综放工作面煤层夹矸弱化技术研究

综放工作面回采时面临着资源回收率低的问题,这不利于煤炭资源的高效利用。其中,综放工作面顶煤中的夹矸对回收率影响较大。针对山西铺龙湾煤业有限公司5111综放工作面回采时顶煤夹矸厚度大且层数多的问题,采用了深孔爆破的方式对煤层夹矸进行弱化。对深孔爆破弱化煤层夹矸的一些施工参数进行了设计。现场实践可以发现,在进行弱化后,煤炭资源的回收率提高了12%~16%,采用的弱化技术应用效果显著。

煤层夹矸型黏土矿物对甲烷的吸附研究

黏土矿物是煤层中最重要的矿物质,煤层中有机质与黏土矿物复合能改善黏土矿物对甲烷的吸附能力,因而煤储层中黏土矿物对甲烷的吸附不容忽视。分别选取黏土矿物含量较高的煤层夹矸和纯黏土样品,采用X-射线衍射、红外光谱及扫描电镜表征,并进一步分析了样品中总有机碳(TOC)含量、有机质的类型和成熟度,结合孔径、孔隙体积和比表面积测定结果,探讨造成夹矸型和非煤黏土矿物甲烷吸附能力差异的主要原因,研究影响夹矸型黏土矿物吸附能力的控制因素。结果表明:夹矸型黏土矿物对甲烷的吸附能力依次为铵伊利石>高岭石>伊利石>金云母;单纯的外表面积大小并不能完全反应出黏土矿物的甲烷吸附特性,需结合不同黏土矿物层间域等多方面因素综合考虑;有机质含量较高的夹矸型黏土矿物样品比纯黏土样品具有更多的微小孔隙,尤其是孔径小于6 nm的孔隙,对样品比表面积的增加起到了关键作用,进而也增强了其甲烷吸附能力。通过分析黏土矿物的甲烷吸附贡献率发现,黏土矿物及其有机复合体具有较强的甲烷吸附能力,在煤层夹矸中对甲烷的吸附贡献较大。

准格尔煤田高铝煤层夹矸中稀土元素地球化学特征及意义

利用电感耦合等离子质谱法（IPC-MS）详细研究了准格尔煤田石炭系太原组中高铝煤层夹矸的稀土元素地球化学特征.研究表明：样品稀土元素总量（ΣREE）为3.63～345.56μg/g,平均值为61.83 μg/g,轻、重稀土元素的含量比值（LREE/HREE）为0.56～25.64,平均值为5.56,相对富集LREE;Eu负异常显著;δCe与δEu、（Dy/Sm）N、∑REE三者之间相关性表明：该区高铝煤层夹矸的成岩作用对REE影响不明显;δCe和Ceanom值的变化反映了研究区高铝煤层夹矸形成于陆相环境,高铝矿物形成于氧化环境;稀土元素分配模式显示高铝煤层夹矸物源主要为盆地北缘阴山古陆的加里东海西期的花岗岩（斜长花岗岩、二长花岗岩、钾长花岗岩和细晶花岗岩）,以及早期沉积的本溪组铝土矿.

吸附势理论在煤层夹矸型黏土矿物吸附甲烷中的应用

通过两种不同方法对实验条件下夹矸型及非煤型黏土矿物甲烷吸附的相关数据进行了推导,通过拟合计算分别推得各样品对应的不同温度下吸附量与压力关系式。结果表明,在吸附量相同时,吸附势大小顺序为:NH4-I>Kao-I>Ill>Phl;表明运用吸附势理论推导出的各样品甲烷吸附能力大小顺序和实测的结果一致,该方法存在一定的可行性,为预测不同埋深温压下的甲烷吸附状态提供了一种方法手段,为探索深部煤储层气体吸附提供了依据。

准格尔煤田哈尔乌素矿区6号煤层夹矸中勃姆石的分布及成因

运用X射线衍射、傅里叶红外光谱以及偏光显微镜等手段对内蒙古准格尔煤田哈尔乌素矿区主采6号煤层夹矸的矿物成分进行了分析,结果表明:勃姆石在6号煤夹矸中分布广泛,尤其是在煤层中部层位局部含量高达87%,底部层位勃姆石含量逐渐减少,而在煤层的上部层位则基本不含勃姆石。结合偏光显微镜分析推断其形成方式主要为2种,其一是高岭石脱硅蚀变形成;其二是泥炭聚集时期,由来源于盆地边缘隆起的古风化壳的Al(OH)3胶体在成岩作用过程中经压实脱水形成。

