Study on the Theory and Method on Identification of the Mobile Block in the Face-Contacted Blocks Structure in Rocks Between Coal Seams to Mine the Left-over Coal Above the Gob

In mining the left-over coal above the gob,stope wall rock of mining area have hard limestone.through field observation,the face-contacted block structure was found in rocks between coal seams to mine the left-over coal above the gob.In order to probe into the movement law of rock strata and strata control measures,it is very important to identify the mobile block in face-contacted block structure of rocks between coal seams.This paper relies on the thought of block theory to establish appropriate parameter matrix and figure out its discrimination matrix in view of the fact that the block in face-contacted block structure has high intensity and stiffness,the

鄂尔多斯盆地神木–佳县区块深部煤层气地质特征及勘探开发潜力

我国深部(以下均指埋深大于2000 m)煤层气资源丰富,勘探开发潜力巨大。与中浅部相比,深部煤层气在富集成藏规律与开发方式方面均具有显著的差异性,急需针对重点区块开展解剖性分析研究。神木–佳县区块位于鄂尔多斯盆地东北部,目前尚处于深部煤层气勘探的起步阶段,深部煤层气富集特征及开发潜力等尚不明确。基于研究区近期实施的地震资料、300余口井的测井资料和4口取心井的参数资料等,系统分析煤储层基础地质特征,总结煤层气富集主控因素与富集规律,类比剖析研究区深部煤层气勘探开发潜力。研究区深8号煤的镜质体反射率介于0.7%~1.8%,大部分区域煤层演化已处于热解生气高峰,区域上煤层净煤厚度高达7~8 m,煤层发育稳定,构造相对简单、水动力封闭性较强、顶底板封盖条件较好,为煤层气大面积连续成藏提供了优越条件,其中佳县南区的煤层气资源条件最好。与鄂尔多斯盆地东部其他区块深部煤层相比,研究区煤层中游离气占比明显更高(15.21%~46.47%),煤层中吸附气主要受吸附压力封存控制,而游离气受毛管力封闭与浮力重力分异双重控制,两种封存机制共同决定了深部煤层含气量的垂向分带与平面分区,以佳县南部为例总结了吸附气吸附压力主控、游离气毛管压力封闭与重力分异耦合控制的典型深部煤层气富集模式。与临兴区块和大宁–吉县区块类比分析结果表明,神木–佳县区块具有较好的煤层气资源基础、储层改造条件和高产潜力,预示了此区块深部煤层气规模化开发的美好前景。此外,大宁–吉县区块深部属典型的高煤阶煤,而神木–佳县深部为中煤阶煤,因此,该研究认识进一步丰富完善了深部煤层气富集理论,对于全国深部煤层气勘探开发实践有重要指示意义。

松软厚煤层区段煤柱剪切滑块运动机理及协同控制技术

松软厚煤层区段煤柱高、煤壁暴露面积大,加之煤质松软、裂隙发育,强采动作用下极易造成煤柱失稳,巷道维护难度极大。以山西伏岩煤业3号煤层开采为工程背景,基于剪切滑块理论,探究采掘扰动下煤柱变形破坏机理,求解煤柱剪切滑块运动范围及应力分布规律,揭示煤柱侧帮剪切滑块运动机理,提出煤柱稳定性协同控制对策并在现场进行工程实践验证。结果表明:①采用极限平衡理论与叠加理论,确定了煤柱剪切滑块运动范围及煤柱垂直应力分布规律,阐明煤柱剪切滑块安全系数分布规律:0~1.26 m深度,煤柱上部安全系数较小;在1.26~3.95 m处,煤柱中线部分大面积安全系数较小,易受顶板来压破坏。②提出了1种以“注浆加固—锚索强化—切顶卸压”为主体的区段煤柱协同控制技术,煤柱侧裂隙较无支护条件及原支护条件分别减少62.89%和46.26%,巷道围岩完整性大幅提高,形成了强承载结构,有效控制了煤柱变形及底臌。③根据松软厚煤层区段煤柱条件,合理确定了协同控制设计参数,并对煤柱防控效果进行试验监测评估。现场试验结果表明,煤柱裂隙得到充分填充,注浆后煤体强度提高63%以上;巷道位移、锚杆索受力、离层等均在可控范围,表明协同控制技术明显提高了煤柱承载力,回采巷道围岩变形得到有效控制,为工作面安全高效开采提供了空间保障。

