不同温度下孔隙压力对煤岩渗流特性的影响机制

在深部煤层瓦斯抽采过程中,地温较高且孔隙压力逐渐降低,而目前综合考虑温度和孔隙压力对煤岩渗透特性耦合作用的研究较少.利用自主研发的出口端压力可调的三轴渗流装置,以贵州矿区原煤试件为研究对象,进行不同温度下改变孔隙压力的渗流试验,并建立了考虑温度的渗透率匹配模型.研究表明,煤岩渗透率随孔隙压力增大按指数函数减小;煤岩渗透率随压差的增大而减小,随温度的升高而降低,在不同的温度状态下,渗透率的下降速率和变化幅度有所不同.在模拟瓦斯开发的物理试验中,压差应尽量小,减少其误差,为建立不同边界条件的渗透率模型提供帮助;随温度的升高,温度突变系数呈增大的趋势;随孔隙压力的增大,温度突变系数呈减小的趋势.温度突变系数在整个阶段不为常数,且割理压缩系数可变,这两个特征更能真实地匹配模型,反映瓦斯的开发过程.      

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。      

临界深度控制下的煤层瓦斯赋存规律差异性分析

多煤层开采,在增加矿区煤层资源量提高经济效益的同时,一定程度上也为研究区基础地质工作,特别是瓦斯赋存规律研究增加了难度。受多期地质构造影响,各煤层在空间展布规律、储层物性发育等存在明显差异,造成了瓦斯赋存规律的复杂性。为充分明确垂向煤层瓦斯赋存规律,以黑塘煤矿主采煤层为研究对象,以各主采煤储层物性特征为主要研究内容,基于等温吸附曲线、煤层瓦斯参数及地温测试资料分析,重点研究深度控制下各煤层瓦斯赋存规律并进行差异性分析,结果表明:在取样深度范围内,各煤层瓦斯含量随埋深变化趋势不同,浅部煤层与煤层埋深呈现递减趋势。相较于浅部煤层,深部煤层一定深度范围内,煤层瓦斯含量与埋深关系逐渐趋于正相关。当埋深达到800 m后,瓦斯含量和埋深关系进一步趋于复杂,表明该区域煤层大致以800 m为界存在"应力转折点"。同时,地质构造、水文地质条件及煤变质程度对煤层瓦斯垂向规律差异性的影响作用有限,地温局部异常引起垂向层段地温梯度差异性是研究区瓦斯含量存在"临界深度"的主控因素。     

新密煤田瓦斯动力现象分析

为研究新密煤田发生低瓦斯含量、低瓦斯压力瓦斯动力现象的原因,解决低指标瓦斯动力现象给生产带来的危害,运用区域构造演化理论分析了新密煤田自印支期至今的构造演化,统计分析了区域内38次瓦斯动力现象和167个采样地点的煤岩坚固性系数f值,结合《防治煤与瓦斯突出细则》及常规实践经验,与新密煤田瓦斯动力现象中煤层瓦斯含量、瓦斯压力做了对比。结果表明,区域内的瓦斯动力现象表现为低瓦斯含量、低瓦斯压力,f值多在0.3以下;基于综合假说机理的研究表明,构造煤普遍发育、煤岩坚固性系数f值小是该现象的深层原因。      

煤层瓦斯渗流特性研究进展

针对非线性瓦斯流动理论和煤层瓦斯流固耦合理论存在的问题,以及越来越多高温矿井引发的瓦斯灾害治理难题,在综述煤层瓦斯渗流研究进展的基础上,对国内外学者在非线性瓦斯流动理论、地温场效应的瓦斯流动理论以及煤层-瓦斯流固耦合理论3方面的研究成果给予了重点评述,展望了地球物理场作用下煤层瓦斯渗流特性研究领域的发展趋势。研究显示,在非线性瓦斯渗流、深部开采引起的高温和低渗透问题以及煤层瓦斯的流固耦合问题等方面,还需做更深层次的探索。      

非贯穿型热喀斯特湖下部及其周围多年冻土特征

基于对青藏高原北麓河盆地天然形成的湖塘下部及其周围地温的监测分析, 结果表明该湖塘为非贯穿型热喀斯特湖. 湖塘下部多年冻土上限变化较大, 湖岸过渡带及天然场地多年冻土上限基本保持不变. 随着远离湖塘中心, 湖塘下部及其周围多年冻土含冰量依次升高, 地温年变化深度依次降低, 年平均地温依次降低. 观测期内, 湖塘下部浅层多年冻土地温在逐渐升高, 深部土体地温基本保持不变; 湖岸过渡带及天然场地下部多年冻土地温基本保持不变. 天然场地多年冻土地温明显低于湖塘下部土体地温.     

