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。

陕蒙矿区深部开采导水裂隙带发育特征与高度预测方法

导水裂隙带发育高度是矿井防治水及安全开采的重要依据。由于陕蒙矿区地层沉积环境和沉积过程的特殊性,使得该区域导水裂隙发育高度与传统认识差别较大。考虑到目前围绕陕蒙矿区导水裂隙带发育高度计算方法缺失问题,以鄂尔多斯市营盘壕煤矿2217工作面为工程背景,采用UDEC模拟研究了不同开采进度下导水裂隙带发育规律及演化特征,分析了大能量事件与导水裂隙带发育的关联关系,进而基于GA-SVR算法,建立了区域导水裂隙带发育高度精准预测方法。结果表明:直罗组砂岩巨厚的特性使得其在覆岩运动中表现出坚硬岩层的特点,裂隙带在其下充分发育,稳定后也形成“马鞍形”;微震监测数据能精准反映区域导水裂隙带发育高度,预测相对误差仅为3.90%;建立的导水裂隙带高度预测模型的决定系数R^(2)为0.81,相对平均误差r为14.55%,预测精度显著优于经验公式(R^(2)<0,r=59.57%)。研究成果对于陕蒙矿区保水开采与安全生产设计及矿井水防治具有重要的实践意义。

山西莫底沟矿区含硫矿物产酸潜力评估

含硫矿物产酸潜力的综合评估对于酸性矿山废水防治和生态环境保护具有重要意义。以山西省河津市莫底沟矿区为例,基于岩石样品地球化学静态测试结果,结合含硫矿物储量和矿井涌水量估算,综合评估了莫底沟矿区含硫矿物的产酸潜力。结果表明:莫底沟矿区内太原组10号煤、本溪组铝土矿和本溪组硫铁矿均具有产酸潜力,太原组煤层间的灰岩不具备产酸潜力;估算出莫底沟矿区的最大产酸量为1.9万t H_(2)SO_(4),年产酸性废水量为30.9万m^(3),产酸年限为265.5 a;对评估过程中的不确定因素进行分析发现,最大产酸量偏大,年产酸性废水量偏小,产酸年限偏大。

晋陕蒙采煤区水土流失现状调查与分析研究

以晋陕蒙采煤区为研究对象,采用文献资料收集、野外调查与室内分析相结合的方法,重点对松散堆积物、排土(矸)场、塌陷区域等人为水土流失进行典型调查研究,查明在建、在产的煤矿和采石场的分布、数量及规模,阐明引起水土流失的原因,为晋陕蒙能源区水土流失治理和生态环境建设提供依据。

山西省阳泉山底河流域煤矿“老窑水”动态特征、演化机理及对娘子关泉域的环境效应

【研究目的】煤矿“老窑水”以分布范围广、隐蔽性强、污染程度重、自然净化慢、持续时间长等特点,成为后采煤时代严重威胁中国生态文明建设的重要制约因素。【研究方法】本文以山西省阳泉市山底河流域煤矿“老窑水”为研究对象,通过长系列水质和水量系统性监测,运用统计学方法系统分析了山底河流域老窑水的水量和水质动态特征及其演化机理,评估了“老窑水”对娘子关泉域岩溶水的环境效应。【研究结果】研究表明,山底河“老窑水”总出口pH值平均为3.58,TDS平均为4744 mg/L,SO_(4)^(2-)平均为3327 mg/L;雨季地下水位上升后与采空区接触面积或体积增大和降雨量的影响滞后等是造成煤矿“老窑水”的流量与水化学特征指标电导率、SO_(4)^(2-)浓度非线性相关的主要原因;煤系地层中黄铁矿的强氧化反应主要发生在地下水位季节变动带、包气带和地表;煤矿采空积水区的一定深度为还原环境,具备开展微生物法治理的条件;山底河煤矿“老窑水”出流后进入下游碳酸盐岩河段渗漏,对娘子关泉域岩溶水的渗漏补给量达7247.08 m^(3)/d,水质差,是娘子关泉域岩溶地下水的重要污染源。【结论】山底河流域“老窑水”流量对降雨量的调蓄周期为半年;水化学特征指标与流量呈非线性相关,“老窑水”黄铁矿的强氧化反应主要发生在地下水位季节变动带、包气带和地表;“老窑水”出流后渗漏补给娘子关泉域达7247.08 m^(3)/d,SO_(4)^(2-)、Fe和Mn超标严重,对泉域岩溶水污染严重,急需开展煤矿“老窑水”的治理和废弃煤矿生态修复。

