海石湾井田油页岩特征及防灭火技术研究

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民和盆地海石湾井田是一个多种矿产资源共生的矿床,不仅富集大量煤炭,更是有油页岩、油砂层等多种资源。油页岩层的安全开采不仅受到下伏特厚煤二层开采的影响,而且受到上覆油砂层中油气的影响。本文以海石湾井田油页岩为研究对象,开展了油页岩的赋存分布规律、多元物性参数以及特厚煤二层开采对上覆油页岩层的影响研究;对可能引起油页岩工作面火灾的三要素展开分析;最后提出了防治油页岩工作面火灾的总体思路。主要得到以下结论:(1)海石湾井田油页岩有机显微组分以腐泥组为主,镜质组反射率Ro,max为0.542~0.635%,变质程度低;有机碳含量为27.8~38.6%,有机质含量较高;平均含油率为17.0%,品质较好;干酪根属腐殖腐泥Ⅱ1型;是一种低灰分、高品位、低硫的优质油页岩。分析认为,海石湾井田油页岩成矿受构造特征、沉积环境以及古气候特征综合作用的影响。(2)根据气体吸附法,得出<10nm的孔隙贡献了油页岩纳米级孔隙主要的孔体积和比表面积。油页岩的微孔及介孔孔容和比表面积与有机碳含量呈正相关,有机质是影响油页岩微孔结构的显著内在因素。液氮吸附滞后环的特征表明油页岩孔隙中以平行板狭缝形孔为主要孔结构,并含其他孔形态,具有不规则的孔隙结构特征。油页岩的CH4吸附常数a为6.49~7.71m3/t,吸附常数a与有机碳含量呈正相关,因为有机质是微孔的载体,为CH4吸附提供了更多的吸附位。(3)数值模拟结果表明,特厚煤二层采空区与油页岩工作面之间矿柱的失稳破坏是两侧工作面开采活动共同作用的结果;认为矿柱的破坏形成了连通特厚煤二层采空区和油页岩层的采动裂隙;沟通的裂隙为特厚煤二层采空区向油页岩层的漏风以及热量的传递提供了通道;顶部油砂层中的油气受采动影响可渗流至油页岩层采空区,与遗落的油页岩共同构成了可燃物,从而形成了氧气、热源及可燃物三要素共存的条件,在良好的蓄热环境中,极易造成采空区发火。(4)基于以上分析,提出了防治油页岩工作面火灾的总体思路,即为消除特厚煤二层采动作用的影响,正在开采的保护层(油页岩层)工作面,在倾斜方向上应超前被保护层(煤二层)工作面1~2个区段,且应保证足够的超前时间;为消除油气可燃物,应超前探测上覆油砂层分布情况并采取抽排油气的措施;为对油页岩工作面的自燃发火进行早期预测预报,应加强采空区的气体监测;为减小漏风,抑制可燃物的氧化速度,对油页岩层采空区采取随采随灌的措施共四个方面。
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