劉先軍

（湖北煤炭地質(zhì)一二五隊(duì)，湖北 宜昌 443003）

貴州省是我國(guó)南方最重要的煤炭生產(chǎn)基地，煤層氣（瓦斯）資源量也十分豐富。煤層氣作為一種清潔能源，對(duì)其勘探開發(fā)是目前貴州省能源開發(fā)的重要任務(wù)。為此，根據(jù)貴州興義朝陽(yáng)煤礦區(qū)勘探資料和礦井生產(chǎn)資料，分析了該礦區(qū)主要可采煤層的煤層特征、煤層含氣特性及煤層氣分布規(guī)律，旨在為煤層氣資源合理有效地開發(fā)利用提供詳細(xì)的地質(zhì)資料。

1 礦區(qū)地質(zhì)

1.1 礦區(qū)構(gòu)造

礦區(qū)位于雄武背斜南東翼，總體呈北東向的寬緩單斜構(gòu)造，地層走向NE，傾向SE，地層傾角1～12°，一般6°，地層產(chǎn)狀沿走向和傾向變化不大。礦區(qū)構(gòu)造以斷層發(fā)育為主，構(gòu)造復(fù)雜程度屬中等。

1.2 含煤地層

礦區(qū)內(nèi)含煤地層為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M（P3l），以砂泥巖為主夾灰?guī)r，含煤6～10層。含可采煤層3層，可采煤層編號(hào)為17、18、19煤層，其中17、18煤層為大部可采煤層，19號(hào)煤層為全區(qū)可采煤層。與上覆飛仙關(guān)組、下伏茅口組均呈假整合接觸，地層厚188.62～223.83m，平均204.69m。

2 煤儲(chǔ)層特征

2.1 含煤性及煤層厚度

礦區(qū)內(nèi)含煤6～10層，含煤總厚8.64m，含煤系數(shù)4.44%?？刹擅簩涌偲骄穸?.66m。其中，17煤層厚度0.40～8.69m，平均厚度3.37m；18煤層厚度0.41～1.63m，平均厚度0.99m；19煤層厚度0.83～2.84m，平均厚度1.46m。

2.2 顯微煤巖組分及特性

有機(jī)組分：分為鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組，以鏡質(zhì)組為主。有機(jī)總量為88.41%～100.00%，平均為94.37%。鏡質(zhì)組：含量84.11%～92.71%，平均86.84%，基質(zhì)鏡質(zhì)體（部分為不規(guī)則塊狀、均勻、無(wú)結(jié)構(gòu)的鏡質(zhì)體，部分膠結(jié)絲質(zhì)體碎片、半絲質(zhì)體、碎屑惰質(zhì)體、粗粒體、粘土、黃鐵礦等）。惰質(zhì)組：含量7.29%～15.89%，平均13.17%，以半絲質(zhì)體為主，其次碎屑惰質(zhì)體，少量氧化絲質(zhì)體和粗粒體。

無(wú)機(jī)組分主要以碳酸鹽為主，硫化物次之，含少量的粘土礦物。碳酸鹽含量為2.96%～7.32%, 平均4.89%。碳酸鹽：方解石，脈狀。硫化物含量為1.18%～4.27%，平均2.23%。硫化物：黃鐵礦，鮞粒狀，不規(guī)則塊狀，充填裂隙狀。粘土組含量為1.18%。粘土：充填裂隙或胞腔狀。鏡煤最大反射率為2.23%～2.87%，平均2.48%。區(qū)內(nèi)可采煤層中，煤類為無(wú)煙煤三號(hào)（WY3）。其煤巖特征見(jiàn)表1。

3 煤層氣賦存特征

3.1 含氣量及瓦斯分帶

本區(qū)內(nèi)各煤層鉆孔煤芯解吸實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。由表可知，各煤層自然瓦斯成分以N2為主，平均濃度為18.57%～82.45%，全區(qū)平均為45.62%，CH4+重?zé)N平均濃度為3.57%～76.16%，全區(qū)平均43.14%，CO2平均濃度為2.35%～73.50%，全區(qū)平均為11.24%。各煤層煤層氣平均含量均小于4m3/t，為貧甲烷煤層。采樣點(diǎn)均處于氮?dú)?沼氣帶。

表1 煤巖成果表

表2 煤層含氣量測(cè)定結(jié)果統(tǒng)計(jì)

3.2 等溫吸附特征

等溫吸附曲線是煤中甲烷的吸附能力與瓦斯壓力之間的函數(shù)關(guān)系，利用吸附等溫線可以確定所給定煤樣的最大吸附量。同時(shí)利用煤的最大吸附量和所測(cè)定煤的含氣量之間的關(guān)系，可以預(yù)測(cè)解析作用開始時(shí)的氣藏壓力。利用煤礦區(qū)的勘探鉆孔302孔、401孔及礦井巷道的17、18和19號(hào)煤層在t=30℃進(jìn)行等溫吸附試驗(yàn)得出鉆孔煤樣的等溫吸附曲線圖，見(jiàn)圖1～圖3。

