寧夏石嘴山礦區(qū)地勘瓦斯含量校正方法

牛國斌 趙宇星 馬 凱

(寧夏回族自治區(qū)煤炭地質(zhì)調(diào)查院，寧夏 750000)

1 石嘴山礦區(qū)地質(zhì)勘查概況

1.1 地勘瓦斯測試

寧夏石嘴山礦區(qū)屬于瓦斯高突類型，煤炭資源勘查和采煤工作始于上世紀(jì)50年代初，目前除礦區(qū)周邊少數(shù)區(qū)域，三分之二以上的范圍已完成了煤炭勘探(精查)工作，累積完成煤田鉆孔約110個，其中25個鉆孔在不同勘查時期做了瓦斯含量測試。根據(jù)該礦區(qū)以往所有地勘瓦斯測試結(jié)果，在煤層埋深323.3～906.18m，平均埋深670m的地段，煤層瓦斯為0～15.23cm3/g，平均含量為4.1cm3/g。甲烷濃度為0～96.68%，平均值為56.5%，其余成分以氮氣為主，平均濃度為43%，最大值為98.46%。

1.2 煤層氣資源勘查

礦區(qū)在2019年之前沒有開展過煤層氣資源調(diào)查工作，有關(guān)煤層氣資源評價方面的工作均以地勘瓦斯測試含量為準(zhǔn)。2019年在該礦區(qū)開實施了兩口煤層氣參數(shù)孔，在埋深648～812m地段取心，采用自然解吸法測試了各煤層含氣量，空氣干燥基下煤層含氣量為0.37～12.65cm3/g，平均值為5.8cm3/g。甲烷濃度為56.61%～96.92%，平均值為90.38%。氮氣和二氧化碳濃度平均值分別為4.87%和4.67%，最大值為37.43%。

2 地勘法與自然解吸法對比分析

2.1 不同方法對比

地勘法是早期使用的一種方法，取芯和測試設(shè)備及工藝較落后，而自然解吸法是最新的一種測試技術(shù)，可靠程度較高。二者的主要區(qū)別如下：①煤樣取心方式。地勘法采用普法取心，樣品暴露時間從數(shù)十分鐘到數(shù)小時不等；自然解吸法采用繩索取心，樣品暴露時間一般不超過20分鐘。②執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)不同。地勘法采用地勘時期煤層瓦斯含量測定方法(AQ 1046—2007)；自然解吸法采用煤層氣含量測定方法(GB/T 19559—2004)。③設(shè)備氣密性。地勘法現(xiàn)場解吸罐上無壓力檢測表，設(shè)備氣密性較差；自然解吸法現(xiàn)場解吸罐上有壓力檢測表，氣密性好。④測試罐裝樣重量。地勘法測試罐可裝400g樣品；自然解吸法測試罐可裝2000g樣品。⑤現(xiàn)場測試過程。地勘法裝樣后在現(xiàn)場溫度下解吸8小時后停止；自然解吸法裝罐后在恒溫水浴連續(xù)解吸，直至連續(xù)7天每日解吸量小于10cm3/g。⑥室內(nèi)測試過程。地勘法將罐內(nèi)樣品加熱95～100℃后真空脫氣；自然解吸法是在恒溫條件持續(xù)解吸。⑦測試總時間。地勘法總共1～3天；自然解吸法從數(shù)天到數(shù)個月。⑧測試結(jié)果。地勘法沒有遵循煤的自然解吸規(guī)律，采用加溫處理，自然解吸法是在模擬煤儲層條件下進(jìn)行的自然解吸，地勘法的測試結(jié)果沒有自然解吸法的可靠準(zhǔn)確。

2.2 存在的問題分析

地勘法測試中樣品暴露時間太長和設(shè)備氣密差，致使實際發(fā)生的損失量十分大，但在損失量計算中仍然采用直接法，導(dǎo)致計算出的含氣量比自然解吸法偏小數(shù)倍。重新校正地勘法的損失量后，可使其總含氣量更接近自然解吸法或?qū)嶋H情況。

3 石嘴山礦區(qū)地勘瓦斯含量校正方法

3.1 校正方法

將地勘法測試鉆孔B302孔和煤層氣自然解吸法測試鉆孔參-2孔相距約40m，屬同一構(gòu)造單元，各煤層深度基本相同，因此兩個鉆孔的煤層氣含量應(yīng)該十分接近，這里就認(rèn)為是相同的。將二者測試的氣含量的成果進(jìn)行對比，其差值認(rèn)為是地勘時期瓦斯測試時實際損失而未估算到的部分含量，也可以認(rèn)為是地勘法的一個系統(tǒng)誤差值。這里將B302孔的地勘瓦斯含量作為橫軸X，將參-2孔自然解吸法含量與B302孔地勘瓦斯含量的差值作為縱軸Y，進(jìn)行線性回歸分析，得出的曲線函數(shù)即為地勘瓦斯含量校正模型。將礦區(qū)內(nèi)其它各鉆孔的地勘瓦斯含量值帶入該模型，得出校正損失量，最后將校正損失量與原地勘法瓦斯含量相加即為校正后的地勘瓦斯含量。

3.2 計算結(jié)果分析

B302孔的煤層地勘瓦斯含量為1.57～4.55cm3/g。平均值為2.92cm3/g，而參-2孔的煤層自然解吸法測試含氣量為4.07～12.65cm3/g，平均值為8.41cm3/g，后者是前者的2.88倍。按照以上校正方法，得出了自然解吸含量與地勘瓦斯含量差值和地勘瓦斯含量的關(guān)系如圖1所示。將兩者的函數(shù)式作為石嘴山礦區(qū)地勘瓦斯損失量校正模型，即y=1.3466ln(x)+2.256，擬合度R2=0.6881，模型較可靠，可以使用。

圖1 地勘法瓦斯損失量校正模型圖

將礦區(qū)其它24個鉆孔的地勘瓦斯含量Q1與校正損失量y求和，得出的值即為地勘瓦斯校正含量Q。經(jīng)計算，其它24個鉆孔校正后的含量Q平均值為7.72cm3/g， 是原地勘瓦斯含量Q1的2.18倍，

與自然解吸法測試的平均含量8.41cm3/g相近，更與煤礦井下直接測試的瓦斯含量平均值7.73cm3/g基本相同，說明該方法適合本地區(qū)的地勘瓦斯含量校正，可靠程度較高，其值Q可以參與該礦區(qū)煤層氣資源量估算和評價工作。

4 結(jié)論

(1)自然解吸法測試的煤層氣含量較地勘法測試的瓦斯含量要準(zhǔn)確，二者的差異主要是地勘法測試工藝和取心方法所致。

(2)校正模型必須建立在對于同一構(gòu)造、同一深度、相近鉆孔的兩種測試含量的基礎(chǔ)上，方可建立較可靠的校正模型，否則校正結(jié)果誤差較大。

(3)對于地勘瓦斯含量校正而言，自然解吸法測試的鉆孔數(shù)量越多，校正結(jié)果越準(zhǔn)確。

(4)地勘瓦斯含量校正是多數(shù)礦區(qū)面臨的一個問題，不同地區(qū)要根據(jù)實際數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，不能一概而論。