山东省宁汶煤田鑫安煤矿3煤层开采水害隐患分析

为了查明鑫安煤矿开采3煤层的水害隐患类型,分析水害对矿井的潜在威胁和空间分布特征,采用现场质询、资料收集、井下踏勘的方法,逐一分析了煤矿大气降水及地表水、第四系砂砾层、新近系砂砾层、白垩系砂岩、3煤层顶底板砂岩、三灰、十下灰、奥灰、老空积水对3煤层开采的影响,排查分析出影响3煤层开采的水害隐患类型为3煤层顶底板砂岩、奥灰水和老空积水;采用“采后导水断裂带内含水层总厚度值”和“突水系数法”对开采3煤层的顶板砂岩充水危险性和底板奥灰突水危险性进行等级划分。研究分析出开采3煤层水害隐患的空间分布特征为3煤顶板水害主要影响矿井中部、老空水主要影响矿井浅部、奥灰水主要影响矿井东部。

“3-Section” Technology of Full-Dimension Mining in Flat Thick-Seam

To raise coal recovery ratio and solve the key problem of full-dimension mining, a new “3-section” technology of full-dimension mining is put forward in flat thick-seam according to the theory and mining practice. This technology is proved to be rational and feasible in rodway layout system of stagger arrangement.

CO_(2)+O_(2)地浸采铀中CaCO_(3)沉淀堵塞条件模拟

CO_(2)+O_(2)地浸工艺是我国第三代铀矿采冶技术,地浸过程中溶浸液与含矿层矿物反应后,在将铀从矿石中浸出的同时,由于地下水矿化度增高又会产生化学沉淀,导致含矿层堵塞。CaCO_(3)沉淀是CO_(2)+O_(2)地浸采铀过程中含矿层堵塞的重要原因。为探索CaCO_(3)沉淀堵塞条件,根据内蒙古纳岭沟铀矿CO_(2)+O_(2)浸铀过程中浸出液化学成分数据,通过水文地球化学模拟,对含矿层堵塞的水文地球化学条件进行了系统研究。结果表明,CaCO_(3)沉淀是造成CO_(2)+O_(2)地浸中含矿层化学堵塞的重要原因。当溶浸液pH>6.5时,CaCO_(3)将发生沉淀,溶浸液的pH、HCO_(3)^(-)浓度、Ca^(2+)浓度是影响CaCO_(3)沉淀的主要因素,过高的pH与HCO_(3)^(-)浓度、Ca^(2+)浓度都会造成CaCO_(3)沉淀的产生。根据模拟结果获得了不产生CaCO_(3)沉淀条件下pH、HCO_(3)^(-)浓度、Ca^(2+)浓度三者之间的关系,并由此认为,维持溶浸液较低的Ca^(2+)浓度与较低的pH是预防与缓解CaCO_(3)沉淀堵塞的有效途径。

赵庄3^(#)煤层与成庄3^(#)煤层中甲烷扩散特性的分子模拟

针对赵庄矿与成庄矿煤层气产量差异显著的问题,采用分子动力学方法研究了赵庄3^(#)煤层和成庄3^(#)煤层中甲烷的扩散特性,并计算了赵庄3^(#)煤层和成庄3^(#)煤层中甲烷的扩散系数与扩散活化能。结果表明:温度越高,煤中甲烷的扩散效果越好;相比于赵庄3^(#)煤层,成庄3^(#)煤层中甲烷的扩散系数更高,扩散效果更好;通过康纳利测定,得知成庄3^(#)煤层的孔隙度更高,约为赵庄3^(#)煤层的1.2倍,这是它扩散效果更好的一个重要原因;甲烷在赵庄3^(#)煤层中所需的扩散活化能比成庄3^(#)煤层更高,其扩散更加困难。

煤层气高产水井原因分析及水源识别——以沁水盆地柿庄南区块3号煤井为例

高产水、低产气是煤层气生产过程中常见的一种现象,查明煤层气井高产水原因、确定产水来源一直是行业性难题。为此,以柿庄南区块3号煤层高产水井为例,根据测井、录井、微地震监测及生产数据,运用排除法找到了该区高产水井产水高的原因,通过同位素示踪、产水量和含水层发育特征相关性分析等技术手段,弄清了高产水井的产水来源。分析结果表明:①断层和压裂缝沟通含水层是该区煤层气井高产水的主要原因;②断层沟通含水层型高产水井产出水主要为来自于上石炭统太原组及奥陶系的石灰岩岩溶水;③压裂缝沟通含水层型高产水井产出水主要来源于下二叠统山西组底部的K_(7)砂岩。

