煤矿外围(深部)影响煤层瓦斯赋存的地质因素

煤层瓦斯的运移和赋存在开采过程中占有很重要的地位,其影响因素也是多种多样。为查明影响淮南潘集煤矿外围(深部)瓦斯赋存的地质因素,利用潘集煤矿外围勘查区勘探钻孔及煤样测试资料,结合潘集煤矿采掘实见资料,对影响瓦斯赋存的地质构造、煤层顶底板岩性、煤变质程度、煤层埋深、煤系地层的含水性等地质因素逐一分析,同时根据周边矿井生产实测资料,预测深部瓦斯赋存及分布规律。研究结果表明:地质构造(主要为断层和褶曲)、煤层顶底板、煤层埋深以及煤的变质程度是影响潘集煤矿外围(深部)瓦斯赋存的主要地质因素,且共同决定了本区煤层高瓦斯含量、高瓦斯压力及高地应力的特征。研究成果为进一步的采掘部署和瓦斯防治工作提供理论依据。     

金能煤矿瓦斯赋存规律研究

矿井瓦斯的生成、运移、赋存及释放,同地质历史时期的各种变化紧密相关,煤体中赋存瓦斯的多少不仅对煤层瓦斯含量大小有影响,而且还直接影响到煤层中瓦斯流动及其发生灾害的危险性大小.如今煤层中所保存的瓦斯含量取决于瓦斯向地表运移的条件与煤层储存瓦斯的性能,瓦斯的赋存与该区域地质构造、埋藏深度、煤层厚度等都有很大关系,瓦斯治理工作是矿井安全工作的重点之一.研究清楚现阶段瓦斯的赋存规律,对于进行防治煤与瓦斯突出、预测下一开采水平的瓦斯分布规律及瓦斯突出危险性都有重要的指导意义.文中提出目前影响煤层储气的条件有区域地质构成、采矿工作、煤层顶底板泥岩厚度及煤层埋藏深度、上覆基岩厚度.为了能够超前防治矿井瓦斯灾害,通过讨论目前影响煤层瓦斯含量的主要因素和瓦斯赋存的地质因素,分析煤层瓦斯含量和瓦斯涌出量影响因素,研究了金能煤层瓦斯赋存和瓦斯涌出规律,根据这些影响因素再结合煤层瓦斯赋存状况以及煤层瓦斯的储量的概述对金能煤矿做出了瓦斯赋存规律的研究分析.     

低透气性煤层的渗透率试验与瓦斯抽采技术

为揭示渗透率及孔隙率结构对低透气性煤层瓦斯抽采的影响,采用理论分析和试验研究方法,针对集贤煤矿9#煤层西二采区四片工作面瓦斯异常涌出与浓度超限的问题,在对工作面瓦斯的来源和向斜构造对瓦斯赋存的影响分析的基础上,实验室采用自压式三轴渗流测试装置测定了不同方向煤样试件的渗透率,应用低场核磁共振测试系统对孔隙结构分布规律进行研究,采用径向流量法对透气性系数进行测定.研究结果表明:煤层渗透率随瓦斯压力增大而降低,且表现出各向异性特征;煤层孔隙发育程度低,则渗透率降低,瓦斯渗透能力较差,吸附瓦斯含量较大,揭示了渗透率对低透气性煤层瓦斯抽采和抽采率影响较大.研究结论对低透气性煤层卸压增透措施和瓦斯抽采钻孔参数的选择具有理论指导意义.     

深部开采条件下煤和瓦斯突出机理的研究

分析了温度对煤体强度、煤吸附和解吸瓦斯能力的影响及煤层渗透性随应力变化的规律.在此基础上提出深部开采条件下煤和瓦斯突出发生的机理,建立温度、应力、渗流三场耦合的数学模型,并对温度、应力、孔隙瓦斯压力对突出的影响进行分析.     

