胡圣桃，張艷妮

(陜西省一九四煤田地質(zhì)有限公司，陜西 銅川 727000)

0 引言

黃陵礦區(qū)位于黃隴煤田北部，北起葫蘆河，南至建莊，東起店頭鎮(zhèn)、張村驛以東，西至陜、甘交界，行政區(qū)劃屬延安市黃陵縣、富縣管轄。礦區(qū)東西長約36.6 km，南北寬約42.2 km，總面積約1 188.64 km2，含煤面積約1 065.02 km2。礦區(qū)目前120萬t/a規(guī)模以上在建和生產(chǎn)礦井有7個(gè)，分別為黃陵礦業(yè)有限公司一號煤礦，陜西黃陵二號煤礦有限公司黃陵二號煤礦，富源礦業(yè)有限公司黨家河煤礦，富縣礦業(yè)有限公司蘆村一號煤礦，陜西省紅石巖煤礦，黃陵建莊礦業(yè)有限公司建北煤礦，陜西建新煤化有限責(zé)任公司建莊煤礦。90萬t/a及以上規(guī)模生產(chǎn)礦井和在建礦井有2個(gè)，為陜西雙龍煤業(yè)有限公司雙龍煤礦和富縣礦業(yè)公司蘆村二號煤礦，其余煤礦生產(chǎn)規(guī)模均為30萬t/a或60萬t/a。煤層氣簡稱瓦斯，是煤炭生成過程中的伴生產(chǎn)物，黃陵一號煤礦發(fā)生過瓦斯爆炸事故；黃陵二號煤礦煤層及煤層頂?shù)装寰l(fā)生過多次瓦斯涌出事故；蘆村一號煤礦在副立井掘進(jìn)至煤層頂板時(shí)出現(xiàn)過大量的瓦斯涌出。以上說明黃陵礦區(qū)賦存著大量的煤層氣資源，煤層氣對煤礦生產(chǎn)無疑是較大的隱患，而煤礦企業(yè)通常也將其當(dāng)做有害氣體來處理，但是如果能夠在煤層采煤之前查明其賦存規(guī)律，先行開采煤層氣，不但煤礦瓦斯爆炸率將降低70%～85%，而且煤層氣作為一種清潔能源將會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

1 瓦斯資源

1.1 瓦斯分帶

根據(jù)黃陵礦區(qū)歷年勘探過程中瓦斯樣品測試數(shù)據(jù)333個(gè)(鉆孔)，2#煤層瓦斯含量在0～7.03 mL/g之間，其中CH4含量小于10%的鉆孔有152個(gè)，CH4含量在10%～80%之間的168個(gè)，CH4含量大于80%的13個(gè)。瓦斯分帶主要為N2—CH4帶，其中黨家河煤礦中部，黃陵一號煤礦南部，黃陵二號煤礦中東部為CO2—N2帶，蘆村一號煤礦北部，蘆村二號煤礦西北部及東部等屬CH4帶。

1.2 瓦斯分區(qū)

根據(jù)瓦斯含量測試值，將測試值大于4 m3/t劃分為高瓦斯富集區(qū)，測試值1～4 m3/t劃分為中瓦斯富集區(qū)，測試值小于1 m3/t劃分低瓦斯富集區(qū)。高瓦斯富集區(qū)主要分布于黨家河煤礦南部、倉村煤礦西部、黃陵二號煤礦中北部和黃陵一號煤礦中北部，總體位于黃陵礦區(qū)中部。中高瓦斯富集區(qū)主要分布在蘆村一號煤礦東部與黨家河煤礦西北部以及紅石巖煤礦南部；其余大部為低瓦斯富集區(qū)，總體位于黃陵礦區(qū)的邊緣部。

Ⅰ區(qū)：高甲烷富集區(qū)—主要分布于蘆村一、二號煤礦以北區(qū)域、四家岔井田、黃陵二號煤礦和黃陵一號煤礦中北部區(qū)域及黨家河煤礦的部分區(qū)域。

Ⅱ區(qū)：中甲烷富集區(qū)—位于礦區(qū)北部蘆村井田的南部環(huán)形區(qū)域、黨家河煤礦以北部分區(qū)域；南部主要為黃陵二號煤礦中南部聚煤凹陷邊沿的環(huán)形區(qū)域及紅石巖煤礦南川煤礦的部分區(qū)域；該區(qū)為次一級的甲烷富集區(qū)域，主要由勘探過程中搜集的煤層瓦斯測試數(shù)據(jù)(甲烷值1～4 mL/g)和礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造、油氣孔分布等情況而劃分。

