急倾斜上保护层开采瓦斯越流固-气耦合模型及保护范围

开采保护层是防治煤与瓦斯突出最有效的措施之一,其关键是保护范围的合理确定。针对急倾斜多煤层上保护层开采有效保护范围的划定问题,基于煤层瓦斯越流理论,根据煤岩层变形与瓦斯渗流的固-气耦合作用,建立了瓦斯渗流场方程和煤岩体变形场方程,得到了急倾斜上保护层开采瓦斯越流固-气耦合数学模型。以南桐矿区某矿上保护层开采为实例,通过多物理场耦合系统,建立了该矿上保护层开采瓦斯越流几何模型并进行数值计算,获得了上保护层工作面开采后被保护层瓦斯压力的分布规律,确定了上保护层开采的卸压保护范围。数值计算与现场考察试验结果具有一致性,由此验证了数值计算的合理性。研究结果可以对现场保护范围的划定及卸压瓦斯抽放等提供理论指导,具有实际工程意义。     

下伏煤层瓦斯压力消散数值模拟

平煤五矿己15煤层为低瓦斯煤层,下伏己16-17煤层为高瓦斯煤层,相对层间距比例1.0-4。己16-17煤层煤厚3.5m,为主采煤层。为降低己16-17煤层的瓦斯压力,实现安全高效生产,该矿以已15煤层为保护层,采用上保护层开采技术改变具有突出危险的煤层瓦斯赋存状态,降低被保护层的瓦斯压力。基于多孔介质流体流动理论,利用有限元数值模拟技术,模拟平顶山五矿超近上保护层的开挖过程,分析被保护煤层的瓦斯流动过程和煤层瓦斯压力的变化规律,论证保护层开采技术可以改变高突、高瓦斯煤层瓦斯赋存状态的可行性。     

近距离下保护层开采覆岩运动相似模拟实验

运用相似材料模拟方法和数字散斑的测试原理,对平顶山十矿近距离下保护层开采进行模拟实验,研究保护层己18煤层开采后上覆岩层的移动规律和具有煤与瓦斯突出危险性的己15-16煤层的卸压效果。研究结果表明:己18煤层工作面开采后顶板垮落带高度约为8.2 m,裂隙带的高度约为29.7 m,且被保护层位于裂隙带的中下部;随着保护层工作面的不断开采,被保护层的垂直应力依次呈"V"型、"U"型和"W"型的应力分布,己_(15-16)煤层原始应力约下降了24%;被保护层己_(15-16)煤层的膨胀变形量为11.16‰~21.9‰。该实验为研究平顶山十矿近距离下保护层开采的卸压效果分析、覆岩移动规律和巷道布置等提供理论基础。     

基于高瓦斯煤层保护层开采的煤矿水害防治技术

晋煤集团赵庄矿3号煤层为高瓦斯煤层,瓦斯抽采难度大,存在煤与瓦斯突出的安全隐患,防治水方面还存在底板带压开采问题,严重制约了矿井安全高效生产。通过提出保护层开采方案,先期开采下伏8-1号薄煤层,释放3号煤层应力,增加煤层透气性,同时制定8-1号煤带压开采的防治水技术策略,最终实现了3号煤瓦斯安全疏放抽采,防治水工作顺利开展,对同时存在高瓦斯和承压水上采煤问题的类似矿井具有指导意义。      

有限元强度折减法在煤层底板破坏中的应用

采用有限元强度折减法,求得煤层开采后底板岩体破坏滑移面,并给出底板塑性区贯通过程,得出其滑移线与理论形态相近,底板塑性滑移形状类似Prandtl型,并与滑移线理论计算结算进行了对比,两者误差在10%以内,说明了采用有限元法求解煤层底板破坏情况是可行的。并用于模拟上保护层开采过程中底板及下伏煤层卸压范围,为保护层工作面回采过程中瓦斯来源提供理论依据。说明有限元强度折减法可用于确定承压水体上煤层开采其底板所需的临界厚度和上保护层开采过程中的有效层间距。     

