煤系地層內中小型斷層充填物滲透性物源控制機理研究

《煤系地層內中小型斷層充填物滲透性物源控制機理研究》是依託中國礦業大學，由許進鵬擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：煤系地層內中小型斷層充填物滲透性物源控制機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：許進鵬
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

斷層及斷層帶內充填物的滲透性是煤礦突水亟待解決的關鍵問題之一。目前國內外對斷層充填物的滲透性研究還處於零星測試階段，特別是對煤系地層中斷層滲透性研究更少。課題將以煤系地層內中小型斷層為研究對象，在測試資料統計研究基礎上，採用滲流試驗、岩（煤）剪磨試驗等室內實驗方法，運用數值模擬和物理模擬兩種手段，結合標誌物分析法、彈塑性力學分析法等理論分析，研究斷層充填物滲透性物源控制機理，建立斷層兩盤岩層結構、力學性質、斷距、斷層傾角等因素對斷層充填物物源混合比的控制作用模型，建立斷層充填物物源混合比等要素對斷層充填物滲透性的控制作用模型，將達到通過易觀測的岩層厚度、斷距、斷層傾角等要素計算斷層充填物滲透參數的目標。

結題摘要

斷層的存在及其滲透性對地下水、石油、天然氣儲存和運移有重要的影響。斷層作為礦井充水的重要通道之一，誘發了大量的礦井突水事故。 斷層破碎帶的物質組成與結構是決定其自身滲透性的基礎。斷層破碎帶物質主要由兩盤地層破碎和結構重組後形成。由於岩性不同，破碎後岩塊的內部裂隙分布、形態、粒度、化學成分等呈現出差異性。因此，項目主要從以下內容開展研究工作： （1）煤系斷層分帶性及物源特徵的研究。 （2）煤系岩石破碎特徵及顆粒粒徑分布的研究。 （3）不同物源組合下破碎岩體滲透性試驗研究。 （4）物源組合對煤系斷層破碎帶滲流特徵的影響研究。 本文利用理論分析、室內試驗及現場試驗等方法開展研究工作，並取得了如下主要成果： （1）斷層帶岩樣崩解後主要分為完整型、裂解型及泥化型三類，並獲得了水解後斷層破碎帶岩樣的顆粒粒徑分布特徵。黏土礦物集合體間的微觀孔隙、裂隙對岩樣的崩解起著重要作用。 （2）不同岩性岩石破碎後，泥岩的破碎損失率最大（42.8%）。在兩次破碎過程中泥岩破碎後形成碎裂岩的比例（37.25%）都要高於砂岩及石灰岩。 （3）通過室內滲透性試驗，發現隨著小顆粒（＜1mm）含量的增加，岩樣的孔隙度n、滲透係數K逐漸減小，水力坡度值J逐漸增加。在孔隙度不變的情況下，破碎帶內大顆粒所占比重越大，其滲透係數值K也越大。另外，黏土礦物的最終膨脹率越大，其對破碎岩體滲透性的弱化效果越明顯。 （4）建立了斷層破碎帶物源組合與受影響地層岩性厚度比及斷距之間的概念模型，結合不同岩性的破碎損失率，得出了破碎帶內物源組成的比例及斷層破碎帶內碎裂岩與礫岩比例。揭示了斷層兩盤不同岩性地層厚度比R、岩石破碎損失率ω及各岩性碎裂岩比例λ對斷層破碎帶內各岩性的總體混合比例、組成成分及顆粒粒徑特徵的控制作用。 項目的研究成果有助於在煤礦生產中，提前根據斷層兩盤岩性組合特徵進行初步的定性判斷，從而避免斷層突水事故。