煤层地质学范文1
1合层投球水力压裂原理及影响因素
多煤层发育区的合层压裂投球技术主要是针对非均质性差异性大的储层进行的。投球的目的一方面是限制某些孔的流量,另一方面是使施工压力上升,使储层的改造相对均一。为了确定合层水力压裂的投球数,首先需对合层投球水力压裂的裂缝形态的影响因素进行分析。
1.1合层投球水力压裂原理合层投球水力压裂是基于间距较小、非均质性差异相对比较大的两层或多层煤为前提,把井筒作为一个密闭系统,通过地面高压泵把液体注入井筒,当达到煤层某些地方的破裂压力时,首先破裂进行延伸,为防止裂隙闭合,并进行加支撑剂操作来支撑裂缝。因煤储层非均质性强,岩石力学性质差异性大,势必造成在煤层某些段裂缝延伸较远,某些煤层段裂缝延伸较近,为了限制这些裂缝延伸远的继续延伸,同时使裂缝延伸近的能够进一步延伸扩展,此时投入一定数量的尼龙球(也可以是其他材料制作的球),把裂缝容易延伸的那部分孔眼堵塞,迫使施工压力和有效排量发生改变,达到改造初始裂缝延伸距离近的那部分层段的目的。因此,能否使初始裂缝延伸近的层段进一步得到改造,合理的投球数是决定因素。其压裂原理如图1所示。
1.2合层投球水力压裂裂缝形态的影响因素合层投球水力压裂是在三维空间地质体中进行的,压裂时裂缝形态的影响很多,主要影响因素有煤岩力学性质、地应力特征、围岩特征、构造地质条件、施工泵注参数等。
1.2.1煤岩力学性质及煤层段非均质性对压裂裂缝形态的影响合层投球水力压裂作用的对象主要是煤层段,水力压裂主要是靠挤聚力在煤层的弱面首先开裂。煤储层的非均质性较强,当煤层段岩石力学性质差别不大时,水力压裂时,煤层段的弱面不明显,无效孔眼很少,几乎没有,这种情况下,储层的改造相对比较均一,几乎不需要使用投球。当煤层段岩石力学性质差异较明显时,水流主要在弱面中进行流动,起不到煤层段整体改造的效果,此时,当压裂一段时间后,则需要使用投球技术封堵住一部分孔眼,即那些流量相对比较大的孔眼,因前段时间的压裂已经在弱面中加入了一定量的支撑剂,通过封堵,则可能在岩石力学性质相对较大的煤层段进行储层改造,进而达到均一改造的目的。
1.2.2地应力特征性对压裂裂缝形态的影响原始状态下,煤岩体受到垂直方向和水平方向三轴应力的作用。水力压裂时,裂缝形态不仅受到煤岩本身力学性质等方面的影响,还与三轴应力的大小和方向有关。当煤层段裂隙不发育时,可把其近似看作一均质体,压裂时,首先将在与最小应力垂直的方向上发生张裂,然后在平行于最大应力方向上进行延伸;当煤层段裂隙发育时,裂缝延伸受控于裂隙方向、煤岩强度、应力大小等的共同作用,即看裂隙的正应力与应力的大小关系,正应力若为最小应力,则将沿着裂缝延伸,正应力若不是最小应力,则将沿着原始裂隙与最大应力之间进行延伸。
1.2.3围岩特征性对压裂裂缝形态的影响围岩力学性质与煤层力学性质的差异性及应力剖面在一定程度上也影响着裂缝形态。当围岩力学性质明显高于煤层段时,压裂时很难突破顶、底板限制,压裂裂缝仅在煤层段进行延伸;当围岩力学性质与煤层段力学性质差别不大时,压裂时裂缝可能突破顶、底板的界限,在围岩中进行延伸。
1.2.4构造地质条件对压裂裂缝形态的影响褶皱构造发育的地区,一方面改变了煤岩体的裂隙发育、煤岩力学性质;另一方面可能造成应力的集中和分散,进而对压裂时裂缝产生影响。断层构造发育的地区,使断层附近的应力发生改变,煤体结构、煤岩力学性质等发生改变,这些都影响着压裂时裂缝延伸形态。
1.2.5施工泵注参数对压裂裂缝形态的影响施工泵注参数主要包括压裂规模、施工排量、砂比等。压裂规模越大,裂缝在长度、宽度及高度三维方向均有不同程度的扩展;施工排量不仅影响施工过程中的携砂能力,施工排量的增加引起净压力的增加;在一定程度上,提高砂比就意味着降低支撑剂裂缝的宽度。这些都影响着压裂时裂缝的形态。
2合层投球水力压裂地质模型
