阳煤开元矿瓦斯地质规律及煤气层资源量预测

刘变华

（山西阳泉煤业（集团）有限责任公司职工教育培训中心，山西 阳泉 045000）

阳煤开元矿瓦斯地质规律及煤气层资源量预测

刘变华

（山西阳泉煤业（集团）有限责任公司职工教育培训中心，山西 阳泉 045000）

通过对开元煤矿瓦斯情况的研究，对矿井瓦斯赋存的地质规律进行了分析，对煤气层资源量进行了预测，并提出了自己的建议。

瓦斯；地质规律；煤气层；资源量

1 开元煤矿瓦斯分布情况

开元煤矿位于山西省寿阳县城西北部约14 km，矿区面积 27.903 km2，开采深度 620 m～1134 m标高。井田中P43号孔，采有8，9，15号煤瓦斯样各一个，测得瓦斯含量为8.15 mL/g、6.54 mL/g、8.64 mL/g；井田外P50号钻孔，采有15号煤瓦斯样一个，瓦斯含量为14.47 mL/g。仅从简略资料看出，同一煤层随埋藏深度增加、瓦斯含量增加；同一钻孔的不同煤层，随煤层层位的降低，瓦斯含量亦增加。

开元煤矿初采生产区，由于处于井田浅部，故其瓦斯含量较小，瓦斯涌出量也小；矿井相对瓦斯涌出量均小于10 m3/t.煤，属低瓦斯矿井。矿井开采向深部延伸或采下部煤层时，煤层瓦斯含量将增高，矿井瓦斯涌出量也会加大。表1为2001年以来该煤矿的瓦斯鉴定情况表，开元公司2007年度绝对瓦斯涌出量为51.06 m3/min,相对瓦斯涌出量为10.97 m3/min，鉴定等级为高瓦斯矿井，批复等级也为高瓦斯矿井。

表1 瓦斯矿井鉴定情况表

2 开元矿井瓦斯地质规律

开元公司对回采工作面坚持“先抽后采”的原则，抽采形式主要以临近层抽放为主，现在3号煤共回采4个工作面，因其中3304工作面资料不全，所以本次只研究3405、3406、3806三个工作面的相对瓦斯涌出量。

3405工作面共采7个月（2009年2月到2009年8月），见图1，共有四个异常点，分别为2009年3、6、7、8月。和趋势线（图中的黑色线）比较，2009年3月相对瓦斯涌出量减小，减小原因（查采掘图知）此月过陷落柱，减小幅度为17%。2009年6月相对瓦斯涌出量增大，增大原因此月过断层，增大幅度为7%。2009年7，8月相对瓦斯涌出量增大，增大原因这两个月过煤层冲刷区，增大幅度分别为24%、29%。

图1 3405工作面瓦斯涌出量

3406工作面共采7个月（2008年5月到2008年11月），见图2，共有五个异常点，分别为2008年6，7，8，9，11 月。和趋势线（图中的黑色线） 比较，2008年6月相对瓦斯涌出量增大，增大原因（查采掘图知）此月过煤层冲刷区，增大幅度为3%。2008年7月相对瓦斯涌出量增大，增大原因此月过煤层冲刷区，增大幅度为29%。2008年8月相对瓦斯涌出量增大，增大原因此月过煤层冲刷区和断层构造，增大幅度为19%。2008年9月相对瓦斯涌出量增大，增大原因查采掘图未见异常。2008年11月相对瓦斯涌出量减小，减小原因查采掘图未见异常。

图2 3406工作面瓦斯涌出量

3806工作面共采7个月（2008年11月到2009年6月，其中2009年3月未采），见图3，共有三个异常点，分别为2008年11月，2009年1、5月。和趋势线（图中的黑色线）比较，2008年11月相对瓦斯涌出量减小，减小原因（查采掘图知）此月过陷落柱，减小幅度为7%。2009年1月减小，减小原因此月过背斜，减小幅度为36%。2009年5月减小，减小原因此月过背斜，减小幅度为33%。

图3 3806工作面

上述瓦斯异常点的统计情况，见表2。

2.1 断层和褶皱构造对瓦斯赋存的影响

井田内主要分布有断层和褶曲；断层比较发育，走向大致为北东东方向，为正断层；褶曲主要位于井田中部。受东西向区域构造（如放马沟向斜，上峪背斜）的影响，此类正断层有利于瓦斯的放散，对井田深部的瓦斯运移起了重要作用。断层沿线的瓦斯含量、瓦斯涌出量与其深度相比要低一些。

井田北部，中型断层较多，但是由于煤层埋深较小，瓦斯含量相对较低，此区域还存在向斜构造，引起局部瓦斯涌出量略有增大。井田中部，小型断层较发育，煤层埋深较大，因此断层附近瓦斯含量相对较高，在煤层的冲刷地带，瓦斯含量较大。井田南部，断层较少，但是煤层埋深较大，所以瓦斯含量比中、北部高。在遇到断层、褶皱地质构造时，构造附近的瓦斯含量会突然增大。

