平頂山礦區戊、己煤層瓦斯特征及其賦存條件分析

常軍敏

[摘要]主要對河南省平頂山礦區瓦斯賦存情況的分析研究，以指導煤礦預防瓦斯事故及合理開發利用提供科學依據。

[關鍵詞]瓦斯 分析 處理 利用

中圖分類號：TQ53 文獻標識碼：A 文章編號：1671－7597（2009）0720002－01

一、概況

平頂山礦區位于河南省中部，是我國中南地區最大的煉焦煤基地，含煤面積650km2。礦區以李口向斜為主體構造，向斜呈北西向樞紐傾伏的箕形寬緩褶曲，兩翼基本對稱。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、儲量豐富，是本礦區目前開采的主要煤層，而且瓦斯含量高、資源量豐富，因此通過對本區戊、己組煤層瓦斯資料進行收集、整理、分析，具有必要性又有可行性，可以為礦區在向深部開發過程中的瓦斯治理以及瓦斯作為潔凈能源進行開發提供參考依據。

二、煤層瓦斯特征

（一）煤層瓦斯成分。本區戊、己組煤層瓦斯中含有二氧化碳（CO2）、氮氣（N2）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）等氣體，其主要成分為甲烷（CH4）。由于本區勘探階段采樣點主要位于礦區中深部，CH4氣體多數大于70～80%，CO2、N2相對較低。

根據瓦斯分帶劃分標準，對瓦斯帶內的瓦斯樣品點資料進行統計分析（見表1），可以進一步發現本區戊、己煤層瓦斯成分的特點：CH4氣體占絕對優勢，其平均值：戊組為87.44%，己組為84.39%，個別樣品點CH4值更高，達到95%以上。另一個特點是本區煤層瓦斯成分中，含有重烴氣體，不僅含量較高，而且種類齊全，己組煤中表現更為明顯。如20-12孔，煤層瓦斯中含有C2H6、C3H8，C2H6高達28.42%，C3H8為4.48%。

（二）煤層瓦斯含量。本區CH4在瓦斯成分中占絕對優勢，因此在對本區戊、己煤層瓦斯含量分析時，僅指CH4氣體含量（包括C2H6、C3H8等重烴）。在瓦斯帶內，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。

礦區戊、己煤層CH4賦存因地質構造、煤厚變化、煤變質程度等因素影響造成局部范圍內不同煤層、不同地區、不同水平而有所不同，但總的賦存特點是隨煤層埋深增加，CH4含量增大（見表2）。在礦區平面分布上呈現西部低、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大體一致，反映了CH4含量與煤層埋深呈現一定的規律性變化。

（三）煤層瓦斯解吸特征。本區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。通過對解吸過程進行分析，具有以下2個特點：

1．解吸速度快。現場進行瓦斯解吸時，初始階段瓦斯釋放迅速而量大，隨著解吸時間的延長，瓦斯釋放逐漸減慢而量小，據統計，63%的解吸瓦斯量所用時間均少于一天，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及空氣中暴露散失的量，損失量通過計算或圖解法求出，據統計，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45%。

（四）煤層瓦斯吸附特征。煤中瓦斯主要以吸附狀態存在，煤中瓦斯含量的多少取決于煤吸附瓦斯的容量。通過對本區煤的瓦斯吸附試驗資料分析，該區戊、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，瓦斯吸附量與壓力呈正比例關系，煤層瓦斯吸附量隨著瓦斯壓力的增大而增大。

2．當瓦斯壓力值達到一定值（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，吸附飽和之后，壓力增大吸附量不再增加。

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

三、煤層瓦斯賦存條件簡析

（一）生、儲條件。平頂山煤田屬于多煤種煤田，同一煤層，煤的變質程度隨煤層埋藏深度的增加而增加，揮發分降低；在同一位置上的不同煤層從上而下變質程度依次增高，同一煤層隨著煤層埋藏深度的增加，變質程度也增高。此外，沿煤層走向自西向東存在著變質程度增高的趨勢。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，屬于中等變質及中高變質的煤。甲烷生、儲類型以多生低儲類型為主。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，但內生裂隙最發育，煤層透氣性較好。

（二）良好的蓋層封閉條件。從煤層的頂底板巖性看，大多為泥巖、砂質泥巖，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）有利的構造保存條件。平頂山煤田為斷塊隆起構造單元，煤田周圍為凹陷帶，主體構造為一復式向斜，次級構造背斜及高角度正斷層發育，地質構造與瓦斯賦存關系密切。向斜軸部埋藏深度大，瓦斯含量明顯增高。逆斷層受擠壓應力作用而成，屬于封閉性構造，使煤層瓦斯聚集，有利于瓦斯的保存。區內正斷層在張應力作用下，導致煤層裂隙發育，增大了煤層的透氣性，有利于瓦斯抽放。總之，平頂山煤田的地質構造格局，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。