淮南煤田口孜集勘查区深部煤层顶、底板工程地质特征研究

口孜集勘查区矿井目前正处于开发阶段,深部煤层顶、底板的稳定性对煤层开采方法具有很大的影响。在分析煤层顶、底板岩性在平面上变化规律的基础上,结合岩石物理力学性质,对影响煤层顶底板稳定性的因素进行了研究。依据本区顶板岩石的单轴抗压强度,结合钻孔工程地质编录RQD值和煤层开采的采高比,对主采煤层进行了工程地质分类,其中13-1煤层顶板在东北部及中部以周期来压顶板为主,而8煤在东南及西北部也以周期来压为主。另外,对该区深部开采的工程地质问题进行了预测,根据预测结果提出了相应的预防措施。     

淮南矿区地应力条件及其对煤层顶底板稳定性的影响

通过现场地应力测量和理论分析以及数值模拟计算,研究了淮南矿区地应力分布规律,探讨了圆形硐室围岩应力分布和不同侧压下回采工作面顶板稳定性分布。研究结果表明:淮南矿区原岩应力主要表现为自重应力场,除局部构造应力集中外,不存在高构造应力;区内侧压力系数λ值一般为0.49~1.49,平均为0.92,并且与测点距地表深度有一定的趋向性,表现为在浅部λ值较大,变化范围也大,而在深部λ值渐小,变化范围也缩小;回采工作面顶底板稳定性与侧压系数λ的大小密切相关,且随侧压系数λ的增大,顶板垂直位移减小,顶板岩层易于形成结构平衡而保持稳定,但底板垂直位移量增大,且易于形成底鼓破坏。这些认识为研究区煤层顶底板岩层支护控制提供了科学依据。     

淮北闸河矿区5、6煤顶底板岩性分布特征

根据大量钻孔资料和矿井生产资料,对研究区二叠系５、６煤顶底板的岩性分布和岩石力学性质进行了初步的研究与探讨。５煤顶底板以泥岩分布最广,６煤顶底板砂岩、粉砂岩和泥岩均有较大分布。砂岩稳定性较好,粉砂岩次之,泥岩较差。     

钻孔雷达在探测井下煤层顶底板界面中的应用

在煤矿生产中,准确判断煤层顶底板位置、识别对采掘安全存在威胁的地质构造是保障煤矿安全生产的重要举措。为此,提出一种针对煤层顶底板探测的方法技术,包括基于工作面的煤矿井下钻孔雷达探测方法和数据处理流程,并将其应用于实际工作。首先,对采集自新元煤矿某工作面钻孔内的实测钻孔雷达数据进行零时刻校正、直流消除、带通滤波、去直达波、增益等处理,实现了雷达剖面的去噪和增强;然后,通过速度拾取、反射面提取、绕射叠加偏移和时深转换、翻转拼接和钻孔轨迹校正等一系列处理解释,实现了对煤矿井下煤层顶底板位置的拾取和显示。该技术的提出为煤矿安全运营提供了一种有效手段,具有推广价值。     

黄县煤田煤层顶底板稳定性分析

本文介绍了黄县煤田主要可采煤层顶底板岩层的工程地质特征及稳定性分区情况。由于本煤田煤层围岩成岩作用差,岩石物理力学性质指标较低,因而煤层顶底板大部不稳定。结合矿井开采实际,本文进一步论述了煤层顶底板稳定性与岩层结构面特征,胶结物成分、岩层破碎程度、软弱夹层存在及构造应力方向等有很重要的关系。并且建议今后新建井主要巷道方向应尽量取南北向,以避免构造应力的影响。     

煤及煤层顶底板的孔隙结构特征

使用９３１０型微孔结构分析仪,对煤和煤层顶、底板岩石的孔隙特征作了系统研究,取得下列结论：煤的孔隙发育主要受煤的变质程度、煤岩组分及成煤植物和后期构造破坏等因素的综合控制;碎屑岩的孔隙发育主要受岩石粒度和充填胶结程度控制;灰岩孔隙发育特征主要受溶蚀作用强度控制。     

煤层顶底板采动破坏同步动态监测电性特征分析

随着煤炭开采深度的增加,深部复杂条件下开采的水害问题日益严重.复杂条件下煤层回采过程顶底板破坏动态监测对于工作面突水预测、采煤方法改进等具有重要意义.本文基于并行电法监测技术,结合双模式电极数据采集方式,同时在采煤工作面进行煤层顶、底板全空间地电场特征监测研究,获得了煤层围岩顶底板采动前后电阻率及自然电位同步响应特征....     

