寺家庄矿15号煤的微孔裂隙特征研究

煤中微孔裂隙是影响煤层气储集和运移的关键储层物性参数,为了掌握寺家庄矿15号煤中微孔裂隙发育特征,利用扫描电子显微镜对其进行了大量观测和精细定量表征。结果表明:寺家庄矿15号煤中发育有气孔、铸模孔、溶蚀孔、摩擦孔、角砾孔及碎粒孔等六种不同成因类型微孔隙,且不同成因孔隙的大小、形态、充填情况及连通性等均有所不同;煤中可见张、剪性微裂隙及力学性质无法辨识的紊乱裂隙,裂隙类型及发育程度与煤体结构密切相关,且不同裂隙类型的形态、规模大小、展布及排列组合等不同。     

新元矿3号煤微孔裂隙特征研究

煤孔裂隙是控制煤层气吸附、解吸、扩散、渗流等的关键因素,其研究对井上下煤层气抽采具有重要指导意义。为了揭示新元矿3号煤微孔裂隙特征,采用扫描电镜对该矿3号煤微孔裂隙进行了观测研究。结果表明:新元矿3号煤中发育有气孔、角砾孔和摩擦孔等3种不同成因类型孔隙,孔隙的形态多样,孔隙大小一般为几百纳米至几十微米,孔隙基本不连通且被少量碎屑物充填,角砾孔连通性好但结构不稳定。煤中发育张裂隙和剪裂隙,裂口宽度一般为数百纳米至20μm,呈张开状且裂口中有少量煤屑所充填;张裂隙产状不稳定,延伸短且多呈弯曲状;剪裂隙产状稳定,定向延伸长;裂隙面粗糙程度不一,张裂隙面粗糙,剪裂隙面光滑平直。     

扫描电镜下寺河井田3号煤微孔裂隙特征研究

煤中孔裂隙控制着煤层气的储存场所和产出通道,其特征控制吸附、扩散、渗流等行为。文章采用扫描电镜对寺河井田3号煤层的微孔裂隙进行了观测和分析。结果表明:煤中存在气孔和角砾孔两种微孔隙类型,孔隙形态复杂多样,孔隙被充填现象严重,孔隙的连通性差;煤中以剪性微裂隙发育为主,多发育于原生结构煤中,张性裂隙少见且主要发育于碎裂煤中。裂隙面常见被粒状、片状等碎屑物及方解石脉所充填,在一定程度上影响了煤层的渗透性能。     

郑庄井田3号煤微孔裂隙特征研究

煤孔裂隙控制着煤层气赋存和运移,对煤层气生产实践具有重要影响。为了研究郑庄井田3号煤微孔裂隙特征,采用EVO 15型扫描电子显微镜对井田3号煤的微孔裂隙进行了观测和精细表征研究。结果表明:郑庄井田3号煤中微孔隙有气孔、铸模孔、溶蚀孔和角砾孔,不同孔隙的形态、大小和连通性等均不同。孔隙形态多样,孔隙大小一般几十纳米至几十微米,孔隙的连通性整体较差,常见碎屑物充填孔隙。煤中微裂隙为张裂隙和剪裂隙,张裂隙延伸短、产状不稳定、裂隙面粗糙、裂口基本为张开状。剪裂隙延伸相对较长、产状稳定、裂隙面光滑、裂口部分张开。张裂隙和剪裂隙被碎屑物和方解石脉充填现象常见,但剪裂隙被充填现象更严重。     

新景矿3号煤层不同煤体结构煤孔裂隙的扫描电镜研究

采用扫描电镜对新景矿3号煤层不同煤体结构煤的微孔裂隙进行了观测和分析。结果表明,不同煤体结构煤中微孔裂隙发育特征不同,随着煤体结构破坏程度加剧,煤由脆性变形转化为韧性变形,煤中裂隙性质亦由剪性裂隙向张性裂隙发育过渡,煤中孔隙类型由原生孔和变质孔向外生孔发育过渡;煤中孔裂隙常见粒状、片状碎屑物质附着于表面和充填于煤孔裂隙中,裂隙的渗透性和孔隙的连通性均较差。     

