准噶尔盆地深部与浅部煤层气储层物性特征对比分析

为了探讨深部与浅部煤层气赋存的差异,采集准噶尔盆地煤矿1500 m以浅煤样和煤矿钻孔1500 m以深煤样,通过资料搜集和室内测试分析了研究区深部与浅部煤储层物性特征的差异,最终得到以下结论:深部镜质组含量比浅部高,煤体结构更完整,储层改造性更强;深部比浅部含气量大,煤层气赋存状态由欠饱和状态逐步转变为超饱和状态,煤层气成因多样;浅部煤岩的渗流孔比深部发育,深部煤岩的吸附孔比浅部发育。浅部煤岩以外生裂隙为主,孔裂隙间连通性好;深部煤岩以内生裂隙为主,有矿物质充填裂隙,且深部孔隙度和裂隙密度比浅部小,渗透性较差。对比分析表明,准噶尔盆地深部煤层气比浅部富集性更优,具有较大开发潜力。但渗透性远不如浅部,且开发难度大,因此建议通过压裂改造与排水采气工艺技术相结合的方式促进深部煤层气开发。

深部与浅部煤层气储层物性及开发工程差异分析

以樊庄区块3口煤层气井和临兴区块1口煤层气井为研究对象,通过分析这4口井的储层物性参数和工程数据发现,随着深度的增加,储层压力、破裂压力、裂缝高度、平衡产水阶段的排采时间都随之增大,但是裂缝延伸长度随之减小。深部煤层和浅部煤层物性差异导致二者的工程差异性,相对于浅部煤层,深部煤层对开发工程具有更高的要求。

浅埋煤层群水库周边开采保护煤柱留设研究

针对神南矿区张家峁煤矿常家沟水库周边浅埋煤层群开采现状,将保护煤柱沿宽度方向划分为矿压影响区和有效隔水区,并提出对煤层群中的上煤层开采,矿压影响区采动对煤柱破坏和影响而形成的屈服区宽度,对于煤层群中的下煤层开采,煤柱留设的原则是保证上煤层的保护煤柱不受采动影响。

临近水库浅埋煤层防水煤柱留设宽度数值模拟

留设防水煤柱是临近水库煤层保水开采最为有效的方法,而如何确定防水煤柱留设宽度是当前迫切需要解决的问题。分析保水开采问题的流固耦合机理,建立流固耦合作用的控制方程,以张家峁矿井常家沟水库周边4^(-2)煤层开采为工程依托,采用数值模拟研究煤层采动对库岸边坡变形和孔隙水压力的影响规律,分析浅埋煤层开采覆岩采动破坏特性与岸坡失稳模式,进而提出防水煤柱的合理留设宽度。结果表明:当工作面临近库岸边坡时,库岸坡体先后出现向采空区侧倾倒转动和向水库方向滑移失稳的破坏模式;当坡面顶点产生反向水平位移且竖向位移急剧增加时,岸坡开始向水库方向滑移;当煤层顶底板孔隙水压力突变为0时,顶底板开始突水;取以上两种情况下较大煤柱宽度作为临界煤柱宽度,可以保证岸坡不出现失稳破坏且煤层顶底板不发生突水事故。在此基础上确定4^(-2)煤层防水煤柱宽度为109 m,工程实践证明该宽度可以保证安全开采。研究成果可为确定临近水库煤层开采的防水煤柱宽度提供理论支撑和实践依据。

张家峁煤矿水库周边开采保护煤柱合理留设研究

针对神南矿区张家峁煤矿常家沟水库周边4-2煤层大规模开采现状,将保护煤柱从防隔水功能上沿宽度方向划分为矿压影响区和有效隔水区。分别对矿压影响区宽度和有效隔水区宽度进行现场实测和理论计算,得出张家峁煤矿常家沟水库周边4-2煤层开采保护煤柱合理宽度为25 m。

采动裂隙突水溃砂过程物理参量变化特征试验研究

采动破断裂缝沟通上部浅埋松软岩层导致水砂混合物溃入井下,对矿井生产及相关工程设施的安全造成严重的影响,因此,研究浅埋松软岩层采动裂隙突水溃砂机制对认清突水溃砂灾害本质具有指导意义。首先,通过创建的裂隙内砂体突涌力学模型,分析了裂隙突水溃砂发生的极限平衡条件。其次,利用突水溃砂试验系统,借助流量传感器和孔隙水压传感器进行了不同初始水压条件下人工模拟裂隙内水砂溃涌试验,获得了流量、孔隙水压等参数变化特征,定量化分析了裂隙突水溃砂各阶段内水砂运移特征及各物理参量关联性变化特征。试验结果表明:裂隙内水砂溃涌全过程可以划分为4个阶段,即溃砂启动阶段、持续溃出阶段、淤积堵塞阶段和溃出平衡阶段。在第1阶段,流量瞬间增大,各监测点孔隙水压瞬间降低;在第2阶段,水砂逐渐充满通道内径,孔隙水压及流量基本保持不变;在第3阶段,通道内砂体发生部分淤积,造成流量逐渐降低,孔隙水压逐渐增大;在第4阶段可分为2种情况,一是当本阶段水压低于极限水压时突水溃砂停止,二是当高于极限水压时水砂突涌持续并稳定。一定初始压力下,发生运移的砂体具有一定的空间范围,距裂隙较远处孔隙水压的变化具有滞后性;随着初始压力的增大,裂隙通道砂体淤积堵塞所需时间降低,导致砂体持续溃出时间降低;初始水压达到阙值后,裂隙内水砂溃出体积率达到峰值且水压稳定。裂隙突水溃砂结束后,随着初始水压的增大砂体中部形成“塌陷坑”的空间分布范围存在增大的趋势。

浅埋煤层采空区岩体应力空间分布特征研究

基于浅埋煤层采空区岩体应力空间分布特征严重影响煤矿地下水库的稳定运营,选取神东矿区拟建地下水库22615面为研究背景,采用相似材料模型实验模拟浅埋煤层采空区覆岩运动规律;根据薄板挠度弯曲理论和Winkler弹性地基板原理,推导关键层下沉轨迹函数微分方程;结合岩石压实变形特性,进一步建立浅埋煤层采空区岩体应力空间分布数学模型,并开展实例应用和现场验证。研究结果表明:浅埋煤层采空区岩体应力分布与覆岩运动密切相关,裂隙带岩层以走向中心线为对称轴呈"∪"形沉降,对应垮落带岩体应力则表现为"∩"形变化;运用模型计算22615面采空区低应力区、应力恢复区和应力平稳区的走向长度为12.02,60.13,856.64m,倾向长度为4.21,21.08,300.37m,岩体应力为0,0~1.41,1.41MPa,与现场实测数据最大偏差为20%,较好地验证模型的准确性,为煤矿地下水库矿压控制及库容设计提供理论依据。