沁水盆地南部3号煤压裂曲线特征及施工建议

由于煤岩的非均质性强,储层物性差异大,其压裂施工曲线形态各异。通过对沁水盆地南部3号煤层200多口井的压裂施工曲线分析,总结出前置液阶段分为下降型、下降波动型、稳定型和下降稳定型,携砂液阶段分为下降型、下降稳定型、上升型、稳定型和波动型,测压降阶段分为压力下降较陡型和压力下降较缓型。同时,阐述了每种类型产生的原因。最后给出压裂施工相关建议。

沁南3~#煤与15~#煤显微煤岩组分对微裂隙的控制研究

利用光学显微镜、扫描电镜对沁水盆地南部10个煤矿的3#煤与15#煤样品进行观察与研究,探讨了微裂隙的特征及其与煤岩组分的关系。研究发现微裂隙在3#煤与15#煤中普遍存在,15#煤裂隙较3#煤发育,但15#煤中的裂隙被矿物充填较严重。微裂隙在镜质组内最为发育,内生裂隙和外生裂隙均有发育,均质镜质体中的裂隙最为密集,其次是基质镜质体,其他显微组分中裂隙发育较少甚至不发育;惰质组中的裂隙主要发育于丝质体中,主要为外生裂隙中的张性裂隙,内生裂隙在高煤阶煤的惰质组中不发育。煤岩组分对煤中微裂隙的控制主要体现在成煤作用过程中,包括不同组分在泥炭化作用中吸收的水再释放、组分结构与生气量的综合作用及力学性质3个方面。

象山矿井主采3^#煤层涌水规律及充水因素分析

为查清矿井的涌水机理,为矿井防治水提供依据,依据大量生产资料,采用相关分析及理论分析相结合的方法,总结了象山矿井及主采3#煤层采面涌水规律,分析了充水因素,开展了煤层顶板含水层充水危险性预测。结果表明,矿井涌水量随着开采条件的变化总体呈现增高的变化趋势,采面涌水量具有背斜区低,向斜区高,回采期间具有先小后大,再由大变小的规律;充水通道主要为采动产生的顶板导水裂隙,充水水源主要来自煤层顶板山西组底部(K4)砂岩含水层与下石盒子组底部砂岩含水层水,涌水量大小与采面所在构造部位、顶板上覆含水层的岩性厚度及煤产量大小有关。在考虑采煤工艺和开采强度相同、同一采区构造类型相同、充水含水层富水性平面差异不够明显及大气降水及地表径流补给不变的情况下,依据顶板导水裂隙带范围内上覆砂岩含水层的岩性与厚度大小对3#煤层顶板含水层充水危险性进行了预测。为避免回采过程顶板突然涌水,应在顶板含水层充水危险性严重区采取事先疏放水措施。

樊庄北部3号煤层现今应力场分布数值模拟

为了制定针对樊庄区块北部煤层气井区3号煤层的有效缝网改造措施,利用工区二维地震资料对石炭系一一二叠系的构造样式及断层特征进行解释,在此基础上,利用压裂法、成像测井及有限元数值模拟方法对山西组3号煤层现今应力场特征进行研究。结果表明,3号煤层主应力满足σ_H>σ_v>σ_h,各主应力随深度的增加而增加,σ_v、σ_H及σ_h的应力梯度分别为0.025 MPa/m、0.018 MPa/m及0.013 MPa/m。3号煤层的σ_H及σ_h均略高于其顶底板砂泥岩地层1.0~2.5 MPa,这种应力特征易造成压裂穿层,缝高难于控制;3号煤层σ_H-σ_h为2.0~6.0MPa,且随深度增加而增加,这是造成工区埋深相对较浅的煤层压裂效果较好、产气量相对较高的重要原因。研究区现今地应力方向在SN及NNE之间,与喜马拉雅中晚期构造挤压运动相关。有限元模拟显示,煤储层应力场平面分布特征受控于埋深、岩性、褶皱及断层等因素。3号煤层σ_H为15.6~21.0MPa;σ_h为12.5~16.0MPa,预测结果与实测值相符。

