河北武安云驾岭煤矿2~#煤层瓦斯赋存主控地质因素分析

基于云驾岭煤矿瓦斯涌出量异常变化的现象,收集地质勘查及煤矿生产期间揭露的地质构造及瓦斯信息,运用瓦斯地质理论,从煤层瓦斯生成、运移、储存的角度,研究岩浆岩侵入、煤层埋深和断层等地质因素对2号煤层煤质、生烃能力、煤层渗透性、瓦斯含量等参数以及煤层瓦斯赋存的影响。研究结果表明岩浆侵入提高了2号煤层的变质程度、瓦斯储集能力和渗透性,促进了煤层二次生烃,同时岩浆热液产生的高温高压作用使煤层瓦斯大量逸散;岩浆侵入对煤层瓦斯的生成、运移和储存均产生了影响,是煤层瓦斯赋存的主要控制因素,断层特征及分布影响了瓦斯的储存和运移,煤层埋深影响了瓦斯的储存,断层和煤层埋深是煤层瓦斯赋存的一般影响因素。     

煤层甲烷地面开发研究现状

本文论述了煤层甲烷生成、储集及运移的原理。并对国内、外煤层甲烷开发、研究现状作了进一步的探讨。以此为基础，阐述了影响开平煤田煤层甲烷生成、储集、运移、开发的各种地质因素，并探讨了通过地面钻井开发煤层甲烷的可行性。     

沿抽采井筒的煤储层渗透率模型研究

渗透率是表征瓦斯流动的重要参数,为保证煤矿瓦斯安全高效抽采,有必要探究距抽采井筒不同位置处煤层瓦斯渗流演化特征。然而,瓦斯抽采过程中伴随有效应力、煤基质对瓦斯的吸附/解吸能力以及煤储层温度的不断变化,甚至出现抽采损伤,使得煤层瓦斯运移行为异常复杂。为探究抽采过程的煤层瓦斯渗流特性,在圆柱坐标系下,考虑压力场与温度场变化对煤储层渗透率的影响,构建温度影响的孔隙压力时空演化函数,据此建立应力与温度作用下的煤储层渗透率模型。结果表明:建立的模型能合理描述沿抽采井筒孔隙压力的演化规律以及瓦斯的运移特性,即在恒定外应力的条件下,随抽采时间增加,不同位置处孔隙压力先降低后变化平缓,煤储层渗透率先降低后升高;此外,同一煤储层位置处,考虑温度比不考虑温度的渗透率计算值更低;通过讨论发现,随抽采时间增加,根据裂隙压缩与基质收缩对渗透率演化的不同效应,设置合理的负压抽采方式可提高瓦斯抽采量。      

延川南区块高阶煤孔隙结构研究

为探讨延川南区块内煤层的微观孔隙结构,认识煤层气的储集和运移机理,采用低温氮吸附法对区块内的高阶煤样进行比表面积、孔容及孔径分布测试.结果显示:煤的孔隙度普遍较小,孔隙度差别较大;孔径以中孔和大孔为主,含有少量微孔,孔径主要集中在10nm-300nm.通过进一步分析样品在吸附和脱附过程中产生的滞后环,发现区块内煤的孔隙形态比较复杂,以墨水瓶状孔和平行板状孔为主,并含有少量的一端封闭的圆柱孔、平行板孔及锥形孔.     

煤中游离甲烷气含量的模拟试验

煤储层具有大量的裂隙和孔隙,这些孔容为游离气的储集提供了必要条件;而煤中游离气含量对煤层气藏的开发影响较大。通过对不同粒径煤粉的游离气含量模拟试验,实测了不同粒径煤粉在吸附甲烷12 h后排出的气量,并计算出其中吸附气量和游离气量的大小,分析了煤层裂隙和孔隙中游离气的含量。研究认为:煤破碎过程中,煤中裂隙和孔隙的破坏使煤层表面裸露,减少了煤中游离气的储集空间,游离气含量也随之减少;对于不同粒径的煤粉,其游离气含量占总气量的6.3%~17.3%,且煤粉粒径越大,游离气含量越多。      

