注液速率及压裂液黏度对煤层水力裂缝形态的影响

注液速率及压裂液黏度是煤层气井压裂设计中两个重要的可控参数,其不仅影响水力裂缝起裂压力及压裂施工压力,而且控制水力裂缝形态。采用鄂尔多斯盆地东南缘大宁-吉县地区天然煤岩,基于试验室物理模拟试验研究注液速率及压裂液黏度对水力裂缝形态及施工压力的影响。结果表明:注液速率及压裂液黏度较小时,主裂缝与分支缝连通形成沿最大水平主应力方向的复杂裂缝网络系统;随着注液速率及压裂液黏度的增加,水力裂缝复杂程度降低,形成平直单裂缝。提高注液速率或压裂液黏度会增大施工压力。对注液速率及压裂液黏度进行合理控制,可先在井筒附近生成平直裂缝,后在远离井筒处生成复杂裂缝网络,有利于增大煤层气单井排采体积。     

煤岩模拟材料的力学特性

为探究煤岩抗压强度随材料配比变化的关系,满足实验模拟煤壁强度特性的要求,基于不同配比的煤岩试样,开展单轴加载实验.分析不同材料配比下煤岩的强度特征、变形特征及劈裂形态,研究并确定煤岩抗压强度与煤岩材料配比的定量关系.结果表明：在实验研究范围内,随着煤粉与水泥配比的增大,煤岩抗压强度呈指数关系减小,其拟合关系式为σc=92.124e-1.0969ξ.根据煤岩材料不同配比下的强度大小,结合其煤岩坚固性系数关系,可以判别煤岩体类型,为实验模拟煤壁强度特性提供依据.     

半煤岩巷道围岩破裂演化规律及控制技术

针对半煤岩大巷围岩控制问题,以吕梁矿区某矿半煤岩运输大巷为研究对象,利用FLAC3D数值软件建立巷道计算模型,分析不同埋深时半煤岩巷道围岩的塑性区变化规律,并采用钻孔窥视仪对巷道围岩破裂范围进行精细探测。结果表明：围岩塑性区随着巷道埋深的增加而逐渐增大,尤其是巷道两帮及底板部位;大巷顶板0～1.8 m及4.9～5.1 m深度附近,裂隙极其发育,1.8～4.9 m深度范围内有许多微小的裂隙。根据数值模拟及现场探测结果,选择注浆锚索＋注浆锚杆＋金属网的全断面锚注支护方法。工业化实验结果证明此种方法可有效控制巷道的有害变形。该研究为其他类似条件下的巷道支护提供了参考。     

基于煤岩割理正交各向异性的煤层气渗流模型研究

考虑煤岩面割理和端割理两个方向不同渗流性质,建立了煤岩割理正交各向异性数学模型,通过引入煤岩弹性模量折减系数有效地解决了渗透率模型中煤岩割理刚度较难确定的问题。基于该模型对鄂尔多斯盆地东部煤层单井产能进行了模拟计算,分析了割理渗透率正交各向异性系数、煤层厚度、煤层孔隙度和含气量等参数对煤层单井产能的影响规律。计算结果表明：煤层气单井产能随着渗透率正交各向异性系数、煤层厚度和含气量增加而增大,随着煤层孔隙度的增加而减小。     

表面活性剂对煤层气压裂伤害研究

 为评价压裂液中表面活性剂对煤层气压裂过程的影响,利用煤岩样品针对阳离子、非离子、阴离子表面活性剂和表面活性剂复配体系,开展膨胀性、润湿性、吸附性能、表面张力、煤岩伤害和煤层气吸附解吸附物理模拟实验。将不同表面活性剂和复配体系的煤岩膨胀高度、接触角、煤粉中吸附形态和吸附量、措施前后表面张力和煤岩渗透率、吸附和解吸附曲线进行对比分析,进而优选表面活性剂体系。研究结果表明：水和表面活性剂溶液对所选煤岩膨胀性影响不大;阳离子可以增加憎水性,非离子保持煤岩水润湿性,阴离子会增加煤岩水润性;非离子表面活性剂有利于扩大煤岩孔隙进而提高煤层气的解吸附作用;双子表面活性剂（GM）为点状吸附,烷基酚聚氧乙烯醚（OP）为平铺吸附,十八烷基三甲基氯化铵（1831）为连体状吸附;双子-烷基酚聚氧乙烯醚（GMOP-4）复配体系措施前后表面张力较低,大幅度降低了GM 的吸附量且对煤层气解吸附过程具有促进作用;GMOP-4 复配体系实现了阳离子表面活性剂在煤层气压裂措施中低成本、高性能的应用。     