湖南寒婆坳矿区煤层夹矸的岩石矿物特征及其地质意义

煤变质程度升高和煤层夹矸中矿物的转化与周围变形环境变化密切相关,利用偏光显微镜、X射线衍射(XRD)等测试手段,对湖南寒坡坳矿区煤层夹矸的岩石矿物学特征、伊利石结晶度等进行了研究,并探讨了黏土矿物特征直接或间接指示煤变质程度,以及对温度、压力等变化的响应。结果表明:黏土矿物这一层状结构硅酸盐矿物对研究区变形环境变化反应十分敏感,煤层夹矸中红柱石(空晶石)与伊利石、叶蜡石和绿泥石等共生,伊利石结晶度高,结晶度分布于0.14060°~0.09090°△2θ,平均晶层厚度(L_(c))大于566×10^(-1) nm;利用伊利石(001)峰面积、半高宽分别与不规则部分γ峰的面积和半高宽的比值,伊利石结晶有序度显示与煤有机结构演化一致的特征;镜质体反射率和拉曼光谱地质温度计揭示煤系石墨形成的变质温度为400~500℃或更高,指示研究区煤层遭受低级浅变质作用,煤层夹矸中伊利石为2M_(1)多型,b_(0)分布于8.8836~9.0305×10^(-1) nm,指示煤层及围岩遭受低中压的变形环境,形成的压力条件在250~400 MPa或更高;依据不同变质程度煤的XRD结构参数随形成温度的变化,显示较高的受热条件是有机质演化和夹矸中矿物转变的重要因素,但是相近温度变化区间内煤中有机质结构单元面网间距(d_(002))持续减小,指示着地质过程强烈的构造应力能明显催化石墨化进程。

大青山巨厚煤层夹矸中高岭石的显微特征及其成因意义

本文采用多种电子显微技术 ,研究了内蒙古大青山煤田晚古生代巨厚煤层夹矸隐晶质高岭石泥岩。透射电镜下 ,晶化程度不一、形态复杂多变的玻屑状高岭石和盘旋状埃洛石 ;扫描电镜下 ,泥粒状高岭石和蠕虫状高岭石以及二者所构成的斑状结构等许多具成因意义的微米级 (0 .1～ 10 μm )显微特征 ,充分证明该夹矸层为火山灰蚀变成因 (tonstein)。

井陉矿区2号煤层夹矸的矿物岩石学特征

产于河北井陉矿区２号煤层中的中层矸以层位稳定，单层分布广泛为特征。分析表明，夹矸主要由高岭石和Ｉ／Ｓ混层矿物组成。高岭石主要分布于夹矸上，下部，而中部以Ｉ／Ｓ为主。Ｉ／Ｓ主要为ＩＳ有序，混层比为２６％－３８％Ｓ。由ＴｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３值所反映的是一种酸性火山灰物源。

铜川矿区5#煤层夹矸的地球化学特征

铜川矿区５ ＃ 煤层中的高岭石泥岩夹矸是由酸性火山灰在近地表的成煤条件下经酸性水淋滤、蚀变而成的。在蚀变过程中，那些在表生条件下不稳定或较不稳定的元素大量流失，而那些稳定或较稳定元素则很少流失或相对富集。夹矸的原始组分及粒度大小是造成同一夹矸层中不同夹矸类型间元素含量差异的主要原因。

碎软煤层夹矸间接压裂开发煤层气技术研究

目前间接压裂技术已成为低渗碎软煤层高效开发技术。文章以大宁—吉县区块5号煤层为研究对象,提出利用夹矸间接压裂技术提高煤层气开发效果,通过开展煤层夹矸可压性评价、水力压裂数值模拟、现场试验等研究,建立了低渗碎软煤层夹矸水平井分段压裂的工艺流程,揭示了该技术下水力裂缝的扩展规律。研究结果表明:与煤分层相比,夹矸的脆性和可浸泡性较好,可压性更高;在夹矸中进行压裂能够沟通上下部煤层,大幅降低施工压力与裂缝延伸压力,减少煤粉产出,裂缝延伸好,增产效果显著。射孔点距夹矸顶面0.5 m时,对夹矸上下煤层改造效果最优;夹矸煤层最小主应力差异系数为1.1时,水力裂缝在夹矸段少量扩展后,迅速向夹矸与煤层间的弱面延伸,进而撕裂夹矸上下部煤层,建立渗流通道。研究成果为低渗碎软煤层气开发提供了新的技术思路,同时可为射孔段优选以及压裂设计提供参考。

