陽煤開元礦瓦斯地質規律及煤氣層資源量預測

劉變華

（山西陽泉煤業（集團）有限責任公司職工教育培訓中心，山西 陽泉 045000）

陽煤開元礦瓦斯地質規律及煤氣層資源量預測

劉變華

（山西陽泉煤業（集團）有限責任公司職工教育培訓中心，山西 陽泉 045000）

通過對開元煤礦瓦斯情況的研究，對礦井瓦斯賦存的地質規律進行了分析，對煤氣層資源量進行了預測，并提出了自己的建議。

瓦斯；地質規律；煤氣層；資源量

1 開元煤礦瓦斯分布情況

開元煤礦位于山西省壽陽縣城西北部約14 km，礦區面積 27.903 km2，開采深度 620 m～1134 m標高。井田中P43號孔，采有8，9，15號煤瓦斯樣各一個，測得瓦斯含量為8.15 mL/g、6.54 mL/g、8.64 mL/g；井田外P50號鉆孔，采有15號煤瓦斯樣一個，瓦斯含量為14.47 mL/g。僅從簡略資料看出，同一煤層隨埋藏深度增加、瓦斯含量增加；同一鉆孔的不同煤層，隨煤層層位的降低，瓦斯含量亦增加。

開元煤礦初采生產區，由于處于井田淺部，故其瓦斯含量較小，瓦斯涌出量也小；礦井相對瓦斯涌出量均小于10 m3/t.煤，屬低瓦斯礦井。礦井開采向深部延伸或采下部煤層時，煤層瓦斯含量將增高，礦井瓦斯涌出量也會加大。表1為2001年以來該煤礦的瓦斯鑒定情況表，開元公司2007年度絕對瓦斯涌出量為51.06 m3/min,相對瓦斯涌出量為10.97 m3/min，鑒定等級為高瓦斯礦井，批復等級也為高瓦斯礦井。

表1 瓦斯礦井鑒定情況表

2 開元礦井瓦斯地質規律

開元公司對回采工作面堅持“先抽后采”的原則，抽采形式主要以臨近層抽放為主，現在3號煤共回采4個工作面，因其中3304工作面資料不全，所以本次只研究3405、3406、3806三個工作面的相對瓦斯涌出量。

3405工作面共采7個月（2009年2月到2009年8月），見圖1，共有四個異常點，分別為2009年3、6、7、8月。和趨勢線（圖中的黑色線）比較，2009年3月相對瓦斯涌出量減小，減小原因（查采掘圖知）此月過陷落柱，減小幅度為17%。2009年6月相對瓦斯涌出量增大，增大原因此月過斷層，增大幅度為7%。2009年7，8月相對瓦斯涌出量增大，增大原因這兩個月過煤層沖刷區，增大幅度分別為24%、29%。

圖1 3405工作面瓦斯涌出量

3406工作面共采7個月（2008年5月到2008年11月），見圖2，共有五個異常點，分別為2008年6，7，8，9，11 月。和趨勢線（圖中的黑色線） 比較，2008年6月相對瓦斯涌出量增大，增大原因（查采掘圖知）此月過煤層沖刷區，增大幅度為3%。2008年7月相對瓦斯涌出量增大，增大原因此月過煤層沖刷區，增大幅度為29%。2008年8月相對瓦斯涌出量增大，增大原因此月過煤層沖刷區和斷層構造，增大幅度為19%。2008年9月相對瓦斯涌出量增大，增大原因查采掘圖未見異常。2008年11月相對瓦斯涌出量減小，減小原因查采掘圖未見異常。

圖2 3406工作面瓦斯涌出量

3806工作面共采7個月（2008年11月到2009年6月，其中2009年3月未采），見圖3，共有三個異常點，分別為2008年11月，2009年1、5月。和趨勢線（圖中的黑色線）比較，2008年11月相對瓦斯涌出量減小，減小原因（查采掘圖知）此月過陷落柱，減小幅度為7%。2009年1月減小，減小原因此月過背斜，減小幅度為36%。2009年5月減小，減小原因此月過背斜，減小幅度為33%。

圖3 3806工作面

上述瓦斯異常點的統計情況，見表2。

2.1 斷層和褶皺構造對瓦斯賦存的影響

井田內主要分布有斷層和褶曲；斷層比較發育，走向大致為北東東方向，為正斷層；褶曲主要位于井田中部。受東西向區域構造（如放馬溝向斜，上峪背斜）的影響，此類正斷層有利于瓦斯的放散，對井田深部的瓦斯運移起了重要作用。斷層沿線的瓦斯含量、瓦斯涌出量與其深度相比要低一些。

井田北部，中型斷層較多，但是由于煤層埋深較小，瓦斯含量相對較低，此區域還存在向斜構造，引起局部瓦斯涌出量略有增大。井田中部，小型斷層較發育，煤層埋深較大，因此斷層附近瓦斯含量相對較高，在煤層的沖刷地帶，瓦斯含量較大。井田南部，斷層較少，但是煤層埋深較大，所以瓦斯含量比中、北部高。在遇到斷層、褶皺地質構造時，構造附近的瓦斯含量會突然增大。

