甘肃靖远宝积山矿区煤层气资源开发利用前景
2015-11-05 02:23
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作者: 杨世龙 吴五同(甘肃煤炭工业管理局局长，高级工程师，
作者: 杨世龙 吴五同(甘肃煤炭工业管理局局长，高级工程师，730000甘肃兰州)
【摘要】甘肃一些中小型含煤盆地中有小而富的煤层气矿区，靖远煤田宝积山矿区就是其中之一。宝积山矿区煤层气资源可靠，矿井服务年限长，有较完善的瓦斯抽放系统，外部开发条件优越，市场可立足于当地。对这类煤层气抽放条件成熟的矿区进行开发，投资少，见效快，风险较小，具有商业利用的价值，可建设成一个煤层气开发基地。
１ 概况 宝积山矿区位于白银市平川区东北1～６ｋｍ，由靖远矿务局的魏家地矿(设计能力150万ｔ／ａ)、大水头矿(设计能力105万ｔ／ａ)和宝积山矿(设计能力45万ｔ／ａ)组成，总设计能力300万ｔ／ａ。区内地形平坦，各矿井均有铁路支线及公路相通，交通便利。 矿区含煤面积3965ｋｍ２，煤炭探明储量为479亿ｔ(不包括断层影响带的表外储量3893万ｔ及“断层煤”储量1660万ｔ)，储量丰度为1246万ｔ／ｋｍ２，保有储量464亿ｔ。２ 地质简况 下侏罗统为粗碎屑岩夹薄煤，局部分布，厚20～３００ｍ，以微交角不整合于上三叠统之上。中侏罗图1 魏家地矿构造剖面示意图 统龙凤山组为主要含煤地层，分布普遍，厚14～１２０ｍ，假整合于下侏罗统之上。中侏罗统王家山组由下部砂岩段和上部油页岩段组成，厚350～３７０ｍ，与下伏龙凤山组为冲刷接触或假整合接触。上侏罗统主要为红色泥岩，厚237～５５４ｍ，与下伏王家山组整合接触，并被上覆白垩系不整合覆盖。 宝积山矿区构造为一轴向300°～３１０°的复式向斜，略往东南倾伏。煤层倾角一般为5°～２０°。断层主要有位于矿区西南侧的F１－２断层组(图1)。该断层组为逆掩断层，倾角15°～３０°，其上盘覆盖了矿区近一半的范围。F１－２断层组中含有煤系地层断块及“断层煤”。该断层组不仅是隔水带(阻隔了白垩系含水层与侏罗系之间的水力联系)，而且阻碍了下盘煤层中煤层气的逸散，使“断层煤”和附近的正常煤层(称为断层影响带)均具有煤与瓦斯突出性质。 矿区内自上三叠统至中侏罗统王家山组4套地层中均含有煤层，但主要含煤地层为中侏罗统龙凤山组，其它地层中只含不可采的薄煤层。龙凤山组含可采煤层1～３层(实际上为一层煤，由于煤层分岔形成了3层)，主采1层(煤1)。可采煤层总厚80～２２保担怼Ａ硗猓現１－２“断层煤”厚033～４５保常矗恚平均57ｍ。煤类属弱粘煤，部分为不粘煤，个别为气煤。3 煤层气的基本特征 宝积山矿区内的大水头矿和宝积山矿为高沼气表1 宝积山矿区1995年瓦斯涌出量矿井 相对涌出 量(ｍ３／ｔ) 绝对涌出 量(ｍ３／ｍｉｎ) 设计能力(万ｔ／ａ) 井煤炭产量(万ｔ) 备 注大水头矿 227 932 105 - 原设计能力21万ｔ／ａ，1987年起进行改扩建，即将移交生产宝积山矿 2646 913 45 244 魏家地矿 4565 3111 150 352 1989年12月移交投产矿井，魏家地矿为煤与瓦斯突出矿井。矿井瓦斯涌出量大，1995年各矿井相对涌出量227～４５保叮担愍３／ｔ，最高曾达到16405ｍ３／ｔ(魏家地矿，1990)，绝对涌出量913～３１保保保愍３／ｍｉｎ，最高为4673ｍ３／ｍｉｎ(魏家地矿，1994)(表1)。 大水头矿井在89年以前的生产期间曾出现过瓦斯涌出异常，坛状冒顶；发生过3次瓦斯爆炸及燃烧事故。89年10月改扩建以来，在断层带及其影响范围内又出现了3次瓦斯涌出异常情况，在井下打钻时发生过夹钻、顶钻、喷孔现象。 魏家地煤矿在1977．８～１９９２．１２期间曾发生过14次煤与瓦斯突出(或倾出)，其中突出煤量100ｍ３以上者8次，最大480ｍ３，一次瓦斯涌出量最高达2万ｍ３。煤与瓦斯突出深度355～５３０ｍ，范围为F１－２断层组至F３断层之间，而且随着距F１－２或F３逾近，突出的强度愈大，频率愈高。突出点附近煤的强度低，节理、裂隙发育，局部呈粉沫状、糜棱状或鳞片状，坚固性系数ｆ＝０保玻场０保担福最低仅017，煤的破坏类型属Ⅲ-Ⅳ类。宝鸡山矿区魏家地等矿井的气藏类型既有断层遮挡式、断层牵引式，也有岩性封闭式。突出危险区域以裂隙瓦斯涌出为主，有利于抽出。目前工作面瓦斯抽出率达326～４５保福ァ 据仅有的资料分析，区内瓦斯风化带较深，一般为370～５００ｍ(魏家地矿煤层埋深在300ｍ以下)。煤层瓦斯含量469～５保叮常愍３／ｔ，最高可达表2 宝积山矿区煤层气含量成分矿井 样品数 含 量(干燥基)(ｍ３／ｔ) 组 分 浓 度 (%)ＣH４ 烃 CO２ Ｎ２大水头 11 502 6363 1116 433 2088宝积山 52 563 6851 514 473 2162魏家地 46 469 6800 605 435 2160表3 宝积水矿区魏家地矿井煤层瓦斯赋存特征瓦斯压力(MPａ) 吸附常数ａ ｂ 孔隙率ｋｐ(%) 透气性系 数(ｍ３／ａｔｍ２·ｄ) 比表面积(ｍ２／ｇ) 煤厚(ｍ) 煤厚变化系数(ｃ) 煤层顶板孔隙率(%) 吸水性(%)１保福 １５保福担 ０保埃矗担 ７保保埂７保担 ０保埃埃玻场０保埃埃叮 ２２保梗 １３保 １１２保 ２保玻埃ǎ罚 ０~４保福 １保玻ǎ叮 ０保磣２保1101ｍ３／ｔ以上。瓦斯成份以CH４为主，但Ｎ２、ＣＯ２含量较高，值得注意的是烃含量也较高，最高可达3626%(表2)。 煤层瓦斯赋存特征见表3。 宝积山矿区3个矿井均已建立了井下瓦斯抽放系统，但仅魏家地矿有瓦斯抽放资料，采用井下钻孔抽放和巷道排放相结合的方法。魏家地矿自投产后已抽放的瓦斯总量为138099万ｍ３(表4)。表4 魏家地矿井瓦斯抽排统计年度 矿井瓦斯涌出量(ｍ３／ｍｉｎ)风排量 抽放量 总 量 (ｍ３／