基于低温液氮吸附实验的寺河煤层气区块3号煤孔隙特征研究

煤孔隙特征对煤层气赋存、运移及煤层气开发具有重要控制作用,文章采用低温液氮吸附法对寺河煤层气区块3号煤孔隙特征进行了研究。结果表明:寺河煤层气区块3号煤孔裂隙系统极为发育且复杂多样,煤中孔隙主要为连通性和渗透性较好的四边开口的平行板状孔和两端开口的圆筒孔;煤中孔隙主要为过渡孔和微孔,使得煤比表面积总体较高;大孔及有效大孔不甚发育,孔容总体较小。     

潘庄煤层气区块3号煤多尺度裂隙特征

煤裂隙对煤层气赋存、运移和生产实践具有重要控制作用,是煤层气开发的重要研究内容之一。为探究潘庄煤层气区块3号煤多尺度裂隙发育特征,采用煤矿井下和煤芯大裂隙观测和统计、扫描电子显微镜煤微观裂隙观测相结合方法对煤多尺度裂隙进行了研究。结果表明:研究区3号煤中大裂隙较发育,煤中发育有3个不同走向的裂隙系,走向为150～160°的裂隙最为发育。裂缝间距变化范围广,裂隙密度级别为较密-密型,裂隙发育规模属于微型-中型,以小型裂隙为主;煤中可见张裂隙、剪裂隙两种微裂隙,二者的成因机制和发育特征不同。张裂隙延伸短、产状不稳定、裂口基本为敞开状、裂隙面凹凸不平。剪裂隙延伸相对较长且延伸有规律、产状稳定,裂隙面光滑平整。张裂隙和剪裂隙均具有多种形态,裂口常见碎屑物质和部分裂口被方解石脉充填。     

基于X-CT技术不同煤岩类型煤储层非均质性表征

为了深入探究煤岩类型与煤储层孔裂隙的耦合关系,表征韩城矿区煤储层孔隙纵向非均质性,选取了韩城矿区4种煤岩类型的煤样,采用X射线层析扫描技术,模拟和重构了韩城矿区煤储层内部孔裂隙、煤岩基质和矿物的形态与空间分布格架,建立了三维立体重构模型,实现了对不同煤岩类型孔裂隙分布的三维可视化精细表征。试验结果表明:不同的煤岩类型,孔裂隙的发育程度不同,但CT变化值较为一致,基本呈双峰分布,相较于半亮煤、半暗煤和暗淡煤,光亮煤孔裂隙发育程度最高,孔隙分布非均质性最强,孔裂隙连通性最好,并且从光亮煤到暗淡煤,呈现出孔裂隙的发育程度和连通性逐渐变差,矿物充填程度和小孔含量逐渐升高的趋势。     

赵庄井田3号煤孔隙特征研究

煤孔隙特征对煤层气赋存和运移具有关键作用,是煤层气勘探开发的重要基础理论和研究热点之一。为了研究赵庄井田3号煤孔隙特征,采用低温液氮吸附试验。结果表明:受多地质因素影响,不同样品煤孔隙特征表现出显著的分形现象,孔隙系统相对复杂、形态多样、连通性和渗透性较差;不同尺度孔隙均有发育,介孔最为发育,微孔和大孔发育一般;介孔的孔比表面积占绝大部分,微孔次之,大孔最小;孔容仍以介孔为主,大孔次之,微孔最小。     

祁南矿区8煤储层孔裂隙性试验分析研究

借助压汞试验分析,研究了祁南矿区煤田煤储层孔、裂隙系统发育情况,发现该区煤储层孔、裂隙系统具有:①微裂隙非常发育,多以宽度小于5μm,且长度小于300μm的裂隙为主体;②孔隙度较小,且孔隙类型中吸附孔(0～100 nm)远比渗流孔(大于100 nm)发育;③吸附孔多为连通性较差的一端封闭的平行板毛细孔.这种两极、双峰分布的孔隙裂隙系统结构有利于煤层气的聚集,但对煤层气的开采不利.     

