浅谈韩城矿区水文地质条件和煤矿水害

陕西韩城矿区煤矿水害类型复杂多样,随着矿井开采深度的增加,矿井水文地质类型逐渐趋于复杂、极复杂。煤层底板的奥陶系灰岩承压岩溶裂隙水是韩城矿区煤矿最大的水害威胁,尤其是奥灰岩溶水发育规律目前未进行深入研究且未全面掌握,也尚未形成适合本区域奥灰水防治的综合技术体系。同时,韩城矿区煤系地层上覆的弱-中等含水层及地表水也对煤矿的安全生产构成威胁。因此,对于乐矿能源主要从事托管陕西韩城矿区民营煤矿等业务的工程技术人员和安全生产管理人员来说,应充分认识到韩城矿区矿井水害的严重性、复杂性和综合防治的紧迫性、艰巨性。

煤岩参数测井解释方法——以韩城矿区为例

鉴于煤岩各工业组分的密度、声波速度等物理参数无法通过实验直接测出,煤储集层测井解释精度低的问题,以韩城矿区为例,探索煤岩参数测井解释方法。通过对韩城矿区大量煤样的工业组分含量、孔隙度、含气量以及密度和声波速度等参数的实验测定,采用枚举法标定出了上述参数值。在煤岩各工业组分含量与煤岩密度、声波速度关系研究基础上,通过数值拟合研究了各工业组分含量与补偿密度、声波时差测井响应的关系,即随着固定碳含量增加、灰分含量降低,煤层测井密度值降低,声波时差值增大。将统计分析法与理论模型法相结合,建立了煤储集层工业组分含量、含气量、孔隙度解释模型,进而编制了煤储集层测井综合解释软件,实际应用效果良好。

韩城矿区构造煤纳米级孔隙结构的分形特征

构造变形可以引起煤纳米级孔隙结构的变化,变形机制的不同对孔隙结构的影响程度也不同。煤的孔隙非均质性极强,传统实验方法难以准确地描述孔隙结构的复杂性,而分形理论提供了描述这一复杂性的量化方法。基于渭北煤田韩城矿区不同类型构造煤的低温氮吸附实验,采用分形FHH方法,定量表征了构造变形对煤纳米级孔隙结构的影响程度。结果表明:韧性变形煤比脆性变形煤的孔隙分形维数高,孔隙结构复杂,非均质性增强,导致毛细凝聚效应增强,吸附滞后突出;构造煤分形维数随着平均孔径的降低和中孔含量的升高而增大,说明构造变形程度越大,平均孔径越小,孔隙结构越复杂。研究认为,分形维数定量反映了煤构造变形的强弱,可以指示煤中纳米级孔隙结构的变形程度。

韩城矿区煤岩类型测井解释技术及产能预测方法

不同的煤岩类型其物理性质不同,在测井曲线上均有响应。在岩电关系研究基础上,确定了不同煤岩类型电性参数分布区间,建立了煤岩测井解释图版;提出了灰色关联法解释煤岩方法,该方法考虑因素多,便于计算机自动逐点解释。依据实际生产数据,建立了产能预测图版,新井完钻后即可分析未来产能情况,为产能规划、建设、措施实施提供了依据。

韩城矿区煤层气成藏条件及类型划分

韩城矿区是我国最早实现煤层气商业开发的区块之一,分析前期煤层气勘探开发试验成果,有助于进一步认识煤层气成藏机理,提升开发效率。从含气性和渗透性两个关键储层参数、以及构造变形和水文地质条件两大宏观地质因素出发,揭示了煤层气成藏地质条件及其耦合作用,并划分了成藏类型:韩城矿区基本构造形态为一走向NE,倾向NW的单斜构造,地下水在东南边浅部接受补给并向西北流动,流动过程中径流强度逐渐减弱,在中深部形成水力封堵造成煤层气富集。煤层含气量总体沿地层倾向增大,边浅部在活跃地下水补给条件下生成次生生物气,造成含气量局部增高。构造曲率显示边浅部构造带和东泽村构造带是煤层变形最强的两个区域,受其控制,边浅部煤级局部可达贫煤,且分布范围与高变形区域基本吻合,揭示存在动力变质作用。400 m和800 m两个深度界限划分了含气量和渗透率的垂向分异格局,在此基础上区分出3种煤层气成藏类型,分别为边浅部隆起断裂带逸散型,深部斜坡带富集型以及中部过渡型,中部过渡型含气量与渗透率可实现优势叠合,煤层气开发条件最好,实际产能情况与之相符。