通过合层投球水力压裂裂缝形态的影响因素可知,应力状态、煤岩本身、泵注参数等对压裂裂缝形态影响最大,笔者也主要基于这几方面建立合层投球水力压裂的地质模型。成煤环境的复杂性、多期性以及构造运动,导致煤层段的煤岩力学性质具有一定的差异性。当成煤过程及成煤后煤层段遭受的构造运动不强烈时,煤层段的变形不太强烈,即煤层段主要以硬煤为主,但由于受到了构造运动,煤层段岩石力学性质有一定的差异,导致一次压裂时有部分煤层段可能压不开,为了让整个煤层段几乎能全部压开,则可实施投球技术进行压裂,地质概念模型如图当煤层段形成过程、形成后遭受的构造运动强烈程度不同时,导致煤层段岩石力学性质差异性较大时,即软煤(碎粒煤和糜棱煤)和硬煤共存,第一次压裂时,大部分压裂液进入软煤,压裂效果不甚理想,为了在硬煤中进行压裂,则需要使用投球技术,此类情况的地质概念模型如图3所示。水力压裂时,裂缝可能突破顶、底板进入围岩,裂缝延伸比较复杂,笔者所建模型主要基于裂缝,仅在煤层中延伸。
3合层水力压裂投球数的确定
煤岩力学性质、地应力特征等的差异性,导致水力压裂时有效孔数不同,这些决定了在合层投球水力压裂时投球数的不同。
3.1投球数数理模型计算思路不管是软、硬煤岩互层还是力学性质差异的硬煤互层,投球数计算思路可表述为:1)根据测井资料对煤体结构进行划分,得出硬煤(原生结构煤和碎裂煤)和软煤(碎粒煤和糜棱煤)或不同硬煤厚度及应力剖面。2)根据地应力、煤岩力学特征、煤层特征、泵注参数等确定水力压裂时有效孔数量。3)同样泵注井口压力下,要使其能在硬煤中裂缝开启并延伸,同时又不能造成压裂时压力过大,无法施工,在96型射孔弹射孔条件下,根据孔眼摩阻线解图,结合水力压裂的最大排量,得出不同投球数下的施工压力。4)根据硬煤岩石力学性质、破裂压力、软煤岩石力学性质及泵注压力,确定出投球数与硬煤破裂延伸的关系。5)根据软、硬煤厚度、岩石力学性质、泵注参数等,最终确定出能在软、硬煤中都得到延伸的投球数,其计算思路如图4所示。
3.2投球数数理模型投球数建模基于以下假设:1)煤层是连续、稳定、水平的。2)水力压裂时无法突破顶、底板围岩。3)忽略压裂液在储层中流动过程时煤体颗粒对其的阻碍作用。4)忽略顶底板的影响。5)忽略压裂段上下之间的液柱压差及液体的滤失。6)软硬煤层划分以后为相对均质的。7)压裂液在各个有效孔眼中的流量相同。当硬、软煤层共存时,含有多层软硬层和只有两层软硬煤层的确定原理相同。在此,以两层进行论述。根据测井曲线,设煤厚度分别为m1、m2,孔密为16孔/m。则孔的数量为:n=[16(m1+m2)](1)式中n表示射孔数,个;[]表示取整。一般情况下,煤层中的天然裂隙几乎不可能是完全联通的,要使裂缝延伸比较远,施工压力必须达到无裂缝时,新裂缝形成的极限条件,施工压力达到,对于含有软煤层时,在N满足式(13)的同时,应尽量将软煤层完全封堵。
4应用效果评价
4.1煤储层及地质概况笔者以淮北矿区芦岭矿某煤层气垂直井8#+9#煤层合层投球水力压裂来检验理论的适用性。芦岭矿位于皖北宿州市东南约20km处,本区煤储层及主力可采煤层有8#、9#和10#煤层。8#和9#因距离较近可进行合层压裂。芦岭矿某煤层气垂直井8#和9#煤储层基本参数如表1所示。4.2现场应用效果评价首先根据测井曲线得出8#+9#煤层软煤厚度为3.5m,硬煤厚度分别为4m和4.45m;第一次压裂时施工压力为14.2MPa,结合该区地应力资料和表1数据,利用投球数计算模型,得出压裂时压裂液主要进入了软煤层以及抗张强度较小的煤层;为了把硬煤层压开,进行了理论计算,同时考虑施工极限压力35MPa,当施工压力达到极限压力时,投球数为158个,当刚好将硬煤层压开时,投球数为45个。根据软煤层厚度,当将软煤层全部封堵时,投球数为56个。所以,投球数介于45~158个之间,并且尽可能接近56个。实际中投球数为53个,现场合层施工压力曲线如图5所示。合层压裂后进行了试采气,排采半年多时间,该井产气量能维持在800m3/d左右,在含气量不到10m3/t的情况下能维持这样的产气量,在一定程度上说明了合层投球压裂具有一定的效果。
煤层地质学范文2
【关键词】周口店；煤系煤层；变质作用；后期开采
【中图分类号】F407.21 【文献标识码】A 【文章编号】1672—5158（2012）08—0204-02
1.北京周口店研究地区背景概述
北京周口店研究地区是北京西山煤田的一个重要的组成部分，所处周口店镇内，是举世闻名的“北京猿人遗址”所在地，行政区划属北京市房山区管辖。
