黄陇煤田典型特厚煤层综放开采涌水机理与导水裂隙带发育规律

黄陇侏罗纪煤田厚煤层开采导水裂隙带发育高度大,易导通上覆白垩系洛河组巨厚砂岩含水层,区内青岗坪煤矿回采期间出现典型的“脉冲式”涌水特征,给矿井的安全回采造成严重影响。以青岗坪煤矿42105综放工作面为研究对象,采用3DEC离散元模拟、钻孔冲洗液漏失量、综合物探以及钻孔电视相结合的实测方法,对工作面回采过程中覆岩导水裂隙带和离层发育规律进行研究,探究该典型地质条件下矿井的涌水机制与导水裂隙带发育特征。结果表明:42105工作面导水裂隙带受覆岩周期性垮落影响不断向上发育,洛河组孔裂隙砂岩静储水不断释放,间歇性涌入工作面,形成幅值稍低的“脉冲式”涌水;在采动影响下巨厚砂岩含水层内不断出现离层,导水裂隙带导通砂岩含水层离层积水区,致使涌入工作面的瞬时涌水量突增,形成幅值较高的“脉冲式”涌水。结合现场钻孔冲洗液漏失量实测、综合物探以及钻孔电视结果,揭示了青岗坪煤矿洛河组孔裂隙砂岩静储水与离层水叠加影响的“脉冲式”涌水机理,确定导水裂隙带的最大发育高度为316.83~333.00m,裂采比为30.17~31.71。研究结果对于类似地层条件下矿井涌水的防治和安全高效回采具有指导意义。

黄陇煤田综放采煤工作面顶板厚层砂岩水害探查与评价

柴家沟井42226工作面为典型的厚煤层综放工作面,顶板为厚层状洛河组砂岩,开采前需针对性地开展防治水工程及防治水安全评价工作。在对工作面的地质条件分析的基础上,依据规程规范及实测数据确定了采煤导水裂缝带高度,采用物探探查及钻探验证的方式对顶板导水裂缝带高度范围内的富水异常区进行了探放,最后对工作面涌水量进行了预测。研究成果对类似条件工作面的水害防治具有一定的借鉴价值。

黄陇煤田永陇矿区煤层气成藏条件及主控因素研究

黄陇侏罗纪煤田属于典型的低阶煤含煤层气区带,煤炭勘查结果显示其西部具有一定的煤层气开发潜力,为了弄清该煤层气成藏条件,以黄陇煤田永陇矿区麟北区为例,从煤层气地质、煤储层特征、气藏保存条件3个方面研究了黄陇煤田西部地区的煤层气成藏条件及主控因素。研究结果表明:黄陇煤田西部地区延安组煤变质程度低,煤层厚度大,埋深适中,含气性较好,但煤储层渗透性较差;煤层气富集主要受水动力条件影响,埋深其次,构造和盖层影响较小,埋深500~700 m是该区煤层气成藏的最佳深度;因受成煤后期燕山运动等多期次构造运动的影响,原生生物气和热成因气大量逸散,新生代以来煤层接受浅部地表水和大气降水的补给,接受次生生物气的补充,是煤层气成藏的关键,属典型的盆缘缓坡晚期生物成藏模式。

黄陇煤田低煤阶煤储层孔隙特征及吸附储集性能研究

为了研究黄陇侏罗纪煤田低煤阶煤煤储层孔隙特征和吸附储集性能,采集了黄陇煤田不同矿区的煤样,利用液氮吸附、扫描电镜和等温吸附试验等测试方法,研究了低煤阶煤储层煤比表面积、孔容特征、孔隙特征、孔径分布特征、微裂隙发育程度及煤样的吸附特征。研究结果表明:黄陇煤田低煤阶煤BET比表面积集中分布在1~5 m^2/g,比表面积较小;BJH孔容分布区间集中在0.003~0.030m L/g,煤孔径分布特征主要以微孔和小孔为主,中孔次之;煤样表面微孔隙发育,Langmuir体积分布在7.95~16.52 m3/t,Langmuir压力分布在1.22~5.77 MPa,吸附能力一般,易解吸。结合以往地勘资料研究认为彬长、焦平及黄陵矿区有利于煤层气的勘探开发。

