安鶴煤田煤層瓦斯賦存規(guī)律研究

■劉曉峰 賀志亮 郭曉丹

（長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院陜西西安710064）

安鶴煤田煤層瓦斯賦存規(guī)律研究

■劉曉峰 賀志亮 郭曉丹

（長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院陜西西安710064）

據(jù)測算，在我國埋深較淺的瓦斯是常規(guī)天然氣探明儲量的1.5倍多，與資源存儲量相比，目前我國主采煤層瓦斯開采嚴(yán)重不足，因此，研究主采煤層瓦斯的賦存規(guī)律，提高其開發(fā)利用是非常有必要的。根據(jù)安鶴地區(qū)勘查得到的煤層瓦斯資料，運用MAPGIS繪制的安鶴含煤區(qū)瓦斯地質(zhì)圖?？芍?，安鶴礦區(qū)瓦斯分布呈南高北低的趨勢，影響其分布規(guī)律的主要因素為地質(zhì)構(gòu)造、煤質(zhì)、含水性。

安鶴煤田地質(zhì)因素瓦斯賦存規(guī)律

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)煤系地層發(fā)育穩(wěn)定，但埋深較大。利用鉆探資料等多種手段對安鶴煤田的綜合地質(zhì)情況進(jìn)行了研究，結(jié)果表明:該區(qū)內(nèi)地層發(fā)育較穩(wěn)定，其中構(gòu)造類型以斷裂為主，褶皺次之。

安鶴煤田在華北板塊南部，研究區(qū)的地層主要有以下五種類型：奧陶系(O)，石炭系(C)，二疊系(P)，三疊系(T)，新近系(N)，第四系(Q)。安鶴煤田位于太行構(gòu)造區(qū)太行斷隆，構(gòu)造單元是山西臺隆與華北坳陷。

在中國，煤礦瓦斯的研究上主要以理論分析為主，大致方法有以數(shù)理統(tǒng)計為基礎(chǔ)的礦山統(tǒng)計法、瓦斯分源計算法，還有以瓦斯含量為基礎(chǔ)的瓦斯含量法。在實驗研究上，主要是基于爆破理論，通過做瓦斯爆炸的模擬實驗，使得理論更加具有可靠性。在新科技方面，借鑒國外新興的研究手段，積極開發(fā)研究相關(guān)的數(shù)值模擬軟件，作為配套的研究手段。

2 安鶴煤田瓦斯賦存規(guī)律

根據(jù)礦區(qū)內(nèi)117個鉆孔資料和安鶴含煤礦區(qū)瓦斯地質(zhì)圖和鉆孔瓦斯統(tǒng)計分析，研究區(qū)內(nèi)瓦斯賦存的規(guī)律顯以下特征：瓦斯以南高北低的分布，南部的瓦斯含量總體高于北部；斷層附近瓦斯涌出量大，且涌出點分布密集。

瓦斯的分布規(guī)律受到地質(zhì)構(gòu)造、煤質(zhì)、孔隙-裂隙、煤層的埋深和厚度、煤層和圍巖的透氣性等的共同影響。

3 影響安鶴煤田主采煤層瓦斯賦存的地質(zhì)因素

3.1 地質(zhì)構(gòu)造的影響

地質(zhì)構(gòu)造中的斷層破壞了煤層的連續(xù)性，造成瓦斯分布的不均衡。張扭性斷層有利于瓦斯的排放，壓扭性斷層對瓦斯的排放起阻擋作用。另外，褶曲類型和褶皺的復(fù)雜程度對瓦斯賦存也有影響，封閉的背斜有助于瓦斯的存儲。

安鶴煤田的構(gòu)造主要以斷裂為主，褶皺為輔。斷層發(fā)育非常好，其中銅冶斷層、青羊口斷層、柴廠斷層、許家溝斷層、曲溝斷層為標(biāo)志性的斷層。這些斷層破壞了原有的構(gòu)造，使得瓦斯的賦存與逸出發(fā)生變化。

3.2 煤質(zhì)的影響

安鶴礦區(qū)煤變質(zhì)省生成瓦斯的變質(zhì)演化過程可分為3個階段，即生物氣階段、濕氣階段和干氣階段。其中干氣階段是甲烷生成的高峰期。煤的變質(zhì)程度影響著瓦斯的生成和儲集，當(dāng)變質(zhì)程度加大時，甲烷的生成量增多，反之則會減少。而安鶴礦區(qū)煤變質(zhì)程度較高，有大量的瓦斯生成,并且煤中微孔隙發(fā)育,對甲烷吸附能力強，這在很大程度上也影響了瓦斯的賦存。

安鶴煤田的煤類型非常復(fù)雜，從氣煤到無煙煤均有分布[1]，研究區(qū)二1煤最多，且為低硫煤。通過研究總結(jié)發(fā)現(xiàn)，安鶴礦區(qū)內(nèi)煤層賦存于山西組、太原組，共發(fā)育12層煤。二1煤賦存于山西組下部，以低中灰、特低硫、高瓦斯而區(qū)別于下部煤；一1煤賦存于太原組底部，中高灰、中高硫、低瓦斯，具明顯海陸交互沉積煤層特點。

