蒙陕深埋煤层首采工作面顶板富水性和涌水量差异研究

针对蒙陕接壤区存在水文地质条件不清、水害问题多发、水资源漏失严重等问题,通过分析区内呼吉尔特矿区4个矿井首采工作面顶板地质水文地质特征、回采过程中涌水量变化及差异性,查清了矿区煤炭开采初期扰动下的水文地质条件,结果表明:四个矿井首采工作面涌水量,均随着工作面回采呈逐渐增加趋势,其中葫芦素和巴彦高勒矿井首采工作面最大涌水量分别为645.0 m^(3)/h和494.0 m^(3)/h,且七里镇砂岩含水层不同区域存在富水性差异,导致涌水量的增加呈台阶式,波动性较大,与该区域七里镇砂岩含水层厚度较薄、富水性较弱的特征一致;门克庆和母杜柴登矿井首采工作面最大涌水量分别为1372.0 m^(3)/h和938.0 m^(3)/h,且七里镇砂岩含水层整体富水性较强、富水性较均一,涌水量的增加呈平稳增加态势,波动性较小,与该区域顶板七里镇砂岩含水层厚度较大、富水性较强的特征一致。

EH4大地电磁法在中深煤层采空区探测中的应用

为了查明鄂尔多斯棋盘井某矿916、917工作面附近区域采空区及积水分布情况,采用EH4大地电磁法对该区域进行了探测。通过了解该区域地形地质资料,分析电性响应特征,进行干扰试验和参数试验研究,然后进行现场施工布置,开展内业资料处理与分析,进行剖面和平面成果解释。结果表明,试验电极和磁棒一致性较好,确定采用电极距40 m、采集次数8次,增益大小根据测点实际信号确定;经过干扰信号的剔除、静态校正和合理解释,圈出1处弱高阻异常(不含水)和1处弱低阻异常(弱含水),分析均为断层破碎带,未发现明显的采空区及积水异常区,基本达到了预期探查目的。

深部含瓦斯煤体渗透率演化及卸荷增透理论模型

利用渗透率理论模型对深部煤层渗透率的变化进行了探讨,认为深部煤层地应力主导有效应力的变化,直接或间接的控制着渗透率。要有效增加煤层的渗透率,只能降低地应力。据此开展了煤体卸荷渗透率试验研究,获得煤体卸荷过程中既存在原始裂隙的扩展,也有新生裂隙的产生,两者的综合作用是导致卸荷煤体渗透率骤增的原因。在实验和理论分析的基础上提出了煤体卸荷渗透率演化概念模型,建立了考虑有效应力和瓦斯吸附/解吸变形等因素的、以应变为变量的煤体卸荷损伤增透理论模型。该模型搭建了煤体卸荷与增透的桥梁,可采用岩石力学软件获得的采场围岩应力场和应变场计算得到卸荷后煤岩的渗透率演化规律。最后在窑街煤田海石湾煤矿进行了应用,理论模型的应用使瓦斯抽采设计更科学和有效。

深埋煤层开采的离心模型试验研究

以菏泽井田赵楼煤矿近千米深埋煤层首采区地质条件为依据,通过离心试验研究采动影响下,煤层顶板不同位置的应力变化规律,结果表明:(1)开切眼处煤柱处压力随煤层的采动不断变化,对其压力产生明显影响的是前方约35m煤层的开采,最大应力集中系数为2.04;开挖工作面前方10～15m煤层支承压力集中,最大应力集中系数为2.8。(2)直接顶处岩层压力随煤层的采动不断变化,在工作面处达到峰值,最大应力集中系数为1.74,工作面推过后,其压力下降后又有所回升,为上覆岩层重新压实所致。(3)老顶岩层压力亦随煤层开采不断变化,但其峰值出现在工作面推进后5～10m,最大应力集中系数高达3.91,在煤层开采过程中,要加强观察和支护,预防冲击地压等灾害的发生。(4)综合得出赵楼矿井老顶的初次断裂步距约为30m。试验结果可为煤炭深部开采条件下的岩层控制、合理的巷道布置、改善巷道支护和维护情况及冲击地压的预防提供依据。

准噶尔盆地南缘中低煤阶煤层气富集成藏规律

准噶尔盆地南缘（准南）中低煤阶煤层气资源丰富但勘探程度相对较低,气体富集和主控因素认识不足,制约了开发。基于对准南地区构造、沉积、水文、物性和含气量分布的精细解剖,总结了煤层气富集成藏规律。准南煤系主要发育在天山山前断褶带,EW向断层和背斜密集;煤系沉积以冲积扇和河流相为主,煤层层数多且与砂岩叠置发育;煤层倾角大（部分地区大于50°）,风氧化带深延（大于400~600 m）;构造切割作用明显,多个水文地质单元发育;煤岩孔径较大,孔隙连通性好。针对研究区＂深部低煤阶、急倾厚煤层、多层砂煤组、构造断煤区＂的特点,提出了符合东部阜康等地区＂急倾斜煤层自吸附-水力封堵型＂,中部构造密集区＂断冲褶皱带多煤层压力封闭型＂,和西部大埋深地区＂构造-岩性圈闭煤系多源气混合型＂富集成藏模式。在煤层气开发中应优选相对构造高点和缓倾斜,并考虑地表水与地下水的稳定过渡带。多层次模糊评价表明东部四工河—乌鲁木齐河区段的煤层气资源、储层和保存条件均相对有利,可优先开发。