Ⅲ區(qū)：低甲烷區(qū)—主要分布在黃陵礦區(qū)淺部的紅石巖和南川一號煤礦、黃陵一號煤礦淺部區(qū)域、蒼村煤礦、黃陵二號煤礦的南部區(qū)和蘆村一號煤礦的東北部、黨家河煤礦南部的隆起區(qū)，建莊煤礦區(qū)域內(nèi)。

Ⅳ區(qū)：主要分布于蘆村一號煤礦的東北部。主要指煤層瓦斯勘探程度相對較低，瓦斯資料較少的區(qū)域。該區(qū)煤層厚度小，煤質(zhì)變化不大，構(gòu)造情況簡單，一般煤層的甲烷氣藏含量較低，基本也可以“Ⅲ區(qū)：低瓦斯區(qū)”的概念來理解，但對于存在因“油型氣藏”影響而劃歸高甲烷富集區(qū)的區(qū)域則應(yīng)區(qū)別對待。

1.3 瓦斯資源量估算

估算方法：采用體積法來估算瓦斯資源量。

E=0.01A×B×C×D

式中：E—瓦斯資源量，108m3；A—含氣面積，km2；B—煤的空氣干燥基含氣量，m3/t；C—面積均衡厚度，m；D—煤的視密度，t/m3。

估算參數(shù)：估算范圍為黃陵礦區(qū)內(nèi)高瓦斯富集區(qū)，主要集中在黃陵二號煤礦中北部，黃陵一號煤礦中北部，即黃陵礦區(qū)中部。其他中瓦斯及低瓦斯富集區(qū)煤層厚度較薄，且處于礦區(qū)邊緣，瓦斯資源量相對較小，不予估算。

含氣面積：404.70 km2。

含氣量：資源量估算含氣量下限值定為1 m3/t，采用等值線面積均衡法求取煤層平均含氣量為2.60 m3/t。

面積均衡厚度：煤層厚度下限值采用0.80 m，煤層厚度采用面積均衡法求得為2.70 m。

煤的視密度：1.37 t/m3。

估算結(jié)果：黃陵礦區(qū)2#煤層高瓦斯富集區(qū)含氣面積404.70 km2，總資源量約為38.92×108m3。

2 瓦斯賦存規(guī)律及遠(yuǎn)景評價(jià)

2.1 煤巖特性

煤的變質(zhì)程度：黃陵礦區(qū)4-2煤層的變質(zhì)程度相對較高。但還屬I變質(zhì)階段之煙煤，即弱粘煤—?dú)饷悍懂?。由南往北煤層的變質(zhì)程度逐漸增高，聚煤凹陷的邊部高于中心區(qū)。黃陵一號煤礦從東往西地層傾角平緩，地層趨于水平，對煤質(zhì)變化的影響不大；二號煤礦煤層的變質(zhì)程度略有提高，北部的黨家河煤礦和蘆村井田煤層的煤質(zhì)達(dá)到QM(34)～1/3JM(35)，同時(shí)1/2(ZN)、JM(35)和氣煤QM(34)的賦存范圍也呈現(xiàn)增大的趨勢。

圍巖：黃陵礦區(qū)含煤地層為侏羅系中統(tǒng)延安組。上覆地層為侏羅中統(tǒng)直羅組、安定組、宜君組等。直羅組上段巖性為灰紫-紫雜色厚層狀粉砂巖和細(xì)粒砂巖互層，安定組為膠結(jié)致密的粉砂巖、宜君組為礫巖，其隔水、隔氣性能良好，加之“鄂爾多斯標(biāo)志層A”構(gòu)成了煤系地層較好的上覆隔氣蓋層。從而形成了良好的巖性閉圈，對黃陵礦區(qū)的煤系和煤層瓦斯起到了良好的封存作用。

