何利麗基金

㈠ 焦作古漢山井田煤層氣賦存特徵

張小東 王利麗

（河南理工大學資源環境學院 河南焦作 454000）

作者簡介：張小東，1971年生，男，河南溫縣人，博士，講師。主要從事瓦斯地質、煤層氣地質等方面的研究。電子郵箱：z [email protected]。

項目資助：河南理工大學博士基金（編號648513），「河南省焦作煤田煤層氣資源潛力調查評價」等項目的資助。

摘要 本文以焦作煤田古漢山井田為研究區，通過定性分析與定量研究，探討了煤層埋深、頂底板岩性、煤層厚度以及地質構造等因素對煤層含氣性的控制。通過數理統計的方法，得出了埋深、有效埋藏深度以及煤厚與煤層含氣量的回歸方程，並對回歸方程進行了顯著性檢驗。研究結果表明：煤厚、斷裂構造以及埋深是影響古漢山井田煤層氣賦存特徵的主要因素。具體表現為：①隨著煤厚的增加，含氣量線形增大；②隨著埋深和有效埋藏深度的增加，含氣量先是急劇增大，到了一定階段後，增大趨勢變慢，之間具有對數正相關關系；③在斷層尖滅端，含氣量大，斷裂帶內含氣量小；斷層的下降盤的含氣量大於上升盤；同一斷塊中，距離斷層面越遠，含氣量越大。煤層的頂板岩性對含氣量有一定的影響，但不是引起井田內煤層含氣量變化的主控因素。

關鍵詞 古漢山井田 煤層氣 回歸分析 影響因素

Existence Characteristic of CBM in Guhanshan Coalmine of Jiaozuo Coalfield

Zhang Xiaodong，Wang Lili

（College of Resources ＆ Environment，Henan Polytechnic University，Jiaozuo 454000）

Abstract：Used qualitative and quantitative analysis，the influences of the factors such as burial depth and thickness of coal seams，lithology of the roof and floor rocks，and geology structures on CBM-bearing properties had been discussed.By the mathematical statistics，the regression equations about the relationship among the burial depth，the effective burial depth，the thickness of coal seams and CBMcontent had been gained and the test of significance of the equations was done.The results showed：1.Burial depth，seam thickness and fault structures are the main factors to influence on the existence characteristic of CBM in Guhanshan coalmine.The actual features are：（1）With the increase of seam thickness，CBM-content increases in a linearity；（2）The relationship among burial depth，the effective burial depth and CBM-content is positive correlation in a logarithm；（3）the gas-content at the vanishing end of faults is higher and is low with the zones of faults.Gas content in down-thrown side of fault is higher than that in up-thrown side；with increase of the distance from fault，the gas content becomes higher insider the same fault block；2.The lithology of the roof and the floor rocks has certain influence on gas content，but not the main factor to control the change of gas content.

Keywords：Guhanshan coalmine；CBM；regression analysis；factors

前言

焦作礦區是我國優質無煙煤的產出基地之一，蘊藏著豐富的煤層氣資源，礦區與已經取得勘探開發重大突破，並作為我國第一個已商業化規模開採的山西省沁水煤層氣田緊鄰，具有較好的煤層氣勘探開發條件^[1]。根據中國煤田地質總局的煤層氣資源調查研究結果，該區在2000m以淺、風化帶以深、含氣量4m³/t以上的可採煤層的煤層氣資源量為1100×10⁸m³，資源豐度為2.31×10⁸m³/km²，並被劃分為煤層氣較為有利的目標區^[2]。作為目前焦作礦區的主要生產礦井之一，古漢山煤礦自開采至今，已發生3次煤與瓦斯突出。自建井以來，該礦每年要投入大量的入力和物力用於防治煤與瓦斯突出。將瓦斯災害轉化為煤層氣資源加以利用，不僅可從根本上達到防治該礦煤與瓦斯突出事故發生的目的，也對資源的有效利用和當地環境保護具有重要的現實意義。

本文根據井田煤層含氣量的分布變化規律，系統探討了地質構造、埋深、煤厚以及頂底板岩性對煤層氣賦存的控製作用，藉助於數理統計分析方法，找出煤層含氣量的主控因素，為古漢山礦的瓦斯突出和煤層氣資源的勘探開發提供指導作用。

1 井田地質構造特徵

焦作煤田位於太行山復背斜隆起的東南側，處於濟源-開封凹陷的西北部，區內廣泛發育自燕山運動以來所生成的各種構造形跡，主要以斷裂構造為主，褶皺構造表現微弱。區內岩漿活動較弱。

古漢山井田介於古漢山斷層和油房蔣斷層之間。煤系地層走向為NE40°，傾向SE，傾角12°～19°。井田內較大的斷裂構造分布稀疏，且均為高角度正斷層，屬於構造簡單井田。井田內中小構造特徵及分布規律如下：

