平頂山礦區(qū)戊、己煤層瓦斯特征及其賦存條件分析

常軍敏

[摘要]主要對(duì)河南省平頂山礦區(qū)瓦斯賦存情況的分析研究，以指導(dǎo)煤礦預(yù)防瓦斯事故及合理開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]瓦斯 分析 處理 利用

中圖分類號(hào)：TQ53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671－7597（2009）0720002－01

一、概況

平頂山礦區(qū)位于河南省中部，是我國中南地區(qū)最大的煉焦煤基地，含煤面積650km2。礦區(qū)以李口向斜為主體構(gòu)造，向斜呈北西向樞紐傾伏的箕形寬緩褶曲，兩翼基本對(duì)稱。含煤地層為石炭系和二疊系，含煤7組60～88層，主要可采煤層10層，自上而下分別為：二疊系的丙3、丁5、丁6、戊8、戊9、戊10、己15、己16、己17和石炭系的庚20煤層，其中戊、己組煤層厚度大、分布廣、儲(chǔ)量豐富，是本礦區(qū)目前開采的主要煤層，而且瓦斯含量高、資源量豐富，因此通過對(duì)本區(qū)戊、己組煤層瓦斯資料進(jìn)行收集、整理、分析，具有必要性又有可行性，可以為礦區(qū)在向深部開發(fā)過程中的瓦斯治理以及瓦斯作為潔凈能源進(jìn)行開發(fā)提供參考依據(jù)。

二、煤層瓦斯特征

（一）煤層瓦斯成分。本區(qū)戊、己組煤層瓦斯中含有二氧化碳（CO2）、氮?dú)猓∟2）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）等氣體，其主要成分為甲烷（CH4）。由于本區(qū)勘探階段采樣點(diǎn)主要位于礦區(qū)中深部，CH4氣體多數(shù)大于70～80%，CO2、N2相對(duì)較低。

根據(jù)瓦斯分帶劃分標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)瓦斯帶內(nèi)的瓦斯樣品點(diǎn)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（見表1），可以進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)本區(qū)戊、己煤層瓦斯成分的特點(diǎn)：CH4氣體占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，其平均值：戊組為87.44%，己組為84.39%，個(gè)別樣品點(diǎn)CH4值更高，達(dá)到95%以上。另一個(gè)特點(diǎn)是本區(qū)煤層瓦斯成分中，含有重?zé)N氣體，不僅含量較高，而且種類齊全，己組煤中表現(xiàn)更為明顯。如20-12孔，煤層瓦斯中含有C2H6、C3H8，C2H6高達(dá)28.42%，C3H8為4.48%。

（二）煤層瓦斯含量。本區(qū)CH4在瓦斯成分中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，因此在對(duì)本區(qū)戊、己煤層瓦斯含量分析時(shí)，僅指CH4氣體含量（包括C2H6、C3H8等重?zé)N）。在瓦斯帶內(nèi)，戊組煤層CH4含量最小值2.34m3/tdaf，最大值13.99m3/

Tdaf，平均值8.03m3/tdaf；己組煤層CH4含量最小值0.59m3/tdaf，最大值16.83m3/tdaf，平均值8.94m3/tdaf。

礦區(qū)戊、己煤層CH4賦存因地質(zhì)構(gòu)造、煤厚變化、煤變質(zhì)程度等因素影響造成局部范圍內(nèi)不同煤層、不同地區(qū)、不同水平而有所不同，但總的賦存特點(diǎn)是隨煤層埋深增加，CH4含量增大（見表2）。在礦區(qū)平面分布上呈現(xiàn)西部低、東部高、南部低、北部高的格局，煤層CH4含量值與煤層底板等高線趨勢(shì)大體一致，反映了CH4含量與煤層埋深呈現(xiàn)一定的規(guī)律性變化。

（三）煤層瓦斯解吸特征。本區(qū)煤層瓦斯含量多采用解吸法測(cè)定，瓦斯含量由三部分組成，包括損失瓦斯量、解吸瓦斯量、殘存瓦斯量。通過對(duì)解吸過程進(jìn)行分析，具有以下2個(gè)特點(diǎn)：

