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汶马高速公路鹧鸪山隧道非煤地层瓦斯赋存特性与风险防控研究

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现代隧道技术 2023年第4期60卷 172-177页

作者：刘家民杨枫李晓洪马洪生四川藏区高速公路有限责任公司成都610041 四川省公路规划勘察设计研究院有限公司成都610041

炭质千枚岩是我国西南地区广泛分布的变质岩,隧道穿越炭质千枚岩地层中发生了多次瓦斯异常涌出事故,严重威胁施工人员安全,造成建设成本剧增。以汶马高速公路鹧鸪山隧道为例,开展炭质千枚岩地层瓦斯气体组分、碳同位素测试、岩体成熟度... 详细信息

炭质千枚岩是我国西南地区广泛分布的变质岩,隧道穿越炭质千枚岩地层中发生了多次瓦斯异常涌出事故,严重威胁施工人员安全,造成建设成本剧增。以汶马高速公路鹧鸪山隧道为例,开展炭质千枚岩地层瓦斯气体组分、碳同位素测试、岩体成熟度与吸附能力、瓦斯压力测试分析。结果表明,炭质千枚岩处于成熟—高成熟阶段,具有有机成因生烃能力;岩体最大瓦斯吸附能力为0.59~0.73 mmol/g,瓦斯吸附量低,运移通道不发育,瓦斯解吸导致的安全风险不高;在地质构造复杂的区域,炭质千枚岩地层的瓦斯分布不均匀,局部聚积大量承压瓦斯,危害程度较高。施工中应主要预防地质构造复杂区域瓦斯气体和高压封闭岩体形成的气囊导致瓦斯突出事故的发生。

关键词：炭质千枚岩非煤地层瓦斯成熟度瓦斯赋存风险防控

火成岩侵入对瓦斯赋存及瓦斯突出风险控制机制与应用研究

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火成岩侵入对瓦斯赋存及瓦斯突出风险控制机制与应用研究

作者：邓鹏鹏重庆大学

学位级别：硕士

火成岩侵入煤系地层的现象在我国广泛存在,侵入体会改变煤层物性和应力状态、促生大量瓦斯等气体,对于煤矿安全生产构成威胁。我国多个煤矿都发生过受火成岩影响的煤矿瓦斯事故,因此研究火成岩侵入对于治理瓦斯灾害、保障矿井安全生产... 详细信息

