城山煤礦煤層含氣情況分析

孟 昊

（黑龍江省煤田地質(zhì)勘察設(shè)計(jì)研究院，黑龍江 哈爾濱 150001）

城山煤礦位于穆棱河北岸，雞勃公路與方虎公路交匯處，城子河區(qū)政府所在地，距雞西市區(qū)四公里。城山煤礦成立于2007年9月28日，其前身是有著69年開(kāi)采歷史的城子河煤礦，是龍煤集團(tuán)雞西分公司所屬的以生產(chǎn)和洗選加工煤炭為主的大型現(xiàn)代化礦井之一。礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力240萬(wàn)噸，可采儲(chǔ)量1.5億噸。城山煤礦開(kāi)采煤層主要為晚侏羅世城子河組，地層部厚度520-600m，含煤40多層，平均可采煤層總厚度約16m，年生產(chǎn)能力230多萬(wàn)噸，立井屬于高瓦斯礦井，2002年6月20發(fā)生了瓦斯爆炸事故，造成124人死亡。煤礦儲(chǔ)量約1.5億噸，含瓦斯約20億m3。在開(kāi)采過(guò)程中瓦斯涌出量大，個(gè)別工作面超過(guò)100m3/s，煤層滲透率又低，嚴(yán)重威脅煤礦正常生產(chǎn)，所以加大對(duì)煤層含氣情況的研究，制定切實(shí)可行的治理方案尤為重要。

正因?yàn)橛兄羁痰慕逃?xùn)，城山煤礦在煤炭開(kāi)采中高度重視安全生產(chǎn)工作，也加大了對(duì)煤礦瓦斯的研究力度，通過(guò)對(duì)煤層瓦斯含量和壓力測(cè)定工作，對(duì)煤層的含氣性、含氣量、瓦斯壓力，以及甲烷濃度、滲透性進(jìn)行了測(cè)定和分析。

1 城山煤礦煤層瓦斯含量的測(cè)定方法

根據(jù)哈爾濱煤科所礦井瓦斯涌出資料，采用分源計(jì)算法，在城山煤礦進(jìn)行了煤層瓦斯壓力的推算工作。主要測(cè)定方法有間接計(jì)算法和直接計(jì)算法。間接計(jì)算法是根據(jù)實(shí)測(cè)的瓦斯壓力值，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的煤層等溫吸附常數(shù)，由朗格繆爾吸附方程得到測(cè)得，城山煤礦煤層瓦斯含量為10.69~15.73m3/t，平均13.02m3/t。通過(guò)直接計(jì)算法，煤層實(shí)測(cè)瓦斯平均含量分別為12.96 m3/t。

從兩種測(cè)量方法可以看出，城山煤礦煤層的平均含氣量很高，而且煤層含氣量北帶明顯高于南帶，這與北帶煤層變質(zhì)程度高于南帶相符。從平面上看，北部坳層甲烷含量高于南部坳陷，同時(shí)北部的煤層甲烷含量又呈現(xiàn)中間低、東西兩側(cè)高的趨勢(shì)，兩者均表明甲烷含量具有隨著煤的變質(zhì)階段增高而增加的規(guī)律。北部煤層甲烷含量高于南部。從垂向上看，穆棱組煤層甲烷含量低于城子河組，且城子河組的淺部煤層甲烷含量又低于深部，這表明甲烷含量具有隨著煤層埋深的增加而增高的規(guī)律。

2 城山煤礦的甲烷濃度

城山煤礦煤層氣組分濃度與含量情況，CH4含量在65.96-95.89%之間，平均為86.53%。其中穆棱組CH4濃度明顯低于城子河組，穆棱組CH4為66.95-82.13%；平均74.98%，城子河組CH4為76.87-95.12%；平均87.2%。屬氮?dú)狻淄閹Ш图淄閹А?/p>

3 城山煤礦的含氣飽和度

含氣飽和度是煤層氣開(kāi)發(fā)中的重要指標(biāo)之一，飽和度越高，說(shuō)明含氣量越高，越有利于開(kāi)采，反之則對(duì)開(kāi)采不利。城山煤礦實(shí)測(cè)的平均瓦斯壓力梯度為0.59MPa/100m，與等溫吸附曲線對(duì)照，理論含氣量應(yīng)為12.96m3/t，屬于非飽和煤層氣藏。