复杂曲面有色金属3维激光拼焊的跟踪控制研究

为实现复杂曲面有色金属高功率激光拼焊过程中3维拼缝的精确跟踪,采用拼缝实时测量并进行拼缝形变动态补偿的方法,开展了基于7轴联动的3维拼缝焊接-测量一体化控制算法和关键技术的研究,包括运动控制数学模型、焊接与测量路径规划、焊接过程的实时检测与动态补偿等,并用4kW光纤激光器进行了厚度3mm以下有色金属焊接试验,验证了所提出的算法。结果表明,研究的3维拼缝焊接-测量一体化控制系统能够快速、准确地实现3维拼缝的实时焊接与动态补偿,满足3维焊接的跟踪控制精度要求。

沁水盆地柿庄南3号煤压裂地质研究

长期以来,在煤层气水力压裂研究中多偏重于压裂工艺的研究,而系统考虑地质因素的影响力度不够,从而导致压裂施工效果不明显。基于目标区的钻井、测井和岩心分析测试等资料,分析了主煤层煤岩孔裂隙发育特征、渗透率等特征,柿庄南区块及邻区煤层渗透率平面上变化较大,一般0.01-0.3 m D,平均0.09 m D以上。基于煤岩渗透率和煤岩敏感性测试,确定了煤层渗透率敏感性的主要地质因素——随着地应力梯度的增加呈指数降低,煤储层渗透性受地应力影响明显,随着弹性模量的增大,岩石的可压缩性降低,渗透率受到的影响也越小。

布尔台矿井3^(-1)煤层冲刷带特征及预测

通过井下地质观测研究,对布尔台矿井3-1煤层冲刷带砂体的岩性、赋存特征和几何形态进行了描述,阐明了其识别特征。在对该矿井煤系沉积相分析的基础上,利用3-1煤层顶板砂岩等厚线图对冲刷带进行了预测,分析了矿井煤层冲刷带的总体分布规律。

江西乐平鸣山煤矿B_3煤层顶底板植物群的性质与对比

根据江西乐平鸣山煤矿Ｂ３煤层顶、底板产出的大量植物化石，采用统计学方法，着重分析了其植物群的组成及性质，进而结合前人资料在较大的范围内进行了同期古植物群的对比。研究结果对我国南方树皮煤的成煤环境和古气候的研究具有参考意义。

新景矿3号煤层不同煤体结构煤孔裂隙的扫描电镜研究

采用扫描电镜对新景矿3号煤层不同煤体结构煤的微孔裂隙进行了观测和分析。结果表明,不同煤体结构煤中微孔裂隙发育特征不同,随着煤体结构破坏程度加剧,煤由脆性变形转化为韧性变形,煤中裂隙性质亦由剪性裂隙向张性裂隙发育过渡,煤中孔隙类型由原生孔和变质孔向外生孔发育过渡;煤中孔裂隙常见粒状、片状碎屑物质附着于表面和充填于煤孔裂隙中,裂隙的渗透性和孔隙的连通性均较差。

基于三维曲面积分的矿压实测数据分析模型及应用

针对影响综采面正常推进的异常矿压显现进行预测与防控是减少工作面顶板事故隐患的有效措施,合理有效的矿压实测数据分析方法是关键技术之一。基于三维曲面积分理论,引入Kriging插值算法,提出一种“寻找大显现、关注异常点”的矿压数据分析模型。以顶板压力与底板比压组建三维曲顶柱体,以液压支架与累计进尺组建二维坐标面,从而建立基于三维曲面积分的矿压实测数据分析模型,并以压力曲面向割平面投影算法实现对矿压实测数据的解析与预测分析。开展神东矿区补连塔煤矿12514工作面的矿压监测数据分析,获得了矿压显现明显区域、矿压三维曲面投影模型以及实时矿压云图,提取显著来压区域8次,指向62号支架~98号支架区域6次,其中,显著来压区域持续平均距离11.9m,表明基于三维曲面积分分析模型可选取顶板运动比较剧烈的区域,相对于传统统计分析方法具有更强的针对性,验证了所提出分析模型的合理可靠性。