青藏高原多年冻土区地温监测结果分析

根据４个波土长期定位观测场地温资料分析,西大滩观测场深１２￣２０ｍ段地温升高０．２￣０．３℃,多年冻土层由下向上减薄４￣５ｍ;昆仑山垭口观测场深６￣１５ｍ段地温升高０．２￣０．４℃;６６道班观测场内天然场地地温高于人工沙场０．１￣０．５℃;可可里里观测场内天然植被场地地温普遍高于裸露场地约０．２℃。监测结果表明,影响高原多年冻土发育的因素多具有两重性,地表沙层和植被同样具有升高地温和降低地温的作用     

西藏浅层地温对气候变暖的响应

利用1971-2006年西藏13个站的0～20 cm浅层地温资料, 采用气候倾向率等现代统计诊断方法, 研究了近36 a来西藏年、季平均地温的变化趋势及气候突变. 结果表明: 西藏地表年平均地温绝大部分站点呈现显著的升高趋势, 升幅为0.26～0.91 ℃·(10a)-1, 以狮泉河升幅最大. 夏季10 cm平均地温, 改则以-0.28 ℃·(10a)-1的速率降低, 其它各站升幅为0.08～0.79 ℃·(10a)-1, 以江孜增温幅度最突出. 冬季10 cm平均地温除林芝变化趋势不大外, 其它各站均呈现显著的升温趋势. 就西藏平均而言, 年、季平均浅层地温表现为显著的升高趋势, 其中冬季增幅最大, 夏季最小. 绝大部分站点年、季浅层平均地温较同时期的平均气温增温幅度更明显, 年平均地温呈逐年代升高趋势, 20世纪70年代偏低, 90年代偏高. 昌都地区北部、林芝地区、泽当和日喀则年、季浅层地温从未发生突变, 其它大部分站点浅层年平均地温突变时间都发生在20世纪80年代中后期.     

呼鲁斯太矿区煤层瓦斯分布规律及其控制因素探讨

根据煤矿井下煤层瓦斯参数测定结果,以瓦斯地质理论为基础,分析了呼鲁斯太矿区瓦斯分布规律及其控制因素。结果表明:矿区煤层瓦斯区域分布具有不均衡性,以F2-2和F22断层为界将矿区划分为北部、中部、南部三个区域,中部煤层瓦斯压力、瓦斯含量最高,北部次之,南部最低;煤变质程度较高和围岩封闭性较好是矿区瓦斯富集的根本条件,而构造复杂程度的不同、构造线方向的改变是瓦斯分布不均的主控因素。矿区中部为北北东向构造向东西向构造转折区,应力集中,且顶板为泥岩,煤变质程度较高,形成较好的瓦斯生储条件;南部北北东向推覆构造较为强烈,使煤层沿倾向切割,断层连通地表,造成瓦斯大量逸散。     

平顶山矿区首山一矿戊组煤高瓦斯压力成因

为厘清平顶山矿区首山一矿戊组煤高瓦斯压力成因,运用瓦斯赋存地质构造控制理论,根据平顶山矿区地质构造特征、矿井实测瓦斯参数、矿区地应力场特征等,分析了矿区瓦斯地质特征、区域地质构造形成与演化对矿区煤层瓦斯赋存与排放的控制作用、戊组煤成煤作用、变质作用及生烃过程,在此基础上重点研究了首山一矿井田地质构造及地层特征、水动力条件对戊组煤层瓦斯压力及含量的影响。认为平顶山矿区东区为高地应力、高瓦斯压力赋存区;位于东区的首山一矿井田的构造特征和由巨厚砂质泥岩、泥岩组成的戊组煤层顶底板岩石条件,弱的水动力条件,以及高水平挤压应力等形成独特的三维封闭型构造组合,是造成首山一矿戊组煤层高瓦斯压力的主要原因。     

