河南省煤田构造格局对煤层气储层物性和渗流特征的影响

为了查明河南省不同构造区内二1煤层中气体的流动特征和煤体受构造变形分异后的独特性,采用实验数据分析、瓦斯地质和渗流学理论,研究煤中孔容分布、孔径受应力影响后的变化以及煤体强度受构造应力作用下的变形和破坏特点。结果表明,煤层中甲烷连续流型占优的排序为:太行构造区、崤熊构造区、嵩萁构造区。煤中甲烷流型差异受区域构造变形体制控制,太行构造区的拉伸变形导致煤体强度值域分布广,最大体应变大于其他区域;嵩萁构造区的重力滑动、剪切和伸展变形使煤体强度和孔隙率最低、最大体应变最小;崤熊构造区内煤体的最大体应变介于两者之间。该结论对河南省煤层气开发有指导意义。      

沁水盆地樊庄区块构造作用对煤储层裂缝发育的影响

根据樊庄区块主力煤层煤体结构和煤储层裂缝发育特征,结合构造变形分布规律以及现代构造应力场模拟,深入分析了构造作用对煤储层裂缝非均质性的控制机理。研究区褶皱构造比较发育,主要为轴向近NS的宽缓褶皱,褶皱轴部构造裂隙发育,对煤储层有利;煤层中断裂构造非常发育,以正断层为主,越靠近断层,煤层破碎越明显,裂隙越发育,但在寺头断层附近为强烈变形的软煤发育带,对煤储层不利。运用ANSYS有限元模拟软件模拟了研究区现代构造应力场分布特征,垂直主应力大小与煤层埋深正相关,随垂直主应力增大,裂缝则趋于闭合;最大水平主应力方向与煤储层主裂隙发育方向平行,所以主应力差值越大,越利于煤储层裂隙的开启。     

我国主要含煤区煤体结构特征及与渗透性关系的研究

通过对我国主要含煤区的100多个煤层以及若干个钻孔煤心,进行宏观煤岩类型、煤体结构、煤裂隙以及与煤层渗透性等方面研究,结果表明a.我国煤体破坏程度由北向南、自西向东增强,从盆地中部向盆缘增强.我国中、西部和北部主要是原生结构煤,东部和南部以及盆缘构造煤发育.b.糜棱煤是地层构造变形强烈的产物,但构造变形强烈的地层不一定形成糜棱煤.c.碎裂煤的渗透率比原生结构煤高,碎粒煤和糜棱煤渗透率低.对于一个即有碎裂煤,又有碎粒煤和糜棱煤发育并交替出现的煤层,碎粒煤和糜棱煤在碎裂煤之间起着低渗透性的屏障作用,渗透性低的煤分层扼杀了渗透性高的煤分层,极大地降低了煤层渗透性.因此在有碎粒煤和糜棱煤发育的煤层,煤体结构对煤层渗透性的影响大于裂隙发育程度的影响,成为控制渗透性的首要因素.     

新景煤矿3号煤层煤体结构测井曲线判识及其分布规律

在对井下不同结构煤体变形及分布特征观测分析的基础上,结合其在测井曲线上的响应特征,对新景煤矿3号煤层不同煤体结构进行了判识和划分。结果表明,新景煤矿3号煤层煤体结构以Ⅰ类煤和Ⅱ类煤为主,Ⅲ类煤局部发育。煤体结构破坏程度严重的煤主要分布在不同期次构造叠加区域以及背、向斜的轴部,小断层附近也可见到;煤体结构破坏程度弱的煤主要分布在煤层产状平缓以及褶曲翼部地区。      

河南荥巩煤田构造变形对二1煤层的影响

荥巩煤田位于豫西强变形区的嵩山背斜北翼,区内断块组合特征明显,聚煤期后构造变形对二1煤层的改造强烈。通过分析煤田构造、二1煤层及煤岩特征对煤层瓦斯赋存的影响,认为层间滑动断层是煤田中普遍发育的一种构造样式,印支期嵩山地区存在着区域性的顺二1煤层发育的层间滑动断层,层间滑动引起的煤层流变造成了"三软"构造煤的发育和煤层厚度的剧烈变化,煤厚的变化及煤体结构的破坏是煤层瓦斯赋存不均衡和突出的根本原因。     