南太行山东麓煤田瓦斯突出主控地质因素分析

根据南太行东麓二1煤层煤与瓦斯突出特征,应用煤与瓦斯突出综合假说,从煤层瓦斯生成、运移、储存的角度,分析研究了岩浆热液作用、地质构造、煤层埋深等因素对煤层煤质、煤层生烃能力、瓦斯含量和压力等煤层瓦斯参数及瓦斯突出因素的影响,确定岩浆热作用对瓦斯突出具有严重影响作用,地质构造、煤层埋深等因素对瓦斯突出具有中等影响作用和一般影响作用,该结论为地质勘探、矿井设计与生产规划、矿井瓦斯防治提供了理论依据.     

黄河北煤田赵官井田煤层瓦斯赋存规律及主控因素

基于煤层瓦斯的生成、赋存、运移理论,结合地质勘探和矿井生产揭露的瓦斯地质资料,分析了山东黄河北煤田赵官井田煤层瓦斯赋存规律及其主控因素。从区域地质演化、煤的生储气能力、岩性组合特征、地质构造、埋藏深度、基岩厚度、水文地质条件和岩浆侵入等因素综合研究发现,影响赵官井田煤层瓦斯赋存的主控因素为地下水动力条件及岩浆侵入事件。地下水动力条件对煤层瓦斯的控气作用明显,浅部水动力条件对煤层瓦斯主要表现为水力运移逸散作用,不利于煤层瓦斯保存,向深部主要表现为封闭和封堵2种类型,有利于瓦斯的保存。岩浆侵入煤层的方式及其程度是造成下组煤（11号、13号煤）瓦斯含量普遍低于上组煤（7号、10号煤）的主控因素。      

瓦斯动力学模型的研究

煤层瓦斯动力学是一门主要研究煤（岩）层内瓦斯（煤层气）运移和分布规律的边缘地球科学。笔者运用瓦斯地质的新观点来认识煤（岩）层内瓦斯运移和分布的机理,较系统地阐明了新的煤层瓦斯动力学模型,对新理论在煤矿防治瓦斯中的应用作了重点开拓,并取得了若干新进展。进而以实测煤层瓦斯动力学参数为依据,对国内外5种典型的动力模型进行数值模拟,结果表明:新的煤层瓦斯动力模型比国内外三大模型更逼近实际,为预测的矿井瓦斯变化规律以及开发煤成气资源提供了新的定量分析理论和科学方法。      

内蒙古二道岭矿区煤储层孔隙结构特征

采用汞注入法测试了内蒙古二道岭矿区主力煤储层的孔容、孔比表面积及孔隙率,分析了二道岭矿区主煤层的孔隙结构特征。结果表明,二道岭矿区主煤层总孔容较高,孔隙率较高,煤储层吸附能力较大,煤层气的运移潜势较大,有利于煤层气的开发。     

上覆岩床对煤层瓦斯赋存特征的影响——以宣东二矿Ⅲ3煤层为例

根据宣东二矿Ⅲ3煤层实测煤质、煤层瓦斯数据,从煤层瓦斯生成、运移、储存角度,研究了上覆岩床对煤层煤质、煤层生烃量、瓦斯含量和瓦斯压力等煤层瓦斯赋存状态参数的影响,认为受上覆岩床影响,煤变质程度提高,由长焰煤变成气煤-焦煤,煤层Rmax、Cdar值与辉绿岩床厚度呈明显的正相关,与Ⅲ3煤层和辉绿岩床间距呈明显的负相关,煤层最大吸附瓦斯能力由15m3/t提高到40m3/t,煤层瓦斯含量由3m3/t提高到9m3/t以上,多方面改变了Ⅲ3煤层瓦斯赋存状态和地质条件.     

