焦作矿区二_1煤储层物性特征及其对煤与瓦斯突出的影响

焦作矿区的构造煤发育,煤与瓦斯突出严重。基于研究区构造煤物性特征、分布及煤体结构等对煤与瓦斯突出的影响进行了探讨。认为区内二1煤层的煤体结构类型主要为破坏轻微的原生结构煤和破坏严重的糜棱煤,且两者呈分层出现;二1煤的微孔发育,煤体吸附能力强,加之软硬分层的纵向组合关系,煤体强度减弱,渗透性变差,导致瓦斯向顶底板运移难度增大,利于形成高能瓦斯富集带,增加突出的危险性;区域上构造煤分布影响着瓦斯突出的区域分布,局部构造煤分层厚度的突然增加也会增大突出的可能性。     

构造煤中煤层气扩散-渗流特征及其机理

煤层气产出一般要经过解吸、扩散和渗流三个阶段,而煤层气在变形较强的构造煤中的扩散过程不同于在原生结构煤或变形较弱的煤体中的扩散。外界压力的变化只是构造煤吸附与解吸整个过程的一种外在因素,构造煤的变形和结构变化以及吸附势场的转换才是构造煤吸附与解吸的内在因素,是导致解吸过程不可逆性的根本原因。当构造煤体与CH4等多元气体间的吸附平衡状态遭到破坏时,变形较强的构造煤在降压后会产生解吸滞后现象;而变形较弱的煤,分子结构中的气体会很快解吸,第一阶段是气体解吸作用,第二阶段是游离气体从微孔向较大孔隙扩散的过程,气体扩散速率主要由第二阶段决定。构造煤气体扩散机理主要是由孔隙形状、大小、连通性和多元气体性质和状态所决定的。韧性变形煤的微孔隙比较发达,所以韧性变形煤以Knudsen扩散为主,脆性变形煤的中、大孔隙所占比例较大,而且脆性变形煤的孔隙之间具有很好的连通性,所以脆性变形煤以Fick型扩散为主,脆-韧性变形煤以及接近脆-韧性变形煤的脆性变形煤和韧性变形煤均以过渡型扩散为主。在试井渗透率比较中,一定变形程度的脆性变形煤>韧性变形煤,脆性变形煤中以过渡孔为主,其余为微孔,测不出亚微孔和极微孔,脆性变形还增加了各孔隙之间的相互连通性。韧性变形煤中过渡孔比表面积所占比例下降,微孔和亚微孔增高,扩散主要发生在微孔和过渡孔中,所以韧性变形煤的试井渗透率低于脆性变形煤的试井渗透率。     

华北南部构造煤纳米级孔隙结构演化特征及作用机理

构造煤是在构造应力作用下,煤体发生变形或破坏的一类煤,在世界主要产煤国家皆有分布。构造变形不同程度的改变着煤的大分子结构和化学成分,而且也影响到构造煤的纳米级孔隙结构(<10 0 nm ) ,它是煤层气的主要吸附空间。通过构造煤显微组分和镜质组油浸最大反射率的测定,采用液氮吸附法对不同变质变形环境、不同变形系列构造煤的纳米级孔隙分类、孔隙结构特征进行了深入系统的研究,并结合高分辨透射电子显微镜和X射线衍射对大分子结构和孔隙结构的分析,结果表明:不同类型构造煤纳米级孔径结构自然分类,可将孔径结构划分为过渡孔(15～10 0 nm )、微孔(5～15 nm )、亚微孔(2 .5～5 nm )和极微孔(<2 .5 nm ) 4类。低煤级变形变质环境中随着构造变形的增强,不同类型构造煤过渡孔孔容明显降低,微孔及其下孔径段孔容明显增多,可见亚微孔和极微孔,过渡孔的比表面积大幅度降低,而亚微孔的却增加得较快。从脆韧性变形煤至韧性变形煤,总孔体积、累积比表面积、N2 吸附量随着构造变形的增强,这些结构参数均迅速增加,但中值半径进一步下降。非均质结构煤孔隙参数与弱脆性变形煤相当。中、高煤级变形变质环境形成的各种类型构造煤与低煤级变质变形环境相比,孔隙参数的变化基本一致。但不同类型构造煤的变化又有所区别     

安阳矿区双全井田岩性结构与煤体变形的关系

煤体变形程度控制着煤与瓦斯突出和煤层气的可开发性,煤体结构空间展布预测是人们长期关注的焦点。以岩体力学和分形几何学基本理论为指导,以安阳矿区双全井田为例,通过计算岩体强度因子和分形维数,系统探讨了岩性结构对煤体变形的影响。研究表明,岩体强度因子和分形维数与断层和测井曲线判识的煤体结构之间存在密切关系:低强度因子和分形维数区,煤体易发生韧性变形,软煤发育;高强度因子和分形维数区,煤体(和岩体)以脆性变形为主,以断层发育为特征。这一结论为井田构造发育特征和软煤空间展布所证实。岩体力学和分形几何学的引入,为煤体结构空间展布区域预测提供了一种新途径。     