黔西-滇东地区不同变形程度煤的孔隙结构及其构造控制效应

基于黔西—滇东地区上二叠统80件煤样的压汞实验数据,结合煤层构造变形特征的矿井观测,探讨了煤中孔隙结构及其构造控制效应。结果表明,区内煤的孔隙度较高,以微孔和过渡孔为主,中孔和大孔发育的差异性加大。根据压汞曲线形态和阶段孔容的分布模式,将煤中孔隙结构划分为五种类型,即平行型、反S型、尖棱型、双S型和双弧线型。平行型和反S型的煤体结构主要为原生结构煤和碎裂煤,经构造改造后孔隙度和孔容均大幅增高,且连通性好;尖棱型为碎裂煤和碎斑煤,孔隙度和孔容均较高,连通性较好;双S型和双弧线型为糜棱煤、碎斑煤和揉皱煤,煤体破碎严重,孔隙连通性很差。构造变形所造成的煤的孔隙度和总孔容的整体增高和阶段孔容的差异性增长是煤储层孔隙结构分异的主要因素,且随着构造变形的增强其对煤体破坏的主要变形作用尺度有逐渐减小的趋势。     

煤体脆—韧性变形微观识别标志

以煤体的光学显微镜和扫描电镜观测为主,结合手标本和井下宏观观测,以华北西部部分矿区的主要煤层为研究对象,研究了煤体的脆-韧性变形标志,发现煤体在构造应力的作用下先后经历了脆性、脆—韧性和韧性变形阶段。脆性变形阶段以煤体破裂为主要特征,初期以格里菲斯裂隙为主,后期以剪性裂隙为主,偶尔见张性裂隙。处于脆-韧性变形阶段的煤体脆性和韧性变形的标志共存。典型韧性变形主要集中在糜棱煤中。岩石中发现的韧性变形标志在煤体中,除了重结晶现象,几乎都存在。      

褶皱中和面对煤层的控制性研究

利用纵弯褶皱变形中中和面上下岩层的不同应力与应变特点,分析了处于褶皱中和面上下各煤层在背斜与向斜部位煤层厚度、煤层构造、煤体结构及煤层瓦斯的赋存规律与差异性,揭示了这些现象产生的原因。该研究对于开展煤层厚度、煤层构造及煤与瓦斯突出的预测研究提供了理论依据。      

顺煤层断层的基本特征及其地质意义

顺煤层断层是指顺煤层发育的断面与煤层层面的交角较小或近于平行的断层。它的主要识别标志是断层面、构造煤和煤层厚度的强烈变化。顺煤层断层可独立存在，也可与其它地质构造相互转换，相伴出现。顺煤层断层具有特殊的选层性，这一特征与煤体较低的力学强度、煤层瓦斯压力及形变期顺煤层的剪切作用有关。顺煤层断层在煤田中分布广泛，它所产生的构造煤是瓦斯高聚集区，亦是瓦斯突出的危险区，其研究意义重大。     

碎裂煤显微裂隙分形结构及其孔渗特征

构造煤特有的孔裂隙系统决定了其不同类型具有独特的储层物性,而以脆性变形为主的碎裂煤发育区是煤层气勘探的有利区。根据贵州发耳煤矿9件煤样的显微镜观测和压汞实验数据,分析了构造煤微观变形和显微裂隙分形特征,进而对煤样孔隙渗透特征进行了研究。结果表明:碎裂煤显微裂隙信息维数分布在1.2~1.8;以信息维数为指标,可将碎裂煤划分为3类,信息维数分布范围分别为1.2~1.4、1.4~1.7和1.7~1.8;脆性构造变形增加了孔隙系统中大孔和中孔的孔容,构造变形越强烈,脆性系列构造煤的渗透性能越好。      