火成岩侵入煤系地层的现象在我国广泛存在,侵入体会改变煤层物性和应力状态、促生大量瓦斯等气体,对于煤矿安全生产构成威胁。我国多个煤矿都发生过受火成岩影响的煤矿瓦斯事故,因此研究火成岩侵入对于治理瓦斯灾害、保障矿井安全生产具有重要意义。为解释火成岩侵入对煤层瓦斯赋存及煤与瓦斯突出风险的控制机理,研究火成岩对于煤的变质程度、孔隙结构、物质变化、有机大分子结构以及吸附解吸特性的影响,论文以火成岩侵入严重的铁法煤田大兴煤矿为研究对象,采用数值模拟结合物理模拟和现场采样实验测试的研究方法,系统性分析了区域岩浆活动史、煤体的热变质理论、火成岩侵入规律、煤层瓦斯赋存规律、煤与瓦斯突出风险等特征。基于这些规律探讨了大兴矿火成岩侵入区瓦斯治理方法。论文的主要工作与结论体现在以下4个方面:(1)中国的岩浆活动是长期复杂的,与构造运动密切相关,与煤的区域性热变质相关。铁法煤田大兴煤矿位于天山-阴山断隆带东部(华北板块北缘)与新华夏系第二沉降带的交接复合部位,早期断隆裂缝为火成岩侵入提供了通道。燕山期以来,岩浆活动剧烈,形成了环太平洋火山-侵入岩带,第三纪的基性岩浆侵入,使煤系地层内大面积存在辉绿岩岩床和岩墙。侵入体有效阻隔了煤层瓦斯的逸散、增强了地层应力、进一步破坏了煤层结构、对煤层产生热变质作用,使得大兴矿的煤与瓦斯突出多数发生在第三纪辉绿岩的火成岩侵入影响区。(2)基于有限元数值模拟建立了岩墙型火成岩侵入体的冷却模型,分析了大兴矿岩墙式火成岩侵入对于煤层热作用的温度场分布,发现受岩浆侵入体影响,在距离岩墙90m范围内,煤层温度整体呈现先上升后下降的趋势,煤层最高温度为275℃到48℃之间,距离岩墙50m时煤层最高温度约75℃左右。通过煤的热作用模拟试验发现,热作用后的煤变质程度增加,孔隙孔容和比表面积先减少后增加;有机组分变化显著、含氧官能团和碳链侧链相继脱落生成甲烷。(3)通过对大兴矿南二采区906工作面距岩墙不同距离取煤样分析发现,距岩墙40m范围内,火成岩侵入的热作用,增加了煤层灰分和变质程度;煤晶体结构聚合、碳链侧链和含氧官能团相继脱落,使甲烷生成量增加;煤的热解使孔容和比表面积增加,孔隙连通性变复杂,非均质性增强,甲烷吸附解吸能力增强。侵入体对煤层瓦斯起到了圈闭保存作用,对煤层加剧了结构破坏和应力叠加作用,热变质作用增加了煤层的瓦斯容量和瓦斯生成量,通过对附近煤层的瓦斯圈闭性、结构破坏性、应力叠加性、煤的热变质作用,控制侵入体附近约40m范围煤层为瓦斯富集区和煤与瓦斯突出高风险区。(4)针对大兴矿南二采区906工作面的岩墙型侵入体,设计了火成岩侵入区防治煤与瓦斯突出的专项措施,核心是在火成岩侵入体周围约50m范围区域,强化火成岩钻孔探测、精准控制火成岩位置,强化预抽煤层瓦斯措施、加密预抽瓦斯钻孔,强化预抽瓦斯效果达标检测、降低达标判据;并在工程实践中应用,取得了有效防治煤与瓦斯突出的安全生产效果。

关键词：火成岩侵入煤与瓦斯突出瓦斯赋存热力作用煤变质

平煤二矿瓦斯地质赋存规律及瓦斯地质单元划分研究

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平煤二矿瓦斯地质赋存规律及瓦斯地质单元划分研究

作者：张茂申中国矿业大学

学位级别：硕士

矿井瓦斯作为煤矿五大灾害之一,严重制约着煤矿的安全生产。为防治煤与瓦斯突出,国内外学者在突出机理等方面做了大量研究,但由于不同矿井地质环境的差异,其突出的影响因素也不尽相同。为了探究平煤二矿三水平己一采区影响瓦斯突出及瓦... 详细信息

矿井瓦斯作为煤矿五大灾害之一,严重制约着煤矿的安全生产。为防治煤与瓦斯突出,国内外学者在突出机理等方面做了大量研究,但由于不同矿井地质环境的差异,其突出的影响因素也不尽相同。为了探究平煤二矿三水平己一采区影响瓦斯突出及瓦斯赋存的主控因素,与相邻矿井平煤十矿进行类比分析,得出煤与瓦斯突出的主控因素,并对影响瓦斯赋存的主控因素进行理论与定量化分析。结合灰色模型预测、克里金插值法、权重计算、数值标准化等构造瓦斯地质图。以瓦斯地质图进行瓦斯地质单元划分,并对划分的可靠性进行检验。全文的主要结论如下:(1)对十矿的8次煤与瓦斯突出事故进行分析,得出十矿区域煤与瓦斯突出的主控因素为构造、瓦斯、煤厚、埋深、软煤。其中构造、煤厚、埋深又对瓦斯赋存具有重要影响。(2)分析了瓦斯赋存的影响因素,发现地质构造、煤厚、顶底板岩性对十矿区域瓦斯赋存的影响较大。(3)二矿区域未进行巷道掘进,地质构造掌握不全面,采用GM(0,2)灰色模型,对二矿区域的断层复杂指数进行预测,灰色模型为F=-0.105217675+6.315349689R+5626.599978M;区内褶曲构造以底板构造曲率表征。(4)对构造、煤厚、顶底板岩性、底板构造曲率数据进行统计,以克里金插值法生成等值线云图,运用Sufer软件的Residuals命令导出坐标。采用专家打分法和优序图对各参数权重进行确定,权重分别为构造0.4375,煤厚0.3125,顶底板岩性0.1875,底板构造曲率0.0625。对数据进行标准化后乘以各自系数,得到等值线云图即为瓦斯地质图。(5)根据瓦斯地质图进行地质单元划分,在逆断层W附近、-700东翼瓦斯巷及排矸通道进行瓦斯参数实测,结果证明划分结果可靠。本文共有图39幅,表25个,参考文献83篇。

