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鄂尔多斯盆地南部三叠系页岩和侏罗系富油煤生烃动力学差异及其原位共采的温度条件

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煤炭学报 2024年

作者：郑瑞辉鲍园张枝焕袁轩西安科技大学地质与环境学院西安科技大学地质资源与地质工程博士后流动站西安科技大学煤炭绿色开采地质研究院中国石油大学(北京)地球科学学院

鄂尔多斯盆地上三叠统延长组7段（长7段）中-低成熟度页岩占该段总面积的90%以上，下侏罗统延安组富油煤资源量约为1414亿吨，长7段页岩和延安组富油煤原位热解转化共采技术是实现煤与页岩内蕴油气资源协同开采的重要途径。前人针对页... 详细信息

鄂尔多斯盆地上三叠统延长组7段（长7段）中-低成熟度页岩占该段总面积的90%以上，下侏罗统延安组富油煤资源量约为1414亿吨，长7段页岩和延安组富油煤原位热解转化共采技术是实现煤与页岩内蕴油气资源协同开采的重要途径。前人针对页岩和煤生烃动力学特征开展了大量研究，但页岩和富油煤的地球化学特征和生烃动力学特征差异尚不明确，制约着富油煤原位热解开发和资源潜力准确评价。本文基于对长7段页岩和延安组富油煤的地球化学特征对比分析，选取成熟度相近、有机质丰度不同的4块页岩样品和焦油产率不同的4块富油煤样品，比较了页岩和富油煤的热解生烃转化率和活化能分布特征；并将实验所得的动力学参数外推至原位转化条件下，探讨了页岩和富油煤原位热解页岩油、煤焦油共采的可行性及其温度条件设置。结果表明，长7段页岩和延安组富油煤均具备生油条件且长7段页岩的生油条件优于延安组富油煤。在成熟度相近条件下，页岩的活化能主频值随有机质丰度增大而增大，富油煤的活化能主频值随焦油产率增大而降低，且页岩的活化能分布范围较富油煤集中。在原位转化条件下，相近成熟度页岩主要生烃期对应的模拟温度随有机质丰度增大而增大，相近变质程度富油煤主要生烃期对应的模拟温度随焦油产率增大而降低，且长7段页岩(TOC=5%～38%，Ro=0.68%～0.71%)主要生烃期对应的模拟温度范围（226～443℃）涵盖延安组富油煤(Tar·d=7%～15.3%，Ro=0.67%～0.72%)主要生烃期对应的模拟温度范围（282～435℃）。因此，对于鄂尔多斯盆地长7段页岩和延安组富油煤而言，当热解温度达到长7段页岩主要生烃期对应温度时即可实现页岩油和上覆煤焦油的原位共热解开采。

关键词：生烃动力学长7段页岩延安组富油煤原位转化热解共采

基于高精度微震监测的承压水上底抽巷合理位置研究

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煤矿安全 2020年第9期51卷 52-58页

作者：于春生翟常治河南能源集团焦煤公司古汉山矿河南焦作454300 北京安科兴业科技股份有限公司北京102200

以古汉山矿1604工作面为研究背景,采用高精度微震监测和数值模拟,研究了工作面回采过程中底抽巷围岩动态破坏特征以及底板突水危险性。结果表明:工作面两巷外侧底板岩体在沿空侧与沿实体煤侧出现不对称能量释放现象,其中沿实体煤侧运输... 详细信息

以古汉山矿1604工作面为研究背景,采用高精度微震监测和数值模拟,研究了工作面回采过程中底抽巷围岩动态破坏特征以及底板突水危险性。结果表明:工作面两巷外侧底板岩体在沿空侧与沿实体煤侧出现不对称能量释放现象,其中沿实体煤侧运输巷外侧底板破坏尺度最大,深度约30 m;底抽巷位于底板下12 m、内错运输巷8 m位置时,巷道围岩释放能量密度值介于5~50 J/m^2,结合巷道围岩变形监测结果认为底抽巷位于该位置时受开采扰动程度较低;若底抽巷位于运输巷正下方或者外错于运输巷,围岩释放能量密度值均大于100 J/m^2,受开采扰动程度高。数值模拟结果表明底抽巷内错回采巷道8 m时处于底板卸压区,位于回采巷道正下方和外错回采巷道时处于应力集中区,受采动影响程度高,与微震监测结果较吻合。

