潞安矿区煤储层特征及瓦斯含量分布规律研究.doc

㊀第４２卷第１２期 煤炭科学技术 Ｖｏｌ ４２㊀Ｎｏ １２㊀㊀２０１４年 １２月 ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄｅｃ.㊀ ２０１２㊀ 潞安矿区煤储层特征及瓦斯含量分布规律研究 李㊀阳１ꎬ２ꎬ３ꎬ张㊀浪１ꎬ２ꎬ３ꎬ舒龙勇１ꎬ２ꎬ３ꎬ唐文杰４ １.煤炭科学技术研究院有限公司安全分院ꎬ北京㊀１０００１３ꎻ２.煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室煤炭科学研究总院ꎬ北京㊀１０００１３ꎻ３.北京市煤矿安全工程技术研究中心ꎬ北京１０００１３ꎻ４.山西潞安矿业集团有限责任公司ꎬ山西长治㊀０４６０００ 摘㊀要为了掌握潞安矿区３号煤层储层特征及瓦斯赋存规律ꎬ从煤层埋深㊁煤变质程度㊁煤层渗透性㊁煤的吸附特性㊁煤体结构等方面系统分析了煤储层特征ꎬ在此基础上着重对煤层瓦斯含量与煤层埋深㊁煤变质程度㊁煤层水分和灰分的定量关系进行分析ꎬ建立了煤层瓦斯含量模型ꎬ得到了煤层瓦斯含量的分布规律ꎮ结果表明潞安矿区３号煤层厚度大ꎬ赋存稳定ꎬ埋藏深度大ꎬ变质程度高ꎬＬａｎｇ￣ｍｕｉｒ体积较大ꎬＬａｎｇｍｕｉｒ压力较小ꎬ有利于瓦斯在煤层中富集成藏ꎻ矿区内多发育碎裂煤和碎粒煤ꎬ局部存在糜棱煤ꎬ煤体结构破碎ꎬ煤层渗透性较差ꎬ瓦斯抽采利用难度大ꎻ各区块在相同煤层埋深条件下ꎬ南部长治区块瓦斯含量最大ꎬ北部襄垣区块瓦斯含量次之ꎬ中部潞安区块瓦斯含量最小ꎮ关键词煤储层特征ꎻ煤层埋深ꎻ煤变质程度ꎻ瓦斯含量 中图分类号ＴＤ７１２㊀㊀㊀文献标志码Ａ㊀㊀㊀文章编号０２５３－２３３６２０１４１２－００６５－０５ ＳｔｕｄｙｏｎＣｏａｌＲｅｓｅｒｖｏｉｒＦｅａｔｕｒｅｓａｎｄＧａｓＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎＬａｗｉｎＬｕ̓ａｎＭｉｎｉｎｇＡｒｅａ ＬＩＹａｎｇ１ꎬ２ꎬ３ꎬＺＨＡＮＧＬａｎｇ１ꎬ２ꎬ３ꎬＳＨＵＬｏｎｇ￣ｙｏｎｇ１ꎬ２ꎬ３ꎬＴＡＮＧＷｅｎ￣ｊｉｅ４ １.ＳａｆｅｔｙＢｒａｎｃｈｏｆＣｈｉｎａＣｏａｌＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅꎬＢｅｉｊｉｎｇ㊀１０００１３ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣｏａｌＲｅｓｏｕｒｃｅＨｉｇｈＥｆｆｉｃｉｅｎｔＭｉｎｉｎｇａｎｄ ＣｌｅａｎＵｔｉｌｉｚａｔｉｏｎＣｈｉｎａＣｏａｌＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅꎬＢｅｉｊｉｎｇ㊀１０００１３ꎬＣｈｉｎａꎻ３.