Numerical modeling for analyzing thermal surface anomalies induced by underground coal fires

Coal seams burning underneath the surface are recognized all over the world and have drawn increasing public attention in the past years. Frequently, such fires are analyzed by detecting anomalies like increased exhaust gas concentrations and soil temperatures at the surface. A proper analysis presumes the understanding of involved processes, which determine the spatial distribution and dynamic behavior of the anomalies.In this paper, we explain the relevance of mechanical and energy transport processes with respect to the occurrence of temperature anomalies at the surface. Two approaches are presented, aiming to obtain insight into the underground coal fire situation: In-situ temperature mapping and numerical simulation. In 2000 to 2005, annual temperature mapping in the Wuda (Inner Mongolia, PR China) coal fire area showed that most thermal anomalies on the surface are closely related to fractures, where hot exhaust gases from the coal fire are released. Those fractures develop due to rock mechanical failure after volume reduction in the seams. The measured signals at the surface are therefore strongly affected by mechanical processes.More insight into causes and effects of involved energy transport processes is obtained by numerical simulation of the dynamic behavior of coal fires. Simulations show the inter-relation between release and transport of thermal energy in and around underground coal fires. Our simulation results show a time delay between the coal fire propagation and the observed appearance of the surface temperature signal. Additionally, the overall energy flux away from the burning coal seam into the surrounding bedrock is about 30-times higher than the flux through the surface. This is of particular importance for an estimation of the energy released based on surface temperature measurements. Finally, the simulation results also prove that a fire propagation rate estimated from the interpretation of surface anomalies can differ from the actual rate in the seam.     

神木北部矿区5-2煤层厚度及其底板高程趋势分析

为了查清神木北部矿区5-2煤层赋存特征及成因,选取了该矿区172个典型钻孔数据,用趋势分析法研究了5-2煤层的厚度及其底板高程度变化特征。结果显示:该区煤层厚度总体为南北厚中部薄,东厚西薄;底板高程为南北高中部低,东高西低;煤层厚度和其底板高程间普遍存在正相关关系。在该区构造稳定的背景下,后期改造对煤层厚度及其底板的影响很小,煤层赋存特征主要受沉积与剥蚀的控制。     

山西沁水盆地煤层气定向井钻井工艺

山西沁水盆地蕴藏着丰富的煤层气资源,采用定向井开采煤层气具有开采成本低、煤层气产量高的优点。本文结合山西省沁水县名水村的工程实例,介绍了定向井的钻井工艺,总结了施工经验,对类似工程具有借鉴意义。     

地下矿产开采对天然气管道工程的安全影响评价

西气东输天然气管道工程途经兖州市,穿越杨庄、杨村、兴隆庄等煤矿矿区,压覆煤层埋深变化较大。该文采用预测法对各煤矿在不同开采条件下分煤层对管道运营安全的危害程度进行了评价分析。通过计算表明,煤矿开采埋深越浅,煤层越厚,对管道危害越严重。兴隆庄煤矿3煤层、杨村煤矿煤16t、煤17开采对管道影响强烈,杨庄煤矿煤16t、煤17开采对管道影响中等,兴隆庄煤矿煤16t、煤17开采对管道运营影响小。     

小波边缘分析建模波阻抗反演方法在煤层解释中的应用

受限于地震波主波长的1／4,常规地震处理难以分辨较薄煤层。基于模型的波阻抗反演虽然克服了厚、薄煤层计算问题．但因难以得到准确的高频部分,很多情况下反演结果的精度和分辨率往往不能满足地质预测的要求。小波边缘分析建模波阻抗反演方法是从地震数据中提取地震特征参数,用于建模并参与迭代反演。该方法即可以弥补反演过程中高频成分的误差,减少对钻井数据的依赖程度,得到较为合理的初始模型,又可提高反演的精度和分辨率．使反演结果更好的反映实际地下地质情况。利用该方法,对大井-将军庙及新疆红沙泉2个勘探区的侏罗系中统西山窑组含煤地层进行波阻抗反演,反演结果与钻井资料进行比较,其中大井一将军庙0802及0809号孔单煤层厚度误差分别为3％、8％．新疆红沙泉多煤层厚度及煤层之间的夹层厚度预测结果除B6煤层误差较大外,其它误差均小于7％．可见该反演方法的计算结果比较准确。     

