦斯压力下加载煤样变形与渗透率变化的基本特征。

开平煤田不同层次构造活动对瓦斯赋存的控制作用

基于对开平煤田瓦斯地质特征的研究,采用构造逐级控制理论,系统研究了不同层次构造活动对开平煤田瓦斯赋存的控制作用。结果表明:受构造演化的控制,开平向斜除NW翼大部地区煤层经历一次生气过程外,其它地区由于逆冲推覆作用和岩浆侵入的影响,发生了二次生气作用;区域上构造发育的不均一性导致瓦斯赋存的差异性,NW翼由于逆断层和水力的封堵作用,使得瓦斯保存条件较好;SE翼由于正断层和水力的逸散作用,使得瓦斯大量散失;开平煤田不同的构造演化过程、不同类型的构造等对煤层的非均质性产生不同程度的影响;煤层在局部变质程度、变形破坏特征等不同,进而孔-裂隙特征不同,使得局部含气性不同。

煤层注氮驱替甲烷促排瓦斯的试验研究

实验室研究了山西阳泉无烟煤在30℃恒温下注入N2对吸附平衡煤样中CH4的竞争吸附解吸特性,结果表明混合压力高于2.25MPa后,CH4吸附量开始下降。在阳泉煤业集团石港矿业公司井下进行了煤层注氮驱替甲烷促排瓦斯的试验研究,结果表明,注氮16h后距离2m以内的钻孔自然排放纯瓦斯流量提高了2倍以上,煤体解吸气体中CH4浓度由97.29%减小到79.66%,氮气浓度由0.80%增加到13.19%,煤层瓦斯含量由9.77cm3/g减少到8.68cm3/g,起到了预排瓦斯的效果。

温度对煤体吸附瓦斯性能影响的研究

为了明确温度对煤体吸附瓦斯性能的影响程度,根据Lang-muir等温吸附方程及单分子层定位吸附模型等相关理论,推导并分析了瓦斯吸附量、吸附常数与温度的关系,得出瓦斯吸附量随温度的升高而降低,吸附常数a与温度没有直接关系,而吸附常数b与温度存在直接联系。利用WY-98B型瓦斯吸附常数测定仪对赵楼3上煤层煤样进行了不同温度下的瓦斯吸附常数测定试验,试验温度分别选取293 K、298K、303K、308K、313K、318K、323 K,得到不同温度下煤样的吸附等温线,进而得到不同温度下的吸附常数值。对结果进行对比和验证,得到温度对煤体吸附常数的影响规律。结果表明:在压力条件一定时,煤对瓦斯吸附几率及吸附时间等影响瓦斯吸附量的主要因素均随温度的升高而减小,导致瓦斯吸附量随着温度升高而下降;吸附常数a只与煤体表面性质有关,但温度引起的比表面积变化对吸附常数a影响显著;吸附常数b取决于吸附温度T、吸附压力p以及煤体自身物理性能所决定的振动时间τ0。

林西矿瓦斯赋存特征及其地质因素分析

为了掌握林西矿的瓦斯赋存特征,基于林西矿的地质特征及瓦斯资料,研究了影响瓦斯赋存的主要地质因素,包括构造、岩浆岩、煤层埋深、地下水及煤层顶板岩性。结果表明:正断层利于瓦斯逸散,逆断层利于瓦斯保存;岩浆岩附近煤层瓦斯易聚集,瓦斯涌出量可达3.2 m3/min;随煤层埋深增大,瓦斯含量以每百米0.10～0.35 m3/t的梯度增加;煤层顶板砂泥岩比与瓦斯含量大小呈反比,随着下部煤层顶板砂泥岩比的减小,瓦斯含量从3.0 m3/t增加到5.2 m3/t;地下水流动利于瓦斯的逸散,使得林西矿平均瓦斯含量较邻区赵各庄矿同水平低4.0 m3/t。

淮北矿区祁东井田中生代岩浆侵入作用对煤层瓦斯赋存的影响

结合淮北矿区祁东井田地质背景,分析了中生代岩浆侵入特征及其对煤层、煤质和瓦斯赋存的影响。研究发现,从上部32号煤层到下部9号煤层,岩浆侵入范围和强度逐渐增大,煤的变质程度逐渐升高,9号煤层煤样镜质组最大反射率高达3.7%;化学性质发生差异,挥发分减少,碳含量增高,氢含量略有降低,H/C原子比下降,认为叠加在深成变质作用基础上的岩浆热变质作用是造成这些现象的主要原因。祁东井田岩浆岩主要以岩床形式顺煤层上部侵入,同一煤层局部瓦斯含量高异常部位与岩浆侵入部位一致,认为这与岩浆侵入引起煤的二次生烃导致煤生气量增大和吸附性增强,及岩浆岩成为煤层直接顶板对瓦斯的圈闭作用有关。