ＢｅｉｊｉｎｇＭｉｎｅＳａｆｅｔｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈ ＣｅｎｔｅｒꎬＢｅｉｊｉｎｇ㊀１０００１３ꎬＣｈｉｎａꎻ４.ＳｈａｎｘｉＬｕ̓ａｎＭｉｎｉｎｇＩｎｄｕｓｔｒｙＧｒｏｕｐＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎＬｉｍｉｔｅｄꎬＣｈａｎｇｚｈｉ㊀０４６０００ꎬＣｈｉｎａ ＡｂｓｔｒａｃｔＩｎｏｒｄｅｒｔｏｏｂｔａｉｎＮｏ.３ｃｏａｌｓｅａｍｒｅｓｅｒｖｏｉｒｆｅａｔｕｒｅｓａｎｄｇａｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｌａｗｉｎＬｕ̓ａｎＭｉｎｉｎｇＡｒｅａꎬｔｈｅｓｅａｍｒｅｓｅｒｖｏｉｒｆｅａｔｕｒｅｓｗｅｒｅｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙａｎａｌｙｚｅｄｆｒｏｍｔｈｅｓｅａｍｄｅｐｔｈꎬｃｏａｌｍｅｔａｍｏｒｐｈｉｓｍｄｅｇｒｅｅꎬｓｅａｍｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙꎬｃｏａｌａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｆｅａｔｕｒｅｓꎬｃｏａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｏｔｈｅｒａｓｐｅｃｔｓ.Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｃｅｓꎬｔｈｅｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｏｆｔｈｅｃｏａｌｇａｓｃｏｎｔｅｎｔａｎｄｓｅａｍｄｅｐｔｈꎬｃｏａｌｍｅｔａｍｏｒｐｈｉｓｍｄｅ￣ｇｒｅｅꎬｓｅａｍｍｏｉｓｔｕｒｅａｎｄａｓｈｃｏｎｔｅｎｔｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄꎬａｓｅａｍｇａｓｃｏｎｔｅｎｔｍｏｄｅｌｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄａｎｄｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｌａｗｏｆｔｈｅｓｅａｍｇａｓｃｏｎ￣ｔｅｎｔｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄ.ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔＮｏ.３ｓｅａｍｉｎＬｕ̓ａｎＭｉｎｉｎｇＡｒｅａｗｉｔｈｈｉｇｈｉｎｔｈｉｃｋｎｅｓｓꎬｓｔａｂｌｅｉｎｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎꎬｄｅｅｐｔｈｅｄｅｐｔｈꎬｈｉｇｈｉｎｍｅｔａｍｏｒｐｈｉｓｍｄｅｇｒｅｅꎬｌａｒｇｅｉｎＬａｎｇｍｕｉｒｖｏｌｕｍｅａｎｄｌｏｗｉｎＬａｎｇｍｕｉｒｐｒｅｓｓｕｒｅｗｏｕｌｄｂｅｆａｖｏｒａｂｌｅｔｏｔｈｅｇａｓｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｔｈｅｓｅａｍ.Ｉｎｔｈｅｍｉｎｉｎｇａｒｅａꎬｔｈｅｒｅｗｅｒｅｍａｎｙｄｅｖｅｌｏｐｅｄｂｒｏｋｅｎｃｏａｌａｎｄｂｒｏｋｅｎｐａｒｔｉｃａｌｃｏａｌꎬａｎｄｐａｒｔｉａｌｌｙｍｙｌｏｎｉｔｅｃｏａｌ.Ｔｈｅｃｏａｌｓｔｒｕｃ￣ｔｕｒｅｗａｓｂｒｏｋｅｎꎬｔｈｅｓｅａｍｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｗａｓｐｏｏｒꎬｔｈｅｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｗａｓｌｏｗｅｒｔｈａｎｔｈｅｄｏｍｅｓｔｉｃａｖｅｒａｇｅｌｅｖｅｌａｎｄａｇａｓｄｒａｉｎａｇｅａｎｄｕｔｉｌｉｚａ￣ｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｅａｍｗｏｕｌｄｂｅｈｉｇｈｄｉｆｆｉｃｕｌｔ.ＵｎｄｅｒｔｈｅｓａｍｅｓｅａｍｄｅｐｔｈｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｅａｃｈｂｌｏｃｋꎬｔｈｅｇａｓｃｏｎｔｅｎｔｉｎｔｈｅｎｏｒｔｈｐａｒｔｏｆＣｈａｎｇｚｈｉＢｌｏｃｋｗｏｕｌｄｂｅｈｉｇｈｅｓｔꎬｔｈｅｇａｓｃｏｎｔｅｎｔｉｎｔｈｅｓｏｕｔｈｐａｒｔｏｆＸｉａｎｇｙｕａｎＢｌｏｃｋｗｏｕｌｄｂｅｓｅｃｏｎｄａｎｄｔｈｅｇａｓｃｏｎｔｅｎｔｉｎｔｈｅｍｉｄｄｌｅｐａｒｔｏｆＬｕ̓ａｎＢｌｏｃｋｗｏｕｌｄｂｅｔｈｅｌｏｗｅｓｔ. Ｋｅｙｗｏｒｄｓｃｏａｌｒｅｓｅｒｖｏｉｒｆｅａｔｕｒｅｓꎻｓｅａｍｄｅｐｔｈꎻｄｅｇｒｅｅｏｆｃｏａｌｍｅｔａｍｏｒｐｈｉｓｍꎻｇａｓｃｏｎｔｅｎｔ 收稿日期２０１４－０７－０５ꎻ责任编辑王晓珍㊀㊀ＤＯＩ１０.１３１９９/ｊ.ｃｎｋｉ.ｃｓｔ.２０１４.１２.０１８ 基金项目国家重点基础研究发展计划９７３计划资助项目２０１１ＣＢ２０１２０６ꎻ国家科技重大专项资助项目２０１１ＺＸ０５０４０－００１作者简介李㊀阳１９８８ ꎬ男ꎬ河南焦作人ꎬ硕士ꎮＴｅｌ１８５１０２５１０２８ꎬＥ－ｍａｉｌｌｉｙａｎｇｌｘｇ＠１６３.ｃｏｍ 引用格式李㊀阳ꎬ张㊀浪ꎬ舒龙勇ꎬ等.潞安矿区煤储层特征及瓦斯含量分布规律研究[Ｊ].