中高煤阶煤层气井产量递减类型及控制因素——以晋城和韩城矿区为例

通过对晋城、韩城矿区煤层气井生产动态资料的分析和研究,认为煤层气井产量递减具有指数递减、调和递减、复合递减、突变递减和周期性递减等5种类型;而影响煤层气产量和递减类型的主要因素是边界条件、煤层气吸附特性、煤储层渗透率、解吸过程中的渗透率反弹、井间干扰、层间干扰和排采制度。研究还显示,通过对煤储层进行二次压裂、合理布设井网、合理调整排采制度、低产合采井选择性封层、准确把握合适的合采时机以及实施侧钻技术,有利于恢复和提高煤层气单井产量,延缓产量递减期,减缓递减速度,使递减类型趋向双曲线或调和递减类型,从而提高煤层气最终采收率。

韩城矿区煤层气井分层合采产能特征及分布模式

为全面评价和认识多层合采煤层气井的开发效果,基于韩城矿区不同层位组合方式下煤层气井产能特征,结合无因次产能阶段划分方法,建立了韩城矿区煤层气井开发组合产能分布模式。结果表明:韩城矿区煤层气井多表现为高产水、低产气特征,产能效果亟待提高。无因次产气率在气井排水阶段结束时约为0.3,不稳定产气阶段结束时约为0.6,气井稳定产气阶段结束时约为0.8;产气高峰出现在稳定产气阶段,产水高峰出现在不稳定产气阶段。多层合采较单层排采效果好,双层合采较三层合采效果好,其中含有3号煤层与5、11号煤层的合采井(3+5、3+11、3+5+11)合采效果比只含有5、11号煤层的合采井(5+11)及含砂层合采井效果好。建议增加含有3号煤层合采井的比例以提高气井产能,井位部署及压裂时应避开断层,尤其注意监测裂缝是否沟通含水层。

韩城矿区纵弯褶皱的几何学特征及其形成演化机理

褶皱构造是影响韩城矿区煤炭开采并控制瓦斯富集的地质因素之一。研究韩城矿区褶皱构造的几何学特征,揭示其形成演化机理,有助于深化对矿区地质构造发育规律的认识,有效地指导煤矿安全高效生产。在地质分析基础上应用趋势分析、平衡剖面分析和古构造应力-应变场数值反演等方法,对韩城矿区的纵弯褶皱进行了系统的构造解析。研究结果表明,印支期韩城矿区受到由南向北的水平挤压构造应力,形成南区的复式背斜和北区的复式向斜,以及次一级轴向近于东西的纵弯褶皱,南北向挤压收缩率南大北小;燕山期受到来自SE方向且比印支期更强烈的水平挤压构造应力,形成NE向的韩城倒转背斜及区内次级纵弯褶皱,北西向收缩率东大西小、北大南小;两期褶皱构造在北区横跨叠加复合效应明显,因而层滑构造和构造煤主要发育在北区。

煤储层地质建模思路与方法——以鄂尔多斯盆地东南缘韩城矿区为例

由于煤岩样易碎,很难通过室内实验获得煤层真实的渗透率;煤岩弹性模量低,泊松比高,对应力十分敏感,地面条件下实验的渗透率不能反映地下的情况;常用的测井物性解释方法在煤层渗透率解释中很难应用。这些因素导致煤储层地质建模不能照搬常规砂岩油气藏的方法。依据试井确定渗透率,并通过渗透率影响因素的分析,分煤岩类型建立了渗透率与地应力的定量关系。提出了四步建模法:首先建立煤储层空间格架模型,然后建立煤岩相(类型)模型和地应力模型,在三者的约束下,通过井点试井渗透率和地应力井点计算渗透率的控制,采用随机模拟技术完成渗透率模型的建立。通过矿场实际数据的检验,模型与生产状况吻合比较好,证明该建模思路与方法在实际应用中可行。

韩城矿区南部构造变形特征与构造成因

以地表观测与最新的地震和钻探等工程资料为依托,运用构造解析研究思路与方法,对韩城矿区南部进行构造应力场与期次恢复,讨论研究区构造变形特征、形成机制及变形期次。分析研究区构造变形特征与构造空间组合关系,划分控煤构造样式,揭示构造成因,进行含煤有利区构造预测与评价。结果显示,区内存在NEE向挤压断块、NEE向复式地堑构造及NNE向挤压隆升—伸展断陷复合构造等3种构造样式,以NEE向复式地堑构造为主;研究区自三叠纪后经历了印支运动期NNW向挤压、燕山运动中期NWW向挤压和喜马拉雅运动期NE向挤压兼右旋剪切与NW—SE向伸展断陷作用3期构造作用,最大主压应力方位分别为335°、285°、44°;NEE向的正断层系是喜马拉雅运动期沿先存的同向优势构造剪节理面进一步发育而成,构成了区内特征性构造,控制了区内煤层空间赋存状况,其发育程度直接影响区内煤炭资源下一步勘查与开发进程。研究区东北部煤层埋藏深度适中,构造简单,是煤炭资源赋存条件最有利区,通过进一步勘查评价,有望成为韩城矿区重要的资源接续地之一。