周口店地区环境具有特殊性，有深成岩浆热变质作用以及有动力变质作用，有着复杂的地质现象。由于中国晚古生代含煤岩系多沉积于稳定阶段，除少数地区外，沉积幅度不大。华北晚古生代深成变质煤一般不超过肥气煤（Ro约0.9—1.2%）阶段。石炭一二叠纪煤系煤层发生过多期变质、变形，煤系煤层因温标矿物的形成为煤层变质作用类型的确定及变质条件的厘定提供了丰富的佐证，煤层及邻层中变质矿物和热液脉体的变形特征的详细观察研究，为煤层变质变形序列划分及相互关系的确立奠定了可靠的基础。
2.煤系煤层变质特征
周口店地区的石炭二叠纪为煤系含煤层，自上而下分别为山西组黑煤，太原组大白煤、小白煤。周口店地区石炭一二叠纪煤变质作用类型属区域岩浆热变质，煤变质程度之高，居华北石炭二叠纪煤层同类变质作用之首，高于杨起教授确认的峰峰高级无烟煤（属于区域岩浆热变质成因）。
周口店地区的煤系普遍遭受过浅变质作用，煤系变质矿物及岩石的研究有助于确定煤层的变质条件。本煤系主要变质岩石类型有：硬绿泥石角岩、红柱石角页岩、变余砂砾岩等。
针对相应的成分的进行试验研究如下：
2.1 X衍射实验
周口店地区六个煤层样品的X射线衍射分析谱图列于下图2—1。谱线的基本特征极端相似。（002）衍射峰及（1OL）衍射峰均表现得清晰突出，强度较大，可与西安煤勘分院研究的中国寒武纪石煤x衍射谱图相类比。
2.2 显微观察
通过对周口店和太原煤样薄片观察（如图2-2、2-3、2-4），对比分析周口店地区煤样的温标矿物。
在周口店煤样薄片中存在红柱石等温标矿物，由温标矿物知其形成条件（主要是温度）。推知周口店地区煤受到了强烈的区域变质作用。
目前一致认为，晚古生代煤系沉积以后，周口店地区发生过两次构造热事件，一次是印支运动，一次是燕山运动。就煤变质而言可分三阶段：印支运动前的深成变质作用、印支运动期及燕山运动期的区域岩浆热变质作用。
3.实验小结及讨论
地壳内的岩石或矿石，由于所处地质环境的变化，温度和压力的增高，其矿物成分、化学成分、结构构造、物理性质和形态产状等都可发生不同程度的变化，产生这种变化的地质作用称为变质作用。由变质作用形成的矿床称为变成矿床，遭受变质作用改造过的矿床叫受变质矿床。
印支期深成区域岩浆热变质作用使煤层以变质作用为主，变形作用次之。变质反应温度达到420-430℃，煤层从长焰煤迅速跨越气煤、肥煤、焦煤阶段至低级无烟煤。变形作用以韧性形变为主，形成糜棱煤。古太平洋晚中生代向西长程俯冲在形成了早中生代的一系列岩浆带之后，前缘到达包括房山岩体在内的太行山一线，俯冲洋壳脱水导致上覆岩石圈地幔的部分熔融，幔源岩浆底侵或内侵至下地壳，导致早中生代具有EMI特征的下地壳再次熔融，从而形成房山岩体这样的中酸性杂岩体和略早的基性火山岩（如南大岭组玄武岩）。
燕山期，煤层发生复区域岩浆热变质及韧性变形，煤级提高不大，但煤层的韧性变形作用持久而强烈，糜棱煤化作用广泛发生，几乎所有煤层都转化为鳞片状糜棱煤。燕山期主要表现在温度高、埋藏深、围压大，构造应力也较大。当时煤层变质温度在430-540℃之间，煤级进一步提高至高级无烟煤。
4.对后期开采的影响
20世纪80年代以来，北京西山地区因煤炭开采而再度显现的采空区地面塌陷灾害的频繁发生，以减灾防灾为目的的专项地质调查得以迅速展开。
根据实地调查瓦斯含量等数据表明，变质程度高的煤炭，由于生成的气体含量大，煤层间的孔裂隙发达，总表面积增大导致了吸附量增大，瓦斯含量很高。经过实地调查煤层顶底岩层的强度，煤层的底部是一套马家沟组厚层灰岩夹少量白云质灰岩地层，硬度大。同时，煤矿采空区地质灾害链的特殊结构。由于大面积的采挖，打破矿区重力均衡作用，极易产生坍塌、滑坡地质灾害。
建议政府主管部门和科研机构加强对各种灾害及灾害链成因研究的资助，将有助于进一步采取从根本上治理和减轻灾害的综合措施的完善，从而达到既能使矿产资源得到开发利用实现经济可持续发展，又能减轻和防止地质灾害，改善生态环境的目的。
参考文献
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煤层地质学范文3
[关键词]煤矿；地质环境；防治
中图分类号：TD167 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）36-0557-02
