河南平顶山矿区含煤地层沉积环境及其对煤系气成藏的控制

近几年来,河南省平顶山矿区煤系气勘探开发取得了新突破,采动井、采空井和预抽井的单井日抽采量分别达到40500 m^(3)、20000 m^(3)和4500 m^(3)。为了查明煤系气生成与赋存的沉积背景,本次工作采用地层学与沉积学的研究方法,开展了精细的地层、沉积特征和沉积序列以及气测录井资料分析,从而揭示出本区主要含煤地层山西组和下石盒子组中煤系气(煤层气、页岩气和致密砂岩气)生成与赋存的沉积环境,也就是潮坪上的泥炭沼泽(泥炭坪)、三角洲分流间湾沼泽和分流河道沉积环境控制了煤系气的成藏。基于地层沉积特征在垂向上的变化规律,划分出9种不同沉积环境的沉积序列类型,并在综合分析的基础上,提出了平顶山矿区山西组—下石盒子组煤系气赋存的沉积环境模式。研究还表明,区内煤系气含量变化及区域分布特征不仅与滨岸潮坪沼泽、三角洲分流河道砂体和分流间湾沼泽的时空变化密切相关,而且还与储集层厚度变化相关。该成果可为今后平顶山地区煤系气勘探开发井的设计、部署与施工提供科学依据。同时,对华北地区相同含煤地层的煤系气开发也具有重要借鉴意义。

平顶山矿区多煤层卸压立体抽采模式与工程示范

平顶山矿区多煤层发育、含气层段多,仅靠井下进行瓦斯治理工程量大、难度高。为了开辟平顶山矿区瓦斯抽采新模式,达到“采一层抽多层”的目的,采用气测录井与含气量测试相结合的方法精准判识了煤系主要含气层段和含气量;采用体积法评价了东部5对矿井采动区和采空区的煤系气资源量。基于“O”形圈理论和“防-抗-让”思想,分别优化设计了采动井、采空井的井位、层位和井身结构,构建了采动区、采空区多煤层卸压立体抽采模式并进行了工程示范。结果表明:(1)二_(1)煤层顶板200 m范围内存在四煤组、三煤组、二_(1)煤层顶板60 m范围内的砂岩/泥质砂岩互层段等3处主要含气段。平顶山矿区东部5对矿井的采动区和采空区资源量分别为26.36×10~8 m^(3)和20.00×10~8 m^(3)。(2)采动井最佳井位为0.17~0.28倍采长,且靠近回风巷条带区域;走向上,采动井的间距一般为80~100 m。创建了“大口径、避开岩体变形强烈区、P110梯型扣套管”的采动直井稳孔技术体系和“下行水平轨迹+提高套管强度”的采动L型水平井稳产技术体系,保证了产气通道的畅通性。采空井一般布置在距离回风巷30~50 m的区域,完钻位置一般为二_(1)煤层顶板40~60 m的范围;筛管布置在四煤段顶板至裂隙带底部。(3)建立了“地面采动直井/定向井-采动L型水平井-采空井”联作的卸压立体抽采模式,实现了多气源立体抽采。截至2024年4月30日,累计抽采纯量达5258.8万m^(3),总利用量达到3735.4万m^(3),率先在河南省实现了煤系气产业化开发,示范和引领带动作用显著。

平煤矿区十二矿下保护层开采底板破坏深度数值模拟研究

为了深入系统地研究复杂条件下工作面开采底板岩层破坏机理和突水条件,根据平煤矿区十二矿31040下保护层工作面的工程地质、水文地质条件及岩石物理力学测试报告,采用FLAC 3D有限差分程序,分别对不同条件下的底板扰动破坏深度及其演化规律进行了数值计算分析,得出了底板岩体扰动破坏深度计算公式,并针对十二矿31040下保护层工作面开采对底板扰动破坏深度发育形态影响进行分析研究,验证拟合公式的科学实用性,可为今后平煤矿区带压安全开采提供技术支持和指导。

平顶山矿区综采面顶板稳定性的沉积模式

本文讨论平顶山矿区综采工作面顶板的沉积特征、稳定性及二者关系。研究表明，煤层顶板的沉积环境控制综采工作面顶板的整体稳定性及其展布规律，构造条件等因素影响顶板稳定性的局部变化。在三角洲平原沉积构成的顶板中，分流河道砂岩是稳定性最好的顶板类型，属稳定顶板；厚层分流间湾泥岩顶板的稳定性次之，为中等稳定类型；越岸砂泥互层顶板和薄层分流间湾泥岩－分流河道砂岩顶板相对较差，前者属不稳定顶板，后者以不稳定至极不稳定为特征。在碎屑障壁海岸沉积构成的顶板中，厚层泻湖泥岩顶板相对较好，属中等稳定类型，泻湖泥岩－小型潮道砂体混合顶板的稳定性较差，以不稳定至极不稳定为特征。

