孫凡星

（山東省煤田地質(zhì)規(guī)劃勘察研究院，山東 濟(jì)南 250100）

1 井田概況

三號(hào)井田位于新疆哈密市西南，屬哈密市南湖鄉(xiāng)管轄，距哈密市區(qū)約90km，面積42.36km2。區(qū)內(nèi)煤炭資源賦存標(biāo)高為+440m～ -340m，埋藏深度為0～918m。地層傾角一般5～10°，南部F1斷層附近局部達(dá)13°。井田內(nèi)發(fā)現(xiàn)斷層3條，構(gòu)造復(fù)雜程度中等偏簡(jiǎn)單。煤層總體以長(zhǎng)焰煤為主，少量不粘煤、褐煤，煤層為低中灰、低硫、中高～高揮發(fā)分、中熱值～高熱值煤。煤層為低等苯萃取物，屬較高腐植酸含量煤層，屬Ⅰ、Ⅱ類容易自然發(fā)火煤層，屬有煤塵爆炸危險(xiǎn)性煤層。

2 煤層氣賦存地質(zhì)條件及狀況

2.1 地層

大南湖礦區(qū)三號(hào)井田內(nèi)鉆孔揭露地層自下而上依次為：中侏羅統(tǒng)西山窯組(J2x)、頭屯河組(J2t)、第四系（Q）。

2.1.1 中侏羅統(tǒng)西山窯組(J2x)

為本井田的主要含煤地層，根據(jù)巖性、含煤性以及其他組合特征，可分為上、中、下三個(gè)巖性段。中段（J2x2）為本文工作的重點(diǎn)，其巖性特征如下：

出露于井田東部，表層風(fēng)化嚴(yán)重，溝谷處為第四系風(fēng)積砂礫層覆蓋。鉆孔揭露厚度312.50～607.82m，平均501.54m。為本井田主要含煤層段，本段底部有一層厚20～30m的粗砂巖或砂礫巖，是與下段分界的標(biāo)志層。

2.1.2 中侏羅統(tǒng)頭屯河組(J2t)

殘存于井田西部，鉆孔揭露厚度0～296.51m。

巖石特征：主要為紫色、磚紅色的泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖互層，間夾砂礫巖薄層。底部為雜色泥巖夾泥灰?guī)r透鏡體。

本段主要為氧化環(huán)境下的河、湖相沉積地層，夾雜沖、洪積沉積巖。

與下伏地層整合接觸關(guān)系。

2.1.3 第四系(Q)

一般分布于本井田西部平臺(tái)階地的頂部、溝谷洼地，鉆孔揭露厚度0～13.10m。平臺(tái)階地的頂部薄，溝谷洼地中厚度相對(duì)較大。

與下伏地層為角度不整合接觸關(guān)系。

2.2 生氣層基礎(chǔ)條件

中侏羅統(tǒng)西山窯組中段(J2x2)為本井田主要含煤地層，地層厚度312.50～607.82m，平均厚度501.54m。共含煤50層，累計(jì)總厚平均82.94m。含煤系數(shù)16.5%?？刹擅簩?4層（2-2、2、2-4、3、4、5、6、8、9、10、11、12、14、15、16、18、19、22-3、22、24、25、26、28、29煤層），累計(jì)總厚平均60.00m，占各煤層平均總厚度的72%。

可采集局部可采煤層灰分主要為特低～低灰煤，煤類以長(zhǎng)焰煤為主，少量不粘煤、褐煤，鏡質(zhì)組最大反射率介于0.21%～0.48%之間。因此，本井田雖然賦存有一定厚度的煤層，但煤類屬低成熟度煤，煤層氣的生成物質(zhì)基礎(chǔ)條件較差。

2.3 賦存狀況

氣體成分為甲烷、重?zé)N。甲烷成分兩極值0.00～13.42%，其中2個(gè)點(diǎn)大于10%，6個(gè)點(diǎn)0～10%，其余均為0.00%；重?zé)N成分兩極值0.00～17.81%，其中2個(gè)點(diǎn)大于10%，3個(gè)點(diǎn)0～10%，其余均為0.00%。氣體含量?jī)蓸O值0.00～0.167m3/t，煤層氣含量低，各煤層均屬貧甲烷煤層。

3 煤層儲(chǔ)層物性特征

3.1 煤層孔隙率

各煤層煤的孔隙率通過(guò)所測(cè)真密度和視密度值計(jì)算所得，兩者差值愈大，孔隙率也愈大。其中，2、6、9、11、14、28煤層孔隙率平均值在16%以上，2-2、2-4、3、4、5、12、15、16、18、19、29 煤層孔隙率在15%～16%之間，8、10、22、25、26煤層孔隙率在14%～15%之間，22-3、24煤層孔隙率在13%～14%之間?？紫堵蚀蟮拿簩樱湮侥芰头磻?yīng)性都比較好。