关键词：瓦斯地质单元划分煤与瓦斯突出瓦斯赋存主控因素地质构造

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地质因素对松河煤矿瓦斯赋存的控制作用

中国矿业 2024年第1期33卷 179-185页

作者：关金锋周侃司中应成春莲许国胜王建华贵州工程应用技术学院矿业工程学院贵州毕节551700 盘州市能源局贵州盘州553501

掌握煤层瓦斯赋存特征可为煤层气资源开发和煤矿瓦斯灾害治理提供理论指导,煤层瓦斯赋存受地质因素所控制,为揭示地质因素对松河煤矿瓦斯赋存的控制作用,采用地质统计法、构造控制理论,结合矿区大地构造位置、构造演化和区域构造应力场... 详细信息

掌握煤层瓦斯赋存特征可为煤层气资源开发和煤矿瓦斯灾害治理提供理论指导,煤层瓦斯赋存受地质因素所控制,为揭示地质因素对松河煤矿瓦斯赋存的控制作用,采用地质统计法、构造控制理论,结合矿区大地构造位置、构造演化和区域构造应力场的特点,分析了矿区构造、矿井构造、小型构造的特征,探讨了其对瓦斯赋存的控制作用。结果表明:盘江矿区煤层主要受燕山运动和喜马拉雅运动影响,海陆交替相沉积环境、构造抬升和后期风化剥蚀作用,导致背斜煤层风化剥蚀、向斜煤层当中瓦斯得以保存,煤层瓦斯由向斜两翼向核部逐渐增大。“三角形弧系”构造应力场控制矿区构造变形及构造煤发育,在“三角形弧系”构造的顶角位置的构造变形强烈、煤体变形严重,煤层瓦斯含量相对较高,而在“三角形弧系”构造的边部构造变形弱、构造煤发育程度低,煤层瓦斯含量相对较低。松河煤矿位于“三角形弧系”构造边部的土城向N翼弱构造变形区,致使煤层整体上受构造破坏作用小,构造煤发育程度低,在煤层局部范围发育有压性或压扭性断裂,煤层埋深是松河煤矿煤层瓦斯赋存的主控因素,而压性或压扭性断裂附近是瓦斯灾害局部防治的重点,对松河煤矿以及具有相似地质条件的煤矿实施精准瓦斯治理工作具有指导意义。

关键词： “三角形弧系”构造构造应力场土城向斜矿井构造瓦斯赋存

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瓦斯赋存主控因素对突出煤层开采的影响效应

煤矿安全 2017年第7期48卷 173-176页

作者：田富超苏伟伟中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221008 煤矿安全技术国家重点实验室辽宁沈阳110016 煤科集团沈阳研究院有限公司辽宁抚顺113122

为获知地质因素对突出煤层开采的影响,采用瓦斯地质控制理论分析了井田3号煤层瓦斯赋存规律,得到井田构造和煤层埋深是控制煤层瓦斯含量和煤层应力分布的主要因素。在构造控制区的3510回采工作面和埋深控制区的3301回采工作面测定了煤... 详细信息