论地质构造及其演化对煤和瓦斯突出的控制：以南桐矿区为例

本文在对南桐矿区地质构造与煤和瓦斯突出关系详细研究的基础上，论述了地质构造及其演化对煤和瓦斯突出的控制。主要结论有 ：（１）构造应力场具有主控作用；（２）构造演化造成了煤变质程度，煤体破坏程度和煤层瓦斯含量差异；（３）构造演化还造成了现今构造应力和瓦斯压力分布的差异；（４）地质构造及其演化控制煤和瓦斯突出的区域性分布。     

韩城区块构造煤类型及其产出煤粉特征分析

构造煤的发育是产生煤粉的关键,破碎后煤岩会产生固有煤粉,而疏松的结构会使得煤岩更容易受钻井、压裂和排采等工程扰动影响,进而产生更多的煤粉。韩城区块经历多期构造,断裂构造造成的煤岩脆性变形、褶皱拉伸与挤压造成的煤岩韧性变形导致构造煤发育。以采集煤样宏观特征差异划分煤体结构类型,运用测井解释识别不同煤体结构类型煤,从纵向和横向上总结区块煤体结构分布规律,并揭示不同煤体结构类型对产出煤粉形态、浓度、粒度特征的影响。     

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。     

煤与瓦斯突出的构造分区特征——以平顶山天安煤业股份有限公司十矿为例

针对平顶山天安煤业股份有限公司十矿(平煤十矿)煤与瓦斯突出的分区(带)性特点,采取地质单元划分的方法,反映其范围内的构造特征及瓦斯赋存情况。研究了地质单元范围内地应力分布、构造煤发育及分布特征的地质因素和瓦斯参数特征,结合平煤十矿煤与瓦斯突出特点,将瓦斯压力、构造煤厚度、瓦斯含量作为预测煤与瓦斯突出危险性的敏感指标,并据此预测具有突出危险性的范围,为煤与瓦斯突出预测和防治提供依据。      

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。     

弱变形域成矿及其地质意义

控制热液矿床的成矿构造可分为两大类,一类是由构造动力破坏(构造致裂)为主形成的成矿构造——简称构造型成矿构造,另一类是由流体动力破坏(液压致裂)为主形成的成矿构造——简称流体型成矿构造。在分解变形构造场中,构造型成矿构造一般受控于面型强变形带(P域),而流体型成矿构造一般受控于构造透镜体弱变形域(Q域)。通过对典型控矿构造透镜体系统的解析,认为在韧性域与脆–韧性域,剪切带可以通过变形分解形成由面型强变形带组成的成矿场与由透镜状弱变形域组成的成矿场。当剪切带分别处于韧性、脆–韧性及脆性域时,强变形成矿场在韧性变形条件下不成矿,而在脆–韧性及脆性变形条件下则成矿;弱变形成矿场在韧性域与脆–韧性域时成矿,而在脆性域时则不成矿。上述既有联系又有差别的两类成矿场的对比研究,不仅有助于矿床建模、成矿预测与成矿构造、矿床成因等的深入研究,而且有助于将构造动力、流体动力、成矿构造、成矿流体等要素有机统一,建立构造透镜体型成矿系统;有助于揭示变形分解作用、液压致裂作用、构造泵吸作用三者之间的耦合关系,丰富成矿构造学的研究内容。     

Current Research Status and Prospect of Tectonically Deformed Coal

A number of studies have shown that development areas of weak deformation brittle series of tectonically deformed coal are often the favorable areas for coalbed methane development, and the distribution area of the mylonitic coal of ductile deformation is a danger zone of mine gas outburst. Therefore, faced with solving the key scientific issues and technical problems of the coal bed methane exploration and development and gas outburst prediction and evaluation, more and more attention has been paid to the research on tectonically deformed coal. This paper first systematically elaborated the main research progress on the concept and classification of tectonically deformed coals, their deformation characteristics, and the pore fissure structure and chemical structure. Then, it pointed out that there was a lack of research on the ductile deformation mechanism of coal, and this key scientific problem needs further research in the future. It seemed that the structural and geochemical process of chemical elements migration and accumulation during coal deformation was a new field which is worth exploring. Through refining stress sensitive elements, their distribution and evolution patterns in different stress-strain environments and different types of tectonically deformed coals might be revealed, and then they could become a predictive index which indicates the significance of distribution of tectonically deformed coals and gas outburst prediction. It was thought that geophysical response characteristics and research of detection theory and interpretation method of different types of tectonically deformed coal and gas enrichment area should be an important development direction in the future.     