考虑薄煤层影响的致密砂岩气藏地质工程双甜点评价方法——以鄂尔多斯盆地神府区块为例

在薄煤层发育的致密砂岩气藏,由于薄煤层割理发育且塑性较强,容易限制水力压裂裂缝的缝高扩展,进而导致遴选的地质、工程双甜点区域的实际产能无法达到预期效果。为获得更加准确的双甜点评价结果,以鄂尔多斯盆地神府南区致密砂岩气藏为研究对象,首先构建了多属性融合的地质、工程双甜点评价模型,然后开展了双甜点三维分布的初次预测,进而采用Abaqus软件分析了煤层厚度、起裂点距煤层垂直距离对水力压裂裂缝穿煤层扩展的影响规律,最后形成了穿煤层双甜点二次优选评价技术。研究结果表明:①当煤层厚度大于等于4 m或起裂点距煤层垂直距离大于等于4 m时,水力压裂裂缝难以纵向穿过煤层扩展,可压性降低;②研究区双甜点指数划分标准为,Ⅰ类双甜点≥0.46,0.37≤Ⅱ类双甜点<0.46,0.30≤Ⅲ类双甜点<0.37。结论认为:①考虑薄煤层影响的致密砂岩气二次甜点评价技术能够准确筛选出优质的地质、工程双甜点,且优选结果与实际高产区域的匹配度较高;②建立的评价方法对于砂泥岩互层非常规储层的开发和多气合采中甜点的同步动用具有较好的理论与实际意义。

基于两堵两注通管直连技术的瓦斯抽采研究

为解决“两堵一注”封孔工艺及传统连管方式在孟津煤矿实施存在的弊端,提出了“两堵两注”通管直连技术,提高了瓦斯抽采浓度,延长了瓦斯抽采时间。为此,采用巷道松动圈理论分析了该矿合适的封孔长度;采用离散元数值模拟方法建立巷道模型,分析了巷道周围应力分布,确定了钻孔的最佳封孔深度;开展了“两堵两注”封孔地面实验和通管直连技术现场实验。结果表明:孟津煤矿二1煤层工作面顺层瓦斯抽采钻孔封孔长度至少为6.75 m;该矿12070工作面穿层钻孔最佳封孔深度为15~30 m;“两堵两注”技术能有效对抽采钻孔进行封堵;通管直连技术在现场应用中大幅度提高了瓦斯抽采浓度,延长了瓦斯抽采时间。

大采高综采工作面切顶留巷矸石帮变形控制技术研究

为解决厚煤层大采高综采工作面切顶留巷矸石帮围岩控制难题,首先利用理论分析建立了不同挡矸支护条件下矸石帮位移变化的力学公式,以此为基础提出矸石帮变形控制双策略,减弱矸石帮变形压力和增强矸石帮的抗变形能力;其次利用现场实验设计两种类别共4组挡矸支护方案,探讨不同支护方案的矸石帮控制效果,验证理论研究成果。结果表明:①增强矸石帮侧顶板支护强度,能减弱矸石帮变形压力;②增架卡兰个数、增加卡兰预紧力、增加卡兰个数、增强U型钢之间的摩擦力等能增加U型钢滑移初始滑移应力,增强矸石帮的抗变形能力;③挡矸支护控制效果为:2副卡兰+单体支柱<2副卡兰+单元支架<2副卡兰+单元支架+呛柱<3副卡兰+单元支架。该研究可为同类条件下切顶留巷矸石帮变形控制提供参考。

韩城区块煤层气井顶板控底重复压裂技术研究与应用

针对鄂尔多斯盆地韩城区块碎软煤层气老井采用常规重复压裂技术效果不佳的难题,以X井为研究对象,分析了初次压裂改造效果及剩余气产能特征,结合二次加砂与顶板压裂,提出顶板控底重复压裂技术。利用实验与数值模拟软件优化施工参数,优选100目石英砂控底并暂堵老缝、40/70目+20/40目石英砂支撑新缝的三级加砂工艺,优化射孔位置为距煤层顶部3~5 m,施工排量为9 m^(3)/min,平均加砂比例为9%,形成增大储层改造体积、提高储层动用程度的顶板控底重复压裂技术。在X井进行现场试验,重复压裂后新增产气量268.1万m^(3),累计应用18口井,平均单井日产气量增加1 210.42 m^(3),有效解决了碎软煤层气老井重复压裂改造效果差的问题,可以满足煤层气老井二次开发及压裂作业降本增效的需求,具有良好的推广应用价值。

大倾角大采高软弱顶底板工作面分区矿压规律研究

为研究内蒙古长城二矿大倾角大采高软弱顶底板复杂开采地质条件下,1305S工作面正常区、过渡区、卸压区的矿压显现规律及特征,建立了倾斜煤层采空区冒落矸石滑移充填数值模拟模型,采用数值模拟和现场实测相结合的研究方法进行研究。研究结果表明:沿倾斜方向,1305S工作面中上部所受垂直应力呈现出过渡区>正常区>卸压区的特点,工作面下部呈现出卸压区>过渡区>正常区的特点;1305S工作面推进过程中,平均周期来压步距为13.3 m,周期来压时支架工作阻力在26.75~33.05 MPa之间,沿工作面倾斜方向顶板所受垂直应力总体呈现出工作面上部>中部>下部的特点;巷道工作面一侧的边帮变形量较大。现场实测结果表明,回风巷顶板监测最大移进量为860.18 mm,运输巷顶板监测最大移进量为367.84 mm,两巷围岩移进量呈现出回风巷>运输巷的特点。