关键词：底抽巷高精度微震开采扰动能量释放数值模拟

基于掘进面应力和瓦斯浓度动态变化的煤与瓦斯突出预警试验研究

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岩石力学与工程学报 2014年第A02期33卷 3581-3588页

作者：姜福兴尹永明朱权洁王存文曲效成北京科技大学土木与环境工程学院北京100083 北京安科兴业科技有限公司北京100083

通过对煤与瓦斯突出主要影响因素的研究,提出基于应力和瓦斯浓度动态变化特征的掘进面煤与瓦斯突出实时监测预警方法——SMD法,建立以钻孔应力增量和瓦斯浓度时间序列变化特征为判定指标的突出预报模糊综合预测模型,可以确定掘进面煤与... 详细信息

通过对煤与瓦斯突出主要影响因素的研究,提出基于应力和瓦斯浓度动态变化特征的掘进面煤与瓦斯突出实时监测预警方法——SMD法,建立以钻孔应力增量和瓦斯浓度时间序列变化特征为判定指标的突出预报模糊综合预测模型,可以确定掘进面煤与瓦斯突出指标值。在此基础上,研制掘进面煤与瓦斯突出监测预警系统,该系统能够实时监测掘进面围岩应力动态变化以及煤体瓦斯浓度动态变化情况,对煤与瓦斯突出危险区及其危险程度进行实时监测预警。通过在矿山的现场应用,表明该系统能够比较准确地预报突出危险区及其危险程度,保障突出危险工作面的作业安全。

关键词：采矿工程掘进面瓦斯浓度煤与瓦斯突出监测预警

孤岛工作面巷道围岩变形特征及修复加固技术研究

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煤炭工程 2022年第9期54卷 35-40页

作者：周贤马建辛崇伟邢恩睿张立明陕西华彬煤业股份有限公司下沟煤矿陕西郴州713500 山东安科兴业智能装备有限公司山东济南250002 北京安科兴业科技股份有限公司北京100083

为探讨厚煤层孤岛工作面采动下巷道围岩变形破碎严重,锚固结构易失效等难题,以下沟煤矿ZF303运输巷为研究背景,通过围岩分析、现场钻孔窥视监测确定了影响运输巷围岩变形严重的主要因素。基于现场提出“锚网索+钢带+金属网+注浆”联合... 详细信息

为探讨厚煤层孤岛工作面采动下巷道围岩变形破碎严重,锚固结构易失效等难题,以下沟煤矿ZF303运输巷为研究背景,通过围岩分析、现场钻孔窥视监测确定了影响运输巷围岩变形严重的主要因素。基于现场提出“锚网索+钢带+金属网+注浆”联合支护技术对巷道进行加固,并通过FLAC^(3D)软件模拟证明其可行性。现场监测结果表明:与未修复加固段巷道相比,巷道注浆加固段顶板、底板和两帮最大变形量明显减少,巷道围岩裂隙基本被浆液充填,巷道围岩变形基本得到控制。

关键词：孤岛工作面变形破坏特征联合支护注浆加固分区加固

复合厚煤层巷道掘进冲击地压机制及监测预警技术

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煤炭学报 2020年第5期45卷 1659-1670页

作者：朱斯陶姜福兴刘金海王高昂王绪友姜亦武曲效成徐怀阁宁廷洲北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 华北科技学院河北省矿井灾害防治重点实验室北京101601 兖矿新疆矿业有限公司硫磺沟煤矿新疆昌吉831100 北京安科兴业科技股份有限公司北京102299