测井参数在准东煤田大井矿区一井田煤层及顶底板强度评价中的应用

测井所计算出的岩体弹性强度ε值和RC非常近似,相关性也很好。大井矿区一井田利用声波测井及密度测井,获得岩石速度与密度参数,以此计算岩石强度参数。与24组岩样试验值比较,其绝对差值率为19.77%。计算发现在实验值小于20MPa时,测井计算的岩体强度值偏大;当试验值在20～30MPa之间时,测井计算的岩体强度值偏小;当试验值大于30MPa时,两者非常接近,但测井值偏小者居多。根据测井计算的岩石强度,对该井田B1煤层及其顶底板强度进行了评价,并绘制了B1煤层及其顶底板岩体强度分区图。     

童亭井田主采煤层顶底板特性浅析

通过对童亭井田各可采煤层顶底板特性分析,对不同顶底板岩性及采掘中遇见的问题进行了说明,为矿井地质工作人员设计、施工提供了可靠的地质依据,以更好地为矿井生产服务.     

煤层水压致裂后煤岩应力解析

水压致裂后煤岩应力分布规律对水压致裂防冲效果起关键性作用。采用理论研究方法得出高压注水压致裂后及卸水后水区和气区的孔隙、瓦斯压力和煤体应力解析解。结果表明,致裂后水区孔隙压力沿径向变化不大,与注水压力接近;气区瓦斯压力沿径向呈递减趋势;在水区外围一定范围内形成瓦斯压力升高区;水区煤体环向应力将会减小,直到变为拉应力;气区煤体径向应力沿径向递减。卸水后水区孔隙压力、煤体径向应力沿径向呈递增趋势;气区煤体径向应力沿径向呈递增趋势,趋近于原始煤体应力;气区煤体环向应力沿径向呈递减趋势;气区孔隙压力沿径向呈递减趋势。这为煤层水压致裂预防冲击地压提供理论基础。     

煤层顶板定向长钻孔水力加砂分段压裂技术与装备

针对碎软煤层渗透率低、瓦斯抽采衰减快、压裂不均匀、裂缝易闭合、瓦斯抽采效果差、无法实现区域瓦斯超前预抽的问题,提出了煤层顶板定向长钻孔水力加砂分段压裂强化瓦斯抽采的技术思路,研发适合煤矿井下煤层顶板定向长钻孔水力加砂分段压裂煤层增透技术,研制了成套的煤矿井下水力加砂压裂泵组装备、定向喷砂射孔装置及工具组合、防砂封隔器及工具组合。水力压裂泵组装备最大排量90 m3/h,最大泵注压力70 MPa,最大携砂能力20%,支撑剂粒径小于等于1 mm;定向喷砂射孔装置通过水压驱动喷射器定向,最大旋转角度180°;防砂封隔器最大承压70 MPa,最大膨胀系数为2。研发的定向长钻孔连续定向喷砂射孔工艺技术和定向长钻孔拖动式水力加砂分段压裂工艺技术,在山西阳泉新景煤矿井下开展工程试验,完成2个压裂钻孔(孔深均为609 m)共计16段水力加砂分段压裂施工,累计实施80次定向喷砂射孔作业,石英砂的体积分数2%~3%,定向喷砂射孔压力22.6~28.6 MPa,共计使用石英砂19.8 t;水力加砂分段压裂单段注入压裂液153.8~235.1 m3、核桃壳砂的体积分数2.02%~2.56%,累计注入压裂液2 808.57 m3,注入核桃壳砂36.47 t;综合评价本次水力加砂分段压裂影响半径为20~38 m,统计分析压裂后2个钻场100 d瓦斯抽采数据,1号钻场、2号钻场日均瓦斯抽采纯量分别为1 025、2 811m3。试验结果表明:压裂装备加砂量大,施工排量大,能够实现连续作业,压裂后煤层透气性显著增加,极大地提高瓦斯抽采浓度和瓦斯抽采纯量。研究成果对碎软煤层区域瓦斯增透提供新思路,为我国类似矿区区域瓦斯超前治理提供技术借鉴。      

