基于分区弱化的复合坚硬顶板冲击地压分段压裂区域防治研究

针对复合坚硬顶板联动效应引发的冲击地压灾害,基于复合坚硬顶板的赋存特征,结合弹性力学理论,分析了高-低位坚硬顶板矿压显现特征,建立复合坚硬顶板破断形态和断块铰接形态判识的力学模型,分析了复合坚硬顶板岩层破断形态,研究了复合坚硬顶板协同破断机制,揭示了协同破断易释放巨大的冲击动能,形成冲击灾害的原理。依托坚硬顶板分区降能的弱化防治理念,提出了煤矿井下定向长钻孔裸眼分段水力压裂“高-低”位协同超前区域防治冲击地压灾害技术模式,并设计了错步式分段压裂段工程布置。工程试验得出：复合坚硬顶板高、低位定向钻裸眼分段压裂协同弱化后,顶板微震事件频次、总能量、顶板来压步距及来压范围分别降低42.17%、31.07%、 33.69%、57.14%,合理有效防治了复合坚硬顶板冲击地压灾害。通过顶板分段水力压裂实施,顶板岩体被压裂成若干小块时,大幅降低了蓄积能量,并伴随压裂成缝过程的能量损耗,实现了复合坚硬顶板的分区分段可控破断距的垮落,实现顶板应力的转移、消散及动力灾害有效控制,为同类地质条件下冲击地压灾害区域弱化治理提供技术借鉴。     

沁水盆地南部煤层气井排采伤害判别模式

为分析煤层气排采生产过程中储层伤害对煤层气井产能的影响,以沁水盆地南部成庄区块为例,对22口煤层气井排采生产特征进行了分析,划分了高、中、低产井和产水井,界定了不同产能井排采伤害发生的时间,建立了煤层气井的排采伤害判别模式。研究结果表明:成庄区块高、中、低产井和产水井排采前期易产生速敏效应,中期是地层气锁的高发期,后期会出现应力闭合伤害;3种主要排采伤害中,气锁发生的可能性比煤粉堵塞要大,速敏出现概率又比应力闭合大;高产井在生产过程中一般会发生一种类型的伤害,中产井中出现2种伤害类型的几率增大,低产井与产水井多为多种伤害类型组合甚至出现伤害的耦合效应。     

保德煤矿定向长钻孔区域瓦斯抽采布孔方案试验研究

为解决高瓦斯矿井高强度开采条件下,煤层瓦斯预抽效率低、难度大、钻孔集中度差的问题,以保德煤矿81311工作面为试验区,基于COMSOL数值模拟软件建立定向长钻孔瓦斯抽采模型,根据钻孔抽采达标判定依据,通过模拟分析在不同布孔间距下煤层瓦斯压力随抽采时间的变化规律,优选布孔方案并进行工作面长钻孔区域预抽试验。研究结果表明：在相同孔径和抽采负压条件下,沿工作面走向定向长钻孔布孔间距为20、27、35 m时,抽采达标分别需123、215、357 d;对布孔间距为27 m的本煤层定向长钻孔抽采方案进行了现场试验,瓦斯抽采纯量随时间呈现初期指数式上升、中期波浪式上升、后期快速衰减的阶段性规律;实测抽采350 d单孔平均瓦斯抽采纯量为1.669 m³/min,预抽250 d抽采纯量峰值为2.680 m³/min,瓦斯抽采衰减系数小。     

新集一矿11_2煤层构造煤分布规律及成因分析

为了掌握新集一矿112煤层构造煤分布特征及成因,根据钻孔测井曲线,结合钻孔资料揭露情况,对112煤层各钻孔构造煤厚度鉴定、统计,并绘制构造煤层厚度等值线,在此基础上对112煤构造煤层的分布特征进行分析。分析结果表明:矿井内112煤层的构造煤普遍发育,尤其是在以F10断层为核心的断层带发育区域,以及向斜核部位置内,构造煤厚度较其他区域加大。构造煤发育受受阜凤推覆构造前期形成影响,并受后期断裂构造与褶皱的改造影响。     

黄陵矿区煤矿井下围岩喷涌气体致灾机理及防治措施

鄂尔多斯盆地南缘黄陵矿区黄陵一号等煤矿在采掘过程中出现井下围岩大量气体喷涌现象,导致矿井停采停掘,对煤矿安全生产构成严重威胁。为了揭示喷涌气体的成因及致灾机理,以地面钻孔补充勘探和钻探资料及围岩气体地球化学参数测试数据为基础,采用气样地球化学特征分析、热演化史模拟、烃源岩对比、运移通道识别等多种方法,查明围岩气体的砂岩储集层平面及剖面分布特征,研究区内异常致灾围岩气体的成因类型和来源,分析围岩气体异常喷涌的致灾机理,建立以顶底板砂岩探抽为主的分源综合立体抽采防治模式。研究结果表明:(1)该区煤矿井下围岩气体喷涌具有突发性、隐蔽性、涌出集中和涌出量大等特点,涌出气体主要成分为甲烷,气体主要来源于围岩;(2)顶、底板围岩气体主要为原油伴生热解成因的油型气,生气源岩为上三叠统延长组长7等段腐泥型主力烃源岩,经燕山运动形成的北东向基底断层及其周围大规模垂直裂缝运移而来;(3)油型气主要储集砂岩层呈区带式分布,受构造和岩性双重控制;(4)针对围岩油型气以游离态储集在砂岩中、由采动裂隙导通涌出的特点,采用分源综合立体抽采的防治模式进行围岩气灾害治理,取得了良好的治理效果。     