深部残采区域下冲击危险易突出煤层开采的相似模拟试验

针对深部残采区域下伏煤层工作面的安全开采问题,采用相似模拟试验的方法,通过监测残采区域形成过程中及稳定后下伏煤层应力变化情况,分析应力变化规律,根据应力卸压准则确定了残采区域的走向和倾向的卸压角及保护范围。试验结果表明,残采区域下伏煤层工作面开采过程中上覆岩层运动经历了"正常—剧烈—缓和—剧烈—正常"5个阶段和2次瞬时大面积整体失稳,工作面进风巷位于高应力集中区域内;在工作面走向方向上存在2处危险区域,结合应力观测数据划定了2处危险区域的范围。该研究工作为制定残采区域下伏煤层工作面防冲、防突安全措施提供了可靠的基础数据。

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。

深部微构造特征及其对煤层气高产“甜点区”的控制——以鄂尔多斯盆地东缘大吉地区为例

国内埋深大于2000 m的深层煤层气资源丰富,但整体勘探开发程度低,尚未有明确的开发规律认识和系统的开发地质理论。对比分析了鄂东缘大吉地区埋深大于2000 m的深部煤层与1000~1500 m中深部煤层20项地质参数,对深部煤层单斜构造上的微幅构造区进行了精细刻画和分类,通过深部煤层气井生产特征规律、测井、工程改造参数及压裂曲线特征研究,发现煤层微幅构造差异对深部煤层气井高产控制作用明显,并从现象入手,深入剖析了深部煤层气赋存机理、开发机理及高产主控因素,预测了深部煤层气理想排采曲线,提出了与浅层煤层气排采曲线的异同之处。研究表明:①深部煤层整体上展现了“高含气、高饱和”的优势和“煤体结构好、特低渗”的特征,生产井具有“见气时间短、见气时压力高、见气后产液量少”的特点;②精细划分出斜坡构造上的5类微构造区,深部煤层气高产井主要分布在顶板封盖较好的正向微幅构造和平缓构造区,该区渗透性相对较好、易于加砂,生产井压裂施工压力相对低、稳产能力好,且稳产气量与施工排量、总加砂量呈现出明显的正相关;在中高加砂规模的前提下,位于正向微构造部位直井平均稳产水平为5000 m^(3)/d、平缓构造部位井3500 m^(3)/d;位于其他部位井试验了不同的工艺、施工排量、酸量、加砂规模,稳产水平1500 m^(3)/d;③不同于浅层开发机理“排水诱导解吸”,深部煤层气是“产气诱导解吸”;在一定深度高温状态对解吸占主导作用时,部分解吸出来的煤层气会以“游离态”赋存于煤层,开发初期表现为以“游离气”为主,生产特征类似页岩气;④认为深层煤层的致密性是制约深部资源能否开采出来的最关键因素,深部煤层具有原生结构煤的优势和特低渗的劣势,微幅构造在深部高压状态下对煤层渗透性有“放大”的效果,或者改善、或有较大影响,故除了压裂能改善有限的范围外,寻找渗透性相对较好、天然裂隙更发育的正向或平缓微构造部位,不仅有助于压裂改造效果,还有助于高产;⑤由于背斜构造比例少,建议将深部煤层的精细微幅构造研究,作为突破深部煤层气勘探开发的重要方向,可将正向微构造和平缓构造部位作为优选“地质-工程”双甜点部位;负向微构造和水平向挤压部位的压裂改造技术攻关,将是关系到未来深部煤层气是否能开拓更大战略场面必须要攻克的难题。研究为深部煤层气勘探开发方向、深部煤层甜点评价、针对性地开展工程技术对策攻关及深部煤层气井曲线合理生产制度的制定,提供了借鉴。

深孔预裂爆破技术在松软突出煤层井筒揭煤中的应用研究

针对松软突出煤层快速井筒揭煤,应用深孔预裂爆破技术实施揭煤区域的瓦斯治理;为了确定深孔预裂爆破实施区域位置,应用FLAC3D软件分别模拟了揭煤前后煤层应力场变化,根据应力带分布范围,确立了深孔欲裂爆破位置区域;通过在现场试验检验,预裂爆破后,瓦斯抽采体积分数由7.52%提高到9.79%,抽采纯流量增大了30%,揭煤工期大大缩短,取得了良好的经济效益和安全效益。