河北省峰峰矿区通二井田石炭系—二叠系砂岩显微组构特征分析

对河北省峰峰矿区通二井田煤系地层砂岩中石英光轴的组构特征进行了显微镜下的观察分析。实测的12个岩组图均呈大圆环带状,表现为多组的极密区和次极密区,并以单斜对称组构为主体,具有一个对称面和垂直对称面的1个二次轴,以该轴两两对称的极密区和次极密区有2对或2对以上,表明研究区发生过不容忽视的旋转或剪切运动,它们的构造变形史可能具有多次活动性,并伴随有地温上升的过程。根据水平相岩组图所做的主应力轨迹图显示F56断层是形成张家庄向斜构造区和集贤村构造区的内部边界条件,并表明通二井田最大主压应力方向在北部以北西—南东向为主,向南逐渐转为东西向;最小主压应力方向在集贤村构造区以北东向为主,在中南部张家庄向斜构造区则以近南北向为主。     

边坡岩体浅层破坏的热应力效应研究

温度变化是影响边坡岩体风化并导致浅层破坏的一个重要因素。边坡岩体内的温度变化比较复杂, 且随地面温度的变化呈周期性的变化。温度的变化导致热应力的生成, 温度变化的周期性致使热应力具有交变性。在这种交变应力作用下, 边坡浅部岩体的破坏表现出疲劳特征。本文分析了边坡岩体中的温度场和热应力的分布特征以及边坡岩体疲劳破坏的机理及判据。     

淮南煤田煤层气成藏动力学系统的机制与地质模型研究

淮南煤田由次生生物成因和热成因气组成的混合型煤层气藏,受各种地质和水文地质条件的影响和控制。本文通过热流场和地温场、古构造应力场和原地应力场以及地下水动力场的系统分析,探讨了煤层气成藏动力学系统的形成机制,进而提出了相应的成藏地质模型。淮南煤田的煤层气藏虽然属向斜式(或盆心)聚气模型,但是,该模型强调,作为附加气源的次生生物气的补充,成藏动力学系统演化、构造样式和能量场的耦合关系,是混合型煤层气富集成藏的主因。      

新密矿区低临界值瓦斯动力现象及机理

本文从区域构造演化及构造特征、"三软"煤层(顶、底板和煤层均破碎的煤层及组合)分布及瓦斯特性和构造煤瓦斯内能释放等方面探讨了新密矿区低临界值瓦斯动力现象发生的机理及地质控制作用。研究结果表明:新密矿区构造演化具有多期叠加改造的性质,中、新生代拉张裂陷环境中形成的重力滑动构造对"三软"煤层的普遍发育具有重要控制作用,"三软"煤层的形成及组合形式影响井田瓦斯赋存和构造应力环境的非均衡性;顺煤层断层、煤层流变的规模及构造煤的发育程度是低临界值瓦斯动力发生的主控因素;高应力环境下"三软"煤层中构造煤的初期内能释放是激发低临界值瓦斯动力现象发生的关键;对低临界值瓦斯动力区域的预测可以通过对煤层流变和瓦斯初期解吸能的研究来实现。      

矿井瓦斯评价与预测的构造动力学方法

通过对矿井瓦斯赋存的构造控制、构造应力场演化及构造煤结构演化与瓦斯特性耦合机理的综合分析,认为当前在矿井瓦斯赋存、分布规律及突出危险区带的有效预测方面的研究还有待深入。在汲取前人研究成果的基础上,提出矿井瓦斯突出的构造动力学评价与预测的思路及方法,即以区域构造-矿井构造-煤层变形-构造煤结构-瓦斯特性及其相互作用机理分析为总体思路．将现代构造地质学理论和方法引入矿井构造研究,并与模糊综合评判、灰色系统、分形理论、数值模拟和计算机技术相结合,以揭示构造煤发育、分布规律及其构造动力学控制机理,系统进行不同类型构造煤瓦斯特性研究,探讨不同结构构造煤的含气性、透气性和气体赋存状态,以构造煤分布特征作为瓦斯突出危险性评价与预测的基础,建立矿井瓦斯突出预测预报的构造动力学评价方法体系。     