勃利盆地影响瓦斯抽放的地质因素

为研究影响勃利盆地瓦斯抽放地质因素问题;通过分析影响瓦斯抽放的煤层孔隙性、渗透性、瓦斯压力、围岩储层物性特征和地质构造特征,得出勃利盆地煤层孔隙多以微小孔为主,煤层吸附瓦斯量较多,游离瓦斯较少,瓦斯释放困难;煤层渗透率不高,瓦斯压力较小,瓦斯运移困难,不利于瓦斯抽放;围岩储层瓦斯含量低,渗透率低,瓦斯抽放效果不理想,综合得出勃利盆地的地质条件不利于瓦斯抽放.煤岩裂隙在现今应力场下表现为张扭性,是瓦斯运移的主要通道,为治理瓦斯,采用超前抽放,在加密布置抽放孔的同时,抽放孔应沿着NE-SW向钻进,才能获得良好的效果.     

基于温度作用下含瓦斯煤渗透率动态演化模型的修正及试验研究

对含瓦斯煤渗透率影响因素进行分析,得到了基于温度、瓦斯压力、瓦斯吸附膨胀的有效应力计算公式.从渗透率影响因素之间的相互作用出发,通过克拉伯龙方程给出了温度增量引起瓦斯压力变化,瓦斯压力导致煤基质压缩及吸附膨胀应力改变,由此改进了有效应力计算公式.以Kozeny-Carman方程为桥梁,修正了煤体峰值前,压缩条件下考虑温度、瓦斯压力及吸附膨胀相互作用影响的渗透率动态演化模型.利用自制实验系统对温度作用下含瓦斯煤渗透性进行测试,得到含瓦斯煤渗透率与温度变化符合负指数函数分布,对比修正后的模型计算数据发现其与试验数据有很好的一致性.研究成果为温度作用下含瓦斯煤渗流的多场耦合问题提供一定的理论基础.     

考虑温度和滑脱效应的煤渗流应力耦合模型

温度变化、滑脱效应、有效应力等对煤层变形和瓦斯流动耦合机制的影响规律是煤层瓦斯突出灾害防治、煤层气抽放设计等工程中的关键。从吉林华兴矿取原煤,粉碎后制备型煤试样,利用自行研制的三轴渗流应力温度耦合实验装置开展了三轴气渗流试验,研究了孔压、有效应力及温度对型煤渗透率的影响规律,结果表明:1)低孔压条件下,随着孔压增加煤样渗透率减小,当减小至某一临界值后,渗透率再随孔压增加而缓慢增长,即表现为所谓的滑脱效应。2)有效围压对煤的渗透率有很大影响,围压增加,煤样所受有效应力增大,煤样内的孔隙和裂隙空间被压缩,瓦斯的渗流通道变窄,渗透率降低。3)温度变化对煤的渗透率有显著影响,温度升高,煤的渗透率降低。这主要是由于温度升高使得煤样体积膨胀,由于周围的约束使得煤样内部出现温度压应力,煤的孔隙和裂隙空间被压缩,试样的渗透率降低。同时,温度升高使得甲烷气体黏性增强,加剧了煤的渗透率降低的趋势。温度变化对煤渗透率的影响近似服从线性关系。4)建立了考虑温度变化、有效应力及滑脱效应影响的煤渗透率演化方程。将煤视作弹性介质,结合有效应力原理和本文的煤渗透率演化方程,建立了考虑温度变化、滑脱效应影响的煤变形和瓦斯流动耦合数学模型,在Matlab软件下开发了相应的有限元程序。通过数值算例研究了温度变化和滑脱效应对煤变形和瓦斯流动的影响规律,结果表明:1)若不考虑温度变化和滑脱效应的影响,将偏于低估瓦斯流动能力,在煤变形和瓦斯流动耦合分析中应考虑温度变化和滑脱效应的影响。2)本文建立的模型能较好地考虑温度变化、滑脱效应和有效应力对煤层瓦斯流动的影响,从而为煤层瓦斯运移预测提供了一个新的思路。     

煤体结构对矿井瓦斯灾害的影响研究

煤体结构的变化直接影响矿井瓦斯的赋存与运移规律,从而影响矿井瓦斯灾害的形式和灾害后果的严重程度.采用压汞法研究了韩城矿区煤体结构,并结合三轴渗透仪测试了煤层瓦斯渗透率及瓦斯吸附实验结果,研究了煤体结构对韩城矿区瓦斯危险性和灾害形式的影响,得出韩城矿区北区和南区3#煤层的差异及北区3#与11#两个不同煤层结构不同,导致煤层瓦斯渗透率、瓦斯吸附能力不同,因而瓦斯涌出规律、瓦斯灾害形式不同,为该矿区矿井瓦斯灾害的防治提供理论依据.表7,参8.     

