西山煤田岩溶陷落柱柱壁角特征研究及其意义

【意义】随着采掘向深部延伸,岩溶陷落柱已成为华北煤田矿井开采最隐蔽的致灾地质因素之一。柱壁角是描述陷落柱形态特征的重要指标之一。【方法和结果】以西山煤田上下煤层综采均切割过的265个岩溶陷落柱为数据源,通过分区、统计、函数构建、地质类比,挖掘西山煤田岩溶陷落柱柱壁角中蕴藏的地质信息,获得如下认识:(1)西山煤田陷落柱平均柱壁角为84.29°,超50%的陷落柱柱壁角在85°~90°,平均柱壁角自西北到东南逐渐增大,从82.05°增大到87.57°。(2)西山煤田陷落柱柱壁角与8号煤层揭露的陷落柱面积成反比,依据柱壁角与陷落柱面积大小关系,陷落柱划分为:充分塌陷陷落柱(90°~85°)、次充分塌陷陷落柱(<85°~81°)、不充分塌陷陷落柱(<81°);对应的2号煤层陷落柱面积分别为<556、556~1 700、>1 700 m^(2),等效半径为<13.3、13.3~23.3、>23.3 m;对应的8号煤层陷落柱面积分别为<1 250、1 250~2 750、>2 750 m^(2),半径分别为<20、20~30、>30 m。充分塌陷陷落柱一般发育有柱顶空腔,柱体结构较为松散,可导通顶板裂隙水与柱顶空腔水,以及底板承压奥灰水,是西山煤田导水陷落柱的一种重要类型。【结论】类比地质历史时期降雨量结果显示,具有“北柱南相”的西山煤田岩溶陷落柱,可能形成于气候湿热的古近纪渐新世时期,强烈的岩溶作用吸收了大气中的CO_(2),并锁定在沉积区,可能是导致全球大气CO_(2)含量急剧降低的重要原因。

不同变质程度煤中镜质组的元素分布特征:基于Raman和原位微区XRF分析

为明确煤中元素与有机质之间的关系,本文选择山西太原西山煤田6个矿区石炭系—二叠系太原组8号煤层煤样(镜质体最大反射率为1.26%~2.03%)为研究对象,挑选其中的镜煤条带,利用激光共聚焦拉曼光谱仪(Raman)选出镜质组,结合微区X射线荧光光谱仪(μ-XRF)对镜质组中元素含量和分布特征进行分析,试图探讨不同变质程度煤中镜质组的拉曼光谱和元素的耦合关系。研究发现,镜质组中仍然存在着大量的纳米级矿物,在实验操作过程中即使Raman光谱的结果限定了有机组分,但是由于束斑大小的差异,μ-XRF测试时不可避免的受到了煤中纳米级矿物的影响;Al、Si、K、Ti、V、Fe、Co、Ca主要赋存于镜质组中的纳米级矿物中,Ni、Zn、Ga、Ge、Br、S则主要以有机结合态的形式存在。

信息量法耦合机器学习模型的西山煤田滑坡易发性评价

采煤活动形成的地下采空区极易引发地质灾害,滑坡易发性评价是地质灾害风险预警的先行工作。以山西省西山煤田为研究区,构建了20个滑坡致灾因子,利用信息量(Information Value,IV)法耦合逻辑回归(Logistic Regression,LR)、随机森林(Random Forest,RF)和支持向量机(Support Vector Machine,SVM)模型,构建IV-LR、IV-RF和IV-SVM这3种IV法耦合机器学习模型,并进行研究区滑坡易发性评价,通过受试者工作特征(Receiver Operating Characteristic,ROC)曲线、均值和标准差分析建模结果精度。结果表明,研究区内高、极高易发区主要分布在距水系300 m内,极低、低易发区分布在中西部地区,IV-LR、IV-RF和IV-SVM模型验证精度分别为76.67%、74.62%和78.57%,ROC曲线下面积(Area Under Curve,AUC)为0.86、0.83和0.84。IV-LR模型AUC值最大,预测精度最高。

