第３０卷第９期 ２０１ ０年９月 山西煤炭ＳＨＡＮＸＩ ＣＯＡＬ ＶＯＩ．３Ｏ ＮＯ．９ Ｓｅｐ．２０１０ 文章编号：１６７２—５０５０（２０１０）０９—００７５—０３ 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，山西摘阳泉０４５０００） 要：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。 关键词：瓦斯；地质规律；煤气层；资源量 中图分类号：ＴＤＴ１２￣．３ 文献标识码：Ａ 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 ｋｉｎ，矿区面积２７．９０３ ｋｍ ，开采深度６２０ ｍ～１１３４ ｍ 为高瓦斯矿井。 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。 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号钻孑Ｌ，采有１５号煤瓦斯样一 个，瓦斯含量为１４．４７ ｍｕｇ。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 ３４０５工作面共采７个月（２００９年２月到２００９ 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 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 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 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％ １０．９７ ｍ ／ｍｉｎ，鉴定等级为高瓦斯矿井，批复等级也 表１ 瓦斯矿并鉴定情况表 年份 ２００１ 涌出量／（ｍ ・ｔ ） 相对／（ｍ ・ｔ ） ４．２７ 等级 低 绝对，（ｍ ・ｒａｉｎ ） Ｏ．８９ ２００２ ２００３ ２００４ ２ｏｏ５ ２００６ ２０ｏ７ ２盘３ ３ ｌ２ １ ９４ ２ ５ ２２ ｌ０ ９７ ２．５６ ４ ５１ ４ ８８ ５ ５２ １ ８ Ｉ１ ５１ Ｏ６ 低 低 低 低 低 一＋相对瓦斯涌出量／（ｍ ・ｔ。 ）・绝对瓦斯涌出量／（ｍ ・ｍｉｎ。） 局 图１ ３４０５工作面瓦斯涌出量 ２００８ ４２．６９ ９９．０４ 高 ２０ｏ９ ３５．２６ １６７．１７ 高 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 收稿日期：２０１０—０７—１３ 作者简介：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。 ７５ 山西煤炭ＳＨＡＮＸＩ ＣＯＡＬ 第３０卷第９期 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１ １月相 对瓦斯涌出量减小，减小原因查采掘图未见异常。 ／ｍ ＋相对瓦斯涌出量／（ＩＩ１ ｔ ） 绝对瓦斯涌出量，（ ・ａｒｉｎ ） 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％。 ＋相对瓦斯涌出量，（ｍ３．ｔ－Ｉ）＋绝对瓦斯涌出量，（ ．ｍ ） 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 ７６ 表２构造统计表 构造名称 增大，％ 减小／％ 平均ｆ％ 陷落柱 １７ 陷落柱 ７ 陷落柱 １２ 断层 ７ ７ 冲刷 ２４ 冲刷 ２９ 冲刷 ３ 冲刷 ２９ 冲刷 ２ｌ ２５ 冲刷＋断层 ｊ９ １９ 背斜 ３６ 背斜 ３３ 背斜 ３４．５ 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。 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０ｍ～５．６２ｍ，平均厚度１．７６ｍ， 局部相变为灰白色细一粗粒砂岩、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。老顶为灰色中一细粒砂 岩（Ｋ８下），厚度为０．６ ｍ一１６．５３ ｍ，平均厚度５．３０ ｍ，单轴抗压强度为２７ ＭＰａ～９２．３ ＭＰａ。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 第３０卷第９期 ２０１０年９月 Ｖ０Ｉ．３０ Ｎｏ．９ 山西煤炭ＳＨＡＮＸＩ ＣＯＡＬ Ｓｅｐ．２０１０ 利影响。 ２．３岩浆岩分布对瓦斯赋存的影响 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 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 煤层气资源量＝原煤瓦斯含量×计算面积Ｘ 煤层平均厚度×煤炭密度。其中：计算面积Ｘ煤层 平均厚度Ｘ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 块段编号 容重 煤厚 面积 ／（ｔ・ｍ ３） ／ｍ ／ｋｍ 井田内陷落柱有３５个，最大者长轴９０ ｍ，短者 ２０ｍ；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２５４ｉｎ，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 储量 ／万ｔ 原煤瓦斯含 煤层气资源 量，（ ・ｔ ） ２．５２ 量，ｋｍ ５３．１３４ 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 瓦斯含量 ＜５ｍ３／ｔ ｌ－４ ０．８ ｌ８ ８２６ ２１０８．４８８ 瓦斯含量 ５—８ｍ３／ｔ ｌ ４ １．６５ ４．２９３ ９９１．７３０ ５ ８７ ５８．２ｌ５ 瓦斯含量 ＞８ｍ３Ｉｔ 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。 １．４ ２．１４ ３ ８１Ｏ １ ｌ４１．５８３ ｌ３．３４ 】５２．２８７ 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 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 为２．６３亿ｍ ，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 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。 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 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 每个工作面。 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） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｇａｓ ｉｎ Ｋａｉｙｕａｎ ｍｉｎｅ，ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒ ｓｔｕｄｉｅｓ ｔｈｅ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｌａｗｓ ｏｆ ｇａｓ ｄｅ— ｐｏｓｉｔ，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 ７７