寸草塔二矿3-1煤层矿压显现实测研究

寸草塔二矿过去主要采用房柱法开采,为了适应国家和内蒙经济发展对煤炭工业的需要,同时解决资源回收率低的关键问题,在集团公司和分公司的支持下将采煤方法变为长壁综采工艺。为此,结合寸草塔二矿3-1煤层首采工作面的开采,对开采过程中采场矿压显现规律实施观测,以期给今后的工作面巷道布置与支架选型提供重要的决策依据。

新景矿3号煤层瓦斯赋存的主控因素研究

运用地质和瓦斯地质相关理论,结合勘探和矿井生产、取样实验、现场实测及大量井下煤壁观测等资料对影响新景矿3#煤层的瓦斯赋存规律的主控因素进行研究。结果得出:煤的变质作用程度和含煤岩系沉积环境为3#煤层瓦斯提供了良好的"生"、"储"条件,而井田构造、煤系盖层、水文地质特征为3#煤层瓦斯提供了有利的保存条件,同时主控因素间的耦合关系亦共同控制着煤层瓦斯的赋存规律。研究结果有助于提高矿井瓦斯防治的针对性和有效性。

沁水盆地柿庄区块3号煤层压裂曲线类型及其成因机制

煤层气井压裂曲线提供了煤储层中压裂缝扩展的动态信息,压裂曲线的形态特征可在一定程度上反映出煤储层的压裂效果。基于柿庄区块单层压裂3号煤层的45口煤层气井的压裂资料,划分了压裂曲线类型,探讨了压裂曲线类型和排采效果的关系,并首次从地应力类型和压裂缝类型的角度深入分析了不同类型压裂曲线的成因机制。研究表明:根据携砂液阶段形态特征,柿庄区块3号煤层压裂曲线可划分为稳定、下降、上升和波动4种类型。稳定型和下降型曲线对应的煤层气井的排采效果一般较好,而波动型和上升型曲线对应的煤层气井的排采效果往往较差。地应力类型通过影响压裂缝形态影响压裂曲线类型,在II类(σH>σh>σv)地应力区域,多发育以水平压裂缝为主的"T"型或"工"型压裂缝系统,容易形成上升型或波动型压裂曲线;而在III类(σH>σv>σh)或I类(σv>σH>σh)地应力区域,多发育垂直压裂缝或以垂直压裂缝为主的"T"型或"工"型压裂缝系统,容易形成下降型、稳定型或波动型压裂曲线。柿庄区块3号煤层的压裂曲线类型平面上呈现出一定的规律性,在以II类(σH>σh>σv)或III类(σH>σv>σh)地应力类型为主的东部,出现稳定、下降、上升和波动多种压裂曲线类型;而在以I类(σv>σH>σh)地应力类型为主的西部,压裂曲线类型单一,多为稳定型和波动型。

荫营煤矿3号煤层30111回采工作面防治瓦斯喷出的技术措施

通过对荫营煤矿3号煤层在执行了防治瓦斯喷出安全技术措施后,依然在新工作面出现瓦斯喷出现象的研究,说明了防治瓦斯喷出的安全技术措施应随工作面地质特征等的变化而逐面进行制定的必要性。

寺河矿3号煤层开釆承压水防治技术研究

在系统分析了寺河井田矿井地质、水文地质条件及主要含水层与主采3#煤层之间的相互关系的基础上,指出奥陶系灰岩水和石炭系太原组K2灰岩岩溶水是影响矿井涌水的主要含水层。通过突水系数计算,论证了底板隔水性能,对底板条件作出了评价,得出"正常区域掘进、开采是安全的,承压水防治的重点是构造导水"的结论。针对该结论,提出了"有疑必探,先探后掘"的承压水防治技术思路和具体工作步骤,并探讨了物探探查、钻探验证、水文地质补探和留设防水煤柱等承压水防治技术措施,为寺河矿开采3号煤层时的承压水防治工作提供了技术支持。