岩浆活动对西山煤田煤储层物性的差异改造特征

为探讨岩浆侵入带来的高温热效应对西山煤田的煤储层物性的差异改造特征,在盆地模拟的基础上,以西山煤田西区煤岩为研究对象,系统采用反射率测试、工业分析、核磁共振、等温吸附、低温液氮吸附、显微裂隙统计等实验手段对距岩浆岩体远近不同的煤样进行实验测试,结果表明离岩浆侵入中心距离不同,储层的孔形、孔径、吸附规律等都表现出差异演化特征,如距岩体越近,煤层反射率明显增大、挥发分较低、灰分增大、BET和孔容增大、瓦斯吸附能力为低—高—低的趋势。在高温、高压的双重作用下,煤层形成了大量岩浆诱发成因的煤层割理,普遍提高了煤层的渗透率。研究结果表明,岩浆活动对西山煤田煤储层物性的改造具有双重性,研究区的中西部屯兰和石千峰一带是储层综合物性条件最佳的地区,是煤层气富集高产的有利区带。

太原西山煤田新生代隆升史的磷灰石裂变径迹约束

位于吕梁山中段东缘的太原西山煤田不但是我国重要的炼焦煤基地,同时也是煤层气开发基地。多年开发实践表明该煤田煤层气分布非均质性强、无气-低产井比例高,因此理解控制该煤田煤层气分布的地质因素是预测富集高产区的基础。由于构造抬升不利于煤层气的保存,因此认识煤层生气高峰后的隆升史可以确定煤层气保存的关键时期。通过太原西山煤田晚古生代含煤岩系标志层的5件砂岩样品的磷灰石裂变径迹测年及热历史模拟分析,结合前人在西山煤田西北部边缘及西部吕梁山中段核部前寒武基底地层的磷灰石热年代学数据,可以确定,该煤田在46±4~52±6Ma左右抬升退出磷灰石退火带,而核部前寒武基底地层则在早白垩世已抬升退出磷灰石退火带,吕梁山具有核部抬升早、边缘抬升晚的特点。自新生代以来,太原西山煤田经历了3个抬升阶段:48Ma以前的快速抬升,48±4~10±2Ma的缓慢抬升和10±2Ma以来的剧烈抬升,与前人获得的吕梁山存在缓慢抬升(120~65 Ma)、加速抬升(65~23 Ma)及强烈抬升(23 Ma以来)3个隆升演化阶段相比具有较大的差异,表明吕梁山不同部位具有不同的隆升史。10Ma以后的剧烈抬升与晋中盆地成盆及快速堆积期相一致,它们具有盆山耦合关系,该阶段也是西山煤田煤层气保存的关键时期。

太原西山煤田西铭-杜儿坪矿区煤级定型时间:来自锆石裂变径迹年代学的证据

为了确定太原西山煤田煤级定型时间，对太原西山西铭一杜儿坪矿区7个上古生界标志层砂岩中的锆石进行了裂变径迹热年代学分析，结果表明：除1个样品其裂变径迹年龄为168Ma，属中侏罗世外，其余6个样品的裂变径迹年龄集中在215—181Ma，为晚三叠-早侏罗世；西铭-杜儿坪矿区8号煤镜质组反射率所确定的古地温与锆石裂变径迹封闭温度一致，表明煤级定型时间为晚三叠一早侏罗世；太原西山煤田煤变质作用存在着差异性，大致以寨山-邢家社-东曲一线为界，分东、西两区，东区煤级定型时间为晚三叠-早侏罗世，西区为晚侏罗-早白垩世。