韩城矿区碎软煤层顶板梳状孔水力压裂瓦斯抽采工程实践

韩城矿区碎软煤层发育,煤层透气性差,本煤层钻孔钻进困难,瓦斯抽采效果差。顶板梳状孔水力压裂技术结合了水力压裂技术和定向钻进技术二者的优势,是解决碎软低渗煤层瓦斯抽采难题的有效技术途径。在韩城矿区王峰煤矿3号煤层顶板粉砂岩中施工长钻孔并向煤层开分支,采用套管+封隔器座封的整体压裂方式进行水力压裂工程试验。钻孔总长度344 m,有效压裂长度284 m,累计注水量874.79 m³,最大泵注压力9.4 MPa。试验结束后对钻孔瓦斯抽采相关参数连续监测86 d,钻孔瓦斯抽采体积分数27%~51%,平均42.11%,钻孔瓦斯抽采纯量8.25~21.41 m³/min,平均17.02 m³/min,钻孔累计抽采瓦斯量约210万m³。与常规的穿层钻孔水力冲孔技术相比,该技术百米钻孔瓦斯抽采量提高了11.48倍,初步证明了该技术在碎软煤层瓦斯强化抽采领域的适用性。     

碎软煤层顶板梳状长钻孔水力压裂区域瓦斯高效抽采模式

瓦斯区域超前治理是实现煤矿安全、高效及智能化开采的重要保障,针对碎软煤层区域瓦斯高效抽采难题,以陕西韩城矿区3号煤层为研究对象,提出井下煤层顶板梳状长钻孔水力压裂区域瓦斯抽采模式。采用理论分析、数值模拟和现场试验等多手段相结合的方法,验证模式适用性,阐明紧邻煤层顶板梳状钻孔压裂裂缝延展规律、抽采机理和压裂曲线特征,进而建立适用于500 m孔深的集地质条件动态分析、分段水力压裂、封隔器遇阻解卡和压裂范围连续探查于一体的顶板梳状长钻孔裸眼分段水力压裂关键技术体系,实现煤层顶板梳状钻孔主孔轨迹距离煤层5 m左右、多段均匀压裂、压裂范围全孔监测和孔内事故高效处理。以此为基础,在韩城桑树坪二号井开展2孔次的工程实践：压裂主孔深度588 m、距3号煤层2 m左右,单孔压裂6段,压裂范围探查深度381 m、压裂影响半径20 m以上;压裂后,钻孔抽采瓦斯平均体积分数40%以上、瓦斯抽采量1 m3/min以上,抽采效果是常规钻孔的4倍,120 d瓦斯抽采有效半径可达9 m,实现了碎软煤层瓦斯区域高效抽采。并提出了适用于碎软煤层大区域瓦斯抽采以及高瓦斯压力碎软强突煤层远程区域抽采卸压等规模化应用技术思路。     

倾斜煤层水力压裂起裂压力计算模型及判断准则

针对目前倾斜煤层起裂机制不明确,导致水力压裂时盲目升高压力或增大注水量来增加煤层透气性的问题,根据最大拉应力理论,分析真实环境下倾斜煤层压裂钻孔周围应力状态,建立压裂钻孔周围煤岩体起裂压力计算模型及判断准则,并在重庆松藻煤电公司同华煤矿进行了验证,结果表明,根据实测压裂区域地应力状态,起裂压力随煤层倾角增大而增大,钻孔起裂位置随煤层倾角增大逐渐向走向方向偏转;现场试验起裂压力与理论计算相符,随煤层倾角增大而增大,从而验证了计算模型的正确性。     

利用多频点技术探测顶底板含水构造埋深问题的尝试

通过理论分析和部分实际资料的计算发现,多频点电透视技术对判定工作面顶底板含水构造 的深度有较明显的反映,这种结果为利用电透视探查顶底板含水构造埋深问题指明了研究方向。      