鄂尔多斯盆地西缘韦州矿区煤层气富集特征研究

煤层气是重要的非常规地质资源,鄂尔多斯盆地西缘拥有丰富的煤层气资源,其中以韦州矿区中南部的韦三井田为典型代表。该井田位于鄂尔多斯西缘青龙山-云雾山南北向褶皱冲断带,受东西方向的挤压为主应力的影响,整体赋存于一向斜构造之内。井田因受区域沉积变质作用的影响而广泛发育煤层,含煤地层为石炭-二叠系太原组和二叠系山西组。本文提供了太原组和山西组各煤层的等值线图(包括累计厚度、煤灰分、瓦斯含量和煤层气甲烷含量),详细分析了该井田成藏规律、煤层化学性质和煤层气起源特征,论述了该井田的勘探开发潜力。太原组和山西组含煤地层均为一套厚度较大的海陆交互相含煤碎屑沉积,其成煤环境为近海的三角洲平原沼泽和海湾泻湖沼泽。其中,太原组可采煤层平均厚度13.21 m,可采含煤系数2.41%,大部分可采煤层为12、15、17、20号煤,局部可开采煤为10、14号煤;山西组含煤地层平均厚度125 m,编号煤层数4层,平均煤层累积厚度8.92 m,含煤系数7.13%,可采煤层4层为别为0、2、3、4号煤。韦三井田各可采煤层浮煤灰分产率平均为6.30%~15.04%,总平均值为9.06%,脱灰率平均为60.81%~70.11%;浮煤回收率平均为9.53%~37.52%,总平均值为27.93%。煤层瓦斯成份大部分为N_(2),成分7.44%~98.99%;CH4成分次之,占0~87.12%;CO_(2)成分占0.50%~12.92%;重烃成分低于1%。山西组煤层气赋存相对较少,而太原组0、1、2、3、4、10号煤为贫气区,12、15、17、20号煤大部分地段为低气区,局部地段为中气区。

山西省闻喜县刘庄冶矿区铜矿地质特征研究

刘庄冶矿区铜矿分布于山西省闻喜县境内,位于胡家峪—上玉坡短袖背斜南东翼,区内褶皱构造发育,为铜矿成矿创造了有利条件。目前矿区内已探明大小铜矿体48条,矿体均呈透镜状、扁豆状产出于篦子沟组黑色片岩和余家山组厚层大理岩的接触带中,顶底板围岩主要为大理岩和黑色片岩。结合前人针对矿区开展过大量的地质研究资料表明,矿区找矿潜力较大,具有较好的开发利用前景。基于此,本文在全面收集以往地质资料基础上对矿区铜矿地质特征进行系统研究,以期能为当地同类型的铜矿成矿条件和成矿规律的研究提供一些有益参考。

山西省工矿区土地复垦现状及发展对策研究

素有"煤铁之乡"之誉的山西,随着20世纪80年代以来矿产资源的掠夺式开采及原材料工业的粗放生产,成为全国工矿区土地与生态环境破坏最严重的省份之一,矿区土地复垦迫在眉睫且意义重大。针对山西省工矿区土地复垦现状及存在问题的分析,提出了相应的发展对策。

山西省矿区土地复垦的初步探讨

矿产资源的开采在给人类提供财富的同时,也给矿区带来了一系列的生态环境问题,尤其对土地的破坏极为严重,但通过合理的整治和复垦,破坏的土地是可以恢复的。针对山西省矿山的土地复垦进行初步探讨,在分析国内外矿区土地复垦现状的基础上,论述了山西省矿区复垦中存在的一系列问题及应采取的相应措施和方法。

基于分形建模的高煤级煤孔隙结构特征量化表征——以阳泉矿区山西组煤样为例

以阳泉矿区山西组煤样为例,根据高压压汞及分形建模,获取高煤级煤孔隙结构特征参数,结合氩离子抛光—场发射扫描电镜,识别微—纳米尺度的孔隙发育类型及结构特征,明确储集空间构成及孔隙结构对煤中气体的影响,构建气体行为与孔隙结构的关系。结果表明:阳泉矿区山西组高煤级煤储层孔隙结构复杂,在不同发育尺度具有不同的分形特征;基于孔隙结构特征、分形特征和多孔介质甲烷的分子动力学特征,将孔隙划分为3个大类(超微吸附孔隙、纳米扩散孔隙和微纳米渗流孔隙)和5个小类(超微孔隙、分子扩散孔隙、Knudsen扩散孔隙、层流滑移孔隙和紊流滑移孔隙),将基质孔隙气体的运移方式划分为吸附相—固溶相扩散场、Knudsen扩散场、层流场及紊流场,多数高煤级煤样品层流滑移孔隙的不发育表明层流场的弱势发育。量化高煤级煤储层微观储集空间,建立孔隙结构与煤层气渗流、运移的关系,为高煤级煤层气勘探开发、地质理论研究提供依据。