环境地质学是地质学与环境学交叉构成的新兴边缘学科，而煤矿环境地质是环境地质学的重要组成部分。煤矿环境地质以环境地质学的理论和方法为基础，分析地质环境、生态环境与煤炭开发利用活动之间的相互作用和影响，研究矿区环境地质特征和现代地质过程（如滑坡、泥石流、地震、矿山岩移等）引起的环境问题和地质灾害及其预测和防治方法，探讨采矿活动产生的地质作用对地质环境的影响及引发的环境地质问题，揭示矿区地质环境中的化学元素与人体健康的关系，提出改善和控制矿区环境质量的地质原理和方法，研究煤矿环境地质监测和分析评价技术。
一、煤矿地质环境问题及灾害
1.煤矿地质环境问题
①煤炭资源开发（如建井、开采）和利用过程所产生的地质作用及其对地质环境的影响。②煤矿生产活动引起的环境地质条件和环境污染地质因素的变化及其特征。③煤矿生产产生的废石、废水、废气等污染物的性质、成分及其含量和污染类型。④煤矿生产导致煤层、煤矸石、地下水等地质体中有害物质迁移、聚集、扩散等的途径和地质因素。⑤煤矿生产活动造成的煤矿空气污染、水土污染、辐射污染（热、光、放射性污染）、振动污染等的形成、特点及其与地质因素的关系。
2.煤矿环境地质灾害
①煤矿环境地质灾害的类型、成因、分布和灾害程度。②煤矿环境地质灾害的诱发因素。③煤矿环境地质灾害的预测及其方法。④煤矿环境地质灾害对环境的影响等。
二、煤矿地质环境问题的防治措施
1.矿井设计合理规划，减少矸石排放量
（1）采用全煤巷开拓方式
巷道尽量布置在煤巷中，减少岩巷掘进量，从而控制排矸总量。我国世界一流的现代化煤矿的矿井，基本上按全煤巷开拓设计，大大减少了排矸量。
（2）利用自然边界划分井田和采区
开拓巷道沿自然边界（断层带、煤层变薄带、火成岩侵入带、高硫高灰煤层带）掘进，采区内尽量避免出现地质构造，减少破岩，降低煤中矸石的混入量。控制高硫高灰煤的开采比例，减少原煤总灰分和总排矸量。
（3）合理选择采煤方法及生产工艺
采煤方法和生产工艺直接影响着矿井生产的原煤质量和地面环境保护。应根据煤层赋存条件和生产技术条件，在安全、高效的原则下，选择合理的采煤方法和生产工艺。
①加大采高。实现煤层全厚开采。采用煤层全厚开采，不仅可以减少巷道准备工作量，简化煤层开采程序，提高工作面的产量和效率，也减少了分层开采时矸石和其他杂物混入煤中的几率，降低了原煤含矸率和灰分。采用放顶煤开采厚煤层，可以有效地提高工作面回收率，降低原煤含矸率。
②合理分层。厚煤层分层开采，应根据煤层柱状及开采条件，按夹石层的位置、各分层的煤质情况以及顶底板条件，综合研究确定分层界限以及分层厚度。合理分层能减少煤中的矸石混入量，提高原煤生产质量。
③留顶（或底）煤开采。当煤层有较厚的破碎伪顶或直接顶而难以维护时.工作面可实行留顶煤回采，避免了伪顶或破碎顶板冒落混入煤中使煤质恶化。在底板松软的情况下，为了防止支柱钻底或采煤机啃底降低煤质，工作面应采用留底板方法回采，以保证煤炭生产质量，降低含矸率。该法可能降低回采率.应综合考虑选择。
④利用矸石充填井下巷道。矸石不出井，实际上就是通过各种手段，将巷道掘进过程中的矸石就地处理于井下。通常采用的方法是宽巷掘进、沿空留巷、矸石充填等。宽巷掘进技术就是在掘进半煤岩巷时.开挖煤层宽度大于巷道宽度，掘进的矸石充填于巷道一侧或两侧被挖空煤层空间中和支架臂后。沿空留巷技术的推广应用，大大降低了巷道掘进率，减少了巷道工程量，同时也相应地减少了矿井的矸量和煤中混入的矸石量，能实现煤炭的清洁开采。矸石充填技术就是把矸石送到井下集中破碎站，破碎后的矸石，可作为建筑材料和充填材料，供井下铺轨、混凝土骨料、巷道壁后充填、工作面充填等使用。
2.采取措施减少矿井废气与粉尘污染
（1）井下瓦斯抽放与利用
煤矿向大气排放的废气量和有害物成分的多少，主要取决于矿井煤层瓦斯含量和生产时的瓦斯涌出量。如在煤矿生产过程中预先抽出煤层中的瓦斯加以利用，可以有效地甚至是大幅度地减少生产中的瓦斯涌出量。这不仅是确保安全生产的重要技术措施，也是减轻矿井排放废气对环境污染的重要途径。从通风安全的角度可以不考虑抽放出来的瓦斯利用，只要排至矿井以外便达到预期目标；而从减轻污染的角度，则必须强调对抽放出来的瓦斯加以充分利用，变害为利。山西省阳泉煤矿是较早利用瓦斯的范例。