基于压汞法的赵庄矿不同煤体结构煤的孔隙特征研究

选取赵庄矿3号煤层4种不同煤体结构煤的煤样,采用压汞法研究分析其煤体孔隙特征。实验表明,随着煤体破坏程度的增大,大孔孔容占比呈下降趋势,中孔、小孔孔容占比呈上升趋势,煤岩渗透性随之减小。原生结构煤、碎裂煤存在相当数量的封闭孔或孔径在纳米级以下,孔隙连通性差;碎粒结构煤孔隙连通性稍好,退汞效率在4种煤体结构中最高。     

基于微量元素特征及Fisher判别函数的寺河矿煤层识别方法

为准确识别采掘过程中发现的构造煤层位,采用刻槽法现场取得寺河矿7个煤层40个煤层样品,密封保存并经前置处理后,用微波消解法对煤样进行消解,采用电感等离子体质谱法测定了样品中的40种微量元素含量,分析含量分布图,初步得出各煤层的微量元素种类和含量特征。同时,利用SPSS分析软件对1 600个测试数据采用类间平均链接法进行聚类分析,并绘制了聚类树状关系图,根据类间距离和样本间的距离大小确定了判别分析的典型解释变量,并建立了煤层识别的Fisher判别函数。研究认为,寺河矿煤层识别只需采用电感等离子体质谱法测定待判别煤层煤样中的9种微量元素含量（典型解释变量）,运用Fisher判别函数计算后,其函数值最大者即为待判别煤样的所属煤层类别,该方法在寺河矿现场成功应用于8号煤不同分层的识别。     

综采一次采全高覆岩导水裂缝带高度综合探测及其演化分析

为了保证煤矿的安全生产,采用钻孔冲洗液漏失量观测和钻孔彩色电视系统2种方法,对何家塔煤矿5-2煤层采后不同时期覆岩导水裂缝带高度特征进行了综合探测;同时开展了厚煤层分层开采及厚煤层放顶煤开采统计公式法与实测结果的差异性特征分析及其适应性论述;并对采后不同时期覆岩破坏裂缝带高度演化特征进行了分析。研究结果表明:何家塔煤矿5^-2煤层采后覆岩破坏导水裂缝带高度为74.33 m,裂采比为21.24。厚煤层分层开采公式法和厚煤层放顶煤公式法计算结果与综合探测法实测结果相对误差分别为36.23%和7.62%。在没有现场实测数据的前提下,研究区覆岩破坏导水裂缝带高度可参考厚煤层放顶煤开采公式计算。停采时间相对较短情况下,覆岩导水裂缝带高度发育较大,裂缝规模较为明显,随着停采时间的推移,由于压实作用,覆岩导水裂缝高度会逐渐降低,裂缝规模逐渐减小。     

煤层注水在瓦斯灾害治理中的研究与应用

为消除鹤煤三矿采煤工作面瓦斯突出危险,在已有相关理论研究的基础上,建立了注水情形下煤层破坏的流固耦合瓦斯抽采模型,详细阐述了煤层破坏、自由水运移、瓦斯压力变化三者耦合作用关系,分析了裂隙自由水运移影响下注水钻孔塑性区变化过程。模拟结果表明:外界自由水的注入对煤层破坏效果显著。首先随着自由水的注入,扩大了钻孔塑性破坏区范围,降低了自由水润湿区域内煤层弹性模量等参数,促进了自由水在裂隙内的运移。其次,伴随自由水压力的升高,自由水逐渐进入煤层深部,提高了裂隙空间内自由水饱和度,抑制了煤层内瓦斯解吸、扩散过程,减少了瓦斯的释放。通过现场实践表明,两者变化趋势一致,因此该模型可用于瓦斯灾害治理。     

阳泉新景煤矿构造煤发育地质模式研究

在新景煤矿构造煤变形特征与发育类型分析的基础上,结合井下煤壁煤体结构观测,探讨了构造煤发育的地质模式。研究表明:新景煤矿3号煤层发育有7种类型的构造煤,同时具有7种构造煤发育地质模式。3号煤层夹矸层附近构造变形强化区和古河流冲刷带构造变形强化区常见有揉皱煤、鳞片煤、碎斑煤和碎粒煤等强变形构造煤类型发育,15号煤层整体构造变形较弱,局部正断层构造变形增强区和逆断层挤压强化变形区可造成碎斑煤和碎裂煤的发育。     