表2 構造統計表

2.2 頂底板巖性對瓦斯賦存的影響

現在的主要開采區為3號煤層。3號煤層頂板：大部分區段存在偽頂，厚度一般為0.25 m～0.4 m，以高嶺石泥巖與煤線組合為典型特征；直接頂以黑灰色砂質泥巖、泥巖為主，單軸抗壓強度為15 MPa～37.4 MPa，夾有層狀細砂巖層，以復合頂板出現較為多見，厚度為0 m～5.62 m，平均厚度1.76 m，局部相變為灰白色細—粗粒砂巖、粉砂巖。頂板分類分別為極穩定、穩定、較穩定、不穩定頂板。局部存在古河流沖蝕地質現象。老頂為灰色中—細粒砂巖（K8下），厚度為0.6 m～16.53 m，平均厚度5.30 m，單軸抗壓強度為27MPa～92.3MPa。底板為深灰色砂質泥巖，含植物根莖化石，厚度一般在4.3 m～7.20m，局部變為細、粉砂巖，厚度變化較大。

3號煤層結構組分以鏡質組為主，瓦斯吸附能力較強，盡管工作面開采前進行了大量的瓦斯預抽工作，但效果局部不明顯，存在瓦斯突出的地質問題。煤塵根據化驗結果來看，3號煤層火焰長度和巖粉量指標顯示具有爆炸性，對安全組織生產存在不利影響。

2.3 巖漿巖分布對瓦斯賦存的影響

經對現有地質勘探資料與鉆孔資料分析，本井田內暫未發現巖漿巖，暫時不考慮其對瓦斯賦存的影響。

2.4 巖溶陷落柱對瓦斯賦存的影響

井田內陷落柱有35個，最大者長軸90 m，短者20 m；地表所見陷落極少，隱伏較多；三維地震解釋28個，最大者長軸254m，短者20m。陷落柱其規模大小不等，形狀以圓形和橢圓形為主。根據有關資料分析，巖溶陷落柱附近的瓦斯含量相對較低。

2.5 瓦斯含量分布及預測研究

煤層瓦斯含量，是指單位體積或單位重量煤體內游離瓦斯和吸附瓦斯之和。實驗室條件下測定時，煤層瓦斯含量是按標準狀態下，即在0℃和760 mm汞柱下，每噸或每立方米煤體內所含的瓦斯量。但實際上，多數是指煤層在具體的瓦斯壓力條件下它所含的瓦斯量。煤層瓦斯含量是確定礦井瓦斯涌出量的一個重要因素。

煤層瓦斯含量沿傾向分布規律，常用瓦斯含量與埋藏深度或基巖厚度之間的關系來表示。基巖厚度是指煤層上方不包括第四紀地層的古地層厚度，它的大小往往直接影響成煤過程中產生的瓦斯在煤層中保存條件的好壞。本礦區根據有關的瓦斯及地質資料情況分析，井田北部瓦斯含量偏低，井田中部及南部瓦斯含量較大，西南部地區由于煤層變薄甚至尖滅，瓦斯含量較小；總體來說，由北向南瓦斯含量會逐漸增大。

3 煤層氣資源量的計算

煤層氣塊段可按頂板巖性（針對頂板泥巖厚度變化情況）、蓋山厚度、煤厚、煤層傾角、含矸率、斷層、褶皺、沖刷帶、陷落柱等因素，對瓦斯賦存影響較明顯的因素為界限，劃分地質塊段（例如含氣量下限邊界、瓦斯風化帶邊界、背向斜、斷層等）。

3.1 資源量的計算方法

煤層氣資源量=原煤瓦斯含量×計算面積×煤層平均厚度×煤炭密度。其中：計算面積×煤層平均厚度×煤炭密度=煤炭儲量。

3.2 資源量的計算及參數的確定（見表3）

表3 3號煤層各塊段的煤層氣資源儲量

3.3 資源量的計算結果及評價

開元公司3號煤層的煤層氣資源儲量，合計約為2.63億m3，按地質規模屬于小型煤層氣地質儲量，煤層氣田的儲量豐度屬于特低，埋藏深度較淺。

4 結論和建議

3號煤層煤的變質程度相對較低，吸附能力較強，層系發育，圍巖透氣性較差，構造煤發育是造成瓦斯富集的本質原因。由于影響瓦斯富集地質因素的不均勻性和復雜性，造成了瓦斯含量的分區性和分片性。本礦井早期勘探鉆孔的瓦斯含量偏低，不能精確反映地質情況和實際煤層氣資源量，建議有關部門對井下瓦斯含量重新測量，測量范圍縮小至每個工作面。

Abstract:By the analysis of gas in Kaiyuan mine,the author studies the geological laws of gas deposit,predicts the resource reserve of coal gas,and provides some suggestions.

Key words:gas;geological laws;coal gas;resource reserve

編輯：徐樹文

Geological Laws of Gas in Kaiyuan Mine and Resource Reserve Prediction of Coal Gas

LIU Bian-hua

(Yangquan Coal Group Training Center,Yangquan Shanxi 045000,China)

TD712+.3

A

1672-5050（2010）09-0075-03

2010-07-13

劉變華（1967—），女,山西陽泉人，大學本科，高級講師，從事煤田地質教學與研究工作。