斷層：井田內已揭露斷層均為正斷層，走向多為EW及NW，傾角從30°～75°不等，斷層附近岩、煤層垂直節理發育，頂板多有揉皺現象。

褶曲：褶曲總體特徵表現為寬緩的構造形態，向、背斜軸間距150m左右，局部出現小褶曲，頂板滑動面發育，岩、煤層強度受到影響，給煤層開采帶來負面影響。

2 煤層含氣量的分布規律

井田內主要含煤建造為石炭、二疊系含煤地層，共計含煤13層，其中，只有二₁煤和一₂煤兩層達到可采厚度。二疊系山西組底部二₁煤層結構簡單，煤層均厚為5.0m，屬較穩定型中厚煤層，為本研究項目的目的層。本次研究收集到的含氣量資料共計35個，其中，通過鑽孔取心測得的含氣量數據23個，斷層不同部位的實測含氣量數據12個。在埋深158～951m的范圍內，含氣量分布在8.08～32m³/t之間。

就整個井田而言，自東向西，含氣量有增大的趨勢，而由南向北，含氣量呈現減小的趨勢；在同一斷塊內，距離斷裂帶越近，含氣量較小，但在斷層尖滅端附近，含氣量往往較大；深部斷塊的含氣量高於淺部。

3 控制煤層含氣量的因素

在相關因素對含氣量的影響關系探討前，需要對所搜集到的含氣量數據進行可適性分析。鑽孔取心數據23個中，甲烷成分含量小於80%，屬於甲烷風化帶以上，在本次研究中，這些數據不予考慮（共5個）；斷層不同部位的實測含氣量數據15個，含氣量受斷層構造的影響較大，因此，在探討煤厚、埋深等因素對含氣量影響時，這部分數據僅可作為參考。

3.1 煤厚對含氣量的影響

根據可使用的含氣量數據，得到的煤層厚度與含氣量的關系見圖1。

由圖1，可以看出，煤層厚度與含氣量之間存在正相關關系，相關方程式為：

W=6.9178*h-14.262（R=0.62）

式中：W——含氣量（m³/t）；h——煤層厚度（m）。

該回歸方程的顯著性檢驗表明，對於給定的顯著性水平α=0.05，查得t_0.025（11）=2.2010，而根據數據點計算得到的 t=2.6200，t ＞t_0.025（11），所以在顯著性水平 α=0.05下，上述回歸方程是顯著的。進而可以得出，煤厚是影響古漢山井田煤層含氣量的主要因素之一。

圖1 煤厚（h）與含氣量（W）關系

表3 煤樣及煤層頂板岩樣的孔隙結構參數

由此可以看出，古漢山井田煤層的頂、底板岩性均有利於煤層氣的保存，但由於其相對穩定的分布特徵，可以推測，井田煤層頂、底板岩性對不是引起含氣量變化的主要因素。

4 結論

（1）煤層厚度對古漢山井田煤層含氣量的影響較大，厚度越大，含氣量就越大，兩者呈線性正相關關系。

（2）煤層埋深和有效埋藏深度也有較大影響。在埋深和有效埋藏深度較小的區域，隨著深度的增加，含氣量快速增大；當埋深到400m，有效埋深在250m左右時，含氣量隨著深度增加，其增大趨勢減緩。

（3）地質構造對含氣量的影響表現為：斷層尖滅端附近，含氣量大，而斷裂帶內含氣量小；斷層的下降盤的含氣量明顯大於上升盤；同一斷塊中，距離斷層面越遠，含氣量越大；並且距斷層面越遠的煤層，含氣量越大。

（4）古漢山井田煤層頂、底板岩性有利於煤層氣的富集，但不是影響該井田煤層含氣量變化的主要原因。

致謝：論文研究過程中，焦作礦務局水文地質勘探公司總工刑會安，焦作煤業集團古漢山礦地質科靳發貴科長、安檢科楊學俊副科長提供了有關資料。孔隙結構參數測試得到了中國礦業大學測試中心的張井高級工程師和唐家祥工程師的幫助，在此一並表示感謝。

參考文獻

[1]貟三強，田張麗.2005.河南焦作礦區二₁煤儲層特徵及煤層氣資源潛力評價[J].中國煤田地質，17（6）：13～16

[2]葉建平，秦勇，林大楊.1998.中國煤層氣資源[M].徐州：中國礦業大學出版杜，124～184，208～217

[3]王鳳國，李蘭傑，徐德紅.2003.華北地區煤層含氣性影響因素探討[J].焦作工學院學報，22（2）：88～90

[4]宋志敏，孟召平.2002.焦作礦區山西組二₁煤層含氣量的控制因素探討[J].中國礦業大學學報，31（2）：179～181

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