煤矿井下工作面大块煤预破碎技术研究

煤矿井下厚煤层开采过程中极易产生大块煤,可能堵塞刮板输送机,需停机采用风镐或爆破的方法破碎大块煤,工人劳动强度大、安全风险高、严重影响煤矿高产高效开采。针对上述问题,分析研究大块煤堵塞原因和堵塞位置,提出了大块煤卡堵解决方案和大块煤预破碎装置,降低人工清理大块煤的劳动强度和安全风险,提高生产效率。

陈召煤矿外围区块可采煤层煤质特征及开采技术评价

基于陈召煤矿外围区块地质勘探资料和实验测试结果,对研究区内主要可采煤层的煤岩特征、工业分析、工艺性能及简易可选性等煤质特征进行剖析,并对主要可采煤层的开采技术条件开展评价。结果表明,研究区内主要可采煤层的宏观煤岩类型主要为半亮—光亮型,显微煤岩类型为微镜煤为主,次为微镜惰煤;一_(5)和二_(1)煤属中灰、低挥发分、中—中高硫、中—高热值无烟煤;一_(5)和二_(1)煤为较稳定煤层,一_(5)煤局部可采,二_(1)煤全区可采。评价了研究区的水文地质、工程地质及瓦斯、煤尘爆炸性、煤的自燃倾向性等开采技术条件,对煤矿安全开发较有利。

特厚煤层综放开采顶煤遗失机理及放煤步距优化数值模拟研究

为确定特厚煤层综放开采的合理放煤步距,探究放煤步距对顶煤遗失和回收率的影响机理,以塔山煤矿8222综放工作面为工程背景,采用CDEM颗粒-块体单元耦合数值模拟方法,建立考虑液压支架支撑作用的二维走向开采数值模型,研究特厚煤层综放开采放煤步距对遗煤形态、放煤漏斗、煤岩分界线等的影响,揭示“见矸关门”条件下的顶煤遗失机制,探索顶煤在采空区内随综放工作面循环推进的遗失规律。结果表明:随着综放工作面不断推进,液压支架上方的矸石提前到达放煤口,采空区一侧部分顶煤未能放出而留在采空区内,造成顶煤遗失;放煤步距对煤岩界面形态和煤岩相互侵入有显著影响,进而影响顶煤回收率和混矸率;通过数值分析、顶煤回收率和总回收量指标确定了塔山煤矿8222综放工作面12 m顶煤厚度下最佳放煤步距,为0.8 m。

浸润环境下煤体多态水分布及运移规律

掌握煤水两相体系中多态水分布及动态运移特征对评价煤层注水效果和煤层气开发利用有重要意义。利用低场核磁共振实验系统,在标定多孔介质中不同状态水分弛豫时间的基础上,对试验煤样进行了浸润实验和核磁共振CPMG序列测试,基于煤体多态水分布结果建立了煤体自由态水弛豫特征与润湿性的定量关系,依托动力学理论研究了煤体吸附态水峰面积随时间变化的规律,揭示了煤储层与水分子间微观作用机制。研究结果表明:吸附态水峰对应的弛豫时间在0.1~10 ms,纯自由态水峰对应的弛豫时间在800~10000 ms,多孔介质中自由态水的弛豫速率会加快,束缚态水峰位于吸附态水和自由态水峰中间;不同煤样的自由态水弛豫特征与其自身润湿性有紧密联系,润湿能力越强的煤样自由态水弛豫速率越快,弛豫时间越短,对应峰的左移能力越强;接触角θ与煤样的自由态水峰闭合所需浸润时间t及对应时刻自由态水峰值对应的弛豫时间T_(2)存在定量关系,符合θ=51lg T_(2)+2.4t^(0.3)-87;煤体吸附态水峰面积可以用来评估煤层注水降尘效果,其随浸润时间的变化规律符合一级动力学模型,煤粉表面仅存在一种吸附位点;煤体中发生的水分子吸附过程由2部分组成:主吸附过程受扩散作用控制,发生在煤体表面极性官能团上;次吸附发生在煤体外层吸附态水分子形成的吸附位点上,该过程形成的水分凝聚是水锁效应的成因。水锁效应能否产生与煤样自身润湿性强弱有较大关系。

