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        貴州XXX煤礦瓦斯賦存規(guī)律及地質(zhì)因素分析

        2017-11-30 18:50:19李東慧
        科技與創(chuàng)新 2017年16期
        關(guān)鍵詞:氮?dú)?/a>沼氣巖性

        李東慧

        (山東省煤田地質(zhì)規(guī)劃勘察研究院,山東濟(jì)南250104)

        貴州XXX煤礦瓦斯賦存規(guī)律及地質(zhì)因素分析

        李東慧

        (山東省煤田地質(zhì)規(guī)劃勘察研究院,山東濟(jì)南250104)

        以西介紹了研究區(qū)基本地理、地質(zhì)情況,對(duì)研究區(qū)整體的瓦斯數(shù)據(jù)(鉆孔的瓦斯含量、成分分析及瓦斯增項(xiàng)測(cè)試)進(jìn)行了翔實(shí)的闡述和深入的分析。在各項(xiàng)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上,進(jìn)一步研究了地質(zhì)構(gòu)造、煤層頂?shù)装鍘r性、煤層埋深等方面對(duì)瓦斯賦存、運(yùn)移的影響;分析了XXX煤礦煤層瓦斯特性及賦存規(guī)律,對(duì)煤礦以后的瓦斯治理和安全生產(chǎn)起到了促進(jìn)作用,使得防突措施更有針對(duì)性和實(shí)用性。

        瓦斯;賦存規(guī)律;地質(zhì)構(gòu)造;頂板巖性

        1 研究區(qū)概況

        該煤礦位于貴州省黔西縣,煤礦南北長(zhǎng)約7.84 km,東西寬1.23~2.48 km,面積14.5 km2。本區(qū)含煤地層為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M,平均厚度為173.12 m。整個(gè)煤系地層為典型的海陸交互相沉積,環(huán)境較穩(wěn)定,變化較小,規(guī)律性較明顯??刹擅簩又饕?層(M9、M13、M14、M15),可采煤層平均總厚8.84 m。煤系地層中所含煤層平均總厚度16.28 m,含煤系數(shù)9.34%.礦區(qū)處在安底背斜西翼。軸部出露地層:龍?zhí)督M為區(qū)內(nèi)地表出露的最老層位,背斜軸呈S形,近南北向分布。井田構(gòu)造發(fā)育程度一般,為燕山期構(gòu)造,與井田褶皺屬同一地質(zhì)時(shí)期。受區(qū)域性構(gòu)造的控制,斷層主要發(fā)育于井田的東部邊界周圍和南部烏渡河以南。走向大都為近南北向,與地層走向基本一致,斷層落差變化較大。

        2 煤礦瓦斯分布規(guī)律及特征

        2.1 瓦斯含量及成分

        各煤層中甲烷含量最高達(dá)16.40 m3/t,甲烷成分最高為99.57%.各煤層瓦斯均以甲烷(CH4)含量和成分最高,其次為氮?dú)猓∟2),二氧化碳(CO2);根據(jù)瓦斯成分劃分該礦區(qū)以氮?dú)?沼氣帶、沼氣帶為主,局部分布二氧化碳-氮?dú)鈳А?/p>

        2.2 瓦斯分布規(guī)律

        M9煤層礦區(qū)露頭附近及中部沿北西—南東方向?yàn)樾∑殮鈪^(qū)、含氣區(qū),東北部、西南部為富氣區(qū);M13煤層由東向西總體上隨著埋藏深度的增加,依次為不規(guī)則條帶狀貧氣區(qū)、含氣區(qū)、富氣區(qū);M14煤層可采范圍內(nèi)露頭附近至南部邊界為貧氣區(qū),中部、北部多為含氣區(qū),局部為一富氣區(qū);M15煤層礦區(qū)南部邊界附近為小細(xì)條帶狀貧氣區(qū),向南部、深部多為含氣區(qū),局部為小范圍富氣區(qū)。