煤炭科学技术ꎬ２０１４ꎬ４２１２６５－６９. ＬＩＹａｎｇꎬＺＨＡＮＧＬａｎｇꎬＳＨＵＬｏｎｇ￣ｙｏｎｇꎬｅｔａｌ.ＳｔｕｄｙｏｎＣｏａｌＲｅｓｅｒｖｏｉｒＦｅａｔｕｒｅｓａｎｄＧａｓＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎＬａｗｉｎＬｕ̓ａｎＭｉｎｉｎｇＡｒｅａ[Ｊ].ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１４ꎬ４２１２６５－６９. ０㊀引㊀㊀言 ㊀㊀潞安矿区位于山西省沁水盆地东部中段ꎬ煤质好㊁储量丰富ꎬ目前主要开采３号煤层ꎮ虽然矿区内 煤炭储量非常丰富ꎬ但受理论上高阶煤不适合瓦斯商业开发认识的限制ꎬ针对潞安矿区煤储层特性㊁瓦斯赋存及瓦斯开发利用的研究总体比较薄弱ꎮ对潞安矿区的研究主要集中在常村煤矿㊁余吾煤矿㊁漳村 ５ ６ ２０１４年第１２期煤炭科学技术第４２卷 煤矿等屯留境内的矿井ꎬ多是利用某一区域内少部 分矿井的资料来推测整个矿区的储层特征㊁瓦斯赋 存规律和瓦斯资源量ꎬ缺乏面向整个潞安矿区的系 统研究ꎬ存在煤储层特征研究不够全面㊁瓦斯分布预 测不准确等问题ꎮ同时前人大都将煤层物性参数㊁ 煤层赋存特征㊁瓦斯赋存规律等分开研究ꎬ对各参数 之间相互关系的系统分析较少ꎬ而煤储层参数对瓦 斯赋存和瓦斯抽采利用的影响通常又是密切相关㊁ 相互影响㊁共同作用的综合过程ꎬ因此针对潞安矿区 煤储层特征和瓦斯分布规律的研究具有较大的局限 性[１－７]ꎮ笔者针对整个潞安矿区的煤储层参数进行了系统统计ꎬ从研究煤储层特征出发ꎬ系统分析了煤 层埋深㊁煤变质程度㊁煤层渗透性㊁煤的吸附特性㊁煤 体结构等对瓦斯抽采利用和瓦斯赋存的影响ꎬ在此 基础上着重对煤层瓦斯含量与煤层埋深㊁煤变质程 度㊁煤层水分和灰分的定量关系进行分析ꎬ筛选出影 响煤层瓦斯含量的主控因素ꎬ建立了煤层瓦斯含量 模型ꎬ全面总结了潞安矿区煤储层特征与瓦斯分布 规律ꎬ为潞安矿区今后煤层瓦斯防治及开发利用提 供了可靠的基础ꎮ １㊀区域构造特征 ㊀㊀潞安矿区被太行山断裂带晋获褶断带和武乡－阳城坳褶带东西夹持ꎬ矿区整体为向西倾斜的单斜构造ꎬ并伴随发育宽缓褶曲及小型断层[８]ꎮ区域性的文王山断褶带和二岗山断褶带将矿区分割成北㊁中㊁南三部分ꎬ自北向南依次为襄垣区块㊁潞安区块以及长治区块ꎮ襄垣区块多发育宽缓褶曲以及大型断层ꎮ潞安区块内西部主要发育大型褶曲ꎬ部分被断层切割ꎻ东部发育小型褶曲ꎬ区内断裂多为正断层和少量逆断层ꎮ长治区块主要构造形迹为宽缓褶曲ꎬ伴随发育少量正断层及逆断层ꎬ各区块详细构造特征如下①襄垣区块ꎮ主体为走向北东ꎬ向西倾伏的向斜ꎻ伴生有多条北东东㊁北东向次级褶曲和大断裂ꎻ宽缓褶曲普遍发育ꎬ并伴有小型断裂ꎬ较多波状起伏ꎮ煤层倾向整体较平缓ꎬ构造较简单ꎮ②潞安区块西部ꎮ总体为走向北北东ꎬ倾向北西的单斜构造ꎻ褶曲规模较大ꎬ沿南北方向贯穿整个单元ꎻ多