注CO2与煤中矿物反应渗透率变化规律

以晋城矿区寺河井田为研究对象,借助扫描电镜和X射线衍射仪得出煤中矿物成分和充填方式;基于煤储层几何模型结合渗流理论,构建了煤体原始渗透率和矿物溶解后渗透率变化的数学模型;在对寺河矿孔径分布、不同矿物溶解度测试基础上,探讨了注CO2后与煤中不同矿物反应渗透率的变化规律。研究结果表明：煤中矿物主要为黏土和碳酸盐矿物;煤中矿物主要以薄膜状附着和完全或半充填于煤层裂隙2种充填方式存在;不同矿物溶解、沉淀时间差异性导致注CO2后煤储层渗透率呈现先增加后减小趋势;在矿物含量相同条件下,在大孔径孔裂隙中附着或充填的矿物含量越高,矿物溶解后煤储层渗透率增加越多。煤层注CO2后煤层渗透率变化实验测试一定程度上验证了数学模型的可靠性。     

弱透气性煤层受岩石下保护层开采影响卸压增透效果研究

针对平煤股份十矿大埋深弱透气性煤层下保护层开采工程,采用岩石破裂损伤理论和有限元计算方法,研究了被保护层变形规律、应力演化过程、卸压保护范围及瓦斯抽采效果。结果表明,随着保护层工作面的推进,其上覆煤岩体同时发生拉伸应力和剪应力破坏,被保护层大量的裂隙扩展发育,孔隙率大幅提高;随着保护层的开采,被保护层呈现出压缩和膨胀的变化规律,位于保护层采空区中部上方的被保护层变形最大,变形膨胀率最大,因此有利于煤层的卸压增透和瓦斯的抽放;岩石保护层开采后对被保护煤层沿倾斜方向预计保护范围卸压角为78°。工业试验显示:在己_15-16-24130岩石下保护层开采后,上覆己_15-16煤层变形膨胀率在0.62%~1.54%,己₁₇煤层变形膨胀率在1.71%~3.67%;在预计保护范围线位置测定的煤层最大综合残余瓦斯压力为0.42 MPa,最大残余瓦斯含量为4.210 7 m³/t。证明预计保护范围是可靠的,为平煤十矿下保护层开采区域瓦斯治理技术的推广应用提供了可靠的依据。     

高瓦斯矿底板岩巷快速掘进岩层层位选择

寺河矿西井区3号煤层由于瓦斯含量高、涌出量大,为加快岩巷进尺速度,通过底板岩巷岩层性质分析,开展高瓦斯矿井大采高工作面底板岩巷层位选择技术研究,结果表明:将原底板岩巷沿5号煤掘进变更为沿K₆灰岩掘进。原底板岩巷沿5号煤掘进平均进尺为2 m/d,巷道月进尺为60 m,底板岩巷K₆灰岩掘进平均进尺为5 m/d以上,巷道月进尺为150 m左右。按照底板岩巷对掘贯通,提前6.4个月完成底板岩巷的掘进,打破寺河矿采掘衔接紧张局面。变更层位之后按照提前6.4个月底板岩巷掘进到位,省去人工费用合计640万元。由于5号煤顶板为K₆灰岩,属坚硬岩石,变更后底板岩巷打钻将不穿过K₆灰岩岩层,加快了打钻速度,降低施工强度。通过对岩巷层位选择技术研究,对寺河矿岩巷掘进以及岩巷层位选择提供了依据。     

变流量缝网压裂技术在松软煤层中的研究与应用

水力压裂是提高煤层瓦斯抽采效率的常用增透措施之一,在常规水力压裂的基础上,根据松软煤层缝网压裂的机理及力学原理,推导出了含天然裂隙的松软煤层产生缝网,需施工裂缝内的净压力大于煤储层水平应力之间的差值,同时对裂缝进行模拟,得出变流量注入可以提高裂缝内净压力,形成缝网结构,并在平煤十二矿己₁₅-31040采面进行水力压裂现场试验。试验结果表明:采用变流量缝网压裂水力压裂保压压力、累计注水量等相关参数以及单孔瓦斯抽采浓度、纯量均高于原始煤层及稳定流量常规压裂,说明变流量缝网压裂增透效果明显较好,该方法可以作为水力压裂增透技术借鉴的一种方法。