（2）矿井粉尘防治
世界各主要产煤国家都先后采用高压喷雾或高压水辅助切割降尘技术，有效地控制采煤机切割时产生的粉尘，同时减少了截齿摩擦产生火花引燃瓦斯、煤尘爆炸的危险性。在掘进工作面，主要采用内外喷雾相结合的方法降低掘进机切割部的产尘量和蔓延到巷道的悬浮粉尘。同时，通过粉尘净化，通风除尘，泡沫除尘，声波雾化等综合措施，降低粉尘的产生和飞扬。
结论
煤矿实现可持续发展，必须解决环境经济学难题；解决煤矿开采引发的环境问题，如采煤对土地资源的损害、对村庄的损害、对水资源的影响，以及煤炭开发和利用对大气环境生态平衡的影响，使煤矿区环境得到持续性改善；在煤炭资源开采利用方面，要合理开采，科学利用，降低资源耗竭速度，延长资源的服务期限，在相当长的时期内可以持续有效地为社会提供充足的能源供应，保证需求，并且煤炭生产要向高效、洁净、环保方向发展。维护和促进社会经济的可持续发展。
参考文献
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煤层地质学范文4
关键词：临汾区块 构造煤 测井曲线 分布特征
中图分类号：P631.84 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）009-144-02
构造煤是煤层受构造应力作用，原生结构、构造受到强烈破坏而产生破坏、粉化、增厚、减薄等变形特征的煤。根据煤体破碎程度，煤体结构通常被分为原生结构煤、碎裂煤、碎粒煤、碎粉煤和糜棱煤5类。本文将煤体结构主要划分为三类，Ⅰ类原生煤、Ⅱ类碎裂煤、Ⅲ类构造煤，其中Ⅲ类构造煤主要包括碎粒煤、粉粒煤和糜棱煤，由于碎裂煤对煤层气开采影响甚微，故本次重点研究构造煤的分布特征所提构造煤均指Ⅲ类构造煤。由于构造煤强度小，渗透率差，应力敏感等特性，在煤层气开采过程中，会造成孔隙度和渗透率降低，严重影响煤层气产量。构造煤与原生结构煤在物理力学性质方面的差异性会体现在测井曲线上，并可以利用测井曲线的形态变化划分钻孔的煤体结构，将多井测井曲线进行综合对比，就可以得到整个地区构造煤的基本分布特征。本文以临汾地区主采煤层5#煤层为例，利用测井曲线判识该地区的构造煤，并通过多井曲线特征对比得到其分布特征。
1 研究区概况
临汾区块位于鄂尔多斯台拗东缘、紫金山断裂带西侧。煤层主要分布于二叠系下统山西组和石炭系上统太原组，煤层总厚8～18m，主采煤层为山西组的5号煤层和太原组的8号煤层，本文着重研究5号煤层。5#煤层位于山西组下部，下距K7砂岩3.88-16.80m，平均距9.28m。顶板为泥岩、泥质粉砂岩及砂岩；底板为泥岩、沥青质泥岩及砂岩。该煤层厚1.09-5.65m，平均厚3.18m。5号煤层层位稳定，厚度变化不大，贯穿全区呈南厚北薄趋势。在临汾区块共搜集到28口井的钻孔资料，这些钻孔均附有视电阻率、密度、自然电位、自然伽马、声波时差、中子等测井曲线。
2 构造煤测井响应特征
通常随着煤体结构遭受构造破坏程度的增加，煤体地球物理特征在物理性质、电学性质、化学性质和放射性等方面差异变大。基于各煤体结构间存在的物性差异，测井曲线的形态也发生了有规律的变化（如表1）。煤田地质勘探期间通常要进行大量的测井工作，主要有视电阻率、自然电位、自然伽玛、人工伽玛、井径和声波时差等，这为未采区煤体结构的划分提供了途径。
3 利用测井曲线划分煤体结构
煤层在测井曲线上，具有“三高三低”的特征，即高的视电阻率电位、正异常的自然电位、小的自然伽玛、大的人工伽玛、大的井径和高的声波时差。为了正确划分煤体结构，收集了揭露该地区5#、8#煤层的43个钻孔的测井资料，并从测井原理、构造煤的物理力学性质以及实际对比中研究了构造煤的测井特征。表2 为临汾地区测井响应特征数值统计表。对比主采煤层顶底板岩性响应特征，根据煤层内测井曲线变化特征区分出煤体结构类型（如图1）。
研究区煤层测井曲线多呈现凸状、波浪状、台阶状、手掌状等形状，5号煤层原生结构煤视电阻率曲线呈上下对称的阶梯状；出现构造煤的特征普遍较明确，对应的视电阻率、密度测井曲线多显示为低幅值锯齿状，井径有增大现象，表明煤层受构造破坏较严重，发生坍塌，致使井径扩大。
4 研究区构造煤的分布特征