为获知地质因素对突出煤层开采的影响,采用瓦斯地质控制理论分析了井田3号煤层瓦斯赋存规律,得到井田构造和煤层埋深是控制煤层瓦斯含量和煤层应力分布的主要因素。在构造控制区的3510回采工作面和埋深控制区的3301回采工作面测定了煤层开采期间的工作面绝对瓦斯涌出量、回风流瓦斯浓度,以及消突效果检验指标钻屑量S和解吸量△h_2等参数。考察表明:韩山背斜构造易于瓦斯封闭和应力叠加,非构造区的参数测试值较构造区大幅度减小,韩山构造为该矿井防控煤与瓦斯突出的重点区域;随着煤层埋深增加,煤层瓦斯含量和煤层应力的显著增大也促进参数测值呈现大幅度增加规律。

关键词：瓦斯赋存地质构造封闭瓦斯煤层埋深煤层应力

格目底向斜地质构造特征及其对瓦斯赋存的影响研究

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煤矿安全 2022年第8期53卷 149-154页

作者：田焕志江明泉余照阳李薇贵州大学矿业学院贵州贵阳550025

为探明贵州水城县格目底向斜构造特征及其对瓦斯赋存控制影响,通过收集整理格目底向斜矿井瓦斯地质资料和生产资料,深入分析格目底向斜构造特征及其对矿井瓦斯赋存影响,并总结了该区域瓦斯赋存规律。结果表明:格目底向斜是1个呈NW走向... 详细信息

为探明贵州水城县格目底向斜构造特征及其对瓦斯赋存控制影响,通过收集整理格目底向斜矿井瓦斯地质资料和生产资料,深入分析格目底向斜构造特征及其对矿井瓦斯赋存影响,并总结了该区域瓦斯赋存规律。结果表明:格目底向斜是1个呈NW走向的不对称向斜;北东翼地层倾角陡立,向东端地层倾角由85°逐渐减小为45°,南西翼地层相对平缓一般在15°~25°之间;煤层经历多起瓦斯生成过程,且受构造综合作用影响,煤层分化情况严重,造成含煤层数多,可采煤层数少,以薄煤层及中厚煤层为主;北东翼煤层瓦斯含量要高于南西翼,且同一瓦斯区及同一矿井中,由于次级褶皱、压性逆断层及张性正断层等局部构造不同,导致瓦斯赋存状态也存在差异。

关键词：格目底向斜地质构造瓦斯赋存构造演化瓦斯含量

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四川省煤层瓦斯赋存分布规律

煤炭技术 2023年第1期42卷 143-146页

作者：熊建龙贾天让赵文峰闫江伟四川省煤田地质工程勘察设计研究院成都610072 四川省煤矿瓦斯(煤层气)工程研究中心成都610072 河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室-省部共建国家重点实验室培育基地(河南理工大学) 河南焦作454003 河南理工大学瓦斯地质研究所河南焦作454003 中原经济区煤层(页岩)气河南省协同创新中心河南焦作454003 四川省能投油气勘探开发有限公司成都610095

搞清煤层瓦斯赋存规律是做好瓦斯灾害防治和生产规划的前提和基础。应用瓦斯地质的研究方法,结合四川省煤矿瓦斯地质图编制资料,探讨了四川省煤层瓦斯赋存分布规律。研究结果表明:四川省煤层瓦斯赋存具有明显的分区性,晚二叠世煤层瓦斯... 详细信息

搞清煤层瓦斯赋存规律是做好瓦斯灾害防治和生产规划的前提和基础。应用瓦斯地质的研究方法,结合四川省煤矿瓦斯地质图编制资料,探讨了四川省煤层瓦斯赋存分布规律。研究结果表明:四川省煤层瓦斯赋存具有明显的分区性,晚二叠世煤层瓦斯赋存明显高于晚三叠世煤层;叙永-筠连叠加褶皱带和华蓥山滑脱褶皱带晚二叠世煤层长期处于强烈的构造挤压中,构造煤发育,加之煤变质程度高,瓦斯含量高,是全省突出矿井主要集中在该区域的根本原因;芙蓉矿区位于叙永-筠连叠加褶皱带中段北部,主控构造珙长背斜是由多个次级背、向斜组成,且除其倾伏端发育的中型断层对煤层有一定破坏作用外,无切割煤系的区域性断层,有利于瓦斯保存,是造就该矿区成为四川省瓦斯灾害最严重的矿区的原因。