黄陇煤田西部孕镶金刚石钻头的应用实践

针对黄陇煤田西部砂砾岩夹粗砾岩地层,开展孕镶金刚石钻头的应用研究,介绍了在试验中碰到的一些工程技术难题和采取的相应技术措施。

黄陇煤田煤层甲烷解吸滞后规律及解吸滞后定量评价

为研究黄陇煤田低阶煤甲烷解吸滞后规律并定量评价解吸滞后,采集郭家河井田3号煤层煤样(GJH3)、大佛寺井田4号煤层煤样(DFS4)与黄陵二矿井田2号煤层煤样(HL2),采用液氮吸附与等温吸附/解吸试验,分析其孔隙结构特征与吸附/解吸特征,基于Langmuir方程与热力学计算结果,定量评价解吸滞后与吸附/解吸前后吸附热差异。结果表明:(1)温度相同时,煤样吸附能力大小顺序为DFS4,HL2,GJH3,煤样残余吸附量大小顺序为HL2,GJH3,DFS4,温度对残余吸附量的影响略有区别,温度并非与残余吸附量呈线性负相关关系,因此需要综合考虑温度对解吸的影响。(2)DFS4,GJH3,HL2的解吸滞后系数为0.4~0.6,其中,20℃时HL2解吸滞后系数最大,吸附/解吸可逆性较差;GJH3解吸滞后系数最小,吸附/解吸可逆性最好;解吸滞后系数随温度升高而减小,吸附/解吸可逆性随温度升高变好。(3)解吸时的等量吸附热均大于吸附时的等量吸附热,解吸需要从体系外吸收热量,吸附和解吸过程的能量差异可能是解吸滞后的关键因素。

黄陇煤田综放采煤顶板导水裂缝带高度发育特征

为了研究黄陇煤田综采放顶煤(综放)采煤工艺条件下的导水裂缝带高度及其发育规律,系统收集区内各矿井实测数据资料,采用数理统计和回归分析方法研究导水裂缝带高度与工作面宽度、煤层埋深以及采高的相关关系。研究结果表明:工作面宽度小于240 m且煤层采高为8.5～9.5 m时,软弱覆岩裂采比和导水裂缝带高度恒大于中硬覆岩;工作面宽度大于90 m且煤层采高大于14.5 m时,软弱覆岩裂采比和导水裂缝带高度恒小于中硬覆岩。综放软弱顶板裂采比和导水裂缝带高度随采高增大均呈单峰状,裂采比是采高的二次函数,导水裂缝带高度是采高的三次函数。裂采比最大为30.63倍,拐点处采高3.56 m;导水裂缝带高度最大为239.97 m,拐点处采高10.41 m。由拐点向两侧采高分别减小或增大时,裂采比和导水裂缝带高度均逐渐减小。综放中硬顶板裂采比和导水裂缝带高度受工作面宽度和煤层采高的共同影响。在工作面宽度一定时,裂采比随着煤层采高增大而逐渐减小且变化幅度越来越小,大致趋于[11.00,14.30]数值区间;在煤层采高一定时,工作面宽度越大裂采比越大。导水裂缝带高度随着工作面宽度和煤层采高增大而增大。

黄陇煤田煤层顶板水害特征及其防控技术

陕西黄陇煤田是我国主要产煤基地之一,煤层开采主要受顶板巨厚洛河组砂岩水威胁,水害防控形势严峻,分析顶板涌水特征、研究水害防控关键技术对于煤矿安全生产具有重大意义。在收集该区域典型煤矿工作面涌水量资料的基础上,分析顶板水害类型及其主控因素,总结工作面涌水量变化规律,并研究顶板巨厚砂岩含水层水害形成机理,进而提出顶板水害防控关键技术。结果表明:(1)黄陇煤田顶板含水层充水可分为持续涌水式、非持续涌水式和泥砂溃涌式3类,持续涌水式包括可控持续型和高强度持续型,非持续涌水式分为离层涌水型(包括偶发离层涌水型和频发离层涌水型)和脉冲式涌水型,以及泥砂溃涌型共6型。(2)关键隔水层厚度、煤层与洛河组砂岩间距、洛河组砂岩的富水性共同决定顶板涌水形式:当关键隔水层厚度较小甚至缺失,洛河组砂岩富水性弱且与煤层间距较小时,发生脉冲式涌水;当关键隔水层厚度较大且分布稳定,洛河组砂岩富水性中等至强且与煤层间距较小时发生持续涌水;当关键隔水层巨厚,洛河组砂岩富水性弱且与煤层间距巨大时发生离层涌水;当煤层顶板导水裂隙带范围内的侏罗系地层发育胶结不良地质体或煤层出现冒顶现象,容易形成水砂溃涌灾害。(3)地下水位监测预警技术、地面钻孔疏放离层积水技术、井下泄水巷集中排水技术、排水系统建设与维护技术、减水开采技术等是黄陇煤田水害防治的关键技术;工作面精细管理制度、工作面水情日分析制度、专家会诊及对标学习制度等是做好水害防治工作的配套管理对策。

黄陇煤田综放采煤导水裂隙带高度经验公式

为了获得更为准确的综放采煤条件下煤层顶板导水裂隙带高度预测经验公式,首次明确提出三次函数多项式曲线的拟合度最佳,获得了黄陇煤田包括工作面宽度为B和采高为h的双因素非线性导水裂隙带高度预测经验公式。研究结果表明:一方面,中硬顶板导水裂隙带高度经验公式拟合优度R2值由原来0.722提高至0.824,软弱顶板导水裂隙带高度经验公式拟合优度R2值由原来0.587提高至0.915,拟合精度显著提高;另一方面,与原文经验公式预测值对比发现,经验公式预测值更接近实测值。因此,获得的经验公式更准确。