七台河地区侏罗系城子河组中段煤层夹矸中的黏土矿物研究

通过对七台河地区新建煤矿和新立煤矿侏罗纪城子河组煤层夹矸及顶底板岩石矿物和化学组成研究,发现泥岩、粉砂岩中的黏土矿物主要为伊/蒙间层矿物,其次为伊利石、绿泥石;黏土矿物的含量、分布及组合在纵向上随深度增加,成岩作用增强,伊利石含量增高,伊/蒙间层比降低,同一煤层中夹矸与顶底板的岩性差异,导致前者绿泥石含量高于后者;在横向上,受岩浆作用影响较大而煤变质程度较高的地区,其伊利石和绿泥石含量偏高。

基于液氮吸附实验的煤层夹矸孔隙结构特征研究

煤层夹矸存在孔隙,具有吸附气体的能力。为研究沁水盆地新景矿煤层夹矸孔隙特征,选择8#煤层夹矸和15#煤层夹矸进行液氮静态吸附法实验研究。根据实验结果对新景煤矿8#煤层夹矸和15#煤层夹矸孔隙结构特征中的比表面积、孔径、孔径占比进行分析。结果表明:新景8#煤层夹矸主要以微孔和小孔为主,微孔和小孔占总孔比的92%以上,新景15#煤层夹矸主要由微孔、小孔和中孔为主,微孔、小孔占67%,中孔占到32%左右。微孔、小孔孔径大小与比表面积和吸附量有较强的相关性。

含夹矸煤层条件下采煤机螺旋滚筒优化设计

采煤机截割夹矸煤层时,螺旋滚筒易失效。为提高螺旋滚筒的可靠性,基于刚柔耦合技术、灵敏度设计理论和相关失效性理论进行优化设计;基于破煤机理,对螺旋滚筒的瞬时负载进行数值模拟,建立采煤机刚柔耦合虚拟样机联合仿真模型,通过刚柔耦合虚拟样机仿真获得螺旋滚筒的薄弱区域、应力和振动性能指标;结合可靠性灵敏度理论,分析了关键零件的应力可靠度、振幅可靠度及其动态与渐变灵敏度结果;基于相关失效性理论,得到了螺旋滚筒相关多失效模式可靠度及螺旋滚筒设计变量的可靠性灵敏度,建立改进遗传算法对螺旋滚筒进行可靠性优化设计。结果表明,滚筒综合可靠度由0.888 5提高到0.977 5。优化后的螺旋滚筒设计变量灵敏度绝对值均降低,综合可靠性得到提升。将刚柔耦合技术、可靠性灵敏度设计理论和相关失效性理论相结合,提出一种适用于含夹矸煤层的采煤机螺旋滚筒优化设计方法,为设计高效螺旋滚筒提供了一种有效途径。

含夹矸煤层CO_(2)气相压裂瓦斯治理技术

吉宁矿山西组2号煤层为典型的复杂低渗突出煤层,2201工作面存在瓦斯含量高、煤层松软、透气性低、存在厚夹矸的复杂情况,表现为采前难抽,采中涌出大的特点。为解决上述难题,在掘进工作面实施CO_(2)气相压裂强化造缝、卸压增透技术,通过对瓦斯抽采数据和掘进效果的分析,得出气相压裂孔瓦斯参数随抽采时间增加,表现出“稳定型”和“增高型”演化规律。气相压裂孔的百米瓦斯抽采纯流量0.11~0.22 m^(3)/min,与前期密集钻孔措施的0.018 m^(3)/min相比,提高了5.1~11.2倍。185 MPa的高压力CO_(2)气相压裂技术适配于该煤层地质条件,能够有效沟通煤中解吸-扩散-渗流多尺度通道,瓦斯抽采参数稳定且高效。

大宁—吉县区块8号煤层薄层夹矸螺旋CT扫描精细表征

影响煤层气勘探获得高产的因素有很多,煤层结构中夹矸的存在就是其中之一。传统的技术手段在表征煤层夹矸中有诸多不足,螺旋CT扫描具有全岩心大视域优势,精度达到毫米级,通过扫描获取灰度横切片,生成岩心灰度平均值曲线,确定煤岩灰度基线和夹矸灰度值范围,精准划分煤层中夹矸,实现煤层结构的精细定量表征。根据夹矸平均厚度、夹矸累积厚度占比这2个参数,将大宁—吉县区块煤层结构类型划分为4种模式,即A类夹矸厚且少,B类夹矸厚且多,C类夹矸薄且少,D类夹矸薄且多。煤层结构的精细三维表征对煤层气单井储层精细评价及高产因素研究具有指导意义。