1．解吸速度快。現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行瓦斯解吸時(shí)，初始階段瓦斯釋放迅速而量大，隨著解吸時(shí)間的延長(zhǎng)，瓦斯釋放逐漸減慢而量小，據(jù)統(tǒng)計(jì)，63%的解吸瓦斯量所用時(shí)間均少于一天，瓦斯解吸速度快。

2．損失瓦斯量占的比重大。損失瓦斯量是指煤樣在鉆孔內(nèi)及空氣中暴露散失的量，損失量通過計(jì)算或圖解法求出，據(jù)統(tǒng)計(jì)，損失瓦斯量占總瓦斯含量的比例為20-70%，一般為40-60%，平均高達(dá)45%。

（四）煤層瓦斯吸附特征。煤中瓦斯主要以吸附狀態(tài)存在，煤中瓦斯含量的多少取決于煤吸附瓦斯的容量。通過對(duì)本區(qū)煤的瓦斯吸附試驗(yàn)資料分析，該區(qū)戊、己煤瓦斯吸附具有以下特征：

1．在瓦斯壓力較低（1.5Mpa以下）時(shí)，瓦斯吸附量與壓力呈正比例關(guān)系，煤層瓦斯吸附量隨著瓦斯壓力的增大而增大。

2．當(dāng)瓦斯壓力值達(dá)到一定值（4.0Mpa）后，瓦斯壓力增大而瓦斯吸附量變化微小，趨于飽和狀態(tài)，吸附飽和之后，壓力增大吸附量不再增加。

3．從本區(qū)所測(cè)定的瓦斯含量值看，均低于飽和狀態(tài)下的瓦斯最大吸附量，因而該區(qū)瓦斯在煤體中均處于不飽和狀態(tài)。

三、煤層瓦斯賦存條件簡(jiǎn)析

（一）生、儲(chǔ)條件。平頂山煤田屬于多煤種煤田，同一煤層，煤的變質(zhì)程度隨煤層埋藏深度的增加而增加，揮發(fā)分降低；在同一位置上的不同煤層從上而下變質(zhì)程度依次增高，同一煤層隨著煤層埋藏深度的增加，變質(zhì)程度也增高。此外，沿煤層走向自西向東存在著變質(zhì)程度增高的趨勢(shì)。煤種呈帶狀分布，有氣煤、肥煤、1/3焦煤、焦煤、瘦煤等，其中以肥煤、1/3焦煤、焦煤為主，屬于中等變質(zhì)及中高變質(zhì)的煤。甲烷生、儲(chǔ)類型以多生低儲(chǔ)類型為主。此類型煤的生氣量大于最大吸附量，甲烷含量不再受生氣量的控制，煤的吸附能力低，孔隙度小，但內(nèi)生裂隙最發(fā)育，煤層透氣性較好。

（二）良好的蓋層封閉條件。從煤層的頂?shù)装鍘r性看，大多為泥巖、砂質(zhì)泥巖，只在局部地段為砂巖，其巖性大多致密完整，透氣性差，具有良好的封閉性能。

（三）有利的構(gòu)造保存條件。平頂山煤田為斷塊隆起構(gòu)造單元，煤田周圍為凹陷帶，主體構(gòu)造為一復(fù)式向斜，次級(jí)構(gòu)造背斜及高角度正斷層發(fā)育，地質(zhì)構(gòu)造與瓦斯賦存關(guān)系密切。向斜軸部埋藏深度大，瓦斯含量明顯增高。逆斷層受擠壓應(yīng)力作用而成，屬于封閉性構(gòu)造，使煤層瓦斯聚集，有利于瓦斯的保存。區(qū)內(nèi)正斷層在張應(yīng)力作用下，導(dǎo)致煤層裂隙發(fā)育，增大了煤層的透氣性，有利于瓦斯抽放。總之，平頂山煤田的地質(zhì)構(gòu)造格局，既有利于煤層瓦斯的保存，又可局部改善煤層的透氣性，因而有利于煤層瓦斯的開發(fā)。