近距离上保护层开采瓦斯运移规律数值分析

采动裂隙是瓦斯运移的通道,搞清瓦斯运移规律是瓦斯治理的前提。在考虑岩石动态破坏过程和含瓦斯煤岩渗流-应力-损伤耦合的基础上,结合平煤五矿实际地质条件和开采工艺,建立了数值计算模型,应用RFPA-Gas程序模拟了近距离上保护层采动顶底板岩层变形破坏、裂隙演化规律与瓦斯运移规律。模拟结果较好地再现了保护层开采过程中煤岩层应力变化、顶底板损伤及裂隙演化过程,得到了上覆岩层移动的“上三带”（冒落带、裂隙带和弯曲下沉带）和底板变形的“下两带”（底板变形破坏带和弹塑性变形带）。得到了被保护层瓦斯流量分布、瓦斯压力分布和透气系数的变化规律,卸压煤层瓦斯透气性增大了2 500倍,得到了煤壁下方压缩区和膨胀区之间的张剪瓦斯渗流通道,并将保护层底板压缩区和膨胀区的瓦斯渗流特征提炼出来：压缩区对应的是渗流减速减量区、膨胀区由卸压膨胀陡变区和卸压膨胀平稳区组成,分别对应着渗流急剧增速增量区和渗流平稳增量区。指出卸压膨胀陡变区是瓦斯突出危险区,为近距离保护层开采瓦斯治理指明了方向。实践表明,瓦斯治理效果显著。     

淮南矿区保护层开采卸压范围及瓦斯抽采地面井部署

以保护层卸压开采和卸压瓦斯地面井抽采工程实践取得的大量资料为基础,结合采区上覆岩层变形变位检测和煤岩层力学性质实验室测试结果,总结了煤与煤层气开采地质条件,讨论了确定保护层开采有效卸压范围的方法,得到了淮南矿区保护层开采有效卸压范围的结果,分析了其对卸压瓦斯地面井部署的影响,提出了淮南矿区卸压瓦斯地面井部署的建议。研究结果表明:淮南矿区11-2保护层的最大有效保护距离为117 m,11-2保护层的开采对13-1被保护层的保护是有效的;走向有效卸压保护角为64°,倾向有效卸压保护角下方为77°、上方为83°,被保护层的卸压范围相对于保护层下部内错15.4 m,上部内错8.2 m;地面井应部署在走向上距始采线37 m外,倾向上靠近回风巷13～30 m之间的位置。研究结果对实现煤层气高效、持续、稳定的抽采和煤与煤层气共采意义重大。      

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。     

晋普山煤矿瓦斯赋存相关因素及涌出量预测

晋城矿区晋普山煤矿目前开采9煤层,煤层瓦斯含量高,经鉴定属高瓦斯矿井。利用井田地质勘查成果及井下瓦斯监测数据,对区内瓦斯赋存规律及涌出量进行了分析。结果显示:煤层煤类、褶皱构造和煤层围岩是其主要控制因素,而煤层埋深对瓦斯赋存影响不明显。按开采层和邻近层瓦斯涌出量叠加原理,采用分源预测法分别预测了9、15号煤层回采工作面瓦斯涌出量,其绝对瓦斯涌出量均大于5 m3/min,局部瓦斯含量较高,具有煤与瓦斯突出危险,建议矿井做好防范瓦斯灾害相应措施。     

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.     

NUMERICAL MODELLING OF METHANE GAS MIGRATION IN DRY COAL SEAMS

This paper presents the development of a mathematical model for methane gas migration in coal seams. The major focus of this model is the coupling between the gas flow and deformation of solid coal. The effect of diffusion of adsorbed methane gas from the solid matrix to the voids has been taken into account. The adsorption of gas in the coal seam causes a two-phase state of gas flow. The governing equation for the two-phase gas flow is a non-linear partial differential equation with non-linear boundary conditions. A finite element model has been developed for simulation of the distribution of pressure and concentration of methane gas due to gas migration in coal seams.     

波兰煤矿瓦斯高效抽放技术特点

目前,在波兰41对主要生产矿井中,有23对高瓦斯矿井进行了瓦斯抽放。2004年瓦斯平均抽放率为30%,平均利用率为39%。根据瓦斯地质条件、瓦斯涌出特点和采区通风方式,着重介绍了波兰煤矿强化煤层、围岩和采空区瓦斯抽放,提高矿井瓦斯抽放效率的工艺技术特点。在工作面的瓦斯排放中,注重开采、通风与瓦斯抽放一体化,通过优化抽放钻孔布置,取得钻孔瓦斯抽放的最佳效果,是波兰煤矿瓦斯治理的一项成功经验,成为煤矿持续安全高效生产的重要技术保障。     