黄陇煤田煤层气储层特征

基于煤层气解吸和煤层试井等大量的实测数据,对黄陇煤田煤层的气含量、渗透率、储层压力和最小主应力等储层参数进行了研究。结果表明:黄陇煤田煤层气含量、渗透率较高;地应力较低;气含量、储层压力、最小主应力与煤层埋深呈正相关性;渗透率与最小主应力呈负相关性;渗透率与煤层埋深的关系不明显;最小主应力对储层压力影响明显。综合分析认为,煤层气含量和渗透率较高的彬长、焦坪矿区是煤层气开采最具有价值的区块。

黄陇煤田转角勘查区煤的微观孔隙结构特征及其影响因素

煤的微观孔隙结构特征是煤储层特征的重要研究内容之一。选取黄陇侏罗纪煤田转角勘查区4个典型低阶煤样品为研究对象,以煤质特征研究为基础,进行压汞和液氮吸附实验,获取了不同测试方法的煤孔隙结构参数。根据两种测试方法的优缺点在孔径50nm处采用曲线拼接法进行联合,分析了全孔径段的比表面积和孔隙体积分布。结果显示:煤的比表面积主要分布在微孔、小孔和中孔三个区间,呈现“三峰”特征,表现为微孔>小孔>中孔>大孔的分布特征;孔隙体积主要分布在微孔、小孔和大孔。灰分含量和阶段孔径比表面积和孔隙体积具有较好的相关关系,但相关性强弱不同,总体显示和微孔、小孔及中孔呈正相关关系,而与大孔孔隙呈负相关关系,灰分含量与微孔、小孔的影响最大。显微组分中的镜质组和壳质组含量与大孔比表面积和孔隙体积呈正相关关系,与微孔、小孔呈负相关关系;惰质组含量与大孔孔隙比表面积和孔隙体积呈负相关关系,和微孔、小孔呈正相关关系。

黄陇煤田低阶煤层气高渗富集区优选预测及开发建议

黄陇煤田具有丰富的低阶煤层气资源,具有良好的煤层气资源开发前景。为了提高研究区煤层气开发效果和推动区域上整体开发,基于煤层气含量为主的资源条件和以渗透率为主的开采条件的优势叠合及其与煤厚、埋深、煤质等地质因素相互优势耦合的思路开展高渗富集区的预测研究。建立了以含气量和渗透率为高渗富集区的主控因素,煤层厚度,埋深、地应力,煤体结构、灰分、变质程度6个地质因素作为次级控制因素指标的高渗富集区加权指数预测方法。预测结果与实际煤层气开发效果具有一致性。本次预测的高渗富集I类区主要集中在彬长矿区南部(大佛寺,小庄,亭南,以及下沟煤矿的西部区域)、焦坪矿区南部的下石节以及黄陵矿区北部,面积共计673.7km 2。针对煤层气地质条件较差的Ⅱ类和Ⅲ类区提出了井上井下联动抽采建议。研究成果可为黄陇煤田下一步煤层气开发和瓦斯防治提供地质依据。

黄陇煤田煤层气有利区块优选

以黄陇煤田煤炭开发与矿井瓦斯、区域地质与矿区地质、煤层气勘探开发资料为基础,从资源因素、储层因素、封盖性能等方面系统分析了影响煤层气富集的影响因素,在煤层气富集影响因素等方面详细剖析的基础上,建立了影响煤层气有利区块优选的多级评价指标体系(一级指标3个,二级指标15个);采用模糊数学方法对各级因素指标确定了隶属度关系,并用特尔菲法赋予了权重,建立了用于煤层气勘探开发潜力评价的多层次模糊数学评判模型;应用该模型,对黄陇煤田黄陵、彬长、焦坪、旬耀、永陇等五个矿区的煤层气开发潜力进行了评价。评价结果表明:彬长矿区与焦坪矿区是该煤田煤层气勘探开发的最有利区块。

黄陇煤田的构造控煤作用

黄陇煤田位于陕甘宁盆地的南缘。陕甘宁盆地为一中生代大型内陆拗陷盆地,呈南北向的长方形轮廊,四周常有断裂分布。笔者比较系统地总结了陕甘宁盆地黄陇煤田地层发育和构造特征、区域构造发展概况,阐明了构造控煤的作用机理。