平顶山矿区瓦斯赋存的构造逐级控制特征

通过研究平顶山矿区17对生产矿井的瓦斯地质特征,分析各矿井瓦斯含量、瓦斯压力和涌出量实测数据,总结了平顶山矿区瓦斯赋存分布规律。运用瓦斯赋存构造逐级控制理论厘清了区域构造演化、矿区和矿井构造对平顶山矿区瓦斯赋存分布的控制,提出了平顶山矿区瓦斯赋存的构造逐级控制特征:区域板块构造运动及演化奠定了平顶山矿区高瓦斯的基调;矿区构造李口向斜确定了矿区瓦斯东高西低、呈轴对称分布的总体规律;矿井构造主导矿井各煤层瓦斯赋存和矿井区域瓦斯赋存的差异性。研究成果为准确预测瓦斯赋存分布和预防煤与瓦斯突出提供了依据。

平顶山矿区地温信息管理系统研究

介绍了平顶山矿区地温信息管理系统软件 (PGTIMS1.0 )的设计思路。根据平顶山矿区地温信息的特点 ,该信息系统软件具有地温数据库、地温图形库、地温计算系统等三个子系统 ,可以进行地温信息管理、地温图形的管理、地温场中任意一点的地温计算。界面友好 ,操作方便。为科学地预测地下温度 ,评价地温环境、煤炭开发与热害治理之间的矛盾打下基础。

平顶山矿区含煤地层沉积环境及聚煤特征

通过对大量钻孔资料分析,运用沉积学、煤田地质学的基本理论和方法,分析了平顶山矿区含煤地层的沉积环境及其演化,并结合区域构造地质背景,进行了聚煤规律研究,结果表明,平顶山矿区含煤地层形成于滨海沉积体系和三角洲沉积体系。

平顶山矿区大气污染与绿化状况相关分析

通过对典型大气污染类型区进行实地监测 ,采用统计分析和污染指数的方法 ,研究了平顶山市矸石山和市区典型大气污染的现状 ,探讨了大气污染和绿化指标之间的关系 .结果表明 ,监测区大气污染较为严重 ,各类型区之间污染水平具有显著性差异 ;大气污染与绿化覆盖率相关密切 .林木覆盖率在空气净化中有重要作用 .

沉积环境对煤系岩石强度的影响

分析了平顶山矿区煤系中形成于不同沉积环境的64组岩石样品的沉积特征和强度,结果表明,岩体的强度与沉积环境有着密切的成因联系。岩体强度的变化主要受控于岩性、沉积环境中能量的高低、水动力条件的变化幅度和生物发育程度4项因素。

平顶山矿区十三矿地温场数值模拟研究

在对平顶山矿区十三矿地质、地热地质条件概化的基础上 ,建立了地温场数学模型 ,并用数值方法进行求解 ,编制了求解及对求解前后数据进行处理的计算机程序 (DRPACK)。计算及分析结果表明 ,地温场分布特征与地形地貌、构造及地质展布型态关系密切。

平顶山矿区丘陵坡地土壤重金属健康风险评价

以平顶山矿区丘陵坡地土壤为供试材料,分别以沿坡面不同海拔处与矿区下风向不同距离处为轴线进行样品采集,测试分析了土壤中重金属Cu、Zn、Cr、Ni和Pb的含量,并开展土壤重金属健康风险评价。试验结果表明,平顶山矿区丘陵坡地土壤中所测试重金属元素均不产生非致癌健康风险,不同暴露途径下的潜在健康风险大小依次为Cr>Pb>Ni>Cu>Zn,经口摄入是主要暴露途径。土壤中的Cr对周边居民健康可产生致癌风险,其中皮肤接触途径的致癌风险程度较大,其变化主要与矿区长期的煤炭开采活动所释放的有害重金属元素的坡面径流迁移、高空气流传输、地形阻滞以及沉降有关。

多重地质构造影响下的煤与瓦斯突出危险性研究

煤与瓦斯突出灾害是我国煤矿的主要灾害之一,严重阻碍煤矿的安全、高效生产。大多数煤层形成后,经历了多期构造运动的改造,形成了复杂的构造体系。我国大多数煤矿受多重地质构造的影响,造成了煤矿瓦斯地质特征更加复杂。以平顶山矿区为例,通过对矿区构造背景、地质构造特征、矿井分布与地质构造部位关系及不同构造部位矿井的煤与瓦斯突出危险性分析,揭示了地质构造对煤与瓦斯突出灾害具有控制性作用,且受多重地质构造影响的煤层煤与瓦斯突出特征更为复杂,研究成果可指导煤矿瓦斯灾害的防治。

