安鶴煤田煤層瓦斯賦存規律研究

■劉曉峰 賀志亮 郭曉丹

（長安大學地球科學與資源學院陜西西安710064）

安鶴煤田煤層瓦斯賦存規律研究

■劉曉峰 賀志亮 郭曉丹

（長安大學地球科學與資源學院陜西西安710064）

據測算，在我國埋深較淺的瓦斯是常規天然氣探明儲量的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重不足，因此，研究主采煤層瓦斯的賦存規律，提高其開發利用是非常有必要的。根據安鶴地區勘查得到的煤層瓦斯資料，運用MAPGIS繪制的安鶴含煤區瓦斯地質圖。可知，安鶴礦區瓦斯分布呈南高北低的趨勢，影響其分布規律的主要因素為地質構造、煤質、含水性。

安鶴煤田地質因素瓦斯賦存規律

1 研究區概況

研究區煤系地層發育穩定，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情況進行了研究，結果表明:該區內地層發育較穩定，其中構造類型以斷裂為主，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造區太行斷隆，構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，大致方法有以數理統計為基礎的礦山統計法、瓦斯分源計算法，還有以瓦斯含量為基礎的瓦斯含量法。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，積極開發研究相關的數值模擬軟件，作為配套的研究手段。

2 安鶴煤田瓦斯賦存規律

根據礦區內117個鉆孔資料和安鶴含煤礦區瓦斯地質圖和鉆孔瓦斯統計分析，研究區內瓦斯賦存的規律顯以下特征：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。

瓦斯的分布規律受到地質構造、煤質、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因素

3.1 地質構造的影響

地質構造中的斷層破壞了煤層的連續性，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。

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

3.2 煤質的影響

安鶴礦區煤變質省生成瓦斯的變質演化過程可分為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。煤的變質程度影響著瓦斯的生成和儲集，當變質程度加大時，甲烷的生成量增多，反之則會減少。而安鶴礦區煤變質程度較高，有大量的瓦斯生成,并且煤中微孔隙發育,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雜，從氣煤到無煙煤均有分布[1]，研究區二1煤最多，且為低硫煤。通過研究總結發現，安鶴礦區內煤層賦存于山西組、太原組，共發育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，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公司生產的LABORLXE-12-POL的熒光顯微鏡（50倍物鏡）對采集的樣品進行了顯微裂隙研究[3]。研究發現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微米的裂隙最為發育。煤瓦斯的吸附以及擴散、滲透能力都與煤儲集層的孔隙性密切相關。其中安鶴礦區外生裂隙是在較強構造應力的作用下形成的，內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

研究發現煤層埋深和煤層厚度與瓦斯含量呈正相關關系。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系又趨不明顯。同時，由于礦區內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，達到了各種控氣因素的平衡狀態[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的一定厚度范圍的層段。圍巖對煤層區域瓦斯賦存的影響，決定于它的隔氣、透氣性能。當煤層頂、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。當煤層頂板為礫巖、砂巖等多孔隙或脆性裂隙較發育的巖石時，瓦斯就比較容易逸散。目前的研究已經表明，在裂隙不發育的情況下，泥巖和泥質粉砂巖的滲透率很低，瓦斯不易逸散。在在安鶴礦區，區內的二1煤層頂底板巖多數為泥巖、砂巖，巖體滲透率非常低，滲透性極差，封閉性差，所以該地區的瓦斯易發生逸出[6]。

4 結論

（1）安鶴礦區瓦斯的賦存規律為南高北低的分布。

（2）安鶴礦區的地質構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）煤的變質程度與甲烷的生成量成正相關。

[1]楊起,吳沖龍,湯達禎,等.中國煤變質作用 [M].北京:煤炭工業出版社,1996:1-26.

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

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

[4]楊曉娜,黃波,牛亞麗,等.安陽礦區煤體變形對瓦斯賦存規律的影響.2012年全國瓦斯地質學術年會論文.

[5]羅憲.安陽-鶴壁礦區瓦斯地質特征及影響因素 [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律的多地質因素回歸分析研究 [J].煤炭工程,2007,11:80-81.

TF5[文獻碼]B

1000-405X（2016）-6-157-1

劉曉峰（），男，長安大學地球科學與資源學院，研究生，研究方向為固體礦產。