陝西煤化技術研究院:王蘇健——砂巖微觀孔隙結構類型及其對含水層富水性的影響

2020-10-15 全國能源信息平臺

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創新點

揭示了砂巖微觀孔隙結構類型與含水層富水性之間的關係。根據砂巖孔隙、喉道大小、分布、連通性等標準將侏羅系砂巖微觀孔隙結構劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三種類型,從Ⅰ類、Ⅱ類到Ⅲ類,砂巖含水層富水性依次減弱。

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作 者

王蘇健1,3,馮 潔1,2,3,侯恩科2,黃克軍1,3,薛衛峰1,2,3,段會軍4

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單 位

1. 陝西煤業化工技術研究院有限責任公司;2. 西安科技大學 地質與環境學院;3. 三秦學者「礦山地質學」創新團隊;4. 中煤科工集團西安研究院有限公司

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研究背景

受沉積環境的影響,陝北侏羅紀煤田砂巖含水層在空間上巖性、巖相、富水性等特徵差異較大,錦界煤礦實際湧水量與勘探階段預測湧水量甚至相差一個數量級,影響含水層富水性的因素眾多,檸條塔煤礦南翼S1210工作面頂板直羅組基巖風化帶在初次來壓後大面積出水,最大湧水量達1300m 3/h,至今仍有400m3/h湧水量,工作面被淹停產,損失巨大。因此,理清影響含水層富水性的因素及其影響程度是富水性預測與礦井防治水工作急需解決的難題。

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摘 要

砂巖的微觀孔隙結構特徵決定了砂巖含水層的富水性、滲透性,砂巖含水層富水性預測是礦井防治水必須首先研究與解決的重要問題。以陝北侏羅紀煤田檸條塔煤礦為例,分別採集直羅組3塊、延安組4塊不同巖性典型砂巖樣品,通過運用普通薄片、鑄體薄片、高壓壓汞、核磁共振等實驗測試技術,結合Matlab圖像分析功能,研究了不同時代地層、不同巖性砂巖微觀孔隙特徵。

聯合高壓壓汞與核磁共振法獲得孔喉半徑分布,綜合砂巖微觀孔隙結構測試結果,將孔隙結構按照孔喉大小、分布及連通性的好壞依次劃分為Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ3種類型,對比鑽孔抽水試驗成果的鑽孔單位湧水量,分析了砂巖微觀孔隙結構與富水性之間存在的關係。

研究結果表明:Ⅰ類孔隙結構較Ⅱ,Ⅲ類孔隙結構的粗粒與中粒砂巖比例高、排驅壓力小、T2譜主峰的位置靠後;高壓壓汞與核磁共振所得孔隙半徑分布基本一致;相同地層時代相同巖性條件下,風化程度越強,富水性越強;相同地層時代不同巖性條件下,粗、中粒砂巖較粉砂巖富水性強;不同地層時代相同巖性條件下,直羅組微觀孔隙結構較好的Ⅰ類孔隙結構富水性強於延安組微觀孔隙結構較差的Ⅱ類孔隙結構。

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部分圖片

巖石孔隙結構示意(據張厚福修改,1999)

典型巖樣鑄體薄片與處理後二值化圖對比

毛管壓力曲線分布

核磁共振T2譜分布

高壓壓汞與核磁共振轉換孔隙半徑分布

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作者簡介

王蘇健,男,1963年5月29日生,陝西韓城人,教授級高工,陝西煤業化工技術研究院副院長,三秦學者特聘專家,西安科技大學兼職教授、博導,國家「煤炭綠色安全高效開採國家地方聯合工程中心」常務副主任,國家煤炭工業「煤炭綠色開採工程研究中心」主任,陝煤化集團博士後工作站站長。陝西省科技統籌創新工程重大科技項目首席專家,中國國際工程諮詢公司能源專業專家委員會專家,中國地質學會煤炭地質專委會、中國煤炭學會煤田地質專業委員會委員,中國煤炭工業安全科學技術學會水害防治專委會委員。獲省部級一等獎5項、二等獎4項,發表論文30餘篇,專利15件。

研究方向

礦井水害防治

主要成果

致力於煤礦水害防治方向的研究與技術管理工作,主導完成的「陝北生態-水-煤系地層結構及保水採煤類型研究」科研成果成功指導了陝煤集團4個大型礦井建設,建設規模總量為5100萬噸/年;構建了重點礦井區地下水動態監測網(其中18個水文孔納入國家監測網絡),環境效益顯著,成果用於了支撐榆神四期的規劃環評。研究成果豐富和發展了我國煤炭開採的環境保護理論與技術,推動了生態脆弱礦區煤層安全、高效、綠色開採技術進步。

來源:

王蘇健,馮潔,侯恩科,等.砂巖微觀孔隙結構類型及其對含水層富水性的影響——以檸條塔井田為例[J].煤炭學報,2020,45(9):3236-3244.

WANG Sujian,FENG Jie,HOU Enke,et al. Microscopic pore structure types of sandstone and its effects on aquifer water abundance:Taking in Ningtiaota coal mine as an example[J]. Journal of China Coal Society,2020,45(9):3236-3244.

責任編輯:韓晉平編輯整理:郭曉煒審 核常琛

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