含夹矸厚煤层地面定向钻预注浆围岩改性及巷道支护技术研究

为解决复杂地质条件下,巷道掘进期间施工难,工序复杂等问题,以淮北矿业信湖煤矿818里机巷为工程背景,提出了利用地面定向钻预注浆技术对巷道围岩进行掘前治理的方案,运用FLAC^(3D)软件模拟了注浆前、后巷道开挖后围岩变形特征,并在现场注浆试验后,通过钻孔窥视的手段,观察了浆液在围岩中的扩散情况;结合巷道的地质条件及施工特点,确定了夹矸顶板巷道的支护形式,并对注浆区域与非注浆区域进行长期持续性的矿压监测。结果显示:同一支护形式下,治理区域相较于非治理区域,两帮移近量和顶板下沉量分别降低了31.82%、36.77%,证明了地面定向钻预注浆围岩改性技术,对加强围岩自承载性能,提高巷道稳定性具有良好效果。

含夹矸煤层水力割缝瓦斯抽采技术研究及应用

为研究水力割缝强化瓦斯抽采技术在含夹矸煤层中的应用,通过理论分析得出,与普通钻孔相比,水力割缝钻孔可通过增加煤层渗透率、煤体暴露面积、瓦斯流动通道3个方面强化瓦斯抽采,并建立了考虑孔隙率和渗透率变化的煤层瓦斯流动控制方程。以东庞矿21218工作面为工程背景,采用COMSOL数值模拟软件建立了含夹矸煤层水力割缝瓦斯抽采数值模型,通过对煤层瓦斯流动控制方程进行解算,研究了不同割缝高度、不同钻孔间距条件下,水力割缝瓦斯抽采钻孔的瓦斯压力分布规律,从而确定了上煤层割缝0.3 m、下煤层割缝0.1 m、钻孔间距7.5 m的水力割缝瓦斯抽采钻孔施工参数。基于上述参数,在东庞矿21218工作面现场施工28组、每组7个水力割缝钻孔,对含夹矸煤层瓦斯进行抽采作业,结果表明:与普通钻孔相比,水力割缝钻孔的每百米巷道施工工程量减少了28.51%,瓦斯抽采纯量由11.53万m^(3)提升至21.43万m^(3),增幅为85.86%,巷道掘进期间掘进工作面平均瓦斯体积分数由0.06%降至0.01%,瓦斯抽采效果好,且有效提高了瓦斯抽采效率。

含夹矸煤层采煤机滚筒截割载荷特性研究

为研究采煤机滚筒截割含夹矸煤层的载荷特性,利用Pro/E构建采煤机螺旋滚筒的三维模型,运用离散元软件EDEM,确定不同厚度的含夹矸模拟煤壁,建立滚筒截割夹矸的离散元模型,研究不同夹矸厚度下的载荷变化规律。结果表明:含夹矸工况下,滚筒所受截割阻力大于牵引阻力;随着夹矸厚度的增加,滚筒截割阻力、牵引阻力均逐渐增大;滚筒平均载荷与最值载荷逐渐增大,平均截割阻力、平均牵引阻力、平均轴向力分别为15、13、3 kN,截割阻力最值、牵引阻力最值、轴向力最值分别为45、42、35 kN。该研究可为采煤机截割复杂煤层事故频发原因分析提供参考依据。

大范围复杂夹矸煤层工作面高效回采技术研究

为了研究复杂夹矸煤层条件下高效回采技术,以淮北孙疃矿10111夹矸工作面为工程背景,对工作面现场夹矸进行点载荷实验,得到夹矸的点载荷强度;提出了3种夹矸煤层回采技术方案,并采用了FLAC^(3D)数值模拟方法分析了复杂夹矸层回采技术方案。结果表明:10111夹矸工作面矸石点载荷平均强度为2.23 MPa;对3种夹矸煤层回采技术方案通过数值模拟进行对比验证,最终通过对安全管理、经济效益以及技术难度对比,确定了巨厚段留夹矸回采技术方案更满足高效回采。现场验证表明:10111夹矸工作面出煤量总产量占全矿总产量的76.6%,保证了工作面的高产量,可为复杂夹矸煤层工作面的高效开采提供有益借鉴。