榆神矿区采煤失水危险性分区研究

以榆神矿区区域地质资料为依据,总结了该区煤层与含(隔)水层空间组合类型; 采用三维数值模拟方法,根据塑性条件、破坏准则及应力判别,模拟首采煤层与含(隔)水层空间组合类型下导水裂隙带高度; 通过对比钻孔探测法与数值模拟法,发现数值模拟法具有可行性; 利用模拟结果,绘制矿区导水裂隙带高度空间分布图,总结矿区导水裂隙带高度的整体分布规律; 对比导水裂隙带高度与其首采煤层上覆岩层厚度,总结矿区采煤失水危险性,并进行采煤失水危险性分区; 通过控制采煤失水危险区域的采厚可以达到“保水采煤”的效果。本研究对榆神矿区后期安全生产具有重要的理论意义与实际价值。     

试述五指岭断裂的控煤作用

河南省嵩山-箕山地区断裂构造十分发育,其中北西向断裂是煤田的主要控煤构造。本文研究了其中的五指岭断裂的变形演化特点,探讨了其与上庄井田二₁煤层厚度变化之间的联系,认为五指岭断裂对煤层厚度的后生变化有重要的控制作用。      

多煤层开采覆岩移动及地表变形规律的相似模拟实验研究

以离石—军渡高速公路下伏康家沟煤矿采矿地质条件为原型,采用相似材料模拟实验方法,对多煤层开采引起的覆岩移动及地表变形规律进行了研究。相似模拟实验结果表明:多煤层开采条件下,随着煤层累计采厚的增加,采空区"三带"覆岩下沉量和采空区地表沉降量、地表倾斜变形、地表水平位移及地表曲率变形都呈增大趋势,采空区上覆岩体更加破碎,地表变形更加强烈。研究成果可为高速公路下伏多煤层采空区的治理设计提供依据。     

豫西告成煤矿滑动构造区瓦斯赋存特征

地质构造是煤与瓦斯突出的控制因素,豫西煤田中滑动构造普遍发育。运用区域构造演化、瓦斯赋存构造逐级控制理论,在系统分析煤田地质勘探和矿井揭露的瓦斯地质资料的基础上,研究了告成煤矿滑动构造的形成机制及其对煤系、煤层和瓦斯赋存的控制作用。告成煤矿位于芦店滑动构造的西部,受两期滑动构造的影响,煤层厚度变化剧烈,构造煤成层发育,煤层顶板结构形成了张性角砾岩、断层泥和张性角砾岩复合、原生顶板(深灰色细砂岩)、剪切角砾岩4种破坏类型,控制着瓦斯逸散、富集和煤与瓦斯区域突出危险性的分布。      

东欢坨矿8煤瓦斯异常的地质因素

运用压汞法和等温吸附法对开滦矿区东欢坨矿8煤储层特征进行研究,结合矿井实测瓦斯涌出量数据,分析了控制东欢坨矿8煤瓦斯异常涌出的地质因素。结果表明:瓦斯异常主控地质因素为地质构造及水文地质特征,东欢坨矿"水大瓦斯小,水小瓦斯大"的赋存规律明显。矿井瓦斯赋存形式主要为游离态,表现出在压性断层带时,瓦斯涌出量较小;在未导通煤系含水层情况下,张性断层带往往煤体破碎、孔裂隙相对发育,瓦斯涌出量显著增大,而在断层导通煤系含水层的水文异常区,瓦斯涌出量有明显减小的趋势。东欢坨矿瓦斯涌出量受多种因素的控制,筛选出煤层埋深、煤层厚度、煤层顶板含泥率和断层数作为主要控制因素,建立了具有较好相关性的瓦斯涌出量多变量数学预测模型;并通过灰色系统理论建模软件对瓦斯涌出量和各影响因子之间的关联度进行分析,得到断层数是瓦斯涌出量的最主要影响因素。      

