黃陵礦區(qū)煤層氣賦存規(guī)律分析及遠(yuǎn)景評(píng)價(jià)

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(zhǎng)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(wàn)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(hào)煤礦，陜西黃陵二號(hào)煤礦有限公司黃陵二號(hào)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(hào)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(wàn)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(hào)煤礦，其余煤礦生產(chǎn)規(guī)模均為30萬(wàn)t/a或60萬(wàn)t/a。煤層氣簡(jiǎn)稱瓦斯，是煤炭生成過(guò)程中的伴生產(chǎn)物，黃陵一號(hào)煤礦發(fā)生過(guò)瓦斯爆炸事故；黃陵二號(hào)煤礦煤層及煤層頂?shù)装寰l(fā)生過(guò)多次瓦斯涌出事故；蘆村一號(hào)煤礦在副立井掘進(jìn)至煤層頂板時(shí)出現(xiàn)過(guò)大量的瓦斯涌出。以上說(shuō)明黃陵礦區(qū)賦存著大量的煤層氣資源，煤層氣對(duì)煤礦生產(chǎn)無(wú)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(lái)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(huì)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(guò)程中瓦斯樣品測(cè)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(hào)煤礦南部，黃陵二號(hào)煤礦中東部為CO2—N2帶，蘆村一號(hào)煤礦北部，蘆村二號(hào)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(cè)試值，將測(cè)試值大于4 m3/t劃分為高瓦斯富集區(qū)，測(cè)試值1～4 m3/t劃分為中瓦斯富集區(qū)，測(cè)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(cāng)村煤礦西部、黃陵二號(hào)煤礦中北部和黃陵一號(hào)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(hào)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(hào)煤礦以北區(qū)域、四家岔井田、黃陵二號(hào)煤礦和黃陵一號(hào)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(hào)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(jí)的甲烷富集區(qū)域，主要由勘探過(guò)程中搜集的煤層瓦斯測(cè)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(hào)煤礦、黃陵一號(hào)煤礦淺部區(qū)域、蒼村煤礦、黃陵二號(hào)煤礦的南部區(qū)和蘆村一號(hào)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(hào)煤礦的東北部。主要指煤層瓦斯勘探程度相對(duì)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(jiǎn)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(lái)理解，但對(duì)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(duì)待。

1.3 瓦斯資源量估算

估算方法：采用體積法來(lái)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(hào)煤礦中北部，黃陵一號(hào)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(duì)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(píng)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(duì)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(hào)煤礦從東往西地層傾角平緩，地層趨于水平，對(duì)煤質(zhì)變化的影響不大；二號(hào)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(shì)。

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(duì)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(lái)的。4-2煤層瓦斯受褶皺和斷層的影響較大。黃陵二號(hào)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(hào)煤礦背向斜疊加出現(xiàn)，并產(chǎn)生次一級(jí)小型凹陷和隆起，一般隆起對(duì)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(jí)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(hào)煤礦向斜部位煤層較厚，向四周逐漸變薄。一號(hào)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(hào)煤礦南厚北薄。從煤層的生氣能力上來(lái)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(duì)煤層瓦斯起“富集”影響，大于10 m的斷距對(duì)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(duì)煤層瓦斯含量的大小幾乎可以作為評(píng)判標(biāo)尺，埋深越大，煤層瓦斯的含量越高。

2.3 遠(yuǎn)景評(píng)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(hào)煤礦、黃陵二號(hào)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(lái)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(hào)煤礦、二號(hào)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(hào)煤礦西部及西北部、一號(hào)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(hào)煤礦、黨家河煤礦、黃陵一號(hào)煤礦以及黃陵二號(hào)煤礦安全隱患，而且可以帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)語(yǔ)

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)。