韩城矿区南中深部隐伏逆冲构造的发现及其地质意义

分析隐伏逆冲构造变形特征，揭示构造形成机制，开展构造预测，指导煤地质勘查。通过地表精细观测、二维地震勘探及钻探工程验证等综合方法，在发现并了解其形态学特征基础上，分析表层构造与深部构造耦合关系，结合古构造应力场，阐述构造成因。结果发现南北向深部隐伏逆冲构造，西倾东冲，断面倾角为20°~35°，断于石盒子组内和下伏含煤岩系及其基底内，地层垂直断距为190~260m，水平断距260~470m；浅部地层表现为同向展布的不对称背斜构造，二者空间上密切共生，几何学和运动学具相关性，成因上具统一性；浅层背斜构造是深层逆冲作用控制下断展褶皱作用的结果。隐伏逆冲构造是燕山运动中期盆地内部因阻抗来自东侧构造挤压应力，而产生的反向逆冲构造作用响应。该逆冲构造错断煤层，造成煤层重复，控制了煤层的空间分布，构成韩城矿区南中深部重要的构造边界。

煤矿区居民对环境污染感知的空间分异研究——以陕西省韩城矿区为例

选择陕西省韩城矿区下属的下峪口矿和燎原矿为研究区域,通过454份有效问卷的统计,探讨了居民环境污染感知的空间分异。研究结论表明:环境污染感知的空间分异是客观存在的,居民点周围采矿活动强度大,污染企业多,消极感知强,积极感知弱,若居民点周围的企业能带来就业和经济收益,则居民的消极感知就会减弱。进一步分析了居民点周围的采矿活动强度及企业的污染程度、居民点对矿区经济发展的响应程度、自然背景和个体心理等因素对环境污染感知空间分异的影响。

韩城矿区构造控煤样式与构造控煤模式

为掌握韩城地区煤田构造变形特征和含煤地层赋存的规律,指导该区的煤炭资源勘查与评价,在系统总结韩城矿区地质构造发育规律的基础上,运用构造控煤分析方法,提出了矿区控煤构造样式,总结出矿区构造控煤模式。研究认为韩城矿区构造控煤样式共有3大类8种类型,其形成机制主要以挤压作用为主,辅以拉张和走滑作用。煤层赋存规律与控煤构造样式与模式密切相关,韩城矿区普遍存在聚煤前古构造控煤模式、同沉积构造控煤模式和后期构造控煤模式等3种构造控煤模式。综合韩城矿区地质构造发育机制,解释了韩城矿区东南浅部瓦斯含量高于西北深部的反常现象存在的原因。

煤层气井排采水源分析及出水量预测——以鄂尔多斯盆地东缘韩城矿区为例

煤层排水降压是加速煤层气解吸的关键,查明排采出水水源并对出水量进行有效预测将有助于煤层气开发方案的合理制定。为此,利用排采、测录井等资料,基于动态刻度静态、静态预测动态的思想,通过对煤层气井排采水源和出水量的综合分析,选取煤层气井与断层之间的距离、相对构造幅度、煤层及其顶底板的含水级别这4个评价指标作为煤层气井排采出水量的主要影响因素,得出煤层气井排采出水量的预测模型,并以预测结果划分出研究区煤层出水量平面分布特征。综合评价结果认为:煤层气井排采水源来自于近断裂带、构造低幅度区、顶底板砂岩及煤层自身,出水量大的井多靠近断裂带、构造低幅度区,或存在顶底板厚层砂岩含水层,而煤层自身含水量较小;研究区5号煤层南部和北部及中部韩3-2-025井区出水量较大,呈现沿断裂带、构造低幅度区及顶底板厚层砂岩区出水量增大的趋势,与实际排采产水量吻合较好。