煤层流变及其与煤矿瓦斯突出的关系—以淮北海孜煤矿为例

复杂地质条件下煤层受层间滑动作用容易发生流变。本文以淮北海孜煤矿为例，详细分析了煤层流变所引起的煤层形变宏观、微观及构造煤特征，总结了煤层流变构造发育的规律。煤层流变引起煤层形态、煤厚及煤体结构的变化，并形成各种构造煤。利用煤镜质组光率体各向异性进行了应力、有限应变分析，探讨了煤层流变机制是以剪切为主，伴有挤压的后期构造作用。海孜煤矿构造活动具有多期性，但煤层受力的主要方向始终为NW－SE向，这与煤层发生流变形成总体NE－SW向增厚变薄带的展布方向是一致的。已采区的煤层流变有：韧性流变、脆性流变及韧脆性流变。煤层流变引起的厚度变化和煤体结构的破坏是造成煤矿瓦斯突出的主要因素。     

Effect of bedding structural diversity of coal on permeability evolution and gas disasters control with coal mining

Bedding structure has affected gas flow in coal seam greatly, which also controls gas permeation direction and gas extraction results, and finally it has tremendous influence on prevention and control of gas disaster accidents. Combined with engineering practice of gas disaster prevention and control in China, in this paper, permeability evolution of nature coal in different bedding directions in the condition of loading is studied, and the results showed that in three directions of bedding fractures, permeability of coal which is parallel to bedding planes is the highest; it would be much easier for gas percolation along the bedding planes than other directions. In the unloading process, tension–shear destruction appears in coal sample which is oblique to bedding along the bedding planes, with a sudden increase in permeability. It is difficult for the crack damage from loading process to recover in unloading process, that is, permeability of unloading isn’t just a simple reverse process of loading. Combined with the permeability evolution of the three coal samples in the whole process, three permeability evolution models which include elasticity, plasticity and fracture are proposed. Based on the experimental results, gas extraction using boreholes along coal seam and through coal seam is compared during depressurized mining. Due to the bedding structure of coal seam, a large area of fracture network of “boreholes–bedding fractures” is formed among boreholes through coal seam and bedding structure, which makes the good effect of gas extraction using boreholes through coal seam. Research results will be of important guiding significance for choosing the best gas extraction scheme, layout of setting parameters of drilling boreholes and gas disaster prevention in the underground coal mine.     

Localization of mining-induced horizontal fractures along rock layer interfaces in overburden: field measurements and prediction

The locations of mining-induced horizontal fractures along rock interfaces in the overburden of Donetsk Coal Basin were identified using an original experimental device. The device traps methane from horizontal fracture zone (100–fold coal seam thickness) over an active longwall mining excavation. Presence or absence of horizontal fractures along rock layer interfaces is correlated with physical characteristics of the overburden, such as thickness, uniaxial compressive strength of overburden rock layers, location of rock layer interfaces and thickness of extracted coal seams. As a result, a combined criterion based on these physical characteristics is proposed to predict the presence of overburden horizontal fracturing in coal mine operations.     

羊草沟矿区煤层赋存特征

通过对羊草沟矿区煤层的空间分布范围、厚度、结构、顶底板岩性及开采情况的研究,掌握了煤层、煤质的变化规律,针对矿山的开采情况提出了建议,对矿山建设和资源开发具有指导意义。     

潘一矿煤体结构特征及其在煤和瓦斯突出预测中的应用

煤体结构是煤与瓦斯突出的主要因素之一。利用钻孔测井曲线特征并结合矿井地质构造成果,对淮南潘一矿8煤层煤体结构特征及其构造煤发育规律进行了研究。研究表明该矿区8煤层构造煤发育,其厚度大于该煤层厚度20％的点数占一半以上,因其顶、底板围岩封闭性良好,有利于瓦斯聚集,易在采动条件下发生煤与瓦斯突出,确认为该区煤与瓦斯突出的重点煤层。依据瓦斯始突深度、构造煤分层厚度大于0．5m的分布范围、大中型断层位置及矿井突出资料,在F4断层组的两侧分别圈出了煤与瓦斯突出的危险区和威胁区。