        M9煤層南部、中部為沼氣帶;南部靠近煤層露頭及滑坡體、中西部、北部為氮?dú)?沼氣帶,中西部氮?dú)?沼氣帶中存在一二氧化碳-氮?dú)恻c(diǎn)。M13煤層礦區(qū)中部為沼氣帶,兩側(cè)及北部為氮?dú)?沼氣帶,北部靠近沉缺邊界為二氧化碳-氮?dú)鈳А14煤層?xùn)|南部、北中部可采范圍內(nèi)為沼氣帶,西南部靠近煤層露頭、中西部可采范圍內(nèi)、東北部為氮?dú)?沼氣帶。M15煤層整體上為氮?dú)?沼氣帶,中部分布一條帶狀沼氣帶,二氧化碳-氮?dú)鈳Я阈欠植肌?/p>

        3 瓦斯增項(xiàng)測(cè)試

        3.1 突出危險(xiǎn)性測(cè)試參數(shù)

        各煤層均測(cè)試了煤的堅(jiān)固性系數(shù)和瓦斯放散初速度ΔP.M9、M13、M14、M15煤層堅(jiān)固性系數(shù)最小值分別為1.3,0.9,1.2,0.5,各煤層平均值均大于臨界值(0.5)。鉆孔瓦斯壓力測(cè)定值各煤層變化在0.15~2.04 MPa之間,除了M14以外,其他煤層均大于始突瓦斯壓力(0.74 MPa),各煤層瓦斯放散初速度ΔP分別為19,26,27,29,均大于其臨界值10.因此,M9、M13、M15煤層為瓦斯突出煤層。另外,樣品受采樣的局限,M14煤層也不排除有瓦斯突出危險(xiǎn)性,為了確保生產(chǎn)過(guò)程中的安全,在開(kāi)采時(shí)也應(yīng)按突出煤層對(duì)待。

        3.2 孔隙率和滲透率

        孔隙率是影響多孔介質(zhì)內(nèi)流體傳輸性能的重要參數(shù)。M9、M13、M14、M15煤層的孔隙率分別為4.03%,3.47%,3.76%,6.71%.煤的孔隙特性與煤化程度、地質(zhì)破壞程度和地應(yīng)力性質(zhì)及其大小等因素密切相關(guān)。

        滲透率是煤巖滲透流體能力大小的度量,是煤層氣甲烷開(kāi)采中一個(gè)最為關(guān)鍵的參數(shù),也是最復(fù)雜且難以確定的參數(shù)。M9、M13、M14、M15煤層的滲透率分別為0.26×10-3μm2、0.32×10-3μm2、0.18×10-3μm2、0.24×10-3μm2,均屬中滲區(qū)。

        4 瓦斯賦存的影響因素分析

        影響煤層瓦斯賦存和分布的主要地質(zhì)因素包括地質(zhì)構(gòu)造、煤層埋藏深度、圍巖條件、地下水活動(dòng)和巖漿活動(dòng)等。結(jié)合煤礦自身的地質(zhì)情況,從地質(zhì)條件的角度來(lái)分析,影響本礦區(qū)煤層瓦斯賦存的主要因素有地質(zhì)構(gòu)造、頂板巖性、煤層埋深、煤變質(zhì)程度等。

        4.1 地質(zhì)構(gòu)造對(duì)瓦斯賦存的影響

        地質(zhì)構(gòu)造是影響本礦井瓦斯賦存的重要條件。礦區(qū)大地構(gòu)造位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)黔北臺(tái)隆遵義斷拱畢節(jié)北東向構(gòu)造變形區(qū)的東部,區(qū)域構(gòu)造為一北東向?qū)捑彵承保ò驳妆承保┠喜績(jī)A伏端,背斜軸向北東。北西翼地層傾角25°~30°,南東翼地層傾向南東,傾角20°~35°,局部地層傾角較陡,為45°~60°。整個(gè)礦區(qū)斷裂不發(fā)育,利于瓦斯含量保存。