针对我国西部矿区复合厚煤层工作面掘进期间煤粒弹射现象频繁、震动持续时间长、冲击破坏范围集中在掘进工作面附近的特点,以新疆硫磺沟煤矿复合厚煤层巷道掘进为工程背景,采用现场调研、理论分析和现场监测等方法,对复合厚煤层掘进工... 详细信息

针对我国西部矿区复合厚煤层工作面掘进期间煤粒弹射现象频繁、震动持续时间长、冲击破坏范围集中在掘进工作面附近的特点,以新疆硫磺沟煤矿复合厚煤层巷道掘进为工程背景,采用现场调研、理论分析和现场监测等方法,对复合厚煤层掘进工作面煤粒弹射和冲击地压发生机制及监测预警技术进行了研究。复合厚煤层掘进工作面频繁发生煤粒弹射和冲击地压的主要原因是巷道开挖后围岩中软煤部分会快速卸荷破坏产生煤粒弹射现象,软煤破坏后导致硬煤局部产生剪应力集中,当应力集中程度超过硬煤极限强度时,硬煤发生剪切失稳破坏,进而诱发掘进工作面冲击地压。现场监测结果表明,复合厚煤层掘进工作面冲击前后煤体应力及锚杆索压力监测无明显征兆,地音监测能够捕捉到冲击地压信息,但复合厚煤层工作面掘进期间频繁煤粒弹射产生的众多小能量震动事件严重影响了地音监测预警结果的准确性。据此提出了基于“地音大事件”概念的监测预警方法,即只监测对掘进工作面冲击地压有明显影响的大能量地音事件,这些地音事件具有的明显特征为发生的总频次相对较低,但总能量较高,根据统计分析,将(4-5)04胶带巷掘进工作面能量大于1000 mV的地音称之为地音大事件。通过与原预警方法进行对比,基于“地音大事件”概念的预警方法预警准确率更高,也更符合现场实际情况。

关键词：复合煤层冲击地压掘进工作面监测预警地音监测

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基于微震监测的顶板导水裂隙带发育高度研究

煤炭工程 2020年第8期52卷 107-111页

作者：李艳飞翟常治河南能源集团焦煤公司古汉山矿河南焦作454300 北京安科兴业科技股份有限公司北京102200

煤层顶板导水裂隙带发育高度作为矿井的基础参数,对矿井灾害防治具有重要意义,以古汉山矿1604放顶煤工作面为研究背景,分别采用微震监测和数值模拟等手段对顶板导水裂隙带的发育高度进行研究,通过对微震系统台网布置方式进行误差分析,... 详细信息

煤层顶板导水裂隙带发育高度作为矿井的基础参数,对矿井灾害防治具有重要意义,以古汉山矿1604放顶煤工作面为研究背景,分别采用微震监测和数值模拟等手段对顶板导水裂隙带的发育高度进行研究,通过对微震系统台网布置方式进行误差分析,围绕工作面构建了三巷空间布置的微震台网,对监测结果分析表明:工作面直接顶、老顶的破坏程度远大于其上覆岩层,顶板的连续破坏区域整体呈"钝三角形",导水裂隙带的发育高度约为75m。通过数值模拟计算得出1604工作面顶板导水裂隙带发育高度约为71m,与基于微震监测分析的结果基本吻合,为类似工作面的导水裂隙带探测提供借鉴和参考。

关键词：煤层顶板导水裂隙带微震监测发育高度

基于震动场-应力场双云图的冲击危险区快速判定方法及应用

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煤矿安全 2018年第11期49卷 207-210页

作者：魏全德北京安科兴业科技股份有限公司北京100083 北京安科兴业矿山安全技术研究院有限公司北京102299 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083

针对冲击地压监测预警的准确性和时效性尚不能满足现场工程需要的难题,通过理论研究、软件开发和现场实践,提出了基于震动场、应力场双云图冲击危险区快速判定方法。该方法通过微地震震动云图可以快速、直观地预测区域冲击危险性,钻孔... 详细信息