发育近南北走向的宽缓褶曲和逆断层ꎬ并伴有北东向正断层切割ꎬ将煤层切割成块ꎮ煤层倾向局部起伏较大ꎬ构造较复杂ꎮ③潞安区块东部ꎮ总体为走向北北东ꎬ向西缓倾的单斜构造ꎻ褶皱多为近东西的宽缓波状起伏ꎬ且规模较小ꎬ在北部较为紧密ꎻ断层走向主要为北东东向及北西西向ꎮ煤层倾向变化局部起伏较大ꎬ构造较简单ꎮ④长治区块ꎮ总体构造形态为宽缓的向背斜褶曲ꎬ走向近南北北北东ꎻ南北向褶曲发育ꎬ向斜较紧密ꎬ背斜较开阔ꎻ断裂发育较少ꎬ多为北东向正断层ꎬ部分与褶曲近于平行或斜交ꎮ煤层倾向整体较平缓ꎬ构造较复杂ꎮ ２㊀煤储层特征 ２ １㊀煤层空间展布特征 ㊀㊀矿区内发育有上石炭统本溪组㊁太原组以及下二叠统山西组㊁下石盒子组含煤地层ꎬ可采煤层主要赋存在石炭系太原组和二叠系山西组地层中ꎬ其中山西组３号煤层最为发育ꎬ分布稳定㊁全区可采ꎬ为矿区内主采煤层ꎮ研究区内３号煤层平均厚度５７ｍꎬ矿区中部及南部煤层厚度一般均在６ｍ以上ꎬ整体上研究区内煤层厚度大㊁稳定性好㊁分布面积广ꎬ有利于瓦斯富集ꎮ研究区内３号煤层埋深随地层走势由矿区东部边缘向西缓倾ꎬ埋深总体上呈东高西低的变化趋势ꎬ多在３００８００ｍꎬ整体上在１０００ｍ以浅ꎬ埋深适中ꎬ有利于瓦斯积聚成藏[９]ꎮ ２ ２㊀煤变质程度 ㊀㊀瓦斯是伴随着煤的沉积演化而生成的ꎬ煤层作为生气层ꎬ其变质程度对瓦斯的生成量具有显著影响ꎻ同时煤层又是储气层ꎬ不同变质程度的煤吸附瓦斯量不同ꎮ因此煤层的变质程度在一定程度上影响着煤层瓦斯含量的大小ꎮ研究区内３号煤层镜质组最大反射率在２ ０１％２ ９４％[１０]ꎬ主要赋存高变质程度的烟煤ꎬ以贫瘦煤㊁贫煤和少量瘦煤为主ꎬ在个别深部区域存在无烟煤ꎮ除了煤的镜质组最大反射率外ꎬ煤的挥发分在很大程度上可以体现煤层的变质程度ꎮ对研究区部分矿井煤样进行挥发分测试ꎬ并结合收集整理的数据ꎬ对研究区煤的变质程度进行了分析表１ꎮ 表１㊀研究区３号煤层原煤煤质参数 区块Ｍａｄ/％Ａａｄ/％Ｖｄａｆ/％ 襄垣０ ２０２ ４３６ ４０２９ ２１８ ５５１６ １８ 潞安０ １４４ ８２２ １５１８ ７０９ ４２２４ １２ 长治０ ３４２ １４８ １５２５ ７４７ ７６１６ ９４㊀㊀研究区北部的襄垣区块和南部的长治区块煤层挥发分较接近ꎬ平均值分别为１１ ６５％和１１ １９％ꎬ中部的潞安区块煤层挥发分最大ꎬ平均值为１３ ４８％ꎬ这说明潞安区块煤的变质程度相对较低ꎮ ６６ 李㊀阳等潞安矿区煤储层特征及瓦斯含量分布规律研究２０１４年第１２期 ２ ３㊀煤的吸附特性 ㊀㊀现今绝大多数瓦斯以吸附态赋存于未受采动影响的煤层中ꎬ因此煤对瓦斯的吸附能力直接影响着瓦斯的区域分布与富集ꎮ目前对煤吸附特性的研究多通过等温吸附试验来进行ꎬ在试验中可以获得煤的吸附常数ꎮ根据资料ꎬ结合研究区内的煤层特征ꎬ选择３０ħ作为试验温度ꎬ使用体积分数为９９％的ＣＨ４作为气源ꎬ采取研究区内部分煤样进行等温吸附试验ꎬ结合以往数据进行统计分析ꎮ其中襄垣区块原煤Ｌａｎｇｍｕｉｒ体积为２８ ２９４２ ４９ｍ３/ｔꎬ平均３４ ６２ｍ３/ｔꎻ潞安区块原煤Ｌａｎｇｍｕｉｒ体积为２０ ６４３６ ６３ｍ３/ｔꎬ平均３０ ９０ｍ３/ｔꎻ长治区块原煤Ｌａｎｇ￣ｍｕｉｒ体积为２４ ２１３２ ２６ｍ３/ｔꎬ平均２９ １１ｍ３/ｔꎮ根据Ｌａｎｇｍｕｉｒ体积可知ꎬ研究区内煤层极限瓦斯吸附量整体较高ꎬ同时Ｌａｎｇｍｕｉｒ压力相对较小ꎬ有利于瓦斯富集ꎮ但不同区块间也存在一定差异ꎬ其中襄垣区块极限瓦斯吸附量明显高于其他区块ꎮ㊀㊀煤的Ｌａｎｇｍｕｉｒ压力也可以直接反映煤层瓦斯解吸的难易程度ꎬＬａｎｇｍｕｉｒ压力越高ꎬ煤层瓦斯在采动中越难以随着压力的降低解吸出来[１１]ꎮ由统计知ꎬ研究区内各区块Ｌａｎｇｍｕｉｒ压力较为接近ꎬ其平均值小于我国其他地区同样变质程度煤的Ｌａｎｇｍｕｉｒ压力ꎬ有利于瓦斯抽采[１２－１３]ꎮ ２ ４㊀煤体结构特征及煤层渗透性 ㊀㊀研究区内３号煤层碎裂煤较为发育ꎬ根据地质勘探资料ꎬ结合井下揭露煤层的实际观察与编录ꎬ通过分析各区块地质构造特征ꎬ归纳总结研究区内煤层的煤体结构特征如下①襄垣区块ꎮ煤体结构较为完整ꎬ以原生结构煤和碎裂煤为主ꎬ局部地区存在碎粒煤ꎮ②潞安区块西部ꎮ煤层多为碎裂煤和碎粒煤ꎬ局部地区为糜棱煤ꎮ③潞安区块东部ꎮ煤层多为原生结构煤与碎裂煤ꎬ局部地区存在碎粒煤ꎮ④长治区块ꎮ煤层破碎严重ꎬ多为碎裂煤和碎粒煤ꎬ局部地区为糜棱煤ꎮ结果表明ꎬ襄垣区块和潞安区块东部煤层以原生结构煤和碎裂煤为主ꎬ局部地区存在碎粒煤ꎬ有利于煤层瓦斯的抽采利用ꎻ潞安区块西部和长治区块原生结构煤破坏严重ꎬ煤层多为碎裂煤和碎粒煤ꎬ局部地区为糜棱煤ꎬ对煤层瓦斯抽采有较大的负面影响ꎮ ㊀㊀由于研究区内３号煤层为典型的高变质程度煤ꎬ煤体结构相对致密ꎬ受构造作用影响ꎬ多发育碎裂煤和碎粒煤ꎬ局部存在糜棱煤ꎬ煤体破碎严重ꎬ同时３号煤层内裂隙多被矿物填充ꎬ这些不利因素对煤层渗透性具有较大负面影响[１４]ꎮ根据资料ꎬ潞安矿区渗透率小于０ ５ˑ１０－１５ｍ２ꎬ与国内平均水平相比ꎬ渗透性相对较小ꎬ不利于瓦斯抽采利用[１５]ꎮ３㊀煤层瓦斯含量分布规律 ３ １㊀煤层瓦斯含量主控因素筛选 ㊀㊀现今煤层中保存的瓦斯ꎬ大多历经生气与储气过程ꎮ瓦斯含量受多种影响因素的控制ꎬ是生气量和储气量综合作用的结果[１６]ꎮ在大量影响因素中ꎬ成煤物质㊁成煤环境㊁煤的变质程度等因素控制煤层瓦斯生成量ꎻ煤岩成分㊁煤层埋深㊁地质构造等因素影响瓦斯在煤层中的储存量ꎮ这些因素一方面影响煤层瓦斯的生成与储存ꎬ控制着瓦斯含量ꎻ另一方面各因素之间也存在着相互影响ꎮ同时不同因素对瓦斯含量的控制程度也不同ꎬ造成各因素对瓦斯含量影响的复杂性ꎮ因此在研究煤层瓦斯含量分布规律前ꎬ应该对各影响因素进行分析ꎬ筛选出对煤层瓦斯含量影响程度最大的主控因素ꎮ ㊀㊀１煤的灰分和水分对瓦斯含量的影响ꎮ一般瓦斯以游离态和吸附态赋存于未受采动影响的煤层中ꎬ其中又以吸附态瓦斯为主[１７]ꎮ因此在瓦斯生成量一定的情况下ꎬ煤吸附瓦斯量的多少将直接影响煤层中的瓦斯含量ꎮ瓦斯在煤层中主要吸附于有机物质的表面ꎬ而煤的灰分反映的是煤层中无机物的数量ꎮ因此煤层中煤的灰分越多ꎬ反映煤层中有机物质越少ꎬ则煤吸附瓦斯的能力越弱ꎮ原始煤层一般均含有水ꎬ当煤层中水处于欠饱和状态时ꎬ水比甲烷更容易吸附于煤层中ꎬ因此煤层中水分对瓦斯赋存具有不利影响[１０]ꎮ综合来看ꎬ煤的灰分和水分均会对煤层瓦斯的保存产生负面影响ꎮ因此综合考虑２个因素ꎬ以数据统计结果为基础ꎬ分析灰分Ｍａｄ和水分Ａａｄ对煤层瓦斯含量Ｗ的影响图１ꎮ从整体上看ꎬ随着煤中水分㊁灰分的增高ꎬ煤层瓦斯含量趋于减小ꎮ ㊀㊀２煤变质程度对瓦斯含量的影响ꎮ煤层作为一种特殊的储层ꎬ兼顾生气与储气双重功能ꎮ在漫长的沉积演化过程中ꎬ其变质程度既影响着煤层中瓦斯的生成ꎬ又通过影响煤孔隙性㊁煤体结构㊁吸附性等控制着瓦斯在煤层中的储存ꎬ是影响煤层瓦斯含量分布的重要因素ꎮ根据一般规律ꎬ煤的变质程度越高ꎬ则其生成瓦斯与吸附瓦斯的能力越强[１８]ꎮ煤的挥发分在一定程度上可以反映煤的变质程度ꎬ挥发分越大ꎬ则煤的变质程度越低ꎮ潞安矿区各区 ７６ ２０１４年第１２期 煤炭科学技术 第４２卷 块煤的挥发分Ｖｄａｆ与瓦斯含量的关系如图２所示ꎮ由图２可知ꎬ随着煤挥发分的增加ꎬ煤层瓦斯含量逐 渐减少ꎮ也就是说ꎬ随着煤的变质程度降低ꎬ煤层瓦 斯含量也趋于减小 ꎮ 图１㊀ 煤的水分和灰分与瓦斯含量的关系 图２㊀煤的挥发分与瓦斯含量的关系 ㊀㊀３煤层埋藏深度对瓦斯含量的影响ꎮ煤层埋藏深度是控制瓦斯赋存的重要影响因素ꎮ煤层埋藏深度一方面影响煤化过程ꎬ影响瓦斯的生成ꎻ另一方面随着煤层埋藏深度的变化ꎬ煤储层压力也会产生相应的变化ꎬ影响煤吸附瓦斯的能力[１９－２０]ꎮ同时ꎬ 煤层埋藏深度越大ꎬ则瓦斯与煤层外连通的裂隙越少ꎬ瓦斯越难以从煤层中向外逸散ꎮ潞安矿区煤层瓦斯含量与埋深Ｄ的关系如图３所示ꎮ由图３可知ꎬ在同一区块内ꎬ煤层瓦斯含量随埋深增加而增大ꎮ 图３㊀煤层埋深与瓦斯含量的关系 ３ ２㊀煤层瓦斯含量影响因素综合分析 ㊀㊀通过分析各因素对瓦斯含量的影响ꎬ可以建立 表示不同影响因素与瓦斯含量之间关系的回归方程表２ꎮ 表２㊀各影响因素与瓦斯含量回归分析 区块煤的挥发分回归方程 相关系数水分与灰分 回归方程 相关系数煤层埋深 回归方程相关系数襄垣Ｗ＝－０ ９７９Ｖｄａｆ＋２３ ２１７ ０ ３１０８Ｗ＝－８ １５４ｌｎＭａｄ＋Ａａｄ＋３２ ３０７０ ３４５８Ｗ＝０ ０３４４Ｄ－４ ２８２１０ ９１９０潞安Ｗ＝－０ ５１９５Ｖｄａｆ＋１４ ２５６０ ４１５８Ｗ＝－５ ２７４ｌｎＭａｄ＋Ａａｄ＋２０ ５７５０ ３４９２Ｗ＝０ ０３３６Ｄ－７ ０７５９０ ９１７１长治 Ｗ＝－０ ３１１Ｖｄａｆ＋１２ ６２０ ３１７６ Ｗ＝－２ ３０５ｌｎＭａｄ＋Ａａｄ＋１５ １７８ ０ １６５８ Ｗ＝０ ０３９７Ｄ－５ ７５２７ ０ ９１７０ ㊀㊀从回归方程的相关系数可以看出ꎬ各区块内煤层埋深与瓦斯含量的相关性最好ꎬ相关性系数均在０ ９１以上ꎻ而煤的变质程度㊁灰分㊁水分等因素与瓦斯含量的回归方程相关性系数均在０ ５以下ꎬ相关 ８ ６ 李㊀阳等潞安矿区煤储层特征及瓦斯含量分布规律研究２０１４年第１２期 性较差ꎮ因此ꎬ在研究各区块煤层瓦斯分布规律时ꎬ 应该以煤层埋深D作为影响瓦斯赋存的主控因素ꎮ ３ ３㊀煤层瓦斯分布规律 ㊀㊀以煤层埋深作为影响瓦斯含量的主控因素ꎬ根 据各区块埋深与瓦斯含量的回归公式ꎬ研究区南部 的长治区块瓦斯含量梯度最大ꎬ为３ ９７ ｍ３/ｔ ｈｍꎻ北部的襄垣区块次之ꎬ其瓦斯含量梯 度为３ ４４ｍ３/ｔ ｈｍꎻ中部的潞安区块瓦斯含量 梯度最小ꎬ为３ ３６ｍ３/ｔ ｈｍꎮ ㊀㊀依据瓦斯含量与其主控因素煤层埋深之间的关 系ꎬ推测各区块内不同煤层埋深区内煤层埋深一 般为３００８００ｍ所对应的瓦斯含量表３ꎮ根据 推测结果ꎬ在相同煤层埋深条件下ꎬ南部的长治区块 瓦斯含量最大ꎬ北部的襄垣区块瓦斯含量次之ꎬ中部 的潞安区块瓦斯含量最小ꎮ因此ꎬ潞安矿区３号煤 层瓦斯含量存在中部低ꎬ南㊁北部高的趋势ꎬ其中南 部瓦斯含量略高于北部ꎮ 表３㊀各区块瓦斯含量和煤层埋深的对应关系 煤层埋深/ｍ 煤层瓦斯含量/ｍ３ ｔ－１ 襄垣区块潞安区块长治区块 ３００６ ０４３ ００６ １６ ４００９ ４８６ ３６１０ １３ ５００１２ ９２９ ７２１４ １０ ６００１６ ３６１３ ０８１８ ０７ ７００１９ ８０１６ ４４２２ ０４ ８００２３ ２４１９ ８０２６ ０１㊀㊀在研究区内ꎬ随着煤层埋深的增加ꎬ瓦斯含量趋于增高ꎮ同时ꎬ区内煤层埋深存在东浅西深的特点ꎮ因此ꎬ潞安矿区３号煤层瓦斯含量具有南高北低㊁西高东低的总体分布趋势ꎮ ４㊀结㊀㊀论 ㊀㊀１潞安矿区３号煤层厚度大ꎬ埋藏深度适中ꎬ各区块内煤层变质程度较高㊁Ｌａｎｇｍｕｉｒ体积平均值较大ꎬ有利于瓦斯在３号煤层中富集成藏ꎻ虽然各区块内煤层Ｌａｎｇｍｕｉｒ压力平均值较小ꎬ瓦斯容易随煤层卸压解吸出来ꎬ但构造煤较为发育ꎬ多为碎裂煤和碎粒煤ꎬ煤体结构破碎ꎬ煤层渗透性较差ꎬ瓦斯抽采利用难度大ꎮ ㊀㊀２潞安矿区内３号煤层瓦斯含量具有如下分布规律各区块间在同一煤层埋深条件下ꎬ南部的长治区块瓦斯含量最大ꎬ北部的襄垣区块瓦斯含量次之ꎬ中部的潞安区块瓦斯含量最小ꎬ即各区块间煤层瓦斯含量存在中部低ꎬ南㊁北部高的趋势ꎻ同时ꎬ各区块内部瓦斯含量受煤层埋藏东浅西深的影响ꎬ存在西高东低的趋势ꎮ 参考文献 [１]㊀周心权.基于瓦斯爆炸事故剖析突发事件应急处置的重要性[Ｊ].煤炭科学技术ꎬ２０１２ꎬ４２１４０－４３. 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