对研究区28口钻井进行煤体结构类型判识，构造煤发育显示以下特征（如图2）：从垂向分布上来看研究区5#煤层的构造煤主要发育在煤层的中下部，构造煤分层大体为2个小层，局部地区出现1个或3个小层；平面分布上构造煤集中分布在研究区西部古驿-窑渠背斜两翼及东部紫金山断裂带附近，中部构造空白区构造煤厚度最不发育，显示了构造煤的形成与构造的密切关系；研究区构造煤厚度主要集中在1～1.5m，东部紫金山断裂带部分地区达2m左右。
构造煤是地质构造作用的产物，其形成与分布受控于地质构造。区域上，推覆构造下盘或推覆体夹块部位，是构造煤相对发育部位。在断层两侧或某一侧，是构造煤的主要发育部位，断层越密集，构造煤越发育，断层规模越大，构造煤发育带越宽。本文利用测井曲线形态反映，对临汾研究区内煤体结构的系统划分结果，也正显示出了煤体结构的分布与地质构造密切相关。由此可见，利用地球物理测井曲线判识煤体结构的方法是行之有效的，据此对煤体结构的区域分布预测，不仅可为煤层气勘探目标区和目的煤层优选，而且也可为生产矿井中煤与瓦斯突出的预测、预报提供科学依据。
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煤层地质学范文5
【关键词】构造；顶板事故；褶皱；断裂；历史性地震作用；煤岩组合
0.引言
煤层顶板事故是井工开采矿井的重要事故，常常造成停产、减产、支护困难，甚至人员伤亡和直接间接经济损失。因些摸清顶板事故产生原因是煤矿企业的重点工作。本文从地质构造角度研究顶板事故，为防灾减灾提供依据。
1.煤层顶底板特征
羊场湾矿井主要可采煤层为一煤和二煤，根据有关部门提供的地质报告及相关资料表明，一煤和二煤的顶、底板岩性特征如下：
1.1一煤
直接顶板为粗粒砂岩，平均厚度为35.91m，岩石完整，较松软，节理、裂隙均不发育。单向抗压强度33～87kg/cm2。属易冒落～中等易冒落较稳定岩层。底板多为粉砂岩，厚1～7m。单向抗压强度232～296kg/cm2，抗拉强度8～43kg/cm2，属中等较稳定岩层。
1.2二煤
伪顶岩性为泥岩、炭质泥岩及粉砂岩，厚度为0.12～0.79m。直接顶大致可分两个岩性区，即砂岩区和粉砂岩泥岩区。砂岩区分布在井田中部至东北部，一般为中粗粒砂岩及细粒砂岩，厚2～8m。岩石多完整，裂隙不发育。单向抗压强度144～246kg/cm2，抗拉强度10～24kg/cm2，属中等易冒落较稳定岩层。粉砂岩泥岩区分布在井田中部至西南部，一般为粉砂岩、砂质泥岩，厚度为1～9m，岩石完整，质较软，节理裂隙少。单向抗压强度208kg/cm2，抗拉强度8kg/cm2，属中等冒落较稳定岩层。底板除井田中部（16线～52线间）多为细粒砂岩外，其余均以粉砂岩为主，泥岩次之。细粒砂岩厚2～9m，粉砂岩、泥岩厚为1.5～3.5m。岩石较完整，节理、裂隙不太发育。细粒砂岩单向抗压硬度151～572kg/cm2，粉砂岩267kg/cm2，抗拉强度为11kg/cm2，属中等较稳定岩层。
2.巷道围岩特征
我国将煤矿巷道围岩划分为5类，主要包括：
（1）I类为非常稳定围岩，由较少裂隙、较少节理厚层状石英砂岩、粗粉砂岩、辉灰绿岩、石英闪长等组成。
（2）II类为稳定围岩，由较少裂隙、较少节理厚层状粉砂岩与砂质泥岩组成。
（3）III类为中等稳定围岩，由少裂隙，少节理粉砂岩、砂质泥岩组成。
（4）IV类为不稳定围岩，由节理、裂隙较多的泥岩与砂质泥岩组成。
（5）V类为极不稳定围岩，由节理、裂隙较发育的泥岩及松软泥岩组成。
根据以上分析，结合羊场湾煤矿的煤与岩石力学实验和围岩分类指标等，初步确定羊场湾煤矿巷道围岩以III类、IV类和V类为主。
3.顶板事故
3.1褶皱构造与顶板事故
褶皱构造是岩(煤)层在地质作用力的影响下，产生变形而形成波状弯曲且未失去连续性的构造形态。从地质力学分析，褶曲一般是水平挤压力或水平挤压剪切力作用形成，煤层要发生塑性流动或滑动，岩层受构造应力的作用，不同部位会产生一系列的裂隙、小断层、节理等内部小构造。特别是在褶曲轴部往往烈隙、节理更发育、岩层破碎，煤层暴露后吸水脱落，同时其轴部产状变化急剧，煤厚发生急剧挤厚压薄现象，回采中不易支护，易发生片帮及冒顶事故。其次褶曲轴部煤厚度易突变(变厚或变薄)，小眼掘进时易发生煤层跨落事故。