煤矿瓦斯抽采水胶药柱在煤层深孔爆破中的研究与应用

针对高瓦斯低透气性煤层,从理论上探讨了煤矿瓦斯抽采水胶药柱在煤层深孔中爆破时,炸药爆炸冲击波初始峰值压力和传播到孔壁处的入射压力以及孔壁煤面上的透射冲击压力。建立了炮孔周围煤体中的动态应力场,分析了爆源区径向裂隙区的形成和扩展半径。最后将裂隙区半径应用于煤层爆破孔和抽采孔布置参数设计,提出了高瓦斯低透气性煤层深孔预裂爆破孔和瓦斯抽采孔的合理间距,并进行工程实践。结果表明该方法为高瓦斯低透气性煤层增透,进而为解决煤层瓦斯抽采提供了一条有效的解决方案。

张双楼煤矿深部特厚煤层掘进防冲技术研究

张双楼煤矿74104带式输送机道掘进工作面采深位于-1 000 m以下,属深部开采。煤层厚11 m,跟顶掘进。该区域为中等冲击地压危险。通过钻屑法检测,煤粉量超过临界值,采用顶板深孔预裂爆破、大直径钻孔卸压、底板预卸压、煤层高低压注水等综合措施卸压。分析发现,三四角门处应力集中,遂采取二次补强卸压。综合措施实施后,检验效果合格。该综合防治措施对深部特厚煤层掘进冲击地压防治提供了借鉴。

深井特厚煤层工作面强烈动压区安全开采技术

为保障深井特厚煤层工作面在强烈动压区的安全开采,以新巨龙矿井2302S工作面为背景,通过现场监测、数值模拟和理论分析,研究了深井特厚煤层工作面强烈动压区的致灾机理与安全开采技术。研究结果表明:应力监测得到的强烈动压区内冲击地压危险区超前影响距离约为117 m,峰值影响距离约为48 m,压架危险区超前影响距离约为26 m,并采用数值模拟进行了验证;工作面过强烈动压区时存在煤柱冲击和采场压架两类动力灾害,诱发煤柱型冲击地压的机理主要在于工作面开采引起煤柱应力高度集中;诱发采场压架的主要机理在于支架控顶距的突变导致支架载荷异常;根据强烈动压区致灾机理提出了相应的安全开采技术,并进行了现场验证,保障了工作面的安全开采。

淮南潘集深部13_(-1)煤层含气量影响因素分析

运用煤层气含量测试直接法,结合地质背景,对淮南煤田潘集深部13_(-1)煤层含气量及其与显微组分、最大镜质组反射率R_(o,max)和水分等因素的关系进行了分析。结果表明:13_(-1)煤层气含量与R_(o,max)之间的关系不明显;含气量与镜质组呈正相关关系,但与惰质组和固定碳之间的相关性不明显;另外,水分与含气量呈弱负相关关系,灰分含量与含气量具有明显的正相关关系;含气量随挥发分的增加呈三段式变化。

鄂尔多斯盆地东缘非常规天然气勘探实践及发展方向——以临兴-神府气田为例

鄂尔多斯盆地东缘临兴-神府气田早期一直以煤层气勘探为主,并且缺乏系统的成藏理论认识和关键的开发技术手段,致密气勘探开发工作几乎停滞。近年来,通过转变区域工作重心(从煤层气走向致密气)、深化成藏理论研究和创新地质工程一体化技术,成功指导了中国海油陆上第一个千亿方大气田的发现。基于期间致密气勘探开发实践,系统总结了区域致密气勘探开发理论进展和技术成果,并提出了未来中国海油陆上非常规天然气发展方向。研究认为:(1)鄂尔多斯盆地东缘非常规油气资源十分丰富,致密砂岩、煤层、铝土岩、碳酸盐岩等多种储层类型发育,具备立体成藏和多气共存条件。(2)创新提出鄂东盆缘“源-储-断”三控影响下的差异成藏富集模式,形成了地质工程“双甜点”定量识别技术,实践了全流程一体化的压裂增产改造技术,建立了沉积-成岩双协同的储层综合评价技术,有力支持了海油陆上非常规天然气产业的快速发展,目前已基本探明致密气地质储量近3000亿方,建成年产能20亿方。(3)提出了“双碳”目标引领下中国海油陆上超级大气群(万亿级规模)的战略构想,制定了“立足致密气、突破深煤层、兼顾新领域(铝土岩与碳酸盐岩)”的勘探目标,形成“整体部署、分类突破、多气协同”的一盘棋理念,采用“致密气勘探定深煤层气甜点,深煤层气勘探助力致密气开发,铝土岩等新领域接替动用”的勘探开发一体化模式。在上述技术成果、理论认识和勘探策略的研究下,揭示了中国海油陆上非常规天然气巨大的勘探前景。