地質(zhì)構(gòu)造：黃陵礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造是在古構(gòu)造的基礎(chǔ)上發(fā)展演化而來的。4-2煤層瓦斯受褶皺和斷層的影響較大。黃陵二號煤礦主要受兩個(gè)大的沉積凹陷控制，多產(chǎn)生走向近東西的小型斷裂。黃陵一號煤礦背向斜疊加出現(xiàn)，并產(chǎn)生次一級小型凹陷和隆起，一般隆起對煤層瓦斯“富集”，凹陷中心較少。黨家河煤礦和蘆村井田處在北部單斜斜坡，次級小型凹陷和隆起較發(fā)育，煤層瓦斯含量變化不大。

煤厚度：黃陵礦區(qū)中心二號煤礦向斜部位煤層較厚，向四周逐漸變薄。一號煤礦東部較薄，西部較厚，凹陷部位煤層厚，隆起部位煤層薄，黨家河煤礦和蘆村一、二號煤礦南厚北薄。從煤層的生氣能力上來看，厚煤層處煤層瓦斯含量較高。

2.2 瓦斯賦存規(guī)律

小型構(gòu)造：原煤瓦斯含量隨小型構(gòu)造的不同而發(fā)生變化，一定程度上存在“氣帽”現(xiàn)象。

煤層斷距：小于10 m的斷距一般對煤層瓦斯起“富集”影響，大于10 m的斷距對煤層瓦斯起稀釋作用。

煤層厚度：原煤瓦斯含量與煤層厚度呈正相關(guān)關(guān)系。

區(qū)位影響：黃陵礦區(qū)總體構(gòu)造形態(tài)呈一個(gè)大的沉積凹陷單元，聚煤盆地區(qū)位影響明顯，煤層瓦斯含量總體以凹陷中心高，向四周逐漸趨小。

埋藏深度：煤層埋藏深度對煤層瓦斯含量的大小幾乎可以作為評判標(biāo)尺，埋深越大，煤層瓦斯的含量越高。

2.3 遠(yuǎn)景評價(jià)

由本區(qū)煤層氣分帶及賦存規(guī)律可知，位于黃陵一號煤礦、黃陵二號煤礦北部及黨家河煤礦的南部約404.70 km2的高瓦斯富集區(qū)，且主要為N2—CH4帶是黃陵礦區(qū)未來瓦斯抽放利用的良好地域。在抽采利用技術(shù)方面，黃陵一號煤礦、二號煤礦、黨家河煤礦的部分區(qū)域均為高甲烷富集區(qū)，且煤層的甲烷富集區(qū)域廣泛。煤層性質(zhì)為可抽采煤層，宜采取煤層瓦斯井下和地面抽采相結(jié)合的方式處理。抽采層位在二號煤礦西部及西北部、一號煤礦東部和東北部宜下深至底，目的為最大限度的混抽油型氣，提高可燃?xì)赓Y源利用率。井型以定向、“U”型井為主。在該區(qū)域集中抽采不僅可以大幅度降低蘆村一號煤礦、黨家河煤礦、黃陵一號煤礦以及黃陵二號煤礦安全隱患，而且可以帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)語

黃陵礦區(qū)不僅蘊(yùn)藏著豐富的煤炭資源，而且煤層氣資源賦存情況較為可觀，如何合理地使煤層氣資源得到利用且能降低煤礦安全生產(chǎn)是當(dāng)前可持續(xù)發(fā)展的重要方向。黃陵礦區(qū)瓦斯含量較大，瓦斯地面開采范圍廣，具有較大的煤層氣資源抽采利用潛力，也屬于煤層瓦斯和油型氣共存區(qū)域，一方面應(yīng)加大井下瓦斯抽采規(guī)模，另一方面在地面選擇有利區(qū)塊，進(jìn)行地面煤層氣的抽采和綜合利用。井下瓦斯抽采技術(shù)上，應(yīng)根據(jù)礦井煤層和頂?shù)装鍘r層情況，選用水平定向鉆孔、梳狀定向鉆孔技術(shù)，抽采煤層瓦斯和煤層頂?shù)装搴瑲鈱觾?nèi)富含的巖層瓦斯和油型氣藏資源。隨著煤礦采區(qū)的不斷延伸，在抽采系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，應(yīng)廣泛使用管道井，可以縮短抽采管路，便于瓦斯抽采的維護(hù)和管理，降低礦井生產(chǎn)成本；同時(shí)管道井也可以作為通風(fēng)井使用，專門用于井下通風(fēng)。