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      平頂山礦區(qū)戊、己煤層瓦斯特征及其賦存條件分析

      2009-09-29 08:58:18常軍敏
      新媒體研究 2009年14期
      關(guān)鍵詞:處理瓦斯利用

      常軍敏

      [摘要]主要對(duì)河南省平頂山礦區(qū)瓦斯賦存情況的分析研究,以指導(dǎo)煤礦預(yù)防瓦斯事故及合理開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

      [關(guān)鍵詞]瓦斯 分析 處理 利用

      中圖分類號(hào):TQ53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1671-7597(2009)0720002-01

      一、概況

      平頂山礦區(qū)位于河南省中部,是我國中南地區(qū)最大的煉焦煤基地,含煤面積650km2。礦區(qū)以李口向斜為主體構(gòu)造,向斜呈北西向樞紐傾伏的箕形寬緩褶曲,兩翼基本對(duì)稱。含煤地層為石炭系和二疊系,含煤7組60~88層,主要可采煤層10層,自上而下分別為:二疊系的丙3、丁5、丁6、戊8、戊9、戊10、己15、己16、己17和石炭系的庚20煤層,其中戊、己組煤層厚度大、分布廣、儲(chǔ)量豐富,是本礦區(qū)目前開采的主要煤層,而且瓦斯含量高、資源量豐富,因此通過對(duì)本區(qū)戊、己組煤層瓦斯資料進(jìn)行收集、整理、分析,具有必要性又有可行性,可以為礦區(qū)在向深部開發(fā)過程中的瓦斯治理以及瓦斯作為潔凈能源進(jìn)行開發(fā)提供參考依據(jù)。

      二、煤層瓦斯特征

      (一)煤層瓦斯成分。本區(qū)戊、己組煤層瓦斯中含有二氧化碳(CO2)、氮?dú)猓∟2)、甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)等氣體,其主要成分為甲烷(CH4)。由于本區(qū)勘探階段采樣點(diǎn)主要位于礦區(qū)中深部,CH4氣體多數(shù)大于70~80%,CO2、N2相對(duì)較低。

      根據(jù)瓦斯分帶劃分標(biāo)準(zhǔn),對(duì)瓦斯帶內(nèi)的瓦斯樣品點(diǎn)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(見表1),可以進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)本區(qū)戊、己煤層瓦斯成分的特點(diǎn):CH4氣體占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),其平均值:戊組為87.44%,己組為84.39%,個(gè)別樣品點(diǎn)CH4值更高,達(dá)到95%以上。另一個(gè)特點(diǎn)是本區(qū)煤層瓦斯成分中,含有重?zé)N氣體,不僅含量較高,而且種類齊全,己組煤中表現(xiàn)更為明顯。如20-12孔,煤層瓦斯中含有C2H6、C3H8,C2H6高達(dá)28.42%,C3H8為4.48%。

      (二)煤層瓦斯含量。本區(qū)CH4在瓦斯成分中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),因此在對(duì)本區(qū)戊、己煤層瓦斯含量分析時(shí),僅指CH4氣體含量(包括C2H6、C3H8等重?zé)N)。在瓦斯帶內(nèi),戊組煤層CH4含量最小值2.34m3/tdaf,最大值13.99m3/

      Tdaf,平均值8.03m3/tdaf;己組煤層CH4含量最小值0.59m3/tdaf,最大值16.83m3/tdaf,平均值8.94m3/tdaf。

      礦區(qū)戊、己煤層CH4賦存因地質(zhì)構(gòu)造、煤厚變化、煤變質(zhì)程度等因素影響造成局部范圍內(nèi)不同煤層、不同地區(qū)、不同水平而有所不同,但總的賦存特點(diǎn)是隨煤層埋深增加,CH4含量增大(見表2)。在礦區(qū)平面分布上呈現(xiàn)西部低、東部高、南部低、北部高的格局,煤層CH4含量值與煤層底板等高線趨勢(shì)大體一致,反映了CH4含量與煤層埋深呈現(xiàn)一定的規(guī)律性變化。