山西省煤矿区陷落柱分布规律与突水预测研究

山西省煤矿区岩溶陷落柱主要分布在汾河流域与沁水盆地两大区域,在汾河流域,自汾河上游向下,陷落柱分布密度呈现出依次增大的趋势;在沁水盆地,表现为以盆地北缘的阳泉矿区分布密度最大,其它矿区密度较小的特点。通过对山西省煤矿区陷落柱突水性的分析,总结出判断陷落柱突水的主要影响因素:一是陷落柱是否处于强径流带,二是陷落柱充填物的胶结与压实程度,三是陷落柱所在矿区的构造与水文地质条件,并以此为依据将矿区划分为突水可能性大、突水可能性中等和突水可能性小三种类型,成功实现了矿区陷落柱突水预测。预测结果表明,霍西煤田霍州矿区是导水陷落柱发育的重点矿区,潞安矿区深部开采时存在岩溶陷落柱突水的潜在可能性,其它矿区岩溶陷落柱导水事故发生的可能性较小。

采煤沉陷区土壤成分变化研究——以潞安集团王庄煤矿为例

煤炭开采导致地表大面积沉陷、土壤肥力下降,从而影响耕地生产能力。通过对潞安集团王庄煤矿采煤沉陷区沉陷3年、6年的土壤成分进行对比分析研究,得出以下两点主要结论:①土壤养分有从沉陷地顶部向底部汇集的趋势,沉陷3年的沉陷地顶部和底部的土壤养分差别较大,而沉陷6年的沉陷地顶部和底部土壤养分差别不大;②沉陷3年的土壤和沉陷6年的土壤的pH值虽无大的变化,但其底部、中部、顶部电导率却存在显著差异,即沉陷地底部土壤有盐化趋势。依据研究结果,提出了改善土壤物理、化学性状等相应的土地整治策略。

山西省典型煤炭国家规划矿区煤层气储层物性对比

基于晋城、阳泉、西山、离柳四大国家煤炭规划矿区煤田基础数据、试井数据等对比,评价了煤层气的主要储层物性。研究结果显示:晋城和离柳矿区煤层气较为富集,渗透性较好,阳泉矿区和西山矿区煤层含气量较低,渗透性较差。储层压力统计结果显示,晋城、阳泉、西山矿区储层一般欠压,离柳矿区储层压力状态为正常,同时各矿区多煤层流体系统具有差异性。煤系地层地下水封闭指数计算结果显示:离柳矿区封闭指数最高,西山矿区封闭指数最低,显示出较为开放的流体系统,不利于煤层气的富集保存。各矿区储层物性差异性,决定了煤与煤层气协调开发"三区联动"的时间参数和空间参数需要作适当调整。

LFA方法在晋东采煤区景观结构及功能评价中的应用

煤炭开采区植被退化监测和植被恢复的效果评价较少从景观角度进行,然而对开采区进行景观尺度的研究,有助于了解植被的空间分布规律。本文以晋东(阳泉南庄煤矿)采煤作业区为干扰源,按照扇形取样,依距离设置800、1 500、2 100、2 800、3 500和4 200 m 6条等距线。采用LFA方法,沿垂直于等高线的方向,布设5条长度为100m的样线,通过对斑块数量、单位长度上斑块宽度、单位长度上斑块间平均距离和大小的测量,计算斑块面积指数和景观结构指数;对样线周围土壤进行地表土壤健康评价,评价指标包括地表盖度(降雨溅蚀保护)、多年生植被覆盖度、枯落物状况、隐花植被盖度4项植被层指标以及结皮破碎性、土壤侵蚀程度、沉积物、地表粗糙度、地表特征、土壤崩解系数、土壤质地7项土壤理化性质指标。通过研究揭示煤炭开采对当地景观结构与功能的影响距离及机理。结果表明:随着距煤炭开采区距离的增加,煤炭开采对土壤总孔隙度、土壤饱和含水量的影响削弱,进而造成了土壤稳定性指数、土壤渗透性指数、养分循环指数的同步上升。随着距离的增加,LFA相关的各项指标均呈现由慢速增加至快速增加再到逐步维持的趋势。景观功能向着有利于水分、养分保蓄的方向发展。当煤炭开采强度为320万t/a时,自然保护区及城市规划建设应保证最小生态安全距离为4 370 m。

山西矿区土地复垦科学研究与试验示范十八年回顾

山西农业大学矿区土地复垦与生态重建课题组创建于1986年。18年来,课题组采用多学科交叉融合、多专家联手攻关、课题研究与矿区生产紧密结合的方式,先后跨院、跨校、跨省、跨国,同国内外15家科研院所、100多名科研人员,承担国家级课题5项、省级课题7项,并将研究的阶段性成果应用于25项有关工矿企业土地复垦标准的制定和科技开发中。获山西省科技进步一等奖1项、二等奖2项、鉴定成果4项。出版专著4部,发表论文150余篇,编制规划设计报告书25部,积累矿区土地复垦与生态重建图片3580余张、图书800余册。培养研究生30名。相关研究内容也新增到4部面向21世纪课程教材或全国"十五"规划教材中。研制的采矿废弃地未来空间生态景观安全格局的规划设计、地形重塑、土壤重构、植被重建、环境灾害控制、生产力快速提高等综合集成技术体系,为整体推进山西省及黄土高原采矿废弃地的生态经济系统重建和可持续利用作了较充足的技术储备。

山西采煤沉陷区地质灾害特征分析

笔者从山西省的不同区域选取了7个具有代表性的采煤沉陷区区块样本,采用类比法和归纳法,对采煤沉陷区自然和人为因素引起的地质灾害类型、特征以及地质灾害的环境衍生效应进行了研究。结果表明地裂缝及地面塌陷是山西采煤沉陷区的主要地质灾害类型;地质灾害的诱发因素主要是人类工程活动,特别是采煤活动。此类灾害具有集聚性与群发性、诱发的多因性与治理的复杂性、灾害的衍生性与影响的多方面性等特征。地质灾害是造成地形地貌景观、土地资源、水资源、生态环境被破坏的重要原因,必须对其进行综合治理。

瞬变电磁勘探技术在探测采空区中的应用——以阳煤集团氧化铝厂采空区勘探为例

瞬变电磁法(TEM),是利用不接地回线向地下发送一次脉冲瞬变磁场,再测定一次脉冲瞬变磁场引起的二次涡流场的方法。当地下存在电性不均匀体时,会观测到电性不均匀体的涡流异常场,通过对异常场的分析研究,推断矿体、地下水、采空区等地下盲体的存在和部位。华北石炭-二叠煤系地层的电阻率比非煤系地层的电阻率值高,铝土矿层电阻率相对较低,下伏奥陶系灰岩电阻率最高。地下矿体局部被采出后,对应地层的导电性随采空区的塌陷程度及赋水情况不同,表现为相对较高的电阻率或较低的电阻率值,依据此特征成功地利用瞬变电法应用于采空区探测中。

离柳矿区柳林区山西组流体包裹体特征及煤层气成藏期次

离柳矿区位于山西省西部河东煤田中段,分为离石和柳林两个区,总面积1640km2,其中柳林区面积1340km2。柳林区是我国目前中阶煤煤层气勘探开发的重要目标区。为确定柳林区山西组煤层的生烃时间和煤层气成藏期次,采用包裹体测试技术对该区山西组主力煤层顶板、夹矸及煤岩方解石脉中的流体包裹体样品进行了测试分析,利用包裹体测试分析结果,结合地层埋藏史和热演化史综合分析认为:中晚三叠世和早白垩世是柳林区山西组煤层气的主要成藏期。

山西省矿区园林绿化树种筛选

山西省是我国重要的煤矿基地,多年开采给矿区带来严重的环境问题,如土地和地表植被遭到破坏、环境污染严重、水资源短缺等。园林绿化作为保护生态环境、改善生活环境的重要措施之一,可以有效改善矿区的生态环境。综合分析矿区环境特殊性,笔者认为绿化植物筛选应以乡土植物为主、外来植物为辅,选择抗逆性强、抗病虫害能力强、寿命长的植株,在不同功能区(办公和生活区、生产区和矸石山)选用不同的树种进行园林绿化。

山西省采煤区农户复垦意愿研究

以山西省主要采煤破坏区的67户农户实地调查数据为依据,对影响农户复垦意愿的主要因素进行了Logistic模型分析,结果表明:农户是否支持复垦主要与农户人均收入、国家是否投入复垦资金、技术,能否给予农户补贴等因素有关。