黄陇煤田大佛寺井田煤层气成因机制研究

彬长矿区大佛寺井田为典型的黄陇侏罗纪低阶煤煤层气田。井田内煤层气井较多,但有关煤层气成因机制方面的研究较少。厘清井田内煤层气地球化学特征及成因机制,对深化煤层气的形成机理认识和科学评价煤层气资源量具有重要指导意义,可为煤层气高、低产井产能差异化分析提供重要依据。采集研究区内6口煤层气井井口排采气样品,22块4号煤层煤样及煤层水和地表水样各1件,开展显微煤岩组分、气体化学组分、碳同位素和水样水质检测,并结合部分研究区相关的文献数据,分析大佛寺井田煤层CH_(4)碳同位素特征、成因类型及偏轻机理。结果表明:大佛寺井田主采的4号煤层显微煤岩组分中,有机组分含量明显趋高,平均为93.2%,其中,惰质组最具优势,平均68.2%;镜质组次之,平均22.8%,镜质体反射率R_(max)平均0.65%。煤层气组分以CH_(4)为主,CH_(4)体积分数为73.805%~98.006%,平均83.753%;N_(2)体积分数为1.259%~25.735%;平均15.220%;CO_(2)体积分数为0.040%~2.380%,平均1.023%;C_(2)及以上重烃含量平均不足0.0054%;C_(1)/C_(1—n)>0.999;CH_(4)和N_(2)含量呈明显负相关性,煤层气组分在成藏后期受空气影响明显。δ(13)^C_(1)为−80.516‰~−62.400‰,平均−73.000‰;δ(13)^C_(CO_(2))为−41.693‰~−7.065‰,平均−18.660‰。大佛寺井田煤层气为次生生物成因气,其显著标志为δ(13)^C_(1)偏轻和重烃含量极少,呈现典型特干气特征,偏轻机理在于其绝大部分由CO_(2)还原而成,少量由乙酸发酵而成,且在这两种途径的生气过程中,最终均会出现生物甲烷富集轻碳同位素的结果,从而导致δ(13)^C_(1)偏轻。

陕西黄陇煤田侏罗纪煤层气地质条件与勘探开发现状

在分析黄陇侏罗纪煤田多位于丘陵、沟壑地带,煤储层特征具有变质程度低、煤层厚度大、煤体结构简单、渗透率高、煤层气含量小等开采地质条件的基础上,阐述了陕西黄陇侏罗纪煤层的勘探开发现状,指出了该区煤层气地面开发面临的技术难题。

陕西黄陇煤田侏罗系煤层气开发关键技术

黄陵煤田侏罗纪煤层裂隙发育,渗透率高,煤层气开发的地质条件优越,即将成为我国煤层气开发一个重要的潜在接替领域,根据焦坪矿区和彬长矿区煤层气开发取得的成果,详细探讨了煤层气开发方式、井位部署、钻完井工艺、压裂工艺和排采工艺等关键技术,指出欠平衡钻进、基于储层保护的洞穴完井和分层控压联合排采将是该区煤层气开发技术发展的方向。

陕北及黄陇侏罗纪煤田煤中硫分、灰分成因探讨

以地质勘查资料、煤质分析结果为依据,对陕北及黄陇侏罗纪煤田延安组煤中硫分、灰分组成特征及成因进行探讨。研究结果表明:陕北、黄陇侏罗纪延安组煤中硫分含量较低,前者为特低-低硫,以有机硫为主,后者为中-低硫,以硫化铁硫为主;煤灰成分组成相似,但后者灰分产率高于前者;由于陕北、黄陇煤田延安组成煤环境不同,受陆源碎屑物质的供给的影响,使黄陇煤田延安组煤中全硫含量及灰分产率均高于陕北煤田延安组煤。

黄陇侏罗纪煤田煤质特征分析

系统地收集和整理了各种地质资料和研究成果,结合最新的煤田勘探成果、煤炭资源赋存规律及现状,以五大矿区为切入点,对黄陇侏罗纪煤田的煤质情况进行了进一步分析研究,并对其煤质特征及分布状况做出综合评价,为该区的煤炭利用、煤炭资源管理的信息化提供了依据。

黄陇侏罗纪煤田顶板水害防治问题及对策探讨

在黄陇煤田近年来各矿井涌水资料详细分析的基础上,针对区内较特殊的岩性组合结构所呈现出较典型的顶板出水特征,结合目前各矿井防治水技术应用现状,指出了研究区内顶板水害防治及理论研究方面存在的不足,总结了区内矿井顶板水害防治存在的亟需解决的关键技术难题,如综放条件下覆岩破坏规律研究、洛河组巨厚含水层精细探查及研究、顶板巨厚含水层充水机理研究、顶板隔水层隔水性能评价方法、"顶板离层"水害形成机理与防治方法等难题,综合考虑目前研究现状及技术应用现状,提出了研究区内水害防治解决思路及防治技术措施,研究成果对指导黄陇煤田顶板水害防治水工作有效开展具有重要意义和实用价值。