平顶山矿区煤孔隙特征及瓦斯吸附控制机理研究

为研究平煤矿区煤储层特征及其瓦斯赋存特性,采用低压液氮吸附法对6种典型煤样的储层特征进行了分析,并测试了煤样瓦斯吸附能力,分析了煤样孔隙结构参数对瓦斯吸附的影响。研究结果表明:不同煤样孔隙差异显著,煤体表面具有明显的非均质性;煤中的微孔发育,孔径分布呈多峰值;变质程度(挥发分)对煤中的微孔具有重要影响,而对小孔的影响不明显;煤对气体的吸附主要集中在微孔段,不同煤样的吸附能力差异明显,Langmuir体积只与微孔有关,而Langmuir压力受微孔和小孔分布的共同影响。研究结果可为平顶山矿区瓦斯防治与利用提供理论依据。

循环减灾理论在平顶山矿区的应用研究

针对平煤矿区存在的采空塌陷、水资源系统破坏、土地资源破坏,矿井水害、瓦斯突出与瓦斯爆炸、地热、环境等灾害,提出循环减灾的概念,并在平煤集团引入循环减灾的理念.结果表明,发展循环经济,实施绿色开采技术,实现矿井瓦斯资源化和矸石资源化是防止和减轻各种灾害,从根本上预防和减少矿难事故发生的关键,从而使平煤集团公司实现安全生产和可持续发展.

平顶山矿区深部地热资源

河南省平顶山矿区存在地热异常现象,平均地温梯度最高可达4.6℃/100m,形成矿井地热灾害。这些地热异常区的形成多与地质构造和地下水密切相关。利用地热水热泵技术和地热空气换热系统,开发利用这些矿区的地热资源,有助于减轻矿井热害,改善井下工作环境,有利于改善矿区的能源消费结构,减轻环境污染和增加企业经济效益。

煤矸石堆积对地下水的无机盐污染效应

通过对平煤矿区煤矸石堆积区地下水中无机盐成分分析,探讨了煤矸石堆积区地下水水化学类型、矿化度及水质特征和变化原因;在煤矸石动态淋溶模拟试验基础上,着重分析了煤矸石堆积区高浓度NO3-污染的来源。结果表明,平煤矿区煤矸石堆积区地下水中NO3-、SO42-严重超标,且测定的阴、阳离子都呈现中等以上变异水平;地下水水化学类型趋于多元化和复杂化,由HCO3-型向SO42-型转化,水质由淡水向微咸水演化;煤矸石是平煤矿区地下水中高浓度NO3-有别于其他地区的重要来源。

平顶山矿区东段煤层气地质特征及开发潜力研究

平顶山矿区东段煤层气资源丰富,通过研究区构造背景、煤层展布特征、煤阶、煤储层物性特征及地下水动力条件等方面对二1煤层含气量及其控制因素进行了分析;结合抽采压力、地应力、煤体结构等,对该区煤层气开发潜力进行了探讨。研究结果表明:区内煤层气含气量较高,平均为14.2 m3/t,资源量为206.87亿m3,资源丰度为0.70亿m3/km2;煤体结构相对完整,煤储层渗透率为0.04～1.00mD;储层压力高,地应力梯度小。综合分析优选出东西两个有利区块,十三矿—首山一井—十矿—一矿深部(Ⅰ号区)为煤层气开发首选区块。

基于RS的平顶山矿区土地利用动态变化研究

首先阐述了煤炭开采对平顶山矿区生态环境的主要影响,然后利用RS技术定量分析了平顶山矿区1994~2002年土地利用动态变化过程,并求得研究区土地利用变化的转移矩阵,据此分析平顶山矿区1994~2002年间土地利用变化的空间过程。同时运用马尔柯夫模型,对土地利用动态变化及演变趋势预测进行了分析,从而达到全面把握矿区土地变化规律的目的,最后提出了矿区生态可持续发展对策。

平顶山矿区钻探泥浆的研究

介绍了平顶山矿区地质特征、钻孔护壁概况和５种不同体系泥浆的组成特点、配方及性能参数；对泥浆的密度与团相含量、粘度与流变特性、滤水特性及防涌防漏的主要技术性能和作用机理进行了探讨；综合分析了各类泥浆的钻进技术效果和经济效益。

平顶山矿区煤层气赋存特征及影响因素分析

通过对矿区二1煤层大量的,资料研究,分析了二1煤煤层气赋存特征,沿煤层倾向由浅至深煤层气含量增高,成分由N2带、CO2和CH4混合带渐变为CH4带,煤层气含量等值线展布形态与构造线方向基本一致,在向斜轴部含量最高。根据煤层气含量及构造差异在区内划分为4个区块,阐述了影响煤层气赋存的诸多因素,认为本区煤层气富集程度主要受控于褶曲和煤层埋深。提出了李口向斜轴部附近、首山一矿、八矿深部是煤层气研究开发的有利地段。