太原西山煤田煤储层含气性分布规律及控制因素

为了实现寻找西山煤田煤层气开发有利区,把西山煤田西北部的马兰矿、屯兰矿和东曲矿作为研究区,采用灰色关联度分析等数理统计方法,研究了西山煤田煤储层含气性分布规律及其地质主控因素。结果表明:平面上,研究区可划分为向斜控制区和断层控制区2个不同的局部构造分区,研究区中部煤层含气量较高;纵向上,研究区8号煤层的含气量最高,其次为9号煤层、2号煤层。研究区除西南部含气量受风氧化作用控制外,其余地区含气性的控制因素按重要性排序依次为:局部构造、煤层埋深、顶板厚度和煤的岩石学特征。研究区中部的地层平缓区,局部断层多发育为封堵性断层且煤层埋藏较深,导致该区具备良好的煤层气保存条件,导致煤层含气量较高,有利于煤层气开发。

岩浆活动对西山煤田煤层含气量的控制作用

西山煤田位于沁水盆地西北部,煤炭资源丰富,但煤层气勘探程度较低。研究表明:西山煤田的煤变质主要受控于深成变质作用和岩浆热变质作用。以西山煤田2号煤为例,分析了岩浆活动是西山煤田煤变质程度及含气性存在显著区域性差异的主控因素,燕山期的岩浆活动作用于控制煤层气成藏的诸多地质因素,对煤层气的生成、运移、赋存产生极大影响,改变了煤层气成藏的地质环境。结果表明:燕山期岩浆活动最终导致该区煤层气富集于向斜两翼高部位且距岩体较近区域。

西山煤田古交矿区地质灾害分析

介绍了太原西山煤田古交矿区地面塌陷、地裂缝、滑坡和崩塌等主要地质灾害,及地质灾害引起地表建筑物、耕地、市政设施和水资源破坏等环境效应问题,分析了矿区主要地质灾害的形成机制,认为矿区地面塌陷及地裂缝均为煤炭采空区失稳变形的演化产物,而采矿活动是滑坡和崩塌发生的诱发因素;地下开采引起的地表移动,改变了覆岩的原始应力状态,降低了原有软弱层(面)的力学强度;同时,开采使地表产生裂隙,加剧了地表水的渗透,因而诱发了山体滑坡及崩塌。最后针对古交矿区地质灾害现状和灾害引起的环境效应问题,提出了防治对策及建议。

卡尔曼滤波在山西省西山煤田地面沉降GNSS监测中的应用

本文以山西省西山煤田某一工作面为试验区,在分析地面沉降全球卫星导航系统(GNSS)监测数据特征的基础上,利用两种卡尔曼滤波方法(普通和总体卡尔曼滤波)对矿区地面沉降GNSS监测数据进行了处理与评价,同时对比了两种卡尔曼滤波方法的均方根误差分布情况。试验结果表明,两种滤波方法的滤波结果与观测值趋势大致相同,但存在少数异常点。下沉量越大的监测点,滤波结果与观测值的差异越大,但总体卡尔曼滤波的差异明显小于普通卡尔曼滤波,特别是对于下沉量较大的监测点。下沉量越大的监测点,其均方根误差越大,总体卡尔曼滤增大的速度远小于普通卡尔曼滤波,总体卡尔曼滤波均方根误差的最大值小于0.1 m,普通卡尔曼滤波的则接近0.4 m。

太原西山煤田现代构造应力场综合模拟

根据震源机制解分析得出太原西山煤田的区域构造应力场特征,在此基础上,基于有限元分析法对煤田内部2号和8号煤层的地应力分布进行了模拟,并结合煤层水力压裂资料获得验证。综合分析结果显示:与山西地堑系的构造背景一致,西山煤田的构造作用以NW—NNW向的近水平拉张作用为主;2号煤层和8号煤层的地应力分布趋势基本一致,均由四周向内部逐渐增大,2号煤层的水平地应力值介于12.4~39.4 MPa,8号煤层的地应力值介于12.6~38.3 MPa,与水力压裂测量结果的相对误差小于20%,受煤层埋深的影响,8号煤层的地应力整体上高于2号煤层;相同地质构造背景的约束下,两个煤层的应力方向分布基本一致,主应力(拉张力)的方向均以NW和NNW向为主,与水力压裂测量和震源机制解结果基本吻合。拉张构造应力作用下。