3.2断裂构造与顶板事故
由于断层的存在，使煤、岩层断开，两侧岩块相对位移，破坏了煤层的连续性。断层广泛发育于不同构造环境中,类型很多，特别是构造复杂的矿区，其断距、破碎带大小不一，对围岩破坏程度也不同, 破碎带是产生顶板事故的主要部位；另外，常在断层两侧出现牵引褶曲、揉皱、挤压和破碎等现象，煤层和顶、底板中裂隙也显著增加,且常导致煤层厚度突增或压薄，生产中该部位煤（岩）层暴露后容易产生冒顶事故；还有一些顶断底不断或底断顶不断的小断层及层间滑动构造部位，由于受到构造应力的作用，围岩易脱落，且脱落面积较大，没有预兆，也易发生顶板事故。
3.3历史性地震作用与顶板事故
历史性频繁地震作用不但破坏了煤层的连续性和完整性，形成的岩体边缘极不规则，同时加剧了岩层空间变异性和岩体结构构造的差异性很大，在煤(岩)层中往往出现特殊的揉皱现象，煤理紊乱，具有旋窝状褶曲等小构造，严重影响岩体与煤体强度，如果支护不当，容易发生局部冒顶现象。
3.4煤岩组合与顶板事故
煤层的顶、底板岩层的岩石性质、厚度、结构构造、岩石强度、含水性是煤矿生产中确定支护方式、采空区处理方法的重要依据，它们是引发顶板事故的重要地质因素。由于煤系地层受到地质应力及后期构造变动影响，煤岩层均已产生形变，导致围岩破碎，顶板多变不平整，煤层形态多变，经实践证实，通常易引发顶板事故的煤岩组合情况有：A、围岩节理和劈理发育地段，易产生煤岩层脱落伤人，尤其是雨季期间，水沿裂隙渗入，更易造成冒顶及跨帮事故；B、煤层伪顶完整性差，强度低，如果支护没有及时跟上或支护手段、方式没有适应煤层顶板变化，也极易产生顶板事故；C、岩层胶结物以泥质、粘土质为主的，容易产生顶板滑移和冒顶事故；D、煤层厚度急剧变化地段造成顶板稳定性差，容易产生顶板事故；E、急倾斜煤层一旦发生局部冒顶时，由于顶板向下滑移，可能扩大成为大面积的冒顶；F、以沼泽相、泥炭沼泽相为主的煤岩组合，在原始沉积时部分沉积物的表层可能发生风化，形成土壤层，高岭土化作用显著，这些地段容易发生冒顶；G、煤岩结构复杂的煤层中往往含有多层夹矸层，开采中易发生夹矸至上分层脱落伤人事故。
4.结束语
根据现场开采实践表明，羊场湾煤矿三软煤层软岩巷道冒顶发生主要与矿山地质条件、生产技术和组织管理等多方面因素有关，其中自然地质环境和恶劣的地质条件是孕育顶板事故的根源。因此，必须进行深入的现场调查与分析，剖析地质构造与顶板的关系，总结规律，才能实现“科学预测，超前预报，预先防范” 的灾害防治模式，并最终在工程实践中正确指导安全生产。
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煤层地质学范文6
关键词：潘三；瓦斯；赋存规律
引言
潘三煤矿位于淮南煤田西北部，是一座特大型现代化矿井。潘三井田定名煤层32层，均属二叠系，煤层总厚33.74m，含煤系数4.5%，可采煤层12层，平均总厚24.24m，其中13-1煤层为稳定煤层。煤层上硬下软，呈粉末状或破碎状结构；构造裂隙发育，层面滑动现象较为普遍；煤层强度较低，其普氏硬度一般在0.3～0.7之间，局部更小。本区第四纪覆盖巨厚，一般达300～400m，砂岩层的孔隙度与渗透率比较小。井田自三迭纪开始一直遭受剥蚀，历经三迭、侏罗、白垩、第三纪漫长的暴露时期，含煤地层被剥蚀严重，煤层瓦斯风化作用强。
1 矿井地质条件对矿井瓦斯赋存的影响
1.1 断层、褶皱构造
1.1.1 断层的开放与封闭性对瓦斯赋存影响显著。
1.1.2 地质构造及组合对瓦斯赋存影响明显。褶曲类型和褶皱复杂程度对瓦斯赋存均有影响。封闭的背斜有利于瓦斯的储存，是良好的储气构造或称圈闭构造。简单的向斜盆地构造，其瓦斯排放条件往往是比较困难的。
1.1.3 重力滑动构造有利于瓦斯释放。逆冲推覆构造增加了煤层上覆岩层的厚度，且挤压作用降低了岩层的透气性，有利于瓦斯的保存。受区域构造应力作用影响，11-2煤层形成与矿井其他煤层不同的构造发育规律。大构造形态控制小构造的发育形式，即董岗郢向斜控制小断层的发育形式，断层走向基本与向斜轴平行，董岗郢向斜北翼以正断层为主，且断层成组出现，向斜南翼以逆断层为主，离向斜轴部越近，断层落差越小；11-2煤层中小型正断层多以层滑构造形式显现；煤层赋存正常段瓦斯含量很小，但小断层附近往往出现瓦斯涌出异常，小断层是瓦斯涌出异常和动力现象最显著的地质标志。