阜新煤田煤层气开发选区研究

阜新煤田煤层瓦斯含量高,预测煤层气资源量达1 36.91× 108m3,是我国煤层气开发的重要选区之一。本文分析了阜新矿区煤田地质特征,深入研究了各分区内各煤层中影响煤层气生成、储集和运移的地质因素,提出刘家-王营子区是阜新煤田煤层气开发的最佳选区。      

煤层裂缝的声波扫描成像测量

煤层中的裂缝是煤层气勘探和开发的重要参数。利用声波扫描图像可以观察出煤层中的裂缝发育程度、裂缝的产状,并可以分析出裂缝产生的力学性质,给煤层气储层的综合评价提供依据。      

深部强冲击地压易发矿区厚煤层开采解放层卸压效果数值模拟

为研究深部强冲击厚煤层开采上、下解放层的卸压效果。采用数值模拟方法,分析不开采解放层,开采下解放层,开采上、下解放层条件下,被解放层的应力变化情况及应力变化规律,计算开采下解放层后的合理卸压角,确定解放层平巷位置。模拟结果表明开采上、下解放层后,应力明显减小,但仍存在高应力区,易发生冲击地压,必要条件下应采用其它辅助卸压方式。证明了煤壁前方应力增加区域一般在煤壁前方8～25m。该研究为工作面开采设计提供理论指导,对防治冲击地压具有一定的现实意义。     

影响煤层渗透率测试的若干因素

通过对中国8个矿区10口煤层气评价井的试井工作,讨论了影响煤层渗透率测试的若干因素,认为钻井作业对煤层的伤害、煤体结构及较高的有效地应力是主要影响因素;而煤的变质程度虽然对煤的割理发育起控制作用,但不是煤层渗透率测试的主要影响因素。      

芦岭煤矿卸压区瓦斯综合抽采试验及分析

煤炭开采造成煤储层卸压,煤储层参数将发生巨大变化,并对瓦斯储存和运移产生极大影响。分析了淮北芦岭煤矿卸压区地面垂直井煤层气抽采试验,研究了卸压区地面和井下瓦斯综合抽采技术及方法。结果显示,在低透气性煤层卸压区进行地面和井下瓦斯综合抽采,不仅有利于煤矿安全生产,而且可大大提高瓦斯采收率及其开发的经济效益。      

恩洪矿区煤层气富集的控制因素

恩洪矿区是云南省重要产煤基地，晚古生界的上二叠统宣威组是主要含煤岩系，其煤层镜质组含量较高，变质程度中等，蕴藏着丰富的煤层气资源。综合研究表明：该区煤层气富集的控制因素主要为煤层厚度、煤岩组分、煤级、吸附性能和良好的保存条件。     

Modeling of ECBM recovery from Amasra coalbed in Zonguldak Basin,Turkey

Zonguldak coal basin is the only productive hard coal basin of Turkey. The eastern part of the basin is called as Bartin–Amasra District, which has deeper coal seams. The depth and difficulty of mining these coal seams make this district an important candidate for coalbed methane (CBM) recovery. However, there is not enough reservoir data for modeling purposes. In this study, the lithologic information collected for coal mining industry was used to determine the correlations and the continuity of the coal seams. The lithologic information was examined and the depths of the coal seams and the locations of the exploration boreholes were used to perform a reliable correlation using a new method. As a result of the correlation study, 63 continuous coal layers were found. A statistical reserve estimation of each coal layer for methane was made by using Monte Carlo simulation method. The initial methane in place found in the coal layers both in free and adsorbed states were estimated using probabilistic simulations resulted in possible reserve (P10) of 2.07 billion m³, probable reserve (P50) of 1.35 billion m³ and proven reserves (P90) of 0.86 billion m³.Among the determined continuous coal layers, coal layer #26 was selected for a preliminary investigation of the applicability of enhanced coalbed methane (ECBM) recovery and CO₂ storage. The scarcity of coal seam reservoir data required a sensitivity study for the effects of reservoir parameters on operational performance indicators. The effects of adsorption, coal density, permeability, cleat porosity and permeability anisotropy parameters were examined using the Computer Modeling Group's (CMG) GEM module.     

鲁西南主要煤田岩浆岩特征及对煤的影响

在对鲁西南地区主要煤田岩浆岩的分布情况、侵入层位、岩性、岩相、岩石类别、时代、来源、厚度、侵入层数等详细研究的基础上 ,分析了该区岩浆岩发育规律及岩浆侵入对煤层、煤质的影响 ,为今后矿井建设及煤炭开采提供参考