3.3 孔隙—裂隙的影響

孔隙是瓦斯的主要儲集空間和擴(kuò)散滲流通道，其尺寸為零點幾納米至幾千納米。同時，按孔隙對瓦斯吸附運移的貢獻(xiàn)，將微孔和小孔合稱為吸附孔隙，將中孔和大孔合稱為滲流孔隙[2]。

利用德國LEITZ公司生產(chǎn)的LABORLXE-12-POL的熒光顯微鏡（50倍物鏡）對采集的樣品進(jìn)行了顯微裂隙研究[3]。研究發(fā)現(xiàn)安鶴煤田煤儲層顯微裂隙中以寬度小于5微米且長度小于300微米的裂隙最為發(fā)育。煤瓦斯的吸附以及擴(kuò)散、滲透能力都與煤儲集層的孔隙性密切相關(guān)。其中安鶴礦區(qū)外生裂隙是在較強構(gòu)造應(yīng)力的作用下形成的，內(nèi)層裂隙是可以在顯微鏡底下觀察到的。

3.4 煤層埋深和厚度的影響

研究發(fā)現(xiàn)煤層埋深和煤層厚度與瓦斯含量呈正相關(guān)關(guān)系。隨著埋深的增加瓦斯含量隨之增高；隨著煤層厚度的增加，瓦斯生成量，瓦斯含量逐漸增加。

在煤化過程中產(chǎn)生大量氣體的保存，與煤層上覆地層的厚度和煤層埋藏的深度，兩者呈正相關(guān)系；到一定深度后，隨著地壓增大，地溫增高，煤的儲集性能相對變差，瓦斯沿煤層緩慢向上運移，含氣量減少，瓦斯含量與埋深的線性關(guān)系又趨不明顯。同時，由于礦區(qū)內(nèi)瓦斯的封堵以承壓水封堵為主，以煤儲層頂、底板巖層封堵為輔，沿煤層向上運移的瓦斯被封堵的煤層埋深約在1200m，達(dá)到了各種控氣因素的平衡狀態(tài)[5]。

3.5 煤層和圍巖的透氣性的影響

煤層圍巖主要指煤層直接頂、老頂和直接底板等在內(nèi)的一定厚度范圍的層段。圍巖對煤層區(qū)域瓦斯賦存的影響，決定于它的隔氣、透氣性能。當(dāng)煤層頂、底板的巖性為泥巖、油頁巖等致密完整的巖石時,煤層中的瓦斯較容易保存。當(dāng)煤層頂板為礫巖、砂巖等多孔隙或脆性裂隙較發(fā)育的巖石時，瓦斯就比較容易逸散。目前的研究已經(jīng)表明，在裂隙不發(fā)育的情況下，泥巖和泥質(zhì)粉砂巖的滲透率很低，瓦斯不易逸散。在在安鶴礦區(qū)，區(qū)內(nèi)的二1煤層頂?shù)装鍘r多數(shù)為泥巖、砂巖，巖體滲透率非常低，滲透性極差，封閉性差，所以該地區(qū)的瓦斯易發(fā)生逸出[6]。

4 結(jié)論

（1）安鶴礦區(qū)瓦斯的賦存規(guī)律為南高北低的分布。

（2）安鶴礦區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造對瓦斯賦存的影響最大，也是最主要的影響因素。

（3）安鶴礦區(qū)的裂隙主要為開放的連通性裂隙，這增強了瓦斯的運移流通。

（4）煤的變質(zhì)程度與甲烷的生成量成正相關(guān)。

[1]楊起,吳沖龍,湯達(dá)禎,等.中國煤變質(zhì)作用 [M].北京:煤炭工業(yè)出版社,1996:1-26.

[2]姚艷斌,劉大錳.煤儲層孔隙系統(tǒng)發(fā)育特征與瓦斯可采性研究 [J].煤炭科學(xué)技術(shù), 2006,34(3):64-68.

[3]姚艷斌,劉大錳.華北重點礦區(qū)煤儲層吸附特征及其影響因素 [J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報,2007,36(3):308-314.

[4]楊曉娜,黃波,牛亞麗,等.安陽礦區(qū)煤體變形對瓦斯賦存規(guī)律的影響.2012年全國瓦斯地質(zhì)學(xué)術(shù)年會論文.

[5]羅憲.安陽-鶴壁礦區(qū)瓦斯地質(zhì)特征及影響因素 [J].中州煤炭,2010,176(6):45-16.

[6]吳觀茂,吳文金,黃明,等.影響煤層瓦斯賦存規(guī)律的多地質(zhì)因素回歸分析研究 [J].煤炭工程,2007,11:80-81.

TF5[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-6-157-1

劉曉峰（），男，長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，研究生，研究方向為固體礦產(chǎn)。