力 -电 -热多参量监测深井动力灾害的试验分析

采掘活动引起工作面前方煤体应力场重新分布、煤体破裂、瓦斯运移等活动,煤体内部内能,势能等能量不断发生转换,并向外辐射电荷、电磁等能量,致使煤体应力,煤体温度发生变化。使用煤体应力、煤体电荷和煤体温度多参量监测技术,对工作面前方煤体压力、煤体电荷和煤体温度进行持续监测,可判断煤体应力变化、瓦斯运移及煤体破裂状况等,从而确定煤层动力灾害危险程度。通过现场试验研究表明：含瓦斯煤层煤体应力突变时,煤体辐射电荷量增加、煤体温度降低,应力平稳变化阶段,煤体温度、煤体电荷信号基本稳定不变。因此,可利用对煤体应力、煤体温度和煤体电荷的监测结果,判断煤层动力灾害危险性,并且煤体应力、煤体温度、煤体电荷监测技术可相互补充验证,增加动力灾害预测可靠度。力-电-热多参量预测技术可提高煤矿动力灾害预测准确性,为煤矿安全生产提供可靠保障。     

含油气盆地中高地温的地质意义

本文以渤海湾油区南部含油气盆地为例,讨论了地温对盆地生油、砂岩孔隙性和特殊油、气藏形成的地质作用和意义。地热研究不仅限于学科自身的范围,而且已向石油、天然气等流体矿藏的成藏领域突入,并从已知的深层原生天然气藏、高含二氧化碳的天然气藏、特高压油藏和特稠油油藏的成藏实例中,找到了某些结合点。     

矿山地热研究的回顾与展望

  70年代我国矿山高温问题趋于严重化，由此而开展的矿山地热研究推动了我国煤炭资源勘稼地温测量的普及;在大量矿山地热研究成果的基础上，建立了矿山地温类型划分系统，为矿山地温勘探和矿山高温对策提供了理论根据。展望前景，矿山地热研究面临新的研究任务，其中，总结全国煤田地温测量成果和强化矿山地热与降温技术联结纽带的研究具有重要意义
        

焦坪矿区下石节煤矿JPC-01井煤储层基本参数分析

通过对焦坪矿区下石节煤矿JPC-01井煤储层基本参数进行分析,认为本区为地温正常区欠压储层,煤层吸附能力为低～中等,含气饱和度偏低,煤层处于欠饱和状态,含气量较小;由于煤体结构主体为原生结构煤,渗透性相对较好。虽然煤的变质程度较低（不粘煤）,但矿区构造简单,主要煤层厚度大,排水采气地面抽采试验显示,该井创造了我国在侏罗纪低煤级低含气量煤层中日产气超过1 000m3的记录,煤层气资源潜力较大。建议进一步开展煤层气地面抽采试验工作,为矿区瓦斯治理,探索地面瓦斯预抽采开辟新的途径。     

中国煤矿井地质及前景

中国的矿井地质工作历经50年的创业、发展和完善,已成为煤矿建设生产中无可替代的一门边缘和应用学科。矿井地质工作贯穿于煤矿设计、建设、生产、开拓延伸。矿井改造直到矿井报废的全过程,涉及到开拓设计、采煤掘进、瓦斯、水文、地压、顶板。地温、安全、环境保护和综合利用等领域。50年来中国矿井地质工作在新井建设和老井挖潜、核实储量、丰富煤田地质理论。完善预测和探查方法等方面都积累了许多可贵的经验,有力地推动中国煤炭工业持续高速度发展。在新的形势下,矿井地质的作用和自身优势尚未充分发挥,因采掘而发生的地质动态变化和环境问题必将成为矿井地质面临的重大课题。矿井地质亟待在改革中前进,在挑战中突破。