中低煤阶镜煤/暗煤大分子结构及对甲烷吸附的影响

为研究中低阶煤不同宏观煤岩组分微观结构及对甲烷吸附的影响,采集黄陇煤田郭家河、大佛寺、园子沟及黄陵矿区的四种不同煤样,手工剥离不同宏观煤岩成分(镜煤和暗煤),通过傅立叶红外光谱(FTIR)分析、X射线衍射(XRD)分析和等温吸附实验探究中低阶煤分子结构特征及其对甲烷吸附能力的影响。结果表明:同一煤样中镜煤的水分和挥发分产率高于暗煤的水分和挥发分产率,而暗煤的灰分产率和固定碳含量高于镜煤的灰分产率和固定碳含量。镜煤的显微组分中镜质组含量较大、惰质组含量较低,暗煤则相反。红外光谱分析结果表明,同一煤层的镜煤和暗煤红外光谱吸收峰形态相似,官能团类型和含量接近。煤分子结构中主要含氧官能团按含量由高到低依次为C—O,COOH,C=O,脂肪侧链按含量由高到低依次为CH_(2),CH_(3),CH。对比煤的准晶体结构发现,中低阶煤煤化程度低,γ带的峰面积整体较大。受煤化作用和压实作用影响,暗煤的堆砌度和堆砌层数大于镜煤的堆砌度和堆砌层数。分子结构特征对甲烷吸附量的影响显著。镜煤的最大甲烷吸附量与芳碳率和缩合度均呈正相关,暗煤的最大甲烷吸附量与芳碳率和缩合度均呈负相关。镜煤和暗煤的最大甲烷吸附量随羟基相对含量增加而减小,碳氧双键(羰基和羧基)相对含量对甲烷吸附量的影响有限。

永陇矿区松软富水顶板灾变机理与防控研究

针对黄陇侏罗纪煤田采场出水压架灾害频发的现状,以永陇矿区4个综放工作面为工程背景,围绕松软富水地层覆岩破断与顶板来压特征、离层水致灾机理及灾害预警防控开展了现场跟班实测与理论研究。研究结果表明:覆岩关键层运移破断与采场矿压及离层水害存在因果关系。由于破断步距大、控制岩层组厚度大,复合关键层破断导致采场大周期来压显现异常强烈;所控岩层组断裂下沉后在洛河组含水层底部产生离层空间。受到离层水压和含水层持续补给等双重作用,离层积水越层下泄引发采场出水。基于以上认识,在实践中探索并完善了离层水害防控对策,构建了以"大周期来压、支架阻力高位预警、水位降速、宏观矿压显现异常"为主的出水压架预警机制;建立了以危险区域划分、采放工艺优化及工作面日常管控为主的防控体系。研究成果已成功指导了多个工作面的顶板水害防控,对类似地层条件的矿井具有良好的示范效应。

基于随机森林算法的低煤阶煤层气开发选区预测

中国低煤阶煤层气资源丰富,且煤层气作为一种清洁能源,其开发和利用可有效地缓解我国天然气资源短缺问题,但是商业化规模开发稍显不足,亟需系统研究。煤层气高效开发的前提是有利区优选,但目前煤层气开发选区评价均涉及一定的主观人为因素,会间接影响或干扰预测效果。将黄陇煤田彬长矿区大佛寺井田低煤阶作为研究对象,以生产实际数据为基础,采用机器学习中的随机森林算法对该区煤层气开发选区做出预测。结果表明:①Pearson关联系数(PCC)分析表明含气量、灰分、煤层净厚度、构造位置、顶板厚度、渗透率、储层压力和埋深这8个煤层气产出相关参数相互独立,可用于模型建立;②随机森林算法将煤层气开发选区划分为5类不同程度的区域,其中Ⅰ类(极高)和Ⅱ类(高有利)区占整个研究区域的13.88%,主要分布在井田的中部,西部存在Ⅱ类(高有利区)分布,后续开发部署井位也可着重考虑,而井田的东南部不适于后续部署井位;③由接受者操作特征曲线(ROC)可知,一般成功率曲线与预测率曲线下的面积值(AUC)为0.961,表明随机森林模型预测精度较高,结果可靠。通过机器学习算法对煤层气开发选区进行综合预测,可规避传统算法中的人为主观因素,且具有较高的精度,可为后续非常规油气开发选区提供一定的理论参考依据。