结构异性煤体渗透率特性

 煤渗透率是研究瓦斯渗流特性及运移规律的关键参数, 而煤体结构各向异性导致渗透率具有明显的方向性。利用煤岩瓦斯渗流试验系统, 对不同变质程度煤样试件在面割理和端割理方向上, 进行不同瓦斯压力下的渗透率测试, 并根据等效驱替原理, 建立各向异性煤体渗透率的计算模型, 数值分析了煤体渗流的定向性特征。结果表明:在煤体面割理和端割理方向, 渗透率均随瓦斯压力增大成负指数减小;面割理方向的瓦斯渗透率与端割理方向相差可超过1 个量级, 且煤的变质程度越高, 差别越明显。随瓦斯压力增大, 煤的瓦斯渗流定向性系数峰值增大, 煤层瓦斯渗透定向性增强。在相同瓦斯压力下, 煤的变质程度越低, 煤层瓦斯渗透定向性越弱。     

各向异性和非均质性对煤层抽采钻孔瓦斯渗流的影响作用机制

为提高深部煤层瓦斯抽采效率,研究抽采钻孔周围煤体的瓦斯渗流规律十分关键。文中基于煤体的各向异性和非均质性,考虑煤体应力变形场和瓦斯渗流场的交叉耦合作用,分析了煤层抽采中水力割缝钻孔周围瓦斯压力以及渗透率的时空演化规律。结果表明:煤体的各向异性和非均质性影响割缝钻孔周围的瓦斯渗流规律。对于瓦斯压力的变化,平行层理方向瓦斯压力降幅大于垂直层理方向,抽采影响范围分布呈现"椭圆形",煤体各向异性表征明显。对于渗透率的变化,平行层理方向的煤层渗透率高于垂直层理方向,抽采初期渗透率的增加幅度较快,随后逐渐减缓,渗透率变化曲线呈现不规则"锯齿形",煤体非均质性表征明显。将数值模拟结果与杨柳矿4~#钻场瓦斯抽采的实际监测情况相互对比,现场实测的瓦斯抽采情况与模拟得到情况基本吻合,从而验证了数值模拟的合理性及工程适用性。     

低渗透煤层注入超临界二氧化碳渗透性试验研究

为了提高低渗透煤层中煤层气的采收率,利用煤岩体典型的双重介质结构特征和超临界CO2具有表面张力为零、粘度低、扩散度和溶解能力强的特性,对超临界CO2注入低渗透煤层煤样的渗透性规律进行试验研究。结果表明：在超临界状态下,煤样渗透率和渗透系数均随有效体积应力的增大呈负指数递减;渗透率随孔隙压力的增大呈指数变化规律,趋势受粘度和孔隙压力之间关系的影响;渗透系数随孔隙压力的增加呈正指数递增规律;渗透率和渗透系数均随温度的升高呈负指数降低规律。此外,在注入超临界二氧化碳后,煤样的宏观和微观上均发现大量网状裂隙带和孔隙带,对提高低渗透煤层渗透性具有良好的效果。     

贺西矿高瓦斯综采工作面瓦斯参数测定

对贺西矿高瓦斯综采工作面煤层瓦斯基础参数测定过程,测定方法和计算方法进行阐述,并确定贺西矿3#煤层瓦斯压力、瓦斯含量、煤层透气性系数、钻孔瓦斯衰减系数等参数,这些基础数据是煤矿进行防治瓦斯和防突工作的重要依据.     

赵官煤矿矿井瓦斯基本参数测试与分析

应用理论分析和现场实测方法,探讨了赵官煤矿主采煤层瓦斯压力、钻孔瓦斯流量、煤层瓦斯含量和煤层透气性系数等参数,为研究煤层瓦斯的流动规律、煤层瓦斯抽放提供了科学依据,对赵官煤矿矿井瓦斯综合治理具有重要的指导意义。     

