安鹤煤田煤层瓦斯赋存规律研究

■刘晓峰 贺志亮 郭晓丹

（长安大学地球科学与资源学院陕西西安710064）

安鹤煤田煤层瓦斯赋存规律研究

■刘晓峰 贺志亮 郭晓丹

（长安大学地球科学与资源学院陕西西安710064）

据测算，在我国埋深较浅的瓦斯是常规天然气探明储量的1.5倍多，与资源存储量相比，目前我国主采煤层瓦斯开采严重不足，因此，研究主采煤层瓦斯的赋存规律，提高其开发利用是非常有必要的。根据安鹤地区勘查得到的煤层瓦斯资料，运用MAPGIS绘制的安鹤含煤区瓦斯地质图。可知，安鹤矿区瓦斯分布呈南高北低的趋势，影响其分布规律的主要因素为地质构造、煤质、含水性。

安鹤煤田地质因素瓦斯赋存规律

1 研究区概况

研究区煤系地层发育稳定，但埋深较大。利用钻探资料等多种手段对安鹤煤田的综合地质情况进行了研究，结果表明:该区内地层发育较稳定，其中构造类型以断裂为主，褶皱次之。

安鹤煤田在华北板块南部，研究区的地层主要有以下五种类型：奥陶系(O)，石炭系(C)，二叠系(P)，三叠系(T)，新近系(N)，第四系(Q)。安鹤煤田位于太行构造区太行断隆，构造单元是山西台隆与华北坳陷。

在中国，煤矿瓦斯的研究上主要以理论分析为主，大致方法有以数理统计为基础的矿山统计法、瓦斯分源计算法，还有以瓦斯含量为基础的瓦斯含量法。在实验研究上，主要是基于爆破理论，通过做瓦斯爆炸的模拟实验，使得理论更加具有可靠性。在新科技方面，借鉴国外新兴的研究手段，积极开发研究相关的数值模拟软件，作为配套的研究手段。

2 安鹤煤田瓦斯赋存规律

根据矿区内117个钻孔资料和安鹤含煤矿区瓦斯地质图和钻孔瓦斯统计分析，研究区内瓦斯赋存的规律显以下特征：瓦斯以南高北低的分布，南部的瓦斯含量总体高于北部；断层附近瓦斯涌出量大，且涌出点分布密集。

瓦斯的分布规律受到地质构造、煤质、孔隙-裂隙、煤层的埋深和厚度、煤层和围岩的透气性等的共同影响。

3 影响安鹤煤田主采煤层瓦斯赋存的地质因素

3.1 地质构造的影响

地质构造中的断层破坏了煤层的连续性，造成瓦斯分布的不均衡。张扭性断层有利于瓦斯的排放，压扭性断层对瓦斯的排放起阻挡作用。另外，褶曲类型和褶皱的复杂程度对瓦斯赋存也有影响，封闭的背斜有助于瓦斯的存储。

安鹤煤田的构造主要以断裂为主，褶皱为辅。断层发育非常好，其中铜冶断层、青羊口断层、柴厂断层、许家沟断层、曲沟断层为标志性的断层。这些断层破坏了原有的构造，使得瓦斯的赋存与逸出发生变化。

3.2 煤质的影响

安鹤矿区煤变质省生成瓦斯的变质演化过程可分为3个阶段，即生物气阶段、湿气阶段和干气阶段。其中干气阶段是甲烷生成的高峰期。煤的变质程度影响着瓦斯的生成和储集，当变质程度加大时，甲烷的生成量增多，反之则会减少。而安鹤矿区煤变质程度较高，有大量的瓦斯生成,并且煤中微孔隙发育,对甲烷吸附能力强，这在很大程度上也影响了瓦斯的赋存。

安鹤煤田的煤类型非常复杂，从气煤到无烟煤均有分布[1]，研究区二1煤最多，且为低硫煤。通过研究总结发现，安鹤矿区内煤层赋存于山西组、太原组，共发育12层煤。二1煤赋存于山西组下部，以低中灰、特低硫、高瓦斯而区别于下部煤；一1煤赋存于太原组底部，中高灰、中高硫、低瓦斯，具明显海陆交互沉积煤层特点。