针对冲击地压监测预警的准确性和时效性尚不能满足现场工程需要的难题,通过理论研究、软件开发和现场实践,提出了基于震动场、应力场双云图冲击危险区快速判定方法。该方法通过微地震震动云图可以快速、直观地预测区域冲击危险性,钻孔应力云图对局部进行临场预警,在双云图联合判定下,可以对冲击危险区进行快速判定,进而指导工程现场开展针对性的卸压、支护措施,提高了冲击地压防治效率。研究成果经河南义马矿区现场应用,效果良好。

关键词：冲击地压监测预警微地震钻孔应力双云图

不同变异系数煤层应力场与瓦斯场规律的数值模拟研究

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西安科技大学学报 2024年第2期44卷 268-278页

作者：王峰刘强邱黎明刘勇徐九洲郭明功马涛张国雷永贵能源开发有限责任公司西秀分公司贵州安顺561001 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 河南理工大学瓦斯地质与瓦斯治理国家重点实验室培育基地河南焦作454000 平顶山天安煤业股份有限公司河南平顶山467100

为揭示煤层厚度变化对煤层突出危险性的影响,建立了煤层变形场和瓦斯场耦合模型,并基于高斯分布建立了不同煤层变异系数的煤层模型,揭示了不同变异系数下的煤层应力场和瓦斯场分布规律。结果表明:稳定煤层与非稳定煤层应力场差别显著,... 详细信息

为揭示煤层厚度变化对煤层突出危险性的影响,建立了煤层变形场和瓦斯场耦合模型,并基于高斯分布建立了不同煤层变异系数的煤层模型,揭示了不同变异系数下的煤层应力场和瓦斯场分布规律。结果表明:稳定煤层与非稳定煤层应力场差别显著,非稳定煤层在煤层较薄处产生了应力集中现象,向厚煤层区域掘进时呈线性减小;煤层较厚处稳定煤层的应力大于非稳定煤层,且随着煤层变异系数的增加进一步减小;不同变异系数煤层随着变异系数的增加应力逐渐增加,主应力的增长速率随着掘进距离的增加逐渐增加;煤层厚度变化导致了煤层受到顶板的水平应力作用,在煤层较薄处,顶板水平应力指向煤层,导致煤层较薄处产生了应力集中,在煤层较厚处,顶板水平应力背离煤层,导致煤层应力相比较薄处小,且瓦斯浓度大、渗透率小、构造煤发育较多,在扰动下容易发生突出。

关键词：煤与瓦斯突出煤层厚度煤层变异系数多物理场瓦斯压力

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基于静态探测与动态监测的冲击地压危险区划分及防治措施

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煤炭工程 2019年第8期51卷 52-55页

作者：毛庆福孔贺魏全德辛崇伟田兆龙山东济矿鲁能煤电股份有限公司阳城煤矿山东济宁272155 山东安科兴业智能装备有限公司山东济南250002 北京安科兴业矿山安全技术研究院有限公司北京102299 北京安科兴业科技股份有限公司北京100083

为提高大采深、厚煤层开采冲击地压监测预警准确性,通过理论研究和现场实践,提出了"CT(Computed Tomography)静态应力探测-微震和钻孔应力动态监测-钻屑检验验证"综合判定工作面冲击危险区的方法。并在阳城煤矿3306工作面进行现场应用,... 详细信息

为提高大采深、厚煤层开采冲击地压监测预警准确性,通过理论研究和现场实践,提出了"CT(Computed Tomography)静态应力探测-微震和钻孔应力动态监测-钻屑检验验证"综合判定工作面冲击危险区的方法。并在阳城煤矿3306工作面进行现场应用,实践表明:静态应力探测结果与动态监测结果具有较高一致性;在3306工作面应用该方法确定了工作面前方30~50m、80~100m、130~140m和180~200m存在较高的冲击地压危险,现场采取了针对性的解危措施,实践了分区防治,提高了防冲效率,效果良好。

关键词：静态探测动态监测冲击地压 CT反演微震监测