煤岩构造变形与动力变质作用

煤岩是一种对温度、压力等地质环境因素十分敏感的有机岩,地质演化过程中的各种构造-热事件必然导致煤岩发生一系列物理与化学结构的变化,并形成不同类型的构造煤。在构造应力作用下,煤岩不仅发生脆性和韧性变形,而且还产生不同程度的动力变质作用。因而,关于煤岩构造变形与动力变质作用的研究不仅具有重要的科学意义,而且在煤层气资源评价以及煤与瓦斯突出危险性预测方面也具有重要的实际意义。文中在已有研究成果基础上,通过对构造煤系列Ro,max、XRD和NMR(CP/MAS+TOSS)等测试和实验方法的对比研究,深入分析了煤岩不同构造变形和动力变质特征,进一步探讨了构造应力下煤岩动力变质作用的机理。研究成果表明,在构造应力作用下,煤岩脆性变形主要是通过破裂面上快速机械摩擦转化为热能而引起煤岩化学结构与其成分的改变;而韧性变形煤主要是通过局部区域应变能的积累而引起煤岩化学结构的破坏,从而发生不同机制的动力变质作用。     

“三软”煤层顶板力学性能对瓦斯保存条件的影响

针对豫西芦店滑动构造区＂三软＂煤层（软顶、软底、软煤）瓦斯突出问题的特殊性,通过大量野外地质调查、岩石力学试验和瓦斯地质灾害实例分析,探讨了滑动构造区煤层顶板力学性能与瓦斯保存条件的内在关系;明确指出强度低、变形大且塑性软化特征强的软岩顶板容易形成封闭条件好的盖层,下伏煤层瓦斯难以逸散,从而提出了构造软岩分布区即瓦斯地质灾害高发区的结论。这一研究成果对我国东部滑动构造区的矿井瓦斯地质灾害防治具有一定的示范意义。     

山区隧道穿越韧性剪切带的地质条件探讨

研究了山区铁路隧道穿越脆韧性剪切带(断裂带)及与其次生的韧性剪切带时设计及施工围岩分级问题。从几何、小构造、运动形迹、组构特征、构造岩、糜棱岩、同变形变质及机械作用等方面探讨韧性剪切带特征,从宏观、微观、野外研究及测试、施工类比总结其围岩分级,对比韧性剪切带(脆韧性及韧脆性)与节理密集带内岩体的工程性质及工程设计的围岩分级的异同。确定了山区隧道通过韧性剪切带时应单独研究这种无明显破裂面围岩带的分级评价因素、评价结论和围岩分级原则,设计和施工需特别注意。可供构造带复杂山区类似工程参考。     

贵州省煤矿瓦斯赋存构造控制规律与分带划分

瓦斯赋存规律认识不清,是导致煤矿瓦斯突出灾害频发的根本原因。应用瓦斯赋存地质构造逐级控制理论,结合贵州省煤矿瓦斯地质图编制资料,探讨了贵州省煤矿瓦斯赋存构造控制规律,进行了瓦斯分带划分和瓦斯带特征分析。研究结果表明：贵州省位于滨太平洋构造域和西部特提斯构造域的接合部,其构造演化控制着成煤环境和瓦斯赋存。燕山运动形成的一系列褶皱、逆掩断层和推覆构造,使煤体强烈变形、构造煤特别发育,是导致贵州省瓦斯突出严重的根本原因。燕山期岩浆活动,使煤的变质程度增加,生烃能力增强。将贵州省煤矿瓦斯赋存分布划分为3个高突瓦斯带和1个瓦斯带,即六盘水高突瓦斯带、织纳六枝贵阳北高突瓦斯带、黔北高突瓦斯带和黔东瓦斯带。     

The Main Factor Controlling the Coal and Gas Outbursts in the Eastern Pingdingshan Mining Area

By analyzing the gas occurrence, it is found that ground stress plays a leading role in coal and gas outburst in eastern coal mines of Nos. 8, 10 and 12 in Pingdingshan Mining Area where show the most serious outburst hazards. According to the isograms of coal seam depth in F Group, the relationship between the distributions of the fold tectonic stress and the coal and gas outburst was simulated using the ANSYS program. The result shows that the stress concentrates near to the fault and the outcrop of the fault enhances the possibility of gas outburst. The shear stress in the north of the anticline is greater than that in the south. The shear stress direction on the north wing of the anticline is dextral and the coal seam in this area exhibits highest possibility for gas outburst. However, on the surrounding rock, the shear stress direction on the north wing of the anticline is sinistral. The regions with fold tectonic stress ranging from 1.44 to 4.47 MPa correspond to the sites with high risk of gas outburst. Ground stress is the main factor controlling the coal and gas outburst in the three mines. Currently, the distribution of coal and gas outburst in the three mines is in agreement with that of coal shear stress.     

小秦岭金矿田构造演化与金矿成矿作用

依据小秦岭金矿田的地质构造穿插关系和同位素年龄资料,建立了本区构造、岩浆、成矿事件序列。在此基础上,将小秦岭地区的构造演化划分为６个阶段：褶皱变质、韧性剪切变形、稳定升降、韧－脆性断裂转化、断裂活动、抬升剥蚀阶段。对小秦岭金矿田的成矿时代,成矿深度、矿床成因等地质问题,给出了构造地质学方面的判据。