厚煤层综放工作面自然发火治理技术研究

以主焦煤业2308工作面为对象,进行厚煤层综放工作面自然发火治理实践研究,在2308工作面煤自燃特性参数测试与分析基础上,选用采空区堵漏风+喷洒阻化液+注氮气技术措施综合治理方案。结果表明:2308面开采期间CO浓度未出现异常变化,未出现自燃升温迹象,消除了浮煤自然发火隐患,自然发火防治效果良好。

厚煤层坚硬顶板区段煤柱留设尺寸与失稳控制

为解决厚煤层坚硬顶板下煤柱合理尺寸与失稳控制难题,以榆树湾煤矿为背景,基于微单元图像识别技术定量表征了巷道非对称破坏特征,结合有限元法和解析法,确定了煤柱合理宽度并分析了顶、帮支护强度与煤柱宽度的关系,针对性提出了巷道非对称控制方案。研究结果表明:巷道呈现帮大顶小的破坏特点,帮部S形非对称破坏突出,应是重点控制对象;随着煤柱宽度减小,帮部所需支护强度越显著大于顶板,原方案下支护强度与煤柱宽度匹配失调,加剧巷道非对称破坏;以煤柱塑性区面积占比50%、弹性核区宽度3 m为阈值,煤柱的合理宽度下限为15 m;采用优化后的方案,巷道非对称破坏得到显著改善。研究结果可为类似工况下巷道控制提供借鉴。

煤矿开采区块综合评价与判识研究——以口孜东矿13-1煤层为例

为有效指导煤矿安全、高效开采,建立了矿井开采区块综合判识研究方法。以淮南煤田口孜东矿13-1煤层为例,选取构造、水害与瓦斯灾害作为一级评价指标,基于GIS平台分别建立了矿井地质构造复杂程度灰色模糊模型、顶板突水脆弱性指数模型、瓦斯突出变权TOPSIS模型及其相应数据库。以上述综合评价模型为基础,采用GIS重分类与图形层次叠加功能,将13-1煤层划分为了不利、威胁、可改造、较有利与有利开采区5个等级,其判识结果可为矿井煤炭开采规划与防灾减灾工作提供科学依据。

薄煤层采煤机牵引块双齿轮链轮结构优化设计

为解决采煤机因链轮结构磨损而影响其使用效果和寿命的问题,针对薄煤层采煤机牵引块双齿轮链轮结构展开优化设计。利用CATIA软件构建薄煤层采煤机三维模型,并通过数字化装配与干涉检查将链轮结构优化为整体化结构,变单链轮直接驱动为双链轮间接驱动;利用正交优化设计方法优化参数;将材料成分配方优化为18Cr2Ni4W(高强度中合金渗碳钢)。验证结果表明:优化后,在不同载荷与不同转速条件下,链轮结构磨损失重值均有所降低,可有效提高采煤机使用效果和寿命。

织金区块煤层气精细化排采制度及管控方法

煤层气的产出是一个排水降压采气的过程,排采是煤层气开发中十分重要的环节。织金区块煤层具有层数多、单层薄、敏感性强、含水性弱的特征,为提高纵向资源动用规模,通常采用多煤层合采的开发策略,但在实际生产过程中,多煤层合采易发生层间干扰,影响合采效果。因此,合理的排采制度及智能精细化管控对实现该区块煤层气资源规模效益开发至关重要。基于煤层气“连续、稳定、缓慢、长期”的排采原则,立足煤储层特点及煤层气井生产规律,精细划分排采阶段,优化防砂控粉工艺,创新智能控制系统,实现了煤层气井精细排采管控。

连续采煤配套设备分析及开采工艺参数优化

为解决块段式煤层所导致资源浪费问题,在对1#煤层长壁式开采方式残留的煤层进行开采,对所属工作面地质、煤层等条件分析的基础上,结合连续块段式开采工艺完成了巷道的合理布置,并通过理论计算和经验初步确定煤柱宽度,最后通过数值模拟手段对煤柱宽度进行优化,达到工作面安全开采效果的同时,最大化提升了资源回收率。

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。

基于块体离散元的厚煤层沿空巷道合理煤柱宽度分析

沿空巷道是煤炭资源绿色高效回采的重要技术,厚煤层中的沿空巷道矿压显现较为剧烈,具有其独特性。以范各庄矿2375工作面顺槽为工程背景,采用块体离散元计算程序UDEC模拟分析了不同宽度护巷煤柱条件下厚煤层中沿空巷道围岩的稳定性,确定了该矿地质条件下合理煤柱宽度为5.5 m。现场实践表明:采用该宽度煤柱护巷后,巷道断面率满足生产要求,验证了设计参数的合理性。相关研究成果可为类似赋存条件下的厚煤层沿空巷道设计提供参考借鉴。