表2 构造统计表

2.2 顶底板岩性对瓦斯赋存的影响

现在的主要开采区为3号煤层。3号煤层顶板：大部分区段存在伪顶，厚度一般为0.25 m～0.4 m，以高岭石泥岩与煤线组合为典型特征；直接顶以黑灰色砂质泥岩、泥岩为主，单轴抗压强度为15 MPa～37.4 MPa，夹有层状细砂岩层，以复合顶板出现较为多见，厚度为0 m～5.62 m，平均厚度1.76 m，局部相变为灰白色细—粗粒砂岩、粉砂岩。顶板分类分别为极稳定、稳定、较稳定、不稳定顶板。局部存在古河流冲蚀地质现象。老顶为灰色中—细粒砂岩（K8下），厚度为0.6 m～16.53 m，平均厚度5.30 m，单轴抗压强度为27MPa～92.3MPa。底板为深灰色砂质泥岩，含植物根茎化石，厚度一般在4.3 m～7.20m，局部变为细、粉砂岩，厚度变化较大。

3号煤层结构组分以镜质组为主，瓦斯吸附能力较强，尽管工作面开采前进行了大量的瓦斯预抽工作，但效果局部不明显，存在瓦斯突出的地质问题。煤尘根据化验结果来看，3号煤层火焰长度和岩粉量指标显示具有爆炸性，对安全组织生产存在不利影响。

2.3 岩浆岩分布对瓦斯赋存的影响

经对现有地质勘探资料与钻孔资料分析，本井田内暂未发现岩浆岩，暂时不考虑其对瓦斯赋存的影响。

2.4 岩溶陷落柱对瓦斯赋存的影响

井田内陷落柱有35个，最大者长轴90 m，短者20 m；地表所见陷落极少，隐伏较多；三维地震解释28个，最大者长轴254m，短者20m。陷落柱其规模大小不等，形状以圆形和椭圆形为主。根据有关资料分析，岩溶陷落柱附近的瓦斯含量相对较低。

2.5 瓦斯含量分布及预测研究

煤层瓦斯含量，是指单位体积或单位重量煤体内游离瓦斯和吸附瓦斯之和。实验室条件下测定时，煤层瓦斯含量是按标准状态下，即在0℃和760 mm汞柱下，每吨或每立方米煤体内所含的瓦斯量。但实际上，多数是指煤层在具体的瓦斯压力条件下它所含的瓦斯量。煤层瓦斯含量是确定矿井瓦斯涌出量的一个重要因素。

煤层瓦斯含量沿倾向分布规律，常用瓦斯含量与埋藏深度或基岩厚度之间的关系来表示。基岩厚度是指煤层上方不包括第四纪地层的古地层厚度，它的大小往往直接影响成煤过程中产生的瓦斯在煤层中保存条件的好坏。本矿区根据有关的瓦斯及地质资料情况分析，井田北部瓦斯含量偏低，井田中部及南部瓦斯含量较大，西南部地区由于煤层变薄甚至尖灭，瓦斯含量较小；总体来说，由北向南瓦斯含量会逐渐增大。

3 煤层气资源量的计算

煤层气块段可按顶板岩性（针对顶板泥岩厚度变化情况）、盖山厚度、煤厚、煤层倾角、含矸率、断层、褶皱、冲刷带、陷落柱等因素，对瓦斯赋存影响较明显的因素为界限，划分地质块段（例如含气量下限边界、瓦斯风化带边界、背向斜、断层等）。

3.1 资源量的计算方法

煤层气资源量=原煤瓦斯含量×计算面积×煤层平均厚度×煤炭密度。其中：计算面积×煤层平均厚度×煤炭密度=煤炭储量。

3.2 资源量的计算及参数的确定（见表3）

表3 3号煤层各块段的煤层气资源储量

3.3 资源量的计算结果及评价

开元公司3号煤层的煤层气资源储量，合计约为2.63亿m3，按地质规模属于小型煤层气地质储量，煤层气田的储量丰度属于特低，埋藏深度较浅。

4 结论和建议

3号煤层煤的变质程度相对较低，吸附能力较强，层系发育，围岩透气性较差，构造煤发育是造成瓦斯富集的本质原因。由于影响瓦斯富集地质因素的不均匀性和复杂性，造成了瓦斯含量的分区性和分片性。本矿井早期勘探钻孔的瓦斯含量偏低，不能精确反映地质情况和实际煤层气资源量，建议有关部门对井下瓦斯含量重新测量，测量范围缩小至每个工作面。

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

编辑：徐树文

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

刘变华（1967—），女,山西阳泉人，大学本科，高级讲师，从事煤田地质教学与研究工作。