3.3 孔隙—裂隙的影响

孔隙是瓦斯的主要储集空间和扩散渗流通道，其尺寸为零点几纳米至几千纳米。同时，按孔隙对瓦斯吸附运移的贡献，将微孔和小孔合称为吸附孔隙，将中孔和大孔合称为渗流孔隙[2]。

利用德国LEITZ公司生产的LABORLXE-12-POL的荧光显微镜（50倍物镜）对采集的样品进行了显微裂隙研究[3]。研究发现安鹤煤田煤储层显微裂隙中以宽度小于5微米且长度小于300微米的裂隙最为发育。煤瓦斯的吸附以及扩散、渗透能力都与煤储集层的孔隙性密切相关。其中安鹤矿区外生裂隙是在较强构造应力的作用下形成的，内层裂隙是可以在显微镜底下观察到的。

3.4 煤层埋深和厚度的影响

研究发现煤层埋深和煤层厚度与瓦斯含量呈正相关关系。随着埋深的增加瓦斯含量随之增高；随着煤层厚度的增加，瓦斯生成量，瓦斯含量逐渐增加。

在煤化过程中产生大量气体的保存，与煤层上覆地层的厚度和煤层埋藏的深度，两者呈正相关系；到一定深度后，随着地压增大，地温增高，煤的储集性能相对变差，瓦斯沿煤层缓慢向上运移，含气量减少，瓦斯含量与埋深的线性关系又趋不明显。同时，由于矿区内瓦斯的封堵以承压水封堵为主，以煤储层顶、底板岩层封堵为辅，沿煤层向上运移的瓦斯被封堵的煤层埋深约在1200m，达到了各种控气因素的平衡状态[5]。

3.5 煤层和围岩的透气性的影响

煤层围岩主要指煤层直接顶、老顶和直接底板等在内的一定厚度范围的层段。围岩对煤层区域瓦斯赋存的影响，决定于它的隔气、透气性能。当煤层顶、底板的岩性为泥岩、油页岩等致密完整的岩石时,煤层中的瓦斯较容易保存。当煤层顶板为砾岩、砂岩等多孔隙或脆性裂隙较发育的岩石时，瓦斯就比较容易逸散。目前的研究已经表明，在裂隙不发育的情况下，泥岩和泥质粉砂岩的渗透率很低，瓦斯不易逸散。在在安鹤矿区，区内的二1煤层顶底板岩多数为泥岩、砂岩，岩体渗透率非常低，渗透性极差，封闭性差，所以该地区的瓦斯易发生逸出[6]。

4 结论

（1）安鹤矿区瓦斯的赋存规律为南高北低的分布。

（2）安鹤矿区的地质构造对瓦斯赋存的影响最大，也是最主要的影响因素。

（3）安鹤矿区的裂隙主要为开放的连通性裂隙，这增强了瓦斯的运移流通。

（4）煤的变质程度与甲烷的生成量成正相关。

[1]杨起,吴冲龙,汤达祯,等.中国煤变质作用 [M].北京:煤炭工业出版社,1996:1-26.

[2]姚艳斌,刘大锰.煤储层孔隙系统发育特征与瓦斯可采性研究 [J].煤炭科学技术, 2006,34(3):64-68.

[3]姚艳斌,刘大锰.华北重点矿区煤储层吸附特征及其影响因素 [J].中国矿业大学学报,2007,36(3):308-314.

[4]杨晓娜,黄波,牛亚丽,等.安阳矿区煤体变形对瓦斯赋存规律的影响.2012年全国瓦斯地质学术年会论文.

[5]罗宪.安阳-鹤壁矿区瓦斯地质特征及影响因素 [J].中州煤炭,2010,176(6):45-16.

[6]吴观茂,吴文金,黄明,等.影响煤层瓦斯赋存规律的多地质因素回归分析研究 [J].煤炭工程,2007,11:80-81.

TF5[文献码]B

1000-405X（2016）-6-157-1

刘晓峰（），男，长安大学地球科学与资源学院，研究生，研究方向为固体矿产。