4 城山煤礦瓦斯控制因素

城山煤礦瓦斯含量高，與瓦斯的控制因素密不可分，受雞西分地整體環(huán)境影響，城山煤礦瓦斯的控制因素大致包括構(gòu)造控氣、沉積控氣、水文地質(zhì)條件控氣等。其中構(gòu)造控氣主要是因?yàn)殡u西盆地褶皺、斷裂比較發(fā)育，地臺(tái)和褶皺帶過(guò)渡區(qū)域的含煤盆地均可含有數(shù)量可觀的煤層氣。雞西盆地受經(jīng)過(guò)多期活動(dòng)的敦密斷裂帶影響、控制和改造，活動(dòng)性比較強(qiáng)。城山煤礦內(nèi)褶皺和斷裂較為發(fā)育，是儲(chǔ)藏煤層氣理想?yún)^(qū)域。對(duì)于沉積環(huán)境控氣，主要表現(xiàn)在煤儲(chǔ)層與蓋層之間的組合關(guān)系上，因?yàn)槌巧矫旱V穆棱組含煤段的上層是厚層泥巖段，是煤層氣封蓋的比較理想的蓋層，并且穆棱組上部有大段的厚層凝灰?guī)r-火山角礫巖層，以及東山組火山角礫巖層，這些巖層的質(zhì)地致密、堅(jiān)硬，都是煤層氣封蓋的良好蓋層。水文地質(zhì)條件控氣包括水的封閉作用控氣、水的封堵作用控氣和水力運(yùn)移逸散作用控氣。煤層氣以吸附狀態(tài)賦存于煤的孔隙中，地層壓力通過(guò)煤中水分對(duì)煤層氣起封閉作用。水文地質(zhì)條件對(duì)煤層氣保存運(yùn)移影響很大，對(duì)煤層氣的開(kāi)采也至關(guān)重要。煤層的砂巖裂隙含水層是直接充水含水層，含水性比較弱，滲透系數(shù)比較低，致使地下水呈封閉狀態(tài)，對(duì)煤層氣有較好的封隔作用。煤層氣受水力封閉而富集，所以煤層氣含量較高。由于受不對(duì)稱的向斜或單斜構(gòu)造影響，煤系地層中的含水層從露頭直接接受補(bǔ)給，地下水順層由地層淺部向深部運(yùn)動(dòng)，將煤層中向上擴(kuò)散的氣體封堵，致使煤層氣大量聚集。因雞西盆地受敦密斷裂帶的影響，其附近沉積有巨厚的新近系、古近系地層，致使下伏的含煤地層抬升，剝蝕幅度較大，斷裂發(fā)育，含水層富水性強(qiáng)，并與煤層水力聯(lián)系較好，所以在地下水的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，攜帶部分煤層中氣體運(yùn)移而逸散。

5 城山煤礦瓦斯的利用

甲烷含量具有隨著煤層埋深的增加而增高的規(guī)律，城山煤礦穆棱組甲烷濃度明顯低于城子河組，屬氮?dú)狻淄閹Ш图淄閹?。北部的資源豐度高于南部。含氣飽和度為欠飽和煤層氣藏?，F(xiàn)已經(jīng)加大治理力度，采用多種抽采方式，利用瓦斯發(fā)電，作為生活燃料等，變廢為寶。經(jīng)過(guò)瓦斯抽采，既提高了煤礦的安全系數(shù)，還減少了有害氣體的排放，又增加了經(jīng)濟(jì)效益。

結(jié)語(yǔ)

煤層氣（煤礦瓦斯）替代煤炭燃燒利用，可有效降低二氧化硫、煙塵等大氣污染物排放總量，減少粉煤灰占地產(chǎn)生的環(huán)境問(wèn)題，避免煤炭加工、運(yùn)輸時(shí)產(chǎn)生的揚(yáng)塵等大氣污染，有利于改善大氣環(huán)境。

[1]車樹(shù)成，張榮偉.煤礦地質(zhì)學(xué)[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2006（07）.

[2]郭東.煤層氣資源利用現(xiàn)狀及效益分析[M].北京：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2010（01）.