深井大倾角双倾斜易燃厚煤层综放面火区治理技术研究

通过对E3201综放工作面封闭火区现状的分析,采用打设密集注胶钻孔、大流量注胶、大流量注阻化泡沫、喷涂LFM堵漏、均压等综合防灭火技术,成功扑灭了综放工作面的自燃火灾,确保了密闭区支架和其他综采设备的成功撤出,为治理自燃火灾提供了一定的借鉴经验。

蒙陕接壤区深埋煤层开发过程中矿井涌水量变化特征

蒙陕接壤区侏罗系深埋煤层开采过程中,掌握不同阶段矿井涌水量变化规律,是保障煤矿安全的关键。从含水层发育特征、巷道掘进进尺、采空区半径等方面开展了相关研究,结果表明:蒙陕接壤区煤层顶板导水裂缝带范围内的3层复合含水层,富水性差异较大,分别对巷道掘进阶段和工作面回采阶段涌水量影响较大。煤矿建井阶段,矿井涌水量随着巷道掘进进尺增加而增加,但单位进尺涌水量变化不大,平均涌水量为0.008 32 m^3/(h·m)。工作面回采前将钻孔水量降至5.0m^3/h以下,水压降至1.0 MPa左右,实现了顶板含水层静储量充分疏放目标。首采面和接续面回采阶段,矿井涌水量呈"阶梯式"平稳增加,矿井涌水量与采空区半径呈线性正相关关系。通过对侏罗系深埋煤层开采过程中矿井涌水量变化规律和影响因素的研究,可以为其他矿井建设和工作面回采提供安全保障和科学依据。

基于深度置信网络的煤层含气量测井解释研究

为了解决煤层含气量定量解释问题,将煤层测井数据与煤心解吸数据作为输入和输出参数,构建深度置信网络(DBN),进而预测煤层含气量。研究以甘肃合水地区测井数据为例,筛选出该地区120组煤层样品作为DBN样本分析数据。选择短源距自然伽马、自然伽马、密度、长源距自然伽马和浅侧向5条测井曲线,作为DBN的输入参数,煤层气含量作为DBN的输出参数,研究RBM数量和隐藏神经元数量对计算结果的影响。并通过概率统计法、BPNN、DBN和SVM计算了30组煤层的煤层气含量,比较不同方法的预测效果。结果表明:①受限玻尔兹曼机(RBM)对DBN计算结果的精度有一定的影响,RBM数量达到7层时,预测结果准确性更高;②选择合适的隐藏层神经元数量,可以保证计算结果的精度和稳定性,神经元数量为20时,预测结果精度更高,稳定性更好;③RBM使得DBN的准确性高于BPNN,此外,DBN的计算准确性和稳定性高于概率统计法和SVM。

晋城矿区郑庄深部煤层L型水平井增产改造技术

晋城矿区郑庄区块常规直井煤层气产量低,开发效果差。为有效改善该区块煤层气的开发现状,提高煤层气井产量,采用理论分析与现场试验相结合的方法,在充分利用老井压裂影响范围的基础上,提出了L型水平井串联压裂增透改造技术,并形成了集井位布设、射孔压裂段优选、连续油管分段压裂改造于一体的L型水平井高效开发方法与技术。经现场试验,L型水平井串联压裂增透改造技术取得了良好的增产改造效果,L型水平井产气量是本区块常规直井平均产量的近30倍。研究结果为晋城矿区深部区块的煤层气高效开发与老井改造提供了依据和指导。

深埋低透煤层定向水力压裂瓦斯抽采钻孔布置参数研究

为了优化深埋、低透煤层定向水力压裂瓦斯抽采钻孔布置参数、降低钻孔施工的成本和提高瓦斯抽采率,采用了RFPA2D-Flow软件数值模拟、AE声发射、定向水力压裂区域钻孔监测及压裂前后抽采率对比分析,最终经过压裂区、未压裂区瓦斯抽采率对比分析,抽采率大幅提高,为现场瓦斯抽采钻孔布置参数提供了理论依据。

煤层合并区工作面底煤深孔注水防冲技术研究

张双楼煤矿74102工作面东北部出现7煤、9煤煤层合并,造成底煤厚度增大,冲击危险性增加。针对工作面范围底煤卸压技术难题,提出了煤层合并区工作面底煤超深孔注水卸压耦合防冲技术,研究了张双楼煤矿煤层注水物理力学性质、破坏模式与含水率之间的关系,得到了最佳注水参数。现场微震监测表明,工作面底煤注水卸压后,小能量为主的矿震震动次数显著增多,大能量震动事件减少,验证了卸压参数的合理性,降低了冲击危险性,保证了工作面的安全回采。