煤和陆源有机质作为生油岩

煤和陆源有机质生油岩是我国第三类主要的生油岩。分析了这一领域的研究现状和进展，并对这类生油组分、生油岩类型和成烃特征、煤成液态烃的初次运移和煤层孔隙特征的关系、有机岩石学评价方法等问题作了讨论并提出一些新的认识。     

顺煤层剪切带煤与瓦斯突出机理分析

为了确定顺煤层剪切带的煤与瓦斯突出机理,在对顺煤层剪切带的受力状态进行分析的基础上,应用Mohr-Coulomb理论研究了顺煤层剪切带的形成机制,并探讨了顺煤层剪切带内的煤层变化特征、瓦斯含量和瓦斯压力特征及地应力对煤与瓦斯突出的影响。结果表明:当煤层倾角接近剪切滑动的临界角时,易产生薄煤区,而远离临界角时,煤层厚度增加,煤层厚度剧烈变化部位为应力集中区并具有较高的应力梯度;顺煤层剪切带内的压应力、煤层的面理化结构和煤层厚度的剧烈变化使其在宏观上形成了高瓦斯含量和高瓦斯压力特征,微观上糜棱煤细颈瓶型的孔隙形态为发生煤与瓦斯突出提供了必要的介质条件;在紧闭褶皱区,煤与瓦斯突出类型以突出为主,在宽缓褶皱区和伸展型顺煤层剪切带内,煤与瓦斯突出类型以压出和倾出为主。顺煤层剪切带内的高地应力、高瓦斯压力和发育的构造煤等3个因素是煤与瓦斯突出发生的主要原因。      

煤层气藏的储集特征及储层评价

论述了煤层气非常规天然气的特征，指出控制煤储集性能的因素主要是煤岩性质、煤层埋藏深度及地质构造条件等，并综合分析了煤层气储层各种评价参数，指出各种有利于煤层气藏的地质条件和物性条件。     

沁水盆地煤层割理的充填特征及形成过程

煤层作为煤层气的源岩和储集层,与常规天然气储层不同在于煤储层是一种双孔隙岩层,由基质孔隙和裂隙组成,且有自身独特的割理系统,基质孔隙和割理的大小、形态、孔隙度和连通性等决定了煤层气的储集、运移和产出,其中以割理系统对煤层气的产出最为重要。本文以沁水煤田为例,对煤层割理、割理填充物类型、充填方式、自生矿物形成时代进行了研究,总结了填充物形成的先后顺序,并根据填充物的形成时代、煤层埋藏史等提出了割理形成的3种机制：埋藏增压机制;岩浆诱发机制;抬升卸压机制。     

鄂尔多斯盆地紫金山地区煤孔隙分形规律及其主控地质因素分析

通过对鄂尔多斯盆地东北缘紫金山地区气-肥煤样的孔隙结构测试,在重点阐述主煤层孔隙发育特征及分形规律的基础上,分析其主控地质因素,并挖掘了分维特征所暗示的煤层气可采潜力信息。结果表明:紫金山地区煤孔隙率整体偏低,孔隙结构以微孔为主,过渡孔与大孔次之,中孔最少,其中微孔孔容及孔比表面积贡献率最大,反映主煤层有利于煤层气的储集。基于压汞曲线将本区煤孔隙划分三种类型,结合压汞参数分析,指出8+9~#煤开放孔较多、孔喉分布比较集中且相对较大,比4+5~#煤更有利于煤层气渗流。基于压汞数据分形分析,将研究区煤样吸附孔与渗流孔界限确定为100 nm。孔隙分形特征受变质程度影响较大,4+5~#煤以深成变质作用为主,8+9~#煤则受到相对较强的区域岩浆热变质作用。其中深成变质作用有利于煤吸附能力的增加,而区域岩浆变质作用能够有效的改善煤孔隙结构,增强孔隙连通性,提高煤层的解吸、扩散、渗流能力。此外,分形特征还受灰分产率与煤岩组分的影响。结合含气性等参数分析,在资源量相近时,8+9~#煤具有较高的可采性。     