3.3 瓦斯含量及其變化規(guī)律

礦區(qū)內(nèi)17、18和19號(hào)煤層的瓦斯含量為0.09～5.29mL/g.daf，平均為1.95mL/g.daf。 其中，17號(hào)煤層含量為0.29～3.30ml/g.daf，平均為1.47mL/g.daf；18號(hào)煤層含量為0.85～5.29ml/g.daf，平均為2.70mL/g.daf；19號(hào)煤層含量為0.09～3.32ml/g.daf，平均為1.69mL/g.daf。各可采煤層的瓦斯含量均低于4ml/g.daf，屬貧甲烷煤層。在垂向上，煤層瓦斯變化規(guī)律大致有由淺部向深部，瓦斯含量先增大后減小的趨勢(shì)。除零星點(diǎn)的瓦斯含量高于4ml/g.daf，其他區(qū)域內(nèi)瓦斯含量均小于4ml/g.daf。瓦斯梯度：煤層埋藏深度每增加54.99m時(shí)，其瓦斯含量增加1mL/g.daf。瓦斯增長(zhǎng)率：煤層埋藏深度每增加100m時(shí)，瓦斯含量增加0.86mL/g.daf。

3.4 生產(chǎn)礦區(qū)瓦斯含量

2017年度興義市朝陽(yáng)煤礦年度礦井絕對(duì)瓦斯涌出量10.06m3/min，礦井相對(duì)瓦斯涌出量10.88m3/t，采面最大絕對(duì)瓦斯涌出量4.54m3/min，掘進(jìn)面最大絕對(duì)瓦斯涌出量0.33m3/min。

圖1 17號(hào)煤層等溫吸附曲線

圖2 18號(hào)煤層等溫吸附曲線

圖3 19號(hào)煤層等溫吸附曲線

3.5 煤層氣井試井測(cè)試

本礦區(qū)對(duì)203孔做了煤層氣試井測(cè)試。綜合解釋評(píng)價(jià)如下：

17號(hào)煤層：（1）本次注入/壓降試井施工，采用井下關(guān)井方式工藝合理，取得了合格的壓力、溫度和注入量等各項(xiàng)資料；（2）壓降解釋的儲(chǔ)層滲透率為0.0673×10-3μm2，表明煤巖層滲透性能較低；地層系數(shù)為0.1548×10-3μm2.m；（3）17煤層表皮系數(shù)為-2.972，儲(chǔ)層附近完善程度較好，未發(fā)現(xiàn)明顯污染；（4）地應(yīng)力測(cè)試獲得煤層破裂壓力8.666MPa，破裂壓力梯度3.354MPa/100m；獲得煤層閉合壓力4.530MPa，閉合壓力梯度1.753MPa/100m。

18號(hào)煤層：（1）本次注入/壓降試井施工，采用井下關(guān)井方式工藝合理，取得了合格的壓力、溫度和注入量等各項(xiàng)資料；（2）壓降解釋的儲(chǔ)層滲透率為0.0385×10-3μm2，表明煤巖層滲透性能較低，地層系數(shù)為0.0385×10-3μm2.m；（3）18煤層表皮系數(shù)為0.172，結(jié)果反映煤儲(chǔ)層附近有輕微污染，可能為鉆井液等所影響；（4）地應(yīng)力測(cè)試獲得煤層破裂壓力15.669MPa，破裂壓力梯度5.704MPa/100m；獲得煤層閉合壓力9.828MPa，閉合壓力梯度3.577MPa/100m。破裂壓力梯度和閉合壓力梯度均偏高。

19號(hào)煤層：（1）本次注入/壓降試井施工，采用井下關(guān)井方式工藝合理，取得了合格的壓力、溫度和注入量等各項(xiàng)資料；（2）壓降解釋的儲(chǔ)層滲透率為0.0512×10-3μm2，表明煤巖層滲透性能較低，地層系數(shù)為0.0614×10-3μm2.m；（3）19煤層表皮系數(shù)為-3.637，儲(chǔ)層附近完善程度較好，未現(xiàn)明顯污染；（4）地應(yīng)力測(cè)試獲得煤層破裂壓力8.302MPa，破裂壓力梯度2.891MPa/100m；獲得煤層閉合壓力5.800MPa，閉合壓力梯度2.019MPa/100m。

綜上，該井17號(hào)煤層、19號(hào)煤層為低滲透煤儲(chǔ)層，屬完善層，18號(hào)煤層為低滲透煤巖層，屬欠完善層。

3.6 鉆孔瓦斯壓力測(cè)試

煤層瓦斯壓力是瓦斯涌出的突出的動(dòng)力，也是煤層瓦斯含量多少的標(biāo)志。準(zhǔn)確測(cè)定瓦斯壓力對(duì)礦井有效而合理地制定防治瓦斯的措施，預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性，合理制定防突措施均具有十分重要的意義。本區(qū)對(duì)203號(hào)孔和鄰區(qū)承龍煤礦進(jìn)行瓦斯壓力測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 鉆孔瓦斯壓力測(cè)定結(jié)果表

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)朝陽(yáng)煤礦礦區(qū)上二疊統(tǒng)龍?zhí)逗盒?、煤層厚度、煤層含氣性及煤層氣特征分析，認(rèn)為研究區(qū)煤層厚度以中厚層為主，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，煤炭資源量中等，煤變質(zhì)程度高，為無(wú)煙煤三號(hào)，煤層含氣量總體較低。在垂向上，煤層瓦斯變化規(guī)律大致有由淺部向深部，瓦斯含量先增大后減小的趨勢(shì)，但無(wú)論是勘探資料還是礦井資料，都反映出在礦區(qū)不同部位含氣量的不均一性，煤層含氣量低，不利于獨(dú)立氣田開采，適宜礦井生產(chǎn)進(jìn)行采區(qū)抽采。