        4.2 頂板巖性對(duì)瓦斯賦存的影響

        該礦區(qū)煤層頂板巖性以砂質(zhì)泥巖為主,其次為泥巖、粉砂巖。砂質(zhì)泥巖、粉砂巖為疏松型巖性,有利于瓦斯逸散;泥巖頂板巖石為致密型巖性,對(duì)瓦斯起一定的保存作用。以M9煤層為例,J205鉆孔頂板為13.50 m(破碎帶)、0.29m(砂質(zhì)泥巖),瓦斯得到較好的逸散,不利于瓦斯保存。即使位于埋藏較深的西部,瓦斯含量仍然最低,僅3.66 m3/t。

        4.3 煤層埋深對(duì)瓦斯賦存的影響

        一般出露地表的煤層,其瓦斯容易沿煤層運(yùn)移向地表逸散,而且空氣也向煤層滲透,瓦斯含量?。浑S著煤層埋藏深度的增加,上覆地層逐漸加厚,加大了對(duì)瓦斯的封存作用,不利于瓦斯逸散,從而使煤層瓦斯含量升高。根據(jù)眾多學(xué)者分析,瓦斯含量、瓦斯涌出量及瓦斯壓力,都隨埋藏深度的增大而增加[4-5]。以M9、M13為例,礦區(qū)埋藏較深的西部地區(qū)瓦斯含量比埋藏較淺的東部地區(qū)大。

        4.4 煤變質(zhì)程度對(duì)瓦斯賦存的影響

        煤變質(zhì)程度與煤層瓦斯含量關(guān)系密切。由于燕山期巖漿熱演化作用,控制了整個(gè)地區(qū)瓦斯的生成,隨著地層下降,溫度上升,變質(zhì)程度不斷增高,同時(shí)煤層具備了一定的自然生烴能力(或有機(jī)質(zhì)成熟度)。

        總之,該礦區(qū)瓦斯含量與煤變質(zhì)程度、煤層埋深、地質(zhì)構(gòu)造、煤層露頭、頂板巖性等密切相關(guān)。瓦斯含量的大小是各種地質(zhì)因素綜合作用的結(jié)果。

        5 結(jié)論

        除常規(guī)瓦斯測(cè)試外,本礦區(qū)還對(duì)所采取的瓦斯樣進(jìn)行了多種瓦斯增項(xiàng)測(cè)試,包括瓦斯壓力、等溫吸附及突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)等,均顯示各主采煤層為瓦斯突出煤層。在生產(chǎn)過(guò)程中,必須采取安全防護(hù)措施,隨時(shí)進(jìn)行工作面的瓦斯監(jiān)測(cè)工作,以防瓦斯聚集造成突出事故。

        瓦斯儲(chǔ)存在煤層中,是一種復(fù)雜的氣體地質(zhì)體,極易逸散,在歷經(jīng)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中,拉張裂陷活動(dòng)會(huì)使得煤層瓦斯大量逸散;它的賦存和分布受地質(zhì)條件的控制,有著明顯的瓦斯地質(zhì)規(guī)律。

        瓦斯地質(zhì)規(guī)律研究是瓦斯預(yù)測(cè)和防治研究的基礎(chǔ),只有合理評(píng)價(jià)礦井瓦斯賦存及分布規(guī)律,才能有效防止煤礦瓦斯爆炸事故,保障煤礦安全生產(chǎn)。

        [1]國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局,國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦安全規(guī)程(最新修訂)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2009.

        [2]國(guó)家安全監(jiān)管總局,煤炭科學(xué)研究總院重慶分院.AQ 1024—2006煤與瓦斯突出礦井鑒定規(guī)范[S].北京:煤炭工業(yè)出版社,2006.

        [3]葉建平.中國(guó)煤層氣勘探開(kāi)發(fā)利用技術(shù)進(jìn)展[M].北京:地質(zhì)出版社,2006.

        [4]李增學(xué),魏久傳,余繼峰.煤田地質(zhì)學(xué)[M].北京:地質(zhì)出版社,2009.

        [5]張子敏,張玉貴.編制煤礦三級(jí)瓦斯地質(zhì)圖[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2007.

        〔編輯:劉曉芳〕

        TD712+.2

        :A

        10.15913/j.cnki.kjycx.2017.16.138

        2095-6835(2017)16-0138-02

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