韩城矿区煤储层非稳态渗流压降传播规律

为了探究煤层气开发过程中煤储层压降传播规律,通过耦合平面径向非稳态渗流模型及火柴棍模型,建立了排采初期单相水非稳态渗流模型,并利用MATLAB软件实现了韩城矿区不同层位储层压降漏斗传播三维成像,分析了压降传播规律及控制因素。研究表明:压降漏斗曲面顶部较为平缓,井筒附近骤然变陡,底部呈细长的锥状,流体能量主要消耗在近井地带。利用纵向压降与扩展距离及时间的比值λ将压降漏斗分为2类:位于3号煤层的W1井和位于11号煤层的W3井λ大于1.5×10^(-5)MPa/(m·d),压降漏斗横向扩展速度慢,持续以纵向加深为主,为Ⅰ类压降漏斗;位于5号煤层的W2井λ小于1.5×10^(-5)MPa/(m·d),整体以水平扩展为主,纵向加深较慢,为Ⅱ类压降漏斗。同时,λ越大,纵向加深越明显,λ越小,水平扩展越明显。在排水阶段,排水时间越长、排水速度越大、压降叠加越强、煤层厚度越小、初始孔渗条件越好,越有利于煤层气开发。

韩城矿区煤层气地质数据库简介

韩城矿区煤层气地质数据库主要提供了韩城矿区煤层气研究中基础地质、瓦斯地质、构造地质以及煤层气生、储、盖、运条件等数据．数据主要来源于勘探钻孔、生产资料、实际观测资料（包括井下、地面）和大量的室内分析试验数据等。

陕西韩城矿区11^#煤层中高岭岩矿研究

通过野外调查和室内研究 ,查明韩城矿区 11# 煤层底板 (南区 )和煤层中、下部 (北区 )有一层厚 0 6 0～ 1 30m的高岭岩矿层。其厚度稳定 ,储量丰富 ,为一大型高岭岩矿床。矿石成分纯 ,高岭石含量在 95 %以上 ,Al2 O3 含量高 ,SiO2 含量低 ,TiO2 含量较高 ,Fe2 O3 含量低至较高。可作为生产超细煅烧高岭土及 4A分子筛等产品的原料 。

韩城矿区碎软煤层顶板梳状孔水力压裂瓦斯抽采工程实践

韩城矿区碎软煤层发育,煤层透气性差,本煤层钻孔钻进困难,瓦斯抽采效果差。顶板梳状孔水力压裂技术结合了水力压裂技术和定向钻进技术二者的优势,是解决碎软低渗煤层瓦斯抽采难题的有效技术途径。在韩城矿区王峰煤矿3号煤层顶板粉砂岩中施工长钻孔并向煤层开分支,采用套管+封隔器座封的整体压裂方式进行水力压裂工程试验。钻孔总长度344 m,有效压裂长度284 m,累计注水量874.79 m3,最大泵注压力9.4 MPa。试验结束后对钻孔瓦斯抽采相关参数连续监测86 d,钻孔瓦斯抽采体积分数27%~51%,平均42.11%,钻孔瓦斯抽采纯量8.25~21.41 m3/min,平均17.02 m3/min,钻孔累计抽采瓦斯量约210万m3。与常规的穿层钻孔水力冲孔技术相比,该技术百米钻孔瓦斯抽采量提高了11.48倍,初步证明了该技术在碎软煤层瓦斯强化抽采领域的适用性。

韩城矿区煤炭资源有利开采区块辨识的原理与方法

地质灾害是煤矿安全生产的主要影响因素。开展矿区煤炭资源开采有利区块辨识,进行开采区块合理划分,对煤炭资源的精准、安全、高效开采具有指导作用。本文以韩城矿区3煤、11煤为研究对象,分别以可采煤层厚度、地质构造相对复杂程度、水害危险性、瓦斯地质灾害危险性为一级评价指标,对开采区块进行划分;根据4个一级指标划分出的等级,采用图形层次叠加分析法,将各指标的图形依次叠加,将韩城矿区内开采区块划分为:不利开采区块、可改造开采区块、较有利开采区块和有利开采区块。研究结果表明:矿区3煤主要为可改造区块和不利区块;11煤考虑顶板水对煤炭开采的影响,主要为较有利区块和可改造区块,考虑底板水的影响主要为不利开采区块和可改造区块。将研究结果与矿区已开采区域的实际情况对比分析可知,区内已发生的瓦斯突出、突水等事故的位置都位于综合评判的可改造区块内,一定程度上反映了采用的判识方法可行,判识结果可信。

韩城矿区煤的煤岩特征及煤层气生储因素分析

通过研究陕西韩城矿区含煤岩系中煤的宏观煤岩类型、微观煤岩组分、煤的镜质体反射率以及孔隙特征 ,分析了该区煤的煤岩特征与煤层气的生储因素 ,以及煤层气可能富集的煤区。