焦坪侏罗纪煤系及其油气展布

焦坪矿区油气显示规律与煤系分布关系密切。该矿区主要可采煤层4_(-2)煤层存在4个厚煤中心,矿区油气显示主要存在于聚煤中心带上、下部的砂岩层中,特别是煤层上部的延安组和直罗组砂岩层中。油气分布主要与延安组的厚度,4_(-2)煤层厚度,延安组和直罗组中、粗粒砂岩厚度,煤系成熟度和上覆地层厚度等因素有关。构造条件对烃类的影响较小,只在上述条件决定的范围内起作用。

鄂尔多斯盆地南部延安组砂体粒度特征

通过对鄂尔多斯盆地南部黄陇煤田中下侏罗统延安组砂岩的粒度研究，根据各种粒度参数和基础图件，结合沉积构造、矿物成分等成因标志，解释了各砂体的沉积环境和水动力作用强度，判别出河流成因的各种砂体以及湖成三角洲、湖坪和砂坝等砂体特征，为煤层对比和成煤规律的研究提供了参考．

煤层顶板含水层涌水危险性评价方法

为了丰富和发展我国矿山顶板水害评价方法,给出了透水系数概念,并结合黄陇煤田各典型矿井地质与水文地质条件,提出了透水系数顶板水害识别标准和方法,给出了"隔水层占比R-煤层至上覆含水层间距H方格图"和"隔水层占比R-煤层至上覆含水层间距H三角形"顶板水害类型识别图。定义"透水系数(D)"为"煤层与主要含水层之间隔水层厚度占比和导水裂隙带未波及厚度与总间距之比的乘积",构建了透水系数计算公式。总结黄陇煤田顶板水害类型可概括为3种类型5种形式。3种类型为含水层持续涌水类、离层水类和溃水溃泥类;5种形式为可控涌水型、极大涌水型、偶发离层水型、频发离层水型以及溃水溃泥型。研究结果表明:依据透水系数值,可将顶板水害威胁程度分为4个等级。其中:一级(D>0.2)涌水影响较小,水害威胁性微弱;二级(-0.25<D≤0.2)涌水影响中等,水害威胁性中等;三级(-0.5<D≤-0.25)涌水影响较大,水害威胁性较大;四级(D≤-0.5)涌水影响极大,水害威胁性极大。黄陇煤田顶板水害类型透水系数法识别标准为:可控涌水型,120 m<H<190 m且0.41<R<0.54和-0.50<D<0.12;极大涌水型,60 m<H≤120 m,且0.24<R≤0.54和D≤-2.0;频发离层水型,190 m≤H<250 m且0.54≤R<0.80;偶发离层水型,250 m≤H<320 m且0.54≤R<0.80;溃水溃泥型,H≤60 m且R≥0.80。给出了黄陇煤田顶板水害类型透水系数法识别图,即隔水层占比R与煤层至上覆含水层间距H相关关系图。应用时,首先计算目标矿井R值和H值;其次在识别图中依据R值和H值画出投影点或区域。最后,依据投影点与各种水害类型分布区域的位置关系即可进行主要水害类型识别。

黄陇侏罗纪煤田顶板水害防治问题及对策探讨

在黄陇煤田近年来各矿井涌水资料详细分析的基础上,针对区内较特殊的岩性组合结构所呈现出较典型的顶板出水特征,结合目前各矿井防治水技术应用现状,指出了研究区内顶板水害防治及理论研究方面存在的不足,总结了区内矿井顶板水害防治存在的亟需解决的关键技术难题,如综放条件下覆岩破坏规律研究、洛河组巨厚含水层精细探查及研究、顶板巨厚含水层充水机理研究、顶板隔水层隔水性能评价方法、"顶板离层"水害形成机理与防治方法等难题,综合考虑目前研究现状及技术应用现状,提出了研究区内水害防治解决思路及防治技术措施,研究成果对指导黄陇煤田顶板水害防治水工作有效开展具有重要意义和实用价值。