      (三)煤層瓦斯解吸特征。本區(qū)煤層瓦斯含量多采用解吸法測定,瓦斯含量由三部分組成,包括損失瓦斯量、解吸瓦斯量、殘存瓦斯量。通過對(duì)解吸過程進(jìn)行分析,具有以下2個(gè)特點(diǎn):

      1.解吸速度快?,F(xiàn)場進(jìn)行瓦斯解吸時(shí),初始階段瓦斯釋放迅速而量大,隨著解吸時(shí)間的延長,瓦斯釋放逐漸減慢而量小,據(jù)統(tǒng)計(jì),63%的解吸瓦斯量所用時(shí)間均少于一天,瓦斯解吸速度快。

      2.損失瓦斯量占的比重大。損失瓦斯量是指煤樣在鉆孔內(nèi)及空氣中暴露散失的量,損失量通過計(jì)算或圖解法求出,據(jù)統(tǒng)計(jì),損失瓦斯量占總瓦斯含量的比例為20-70%,一般為40-60%,平均高達(dá)45%。

      (四)煤層瓦斯吸附特征。煤中瓦斯主要以吸附狀態(tài)存在,煤中瓦斯含量的多少取決于煤吸附瓦斯的容量。通過對(duì)本區(qū)煤的瓦斯吸附試驗(yàn)資料分析,該區(qū)戊、己煤瓦斯吸附具有以下特征:

      1.在瓦斯壓力較低(1.5Mpa以下)時(shí),瓦斯吸附量與壓力呈正比例關(guān)系,煤層瓦斯吸附量隨著瓦斯壓力的增大而增大。

      2.當(dāng)瓦斯壓力值達(dá)到一定值(4.0Mpa)后,瓦斯壓力增大而瓦斯吸附量變化微小,趨于飽和狀態(tài),吸附飽和之后,壓力增大吸附量不再增加。

      3.從本區(qū)所測定的瓦斯含量值看,均低于飽和狀態(tài)下的瓦斯最大吸附量,因而該區(qū)瓦斯在煤體中均處于不飽和狀態(tài)。

      三、煤層瓦斯賦存條件簡析

      (一)生、儲(chǔ)條件。平頂山煤田屬于多煤種煤田,同一煤層,煤的變質(zhì)程度隨煤層埋藏深度的增加而增加,揮發(fā)分降低;在同一位置上的不同煤層從上而下變質(zhì)程度依次增高,同一煤層隨著煤層埋藏深度的增加,變質(zhì)程度也增高。此外,沿煤層走向自西向東存在著變質(zhì)程度增高的趨勢(shì)。煤種呈帶狀分布,有氣煤、肥煤、1/3焦煤、焦煤、瘦煤等,其中以肥煤、1/3焦煤、焦煤為主,屬于中等變質(zhì)及中高變質(zhì)的煤。甲烷生、儲(chǔ)類型以多生低儲(chǔ)類型為主。此類型煤的生氣量大于最大吸附量,甲烷含量不再受生氣量的控制,煤的吸附能力低,孔隙度小,但內(nèi)生裂隙最發(fā)育,煤層透氣性較好。

      (二)良好的蓋層封閉條件。從煤層的頂?shù)装鍘r性看,大多為泥巖、砂質(zhì)泥巖,只在局部地段為砂巖,其巖性大多致密完整,透氣性差,具有良好的封閉性能。

      (三)有利的構(gòu)造保存條件。平頂山煤田為斷塊隆起構(gòu)造單元,煤田周圍為凹陷帶,主體構(gòu)造為一復(fù)式向斜,次級(jí)構(gòu)造背斜及高角度正斷層發(fā)育,地質(zhì)構(gòu)造與瓦斯賦存關(guān)系密切。向斜軸部埋藏深度大,瓦斯含量明顯增高。逆斷層受擠壓應(yīng)力作用而成,屬于封閉性構(gòu)造,使煤層瓦斯聚集,有利于瓦斯的保存。區(qū)內(nèi)正斷層在張應(yīng)力作用下,導(dǎo)致煤層裂隙發(fā)育,增大了煤層的透氣性,有利于瓦斯抽放??傊?,平頂山煤田的地質(zhì)構(gòu)造格局,既有利于煤層瓦斯的保存,又可局部改善煤層的透氣性,因而有利于煤層瓦斯的開發(fā)。

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