基质收缩效应对含瓦斯煤渗流影响的实验分析

以山西晋城煤业集团赵庄矿和寺河矿的煤层原煤为研究对象,利用自主研制的含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流实验装置,通过保持有效应力恒定以消除其引起的渗透率变化,并同时考虑到滑脱效应对渗透率的影响,进行了He和CH4在不同气体压力条件下煤渗透率的平行实验,定量考察了煤基质收缩效应对煤岩渗透率的影响。实验结果表明：1）在低瓦斯压力条件下,煤渗透率表现出较显著的滑脱效应,且随着瓦斯压力的增加,煤样的渗透率呈现出先减小后增大的趋势,赵庄矿和寺河矿煤样的滑脱效应拐点均为0.9 MPa左右;2）当有效应力恒定时,随着瓦斯     

基于多元回归分析的瓦斯灾害预测

为了解决瓦斯灾害给煤矿带来的安全生产问题。以多元线性回归方法为基础,通过对铁法大刑矿4_(-2)煤层含煤岩系的沉积环境,岩性组合特征,煤层顶、底板岩性及其隔气、透气性能、煤的变质程度、区域地质构造、水文地质条件、火成岩的侵入与覆盖作用、以及煤层埋藏深度影响因素进行分析,对未采区煤层瓦斯涌出量进行预测。研究结果表明,矿井开采煤层瓦斯突出危险区域主要为煤层瓦斯含量较大的地质构造与火成岩体破坏相组合的块段。该成果对大兴矿的安全生产具有重要的现实意义。     

高透气性煤层瓦斯治理方法初探

以塔山煤矿8103综放工作面为例,介绍了大产量、低瓦斯含量、高透气性煤层的瓦斯治理经验。通过对煤层初始瓦斯涌出量和衰减系数的测定,计算出本煤层钻孔抽放的不合理性,指出高位巷道密闭抽放是瓦斯治理的最佳选择。     

水射流卸压增渗及抽采瓦斯效果的渗流力学数值解

为提高低渗煤体的瓦斯抽采性能,以重庆天府三矿为研究目标区,采用低温液氮吸附法和压汞法测定了煤层孔隙结构,分析了重庆天府矿区煤体低渗的原因,结果表明,煤体孔隙多为两端开口的平板状、管状孔,孔隙的连通性好,压汞渗透率是原位煤体渗透率的2×105倍,煤体孔隙本身的渗透性较好,煤层低渗为高地应力所致。进行了底板穿层钻孔高压水射流卸压增渗试验,试验表明,卸压后煤层渗透率增加了90倍,抽采率从17%提高到了58%,抽采量增加了4.8倍。建立了瓦斯抽采的渗流力学方程,解算了卸压增渗透前后的不同抽采时间条件下的抽采半径,优化了合理布孔间距、抽采时间,为水射流卸压抽采瓦斯效果评价提供了理论指导。     

钻孔抽放瓦斯流固耦合分析及数值模拟

钻孔抽放瓦斯是中国利用和治理煤层瓦斯最主要的方法。随着开采深度的加深,地应力场等因素对瓦斯渗流的影响越来越明显。基于对煤层瓦斯一系列的假设的基础上,考虑了地应力、煤层瓦斯压力变化对煤体骨架产生的变形的影响,推导出了孔隙率、渗透率的表达式。运用多孔介质渗流的基本定理和流固耦合的基本理论得出了瓦斯流固耦合控制方程。运用多物理场耦合分析软件对钻孔抽放下的瓦斯渗流场进行了模拟分析。得到了钻孔抽放条件下瓦斯压力的分布、不同的埋藏深度下以及不同的钻孔参数（抽放负压、钻孔半径）对瓦斯渗流场的影响。分析模拟结果可以对现场     

The key stage and moment of coalbed gas reservior evolution in the Qinshui Basin,China

The evolution of coalbed gas reservoir is characterized by coalbed gas geochemistry and gas content. On the basis of burial history and thermal history, the forming process of coalbed gas reservoir and the gas accumulative history in the Qinshui Basin are discussed in this paper. The difference of the thermal history, geochemistry characteristic, and gas accumulative history between Yangcheng and Huozhou areas shows that the formation of coalbed gas reservoir in the Qinshui Basin is controlled by the geological process in the critical stage and the critical moment. The components and isotopes of coalbed methane are determined by the stage at which the coal maturation reaches its maximum rank. The coalbed methane accumulative history is related to the temperature and pressure of the coal burial history, because the coalbed gas is mainly in adsorptive state. It is stated that the gas content in the coal seam is controlled by the moment when the coal seam is uplifted to the shallowest position.