顺煤层钻进随钻方位电磁波顶底板探测影响因素

针对煤矿井下水平井钻探中顶底板界面探测精度差、效率低等问题,进行煤矿井下防爆型随钻方位电磁波测井仪方案设计。为适合井下煤层工作环境,通过正演模拟获得源距、发射频率、线圈安装角度等仪器参数对信号响应影响的变化规律。研究结果表明：随钻方位电磁波仪器接收信号强度随发射频率、线圈距、地层电阻率对比度的增大而增强;线圈安装倾角约为45°时,既满足接收信号灵敏性,也满足信号的强度;仪器最佳工作频段为100 kHz~1 MHz。通过随钻方位电磁波测井仪响应模拟研究,为适用于煤矿井下仪器的参数优化设计提供选择依据,掌握了煤岩顶底板界面响应变化规律,该仪器的应用将提高顶底板探测精度和探测效率。     

煤层顶板分段压裂水平井地质适应性分析与施工参数优化

煤层顶板分段压裂水平井是实现碎软低渗煤层煤层气高效抽采的有效技术.依托"十三五"国家科技重大专项课题,围绕煤层顶板分段压裂水平井煤层气高效抽采技术,采用理论分析、数值模拟等手段,对比不同地应力状态下裂缝的穿层扩展形态,研究水平井布井方位与最小水平主应力方向夹角对裂缝转向扩展的影响,分析多簇射孔条件下裂缝的竞争扩展现象....     

拟声波反演技术在识别煤层顶底板砂泥岩中的应用

当煤层顶底板为泥岩时,其煤层气含量一般较高。为预测煤层气富集区,通过地震资料和测井数据分析,基于纵波阻抗反演和拟声波阻抗反演技术的方法获得煤层顶底板位置和砂泥岩的分布规律,为煤层气勘探开发提供依据。首先由于煤层纵波阻抗值很低,可在纵波阻抗反演剖面中准确获得煤层顶底板位置;其次利用自然伽马曲线构建拟声波曲线,在横向连续性强的拟声波阻抗反演剖面中,由于泥岩表现为拟声波阻抗高值,砂岩表现为低值,可通过数据分析得到砂泥岩值域范围;最后可以此为依据进行精细划分。实际应用表明,这种方法比传统纵波阻抗反演方法效果更好,分辨率更高。     

Variability and anisotropy of mechanical properties of the pittsburgh coal seam

SummaryVariability and Anisotropy of Mechanical Properties of the Pittsburgh Coal Seam Results of an experimental program to determine the vertical variation of material stiffness and strength of an important coal seam are presented, with the aim of providing information for realistic modeling for purposes of analysis. The seam is divided into four zones, and data from each are evaluated statistically. It is concluded that this seam contains two zones with measurably different properties, which, however, are small compared to the observed scatter of data.

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ZusammenfassungStreubereich und Anisotropie der mechanischen Eigenschaften des Pittsburgher Kohleflözes Es werden Ergebnisse eines Versuchsprogramms zur Bestimmung der senkrechten Veränderung der Steifheit und Festigkeit des Materials in einem wichtigen amerikanischen Kohlenflöz präsentiert, um Unterlagen für realistische Modellbildung zum Zwecke der Spannungsberechnung zu liefern. Der Flöz ist in vier Zonen unterteilt, deren Daten statistisch untersucht wurden. Es ergab sich, daß dieser Flöz zwei Zonen mit meßbar unterschiedlichen Eigenschaften enthält; diese Unterschiede sind aber klein im Vergleich zur Streuung der einzelnen Daten.

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RésuméVariabilité et anisotropie des propriétés mécaniques du banc de charbon de Pittsburgh On a analysé, par échantillons, la variabilité de la résistance et du module d'un banc de charbon épais, avec la profondeur. Le but de l'étude est d'obtenir des valeurs réalistes qui puissent être utilisées dans une analyse par méthodes numériques. Le banc est divisé en quatre zones, et les résultats sont analysés de façon statistique, séparément pour chaque zone. On a conclut que ce banc contient deux zones dont les propriétés mécaniques diffèrent. Cependant ces différences ne dépassent pas l'ordre de grandeur des écarts dans les observations sur chaque zone.

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With 10 Figures