3.2 鏡下裂隙結(jié)果及分析

本文共采取12件煤樣做顯微鏡下裂隙分析(見(jiàn)表1)， 針 對(duì) 2、2-4、3、5、11、16、25、26、28、29煤層評(píng)述。測(cè)試結(jié)果顯示，各煤層煤體呈塊狀，松軟易碎，裂隙較發(fā)育～發(fā)育。其中2、3、5、26、28、29煤層裂隙發(fā)育，2-4、16煤層裂隙較發(fā)育，25煤層裂隙較發(fā)育～發(fā)育。各煤層主裂隙介于2.6～15.9條之間，3、11、25、26煤層含較多；次裂隙3.2～11.3條，3、11、26、29煤層偏多；主次裂隙直交或近直交，近垂直層理；再者部分裂隙切穿組分分層，少部分裂隙被礦物充填。2、3、5、11、26、28、29煤層裂隙連通性屬中等，2-4、16煤層屬差，25煤層屬差～中等。樣品層面上的裂隙多呈近網(wǎng)格狀、階梯狀、不規(guī)則狀、短裂紋狀，裂隙越發(fā)育，氣體滲透率越高；網(wǎng)格狀裂隙連通性最好，在相同條件下其滲透性最好，近網(wǎng)格狀連通性次之。裂隙的密度與連通性呈正相關(guān)，密度越大連通性越好。

表1 鏡下裂隙分析成果表

煤層項(xiàng)目 16 25 26 28 29煤巖類型 暗淡煤 半暗煤 暗淡煤 半暗煤 半暗煤長(zhǎng)度(cm)0.01～0.80 0.21高度(cm)0.005～0.50 0.09 0.005～0.20 0.16 0.005～1.10 0.17 0.01～1.30 0.40 0.002～0.50 0.14 0.001～0.30 0.04 0.005～0.50 0.10主裂隙0.005～0.50 0.09 0.005～0.50 0.16寬度(μm)1～50 10 1～350 16 1～200 13 1～300 41 1～230 22密度(條/cm) 7.2 6.3～15.3 13.9 5.3 7.6長(zhǎng)度(cm)0.005～0.20 0.05 0.005～0.70 0.11 0.005～0.40 0.07 0.01～0.60 0.21 0.01～0.90 0.16高度(cm)0.001～0.30 0.04 0.002～0.50 0.08 0.005～0.40 0.11次裂隙0.005～0.50 0.09 1～30 7 0.005～0.50 0.13寬度(μm)1～230 14 1～50 8 1～250 32 1～200 16密度(條/cm) 4.7 5.5～7.8 9.5 4.7 7.7連通性 差 差～中等 中等 中等 中等裂隙發(fā)育程度 較發(fā)育 較發(fā)育～發(fā)育 發(fā)育 發(fā)育 發(fā)育裂隙分布 短裂紋狀 不發(fā)育近網(wǎng)格狀階梯狀 近網(wǎng)格狀階梯狀 近網(wǎng)格狀 近網(wǎng)格狀

3.3 等溫吸附測(cè)試

本文采取了5件煤樣進(jìn)行吸附瓦斯常數(shù)測(cè)試。本次測(cè)試采用溫度30℃，當(dāng)壓力在0～1.0MPa時(shí)，各煤層瓦斯吸附氣含量均呈現(xiàn)急劇增加趨勢(shì)，隨著壓力的增大，吸附氣含量緩慢增加，當(dāng)壓力在3.0～4.0MPa時(shí)，吸附量增加幅度更小，煤的吸附量基本達(dá)到飽和，吸附量不再隨壓力的增加而增大。各煤層的朗格繆爾體積介于11.78～29.84m3/t之間，朗格繆爾壓力介于0.47～0.72MPa之間，各煤層的瓦斯吸附量變化在0～0.025m3/t之間，見(jiàn)表2。

表2 瓦斯吸附特征一覽表

試驗(yàn)表明：煤中水分含量高時(shí)，煤吸附氣體量小；在相同瓦斯壓力下，煤的變質(zhì)程度越高，即揮發(fā)分產(chǎn)率越小，煤吸附的氣體量越大。

4 結(jié) 論

本文對(duì)新疆大南湖煤田三號(hào)井田部分化驗(yàn)樣品進(jìn)行了分析，從煤層孔隙率、鏡下裂隙、等溫吸附測(cè)試三個(gè)方面對(duì)煤層氣儲(chǔ)層物性特征進(jìn)行總結(jié)。

（1）煤層孔隙率：孔隙率大的煤層，吸附能力和反應(yīng)性較好，利于煤層氣的儲(chǔ)存；

（2）煤層鏡下裂隙：裂隙越發(fā)育，氣體滲透率越高，越不利于煤層氣的儲(chǔ)存；

（3）等溫吸附測(cè)試：煤中水分含量高，煤吸附氣體量??；在相同瓦斯壓力下，煤的變質(zhì)程度越高，即揮發(fā)分產(chǎn)率越小，煤吸附的氣體量越大。