榆横北区中深埋煤层开采水力压裂技术实践

陕北侏罗纪煤田榆横北区内的矿井大多数处于初期开发阶段,且区内的煤层赋存条件差异较大,在其西侧中深埋矿井的矿山压力规律、顶板管理手段等方面的经验不足。为了探索该区域首采的2号煤层开采后,其坚硬顶板卸压、围岩释压等技术问题,以巴拉素煤矿为例,结合长距离定向钻和短距离常规钻的水力压裂技术,通过分析压裂数据曲线、相邻钻孔及锚索的出水情况及孔内窥视结果,对2102首采工作面切眼顶板水力压裂工程进行研究。结果表明,区内2号煤层顶板坚硬,煤层回采后自然垮落难度较大,采用长短钻结合的水力压裂技术,可有效释放煤层顶板的压力,解决矿压集中及悬顶的隐患威胁,确保工作面的安全开采。该水力压裂技术实践可为后期矿井相关矿压管理工作提供依据和借鉴。     

厚煤层综放开采覆岩动力灾害原理及防治技术

随着我国煤炭开采深度的不断增加,冲击地压等煤岩动力灾害日益加剧,严重影响到煤矿安全生产。综合采用理论分析、装备研发,技术开发、工程实践等方法,研究了厚煤层综放开采的覆岩运动特征、动静叠加载荷作用下冲击动力灾害发生原理,提出了坚硬顶板多点拖动式分段水力压裂冲击防治方法,并在神东布尔台煤矿开展了工程应用。结果表明:综放开采中-低位关键层破断方式逐渐由悬臂梁式过渡为砌体梁式,控制采掘扰动形成的动载荷,改造覆岩破断形式是解决冲击动力灾害的关键。通过顶板分段水力压裂弱化技术实施,压裂最高压力30.7 MPa,破裂压降最大达10.0 MPa,出现3.0 MPa以上压力降200余次。单个压裂钻场弱化影响范围达走向300m,倾向230m;压裂后顶板来压步距、动载系数、最高压力较未压裂段分别降低了20.00%～69.70%、5.79%～7.90%、13.44%～18.37%,验证了顶板弱化的有效性。     

GIS空间叠加下模糊优化法的页岩气有利区预测

在综合储集层、经济效益、资源规模等因素的基础上,借鉴北美页岩气有利区勘探相关研究成果,结合淮南煤田山西组页岩地球化学、沉积等特征,筛选出8个影响因素作为页岩气有利区评价优选指标,并建立相应的页岩气有利区评价模型。通过层次分析方法确定了淮南煤田页岩气有利区评价指标的权重,采用统计类比法、待定系数法和模糊优化技术,确定各个评价参数的隶属度。以模糊优化评价方法为基础,结合GIS空间叠加技术,对淮南煤田山西组页岩气有利区进行综合评价和预测。研究结果表明：淮南煤田山西组页岩气有利区可以分为4类,最终优选出研究区东南区域、古店乡—顾桥乡—桂集乡—刘集乡一带及杨楼乡一带为页岩气优等有利开发区。     

淮南潘谢矿区二叠系泥页岩构造热演化特征

采用镜质组反射率古温标和古热流法恢复了淮南潘谢矿区晚古生代以来的埋藏史、构造沉降史和二叠系泥页岩的热演化史,并探讨了其生烃的地质意义。研究结果表明:淮南潘谢矿区二叠系经历了早二叠世-中侏罗世末期的稳定沉积阶段、晚侏罗世早期-白垩纪末期的迅速抬升阶段、古近纪早期-古近纪中末期的重新沉积阶段、古近纪中末期至新近纪末期的抬升稳定阶段及第四纪早期以来的缓慢的沉降过程;盆地地温演化与构造埋藏-沉降史过程相一致,古热流经历了二叠纪至侏罗纪末的稳定阶段、晚侏罗世末期至古近纪中末期的迅速降低阶段、古近纪中末期后的平缓稳定阶段。二叠系烃源岩从二叠纪中晚期至中侏罗世进入成熟期的早期-中晚期,至晚侏罗世末期热演化终止;页岩气形成过程包括早二叠世-晚侏罗世生物成因气和热成因的伴生湿气生成、晚侏罗世-白垩纪末期气藏的再次补充与整体构造破坏、古近纪早-中末期局部层位的热成因气和生物气生成、古近纪末期至新近纪末期构造抬升的再次破坏4个阶段;研究区不同钻孔二叠纪地层埋藏和抬升时间一致,因沉降程度和抬升剥蚀速率的细微差异导致沉降埋藏和抬升剥蚀程度、热演化程度有所差异,但生烃过程总体一致。