煤基岩块孔裂隙特征及其在煤层气产出中的意义

煤中发育植物细胞残留孔隙、基质孔隙和次生孔隙，植物细胞残留孔隙主要为复杂孔隙树结构，有效孔隙率高。基质孔隙和次生孔隙主要为简单孔隙树结构，孔隙曲折度高，有效孔隙率低，煤基岩块中普遍发育宽１０～２０μｍ，高５０～１０００μｍ的微裂隙，大多数构成连结孔隙和内生裂隙及层面裂隙的重要通道。微裂隙的存在缩短了煤层甲烷扩散的距离，煤层甲烷除在微孔隙中扩散和内生裂隙中流动外，尚在微裂隙中扩散或流动。微裂隙的大小是决定煤层甲烷扩散或流动的关键。     

铁法矿区高瓦斯矿井瓦斯抽取技术

铁法矿区８对生产矿井，１对建设矿井，都是高沼气矿井，其中大兴矿为煤与瓦斯突出矿井。矿区煤层赋存稳定，属近距离缓倾斜煤层群，含煤１７层，煤层瓦斯含量高，储量达２８２．８８亿ｍ＾３，是煤安全生产重大隐患。铁法局以抽放瓦斯作为治理瓦斯的治本手段，全局建有１０套抽放系统抽放方法８种，其中具有世界煤层气开采先进技术两种，采用和矿井抽放率分别达３０％和２５％以上，１９９５年抽取瓦斯２２１１万ｍ＾３，供２．２万     

地质因素对土城矿瓦斯赋存的控制作用

根据矿区大地构造位置、构造演化和区域构造应力场的特点,分析了土城矿构造特征及其对煤层瓦斯的控制作用,发现土城矿处于盘江矿区“三角形弧系”构造应力场作用下的强变形区内,发育的NE向、NW向断裂构造是矿井瓦斯赋存和构造煤发育的控制因素,大中型断层控制着矿井瓦斯赋存与分布,而小型构造是煤与瓦斯突出的控制因素。土城矿井田西部发育的大中型断裂形成了煤层瓦斯运移和逸散的通道,不利于煤层瓦斯的保存,导致该区域煤层瓦斯含量相对低;井田东部的断裂构造不发育,煤层整体上保存较为完整,煤层瓦斯含量整体较高。小型断层附近瓦斯富集、构造煤发育,尤其在断层上盘、断层尖灭端与断层交汇的地段,煤体破坏严重,是煤与瓦斯突出事故易发地段。土城矿瓦斯防治工作应分区域实施,井田西部应关注煤层瓦斯含量随埋深增大而增加的规律并及时防范深部区域可能出现的瓦斯灾害,而井田东部则应在强化对隐伏断层探测基础上优先实施开采保护层和抽采煤层瓦斯等综合治理措施。     

煤层甲烷在煤孔隙中扩散的微观机理

分析了煤层甲烷在煤体中的扩散模式和微观机理,得出在煤体中存在有以下几种扩散模式:菲克型扩散、诺森扩散、过渡型扩散、表面扩散和晶体扩散,并分析了抽放时甲烷在煤层中的运移过程及其在煤微孔隙中的扩散过程。根据分子运动论从微观上讨论了压强和温度对甲烷分子平均自由程的影响规律,并解释了升高压强和温度增强甲烷气体在煤层微孔隙中扩散能力的机理。      

构造变形对煤储层孔隙结构与比表面积的影响研究

煤的孔隙结构和比表面积不仅影响煤层气吸附与储集能力,而且对气体渗流和扩散有重要的控制作用。通过对芦岭煤矿8,9煤层煤样低温液氮实验,对比分析了原生结构煤和不同变形强度构造煤的孔隙结构与比表面积的变化。结果表明,构造煤的比表面积和总孔体积平均值是原生结构煤的2.95倍和3.84倍。随着煤体韧性变形强度增加,构造煤的比表面积逐渐增大,微孔占比增加,小孔和中孔占比较少,总孔体积变化以糜棱煤为界呈现先增加后减小的特点。