西山煤田生态变化的遥感监测与评价

新时代,生态环境问题越来越受到国家、社会和民众的重视。选取西山煤田矿区为研究对象,通过遥感手段,借助遥感生态指数模型,对生态环境进行动态监测。结果表明:研究区遥感生态指数波动趋势明显,2004年遥感生态指数为0.639,2010年该指数为0.694,增长了0.056,2016年为0.655,2016年相比2010年下降了0.039,总体表现为倒"V"型态势;研究区遥感生态指数主要以良为主,2004年、2010年、2016年依次分别占总面积的63.74%、75.94%、58.77%;不同类型的遥感生态指数重心均发生了偏移,其中A级、B级生态指数的重心偏移量较高,2004～2010年偏移量为37.172km、31.255km,2010～2016年偏移量为15.270km、18.814km;对遥感生态指数的作用强度中,热度的作用最显著,相关度高达0.859,植被的作用次之,相关系数为0.799,干度的作用强度0.707,湿度的作用最小,相关系数为0.596。研究发现,研究区西北区域的主矿区生态好转,东南居住区域生态恶化,生态优质区域在远离人类活动,向北转移,该区域地形相对复杂,人类活动干扰相对较少。

山西西山煤田7号煤层煤相研究

在系统总结西山煤田7号煤层成因标志的基础上,对其成煤植物、成煤环境及其古地理背景、古气候变化进行了综合分析;然后从微观研究的角度出发,对该煤层进行了成因类型的划分,在此基础上,详细划分了该煤层煤相,共划分出6种煤相类型:干燥森林沼泽相;滞流浅覆水森林沼泽相;流动浅覆水森林沼泽相;滞流强覆水森林沼泽相;流动强覆水森林沼泽相以及洪泛沼泽相。此外,对7号煤层煤相类型的垂向分布和演化规律进行了初步分析。

西山煤田山西组煤层煤岩学和煤质特征

以西山煤田西峪煤矿山西组2~#、3~#煤为研究对象,采用显微光学、X射线荧光光谱法等方法,分析了其煤岩学、煤地球化学、煤相和煤质特征。结果表明:山西组煤层的显微组分以镜质组为主,其次是惰质组,壳质组含量极少;煤相主要为潮湿森林沼泽相区,GI指数不小于7.77,TPI指数介于1.32~1.77;2~#煤属易选、优等煤,3~#煤属难选、良等煤,变质阶段为Ⅴ-Ⅵ阶段。

西山煤田南部井田奥陶系峰峰组含水层水位与区域水位差异研究

为了查明太原西山煤田南部井田奥陶系岩溶水位标高与奥灰区域水位差异的原因,采用水文孔抽水试验及水质化验分析方法并结合区内构造特点对井田内峰峰组含水层水文地质特征详细研究。结果表明:区内西北部的正断层可能沟通了太灰和奥灰含水层,造成部分地段峰峰组含水层接受太原组含水层的垂向补给,从而导致部分水文孔抽水实验所获得的奥陶系灰岩岩溶水水位标高与奥灰区域水位不一致。

西山煤田马兰矿煤层气储层特征与含气性分析

为了研究太原西山煤田马兰矿煤层气储层特征及其控气作用,为预测矿区内煤层气有利开发目标储层和煤层气开发提供理论支持,对井田主采2~#、8~#和9~#煤层进行压汞实验和等温吸附实验。实验结果表明:2~#煤层和8~#煤层孔隙主要以大孔为主,9~#煤层孔隙以小孔为主。其中2~#、8~#和9~#煤层的孔隙度分别为3.21%~7.22%、6.45%~10.75%和8.67%~16.62%;兰氏体积分别为18.51~19.29 m^3/t、19.74~20.61 m^3/t和19.41~21.25m^3/t;兰氏压力分别为1.72~2.01 MPa、1.94~2.02 MPa和1.98~2.08 MPa。8~#煤层相比2~#煤层和9~#煤层,具有厚度大、孔隙率高、渗透性好、兰氏压力大、气含量丰富的优势,更有利于煤层气的运移、成藏和抽采开发。