关键词：瓦斯赋存构造控制瓦斯地质规律瓦斯分带

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开平向斜地质构造特征及其对瓦斯赋存的控制

煤炭学报 2015年第S1期40卷 164-169页

作者：刘义生赵少磊中国矿业大学(北京) 北京100083 开滦(集团)有限责任公司河北唐山06300 中煤科工集团西安研究院陕西西安710054

基于地质构造是控制瓦斯赋存的最重要因素,深入分析了开平向斜地质构造特征及其分异性,并探讨了构造对瓦斯控制规律。结果表明:开平向斜是一个轴向NE的不对称向斜,北西翼地层倾角陡立,局部直立或倒转,甚至发育推覆构造;而南东翼地层较平... 详细信息

基于地质构造是控制瓦斯赋存的最重要因素,深入分析了开平向斜地质构造特征及其分异性,并探讨了构造对瓦斯控制规律。结果表明:开平向斜是一个轴向NE的不对称向斜,北西翼地层倾角陡立,局部直立或倒转,甚至发育推覆构造;而南东翼地层较平缓,一般倾角为10°~15°,被一系列轴向NW的次级褶曲复杂化。受构造控制,煤层经历了多期瓦斯生成过程,目前的瓦斯现状是构造综合作用的结果,开平向斜可以明显分为两大瓦斯区:北西翼的高瓦斯区和南东翼的低瓦斯区,而同一瓦斯区中,由于局部构造的不同,瓦斯赋存状态也存在明显的差异,表明了构造对瓦斯生成、保存与矿井瓦斯涌出存在重要控制作用。

关键词：开平向斜构造特征构造分异瓦斯赋存

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煤系正断层带影响下的煤层瓦斯赋存规律

煤田地质与勘探 2022年第10期50卷 16-25页

作者：肖鹏吴铭川双海清韩凯高振程玥颖西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054 西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室陕西西安710054 西安科技大学西部矿井瓦斯智能抽采工程研究中心陕西西安710054

渭北煤田多变形运动期和多组构造叠加孕育出的煤系断层带对煤层瓦斯赋存产生重要影响。采用地质分析、COMSOL Multiphysics多物理场数值模拟和现场数据监测相结合的方法,分析煤系正断层带的应力分布特征及断层之间相互作用关系,研究煤... 详细信息

渭北煤田多变形运动期和多组构造叠加孕育出的煤系断层带对煤层瓦斯赋存产生重要影响。采用地质分析、COMSOL Multiphysics多物理场数值模拟和现场数据监测相结合的方法,分析煤系正断层带的应力分布特征及断层之间相互作用关系,研究煤系正断层带影响下的煤层渗透率变化特征,模拟正断层带形成后的瓦斯运移状态和浓度分布情况,基于瓦斯含量和瓦斯涌出量监测结果进一步分析得到煤层瓦斯赋存规律。研究结果表明:煤系断层带的应力集中主要分布在煤层断层面上,应力降产生在岩层、煤层及各断层面交汇点处;煤系断层带影响区域的煤层渗透率由大到小依次为:断层面、区域平均值、断层上盘、断层下盘;随模拟时间增加,煤层瓦斯浓度逐渐减小,煤系正断层带内部地堑、地垒、阶梯状断层瓦斯浓度降低速率略大于两侧边界断块,瓦斯在断层断块内部及正断层带外侧边界表现出明显的积聚特性;煤系正断层带内部瓦斯含量和回采期间回风流瓦斯体积分数平均值分别为2.5921 m3/t、0.2240%,断层带外部边界两侧平均值分别为4.4802 m3/t、0.4549%,表明煤系正断层带两侧形成新的瓦斯富集区域。

关键词：正断层瓦斯地质煤层瓦斯数值模拟瓦斯赋存