时变自稳结构在煤矿冲击矿压防治中的应用

随着煤炭工业现代化开采速度的提高,开采的深度迅速加大,将面临随之而来的冲击矿压问题。作为一种主要的煤岩动力灾害,冲击矿压直接威胁着煤矿的生产和人员及财产的安全。冲击矿压是煤岩体在渐进变形过程中外界因素诱发下的突发性、迅猛的结构破坏与错动现象。     

鄂尔多斯盆地东南缘韩城矿区煤层气富集影响因素研究

韩城矿区为我国煤层气勘查的重要区块,地下地质情况复杂。区内煤层厚度大、发育稳定。对煤层煤质分析结果表明,具有高热演化程度、中-高碳含量、较低挥发份、中-高灰分且变化大的特点。由快速解吸法对区内24块样品进行含气量测定,结果发现3号、5号、11号煤层含气量(控气干燥基)差异较大,并对样品进行分析化验。在此基础上分析了研究区煤储层地质特征及影响煤层气富集的主要因素。煤层甲烷含量在平面及剖面上分布的不均一性,是煤岩煤质特性、地质构造、成煤环境及水文地质条件等地质因素综合叠加的结果。     

深部矿井应力主导型煤岩瓦斯动力灾害声发射监测预警方法

矿井深部开采条件下,传统预测方法难以准确预测应力主导型煤岩瓦斯动力灾害的发生。为提高动力灾害预测的准确性和可靠性,以平煤十矿己15-24080采面为研究对象,采用声发射监测预警技术对工作面回采进行实时监测。研究发现,应力主导型煤岩瓦斯动力灾害发生前,声发射指标整体上呈现逐渐升高的趋势,且动力灾害发生在声发射指标演化曲线的下降段;声发射前兆模式呈现为指标"先上升后下降"的模式。基于此提出了"静态临界值与动态趋势预警"相结合的煤岩瓦斯动力灾害声发射判识预警方法,并建立了工作面应力主导型煤岩瓦斯动力灾害声发射判识预警准则,实现了对深部矿井应力为主导型煤岩瓦斯动力灾害的超前监测预警,确保了工作面安全高效开采,完善了声发射监测预警技术体系。     

扭振测量在煤岩界面识别中的应用研究

为了更有效地进行煤岩界面识别,利用扭振信号来进行煤岩界面识别研究。首先从理论上分析了扭振信号与滚筒截割力的关系;应用小波包和模糊神经网络技术进行信息特征提取和数据融合,论证了扭振信号的有效性与可靠性,并与直线振动信号进行了对比。识别结果表明,扭振信号数据比较稳定,识别正确率达到92%;而直线振动信号的正确识别率为63%,理论分析与试验验证是一致的。通过滚筒轴扭振信号来监测采煤机运行状态是一有效手段。     

煤显微组分表面含氧官能团的XPS分析

氧原子作为煤中最丰富的杂原子,C-O官能团的形态对煤的性质有重要影响。为了研究煤岩显微组分的含氧官能团,对手选高纯度镜质组和惰质组进行了XPS分析和化学计算。结果表明,煤岩组分的元素组成以C、O为主,含少量的N和无机矿物元素。其中的氧主要以-OH、-O-、COO-和SiO_2形式存在。C-C、C-H、C-O单键和COO-是碳的主要存在形式。镜质组中的脂肪族侧链和-OH基团较多;惰质组中-O-的原子浓度明显高于镜质组,而COO-略多于镜质组。镜质组表面总极性含氧官能团数量更多。研究结果有助于全面认识煤的结构和性质。