1.2 顶底板岩性
在煤系中除煤层内赋存瓦斯外，煤层围岩孔隙、孔洞和裂隙之中也可能赋存一定量的瓦斯。在潘三矿区内砂岩与砂页岩互层厚度占煤系总厚的38%。根据主要煤层中砂岩样品测试结果，砂岩砂页岩孔隙率与渗透率均比较小，一般孔隙度小于5.0%，渗透率小于1.0md。根据TN捷奥多维奇对岩层按渗透性分级标准，属于非透气性的岩层，所以有利于瓦斯的封闭和赋存。
1.3 岩浆岩分布
岩浆侵入含煤岩系、煤层，使煤、岩层产生胀裂及压缩。岩浆的高温烘烤可使煤的变质程度升高。另外，岩浆岩体有时使煤层局部被覆盖或封闭，有时因岩脉蚀变带裂隙增加，造成风化作用加强，逐渐形成裂隙通道。结合地质背景作具体分析，本矿井内大部分区域瓦斯散逸可能性较大，瓦斯含量一般较小。
1.4 煤层埋深及上覆基岩厚度
潘三矿区煤层向深部的延展较深较远，由于深部瓦斯压力大，煤层中的瓦斯缓慢地由深部向浅部移动，浅部瓦斯从煤层露头逸散后，可以得到来自深部瓦斯的补充，始终保持相当的瓦斯量。本矿区-1000m水平以上瓦斯含量随埋藏深度的增加而增大，但深部的梯度比中部的梯度大。
1.5 岩溶陷落柱对瓦斯赋存的影响
本矿于2007年10月在西一8煤首采面的12318工作面揭露，大小为75m×25m的近椭圆形陷落柱。根据揭露资料分析，陷落柱内岩性破碎，且有泥岩煤线等充填物，未出现导气通道，而避免引发瓦斯涌出现象。
2 瓦斯含量及其分布规律研究
本次利用各可采煤层合格瓦斯样点877个，瓦斯含量小于5的点有391个，大于5的点486个，高点与低点相间分布，规律性不强，但董岗郢向斜轴附近瓦斯含量一般较高，在向斜轴南翼也有分布有少量高点。这是因为煤层瓦斯含量的分布主要受地质构造、煤层埋藏深度（即距基岩面深度）以及煤层顶板盖层所控制。向斜轴部围岩压力大，瓦斯不易散出，向斜轴南翼煤层埋藏较深，地层平缓，上覆基岩厚度大，无大断层发育，瓦斯缺少运移通道，因此瓦斯含量也较高。
本区各主要可采煤层瓦斯含量平均值均大于5m3/t・燃，其中1、3煤层瓦斯含量高于其它煤层，各主要可采煤层的瓦斯最大含量均在15m3/t・燃以上，说明局部瓦斯含量较高。
本区瓦斯分布以董岗郢次级向斜轴为界可分为南、北两个瓦斯地质单元。其中向斜轴两侧瓦斯含量较高，在远离向斜轴的两翼，南翼瓦斯含量高于北翼。
南翼瓦斯地质单元：地层平缓，煤岩层走向东部变化小，靠近向斜轴部变化较大，构造中等，特别是浅部靠近向斜轴部及F39断层附近，中小断层发育。
北翼瓦斯地质单元：地层倾角比南翼稍陡，大中型断层多，密度大，孤立的小断层发育。
根据实测资料分析发现，北翼瓦斯地质单元瓦斯含量与煤层埋深呈线性关系，随煤层埋深增加瓦斯含量增大；南翼瓦斯分布无规律，但从测试资料看，南翼瓦斯含量比北翼偏高。
潘三矿煤层较松软，呈粉末状或破碎状结构，煤层内构造裂隙较发育，层面滑动现象亦很明显，因此，煤层强度比较低，其坚固性系数一般在0.3～0.7之间，孔隙度与渗透率均比较小，煤层透气性较低。
本区瓦斯含量高点与低点相间分布，董岗郢向斜轴附近瓦斯含量一般较高，在向斜轴南翼也有分布有少量高点。这是因为煤层瓦斯含量的分布主要受地质构造、煤层埋藏深度以及煤层顶板盖层所控制。向斜轴部围岩压力大，瓦斯不易散出，向斜轴南翼煤层埋藏较深，地层平缓，上覆基岩厚度大，无大断层发育，瓦斯缺少运移通道，因此瓦斯含量也较高。
3 结束语
3.1 断层、褶皱构造影响符合一般规律，重力滑动构造有利于瓦斯释放，小断层附近瓦斯富集；研究区煤系地层岩性组合有利于瓦斯的封闭和赋存；矿井内大部分岩浆侵入煤层区域瓦斯散逸可能性较大；瓦斯含量随埋藏深度的增加而增大，深部的梯度比中部的梯度大。
3.2 本区瓦斯分布以董岗郢次级向斜轴为界可分为南、北两个瓦斯地质单元。北翼瓦斯地质单元瓦斯含量与煤层埋深呈线性关系，随煤层埋深增加瓦斯含量增大；南翼瓦斯分布无特别规律，但南翼瓦斯含量普遍比北翼偏高。
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