西山煤田山西组震积岩特征及其煤系气勘探开发意义

太原市西山煤田山西组地质勘探历程较早,但煤层气勘探开发起步较晚,虽然近年来投产的煤层气井不断增加,但整体产气量并不理想。西山煤田山西组2煤顶板、3煤顶板和1煤底板分别发育有3层震积岩,为查明震积岩特征及其煤系气勘探开发意义,开展了露头系统观测和室内测试分析。结果表明:①山西组共识别出同沉积断裂层、震积角砾岩、阶梯状小断层、震褶岩、液化均一层、球枕状构造、泄水构造、生物逃逸构造等8种震积构造,3层震积岩具有不同的垂向序列;②早二叠世晚期频发的地震事件对泥炭沼泽演化具有抑制作用,主要表现为破坏了地壳沉降速率和泥炭堆积速率的平衡,使得泥炭沼泽的可容纳空间减少,由此造成了泥炭沼泽的消亡,地震事件是造成山西组煤层相对较薄且分布极不稳定的主因;③2煤顶板震积岩形成于泥炭沼泽演化末期,总有机碳含量为1.22%~13.73%,平均为4.51%,是较好的烃源岩;孔隙度为2.53%~7.81%,平均为4.22%,地震作用形成的阶梯状小断层、震积角砾岩等构造增大了泥页岩的孔隙度,为煤系气的赋存提供了空间,为其运移提供了通道;脆性矿物含量为32.1%~75.9%,平均50.6%,震积岩可改造性较强;④在煤系气开发中,2煤可与顶板震积岩联合改造,这种联合改造可充分利用煤层的气资源优势和震积岩的可改造优势,突破以往在煤层中建立流态运移产出通道的技术瓶颈。

太原西山煤田杨庄井田煤层突水危险性分析

为了分析太原西山杨庄井田煤层顶底板突水威胁,运用勘探钻孔成果对煤系地层充水水源及上下组煤层突水危险性进行了研究。研究表明:上组02号煤层导水裂隙带能够沟通山西组顶部的砂岩裂隙含水层,各可采煤层导水裂隙带均大于其上煤层间距,能够导通上部煤层采空区积水,井田西部边界煤层浅埋区存在导通浅层地表水的可能。区内各煤层在井田西部P16、Y5-1、Y8-01号钻孔以西地段不带压,其余地段均带压,但奥灰突水系数值均小于0.06 MPa/m,带压开采危险性小,属于相对安全区。

北京西山侏罗纪煤田采空区地质特征与地质灾害

北京西山侏罗纪煤田开采历史悠久 ,古代小窑开采造成地下浅部窑道纵横、多层采空重叠的状态。现代国营、乡镇及个体矿山开采并举 ,在深部不仅形成多层采空叠置状况 ,且煤层顶板大面积悬空长期不冒落的情况很常见。不同时代的多层次开采构成的立体采空区格局 ,孕育着大规模塌陷及相关灾害的恶果。正确分析采空区地质特征及其与相关地质灾害的关系是灾害预测、减灾防灾的基础。

西山煤田古交矿区煤层气分布模式及开发效果评价

为揭示古交矿区煤层气分布规律及其主控因素,综合野外地质勘查、煤矿采掘地质、煤层气井相关资料及煤心测试数据等资料,讨论了构造演化、构造形态、断裂分布、埋深、煤体结构、煤层厚度、直接顶板性质等因素对煤层气分布的影响。结果表明:构造条件和埋深是控制矿区内煤层气分布规律的主因,并据此将矿区划分为平缓单斜浅埋、平缓单斜深埋、陡峭单斜和复杂褶皱4种煤层气分布模式,平缓单斜浅埋区和平缓单斜深埋区为煤层气富集有利区。平缓单斜浅埋模式下,埋深小、渗透性好是煤层气井高产的有利条件;平缓单斜深埋模式下,埋深小、含气量高有利于煤层气井高产。