甘肃大泉水——白沙岘矿区含煤地层及煤层赋存特征

大泉水-白沙岘矿区位于甘肃省景泰县境内,在大地构造位置上处于北祁连加里东褶皱带东段,区内含煤地层为下石炭统靖远组和上石炭统羊虎沟组,属海陆交互相含煤沉积,根据岩性、岩相特征可划分为两个沉积旋回。该矿区主要可采煤层煤．层组赋存于羊虎沟组,厚1．71～9．00m,沿走向由西向东厚度变小,在大泉水井田可采厚度主要分布在V线以西,其东区段只是零星分布且不可采;在白沙岘井田煤层总厚度为2．99～5．15m,厚度变化小,属稳定煤层。煤：层组赋存于靖远组,仅分布在大泉水井田,厚1．33～8．88m,沿走向由西向东呈长透镜体状,西段和中段煤层发育较好．V线以东区段煤层变薄并出现无煤区。     

含煤层地质环境下地震波场的数值模拟

本文对含低速煤层地质环境下弹性波场多波多分量地震资料进行了二维数值模拟研究,对人工边界反射进行了有效处理,频散效应得到了有效的压制,对几种不同激发与观测排列方式下的弹性波资料进行了模型计算与分析。     

华南地区晚二叠和晚三叠世煤中稀土元素特征研究

在华南地区贵州六盘水、江西乐平、露庆和湖北黄石矿区晚二叠和晚三叠世煤层的稀土元素ICP—MS分析数据的基础上，系统研究了研究区煤中稀土元素的含萤分布特征、赋存特征、配分模式以及地质控制因素。含量分布表明晚二叠世稀土元素含量总体高于晚三叠世；煤中稀土元素与灰分成正相关关系，部分煤样品由于有富稀土元素的重矿物组合的存在而出现稀土元素的异常高值；同一矿区、同一时代煤中稀土元素的配分模式具有一定的相似性，而不同地区同一时代和同一地区不同时代煤中稀土元素的配分模式具有较大差异；煤的沉积环境，煤中无机矿物组成以及海水的影响是控制煤中稀土元素含量和配分模式的主要地质因素。     

洪山预测区煤层赋存的可能性分析

分析了洪山预测区西部洪山岩体地质特征及其向外围扩散的范围和程度，研究了北掌勘查区和焦窑煤矿两邻区煤层受岩浆岩影响的程度，认为洪山岩体对预测区煤系及煤层赋存的影响较小，岩体外围仍有煤系赋存。为下一步找煤指明了方向。     

注水煤体应力能 V-f 转化与释放机理研究

文章分析了在煤层注水湿润后煤体弹性能的转化与消耗过程，给出在湿润状态下能量由体变弹性能向形变弹性能转化进而自耗释放的理论模型。指出在坚硬干燥煤体中，注水后在水压力和毛细力的切割作用下，裂隙大量扩展，丰富了自由裂隙，产生更多的裂隙启发(裂隙切口)，使原来近似的刚性煤体变成由裂隙分割的块体组成的组合体或半组合体。裂隙中水的粘滞作用及水分子吸附力使块体问粘性结合、刚度降低、形变增大。煤体形变弹性能自身消耗释放的形式有3种：产生剪应力导致自由裂隙问错动摩擦；强度降低，使裂隙启发被劈裂成自由裂隙；湿润煤体蠕变性增强，产生整体性移动作功。初步给出能量消耗的量化表达式。通过这一理论，能建立煤层注水湿润度与冲击地压灾害发生的更直接的关系，使进一步量化该关系成为可能。从更深层次解释煤层注水防治冲击地压的机理。