何利丽基金

㈠ 焦作古汉山井田煤层气赋存特征

张小东 王利丽

（河南理工大学资源环境学院 河南焦作 454000）

作者简介：张小东，1971年生，男，河南温县人，博士，讲师。主要从事瓦斯地质、煤层气地质等方面的研究。电子邮箱：z [email protected]。

项目资助：河南理工大学博士基金（编号648513），“河南省焦作煤田煤层气资源潜力调查评价”等项目的资助。

摘要 本文以焦作煤田古汉山井田为研究区，通过定性分析与定量研究，探讨了煤层埋深、顶底板岩性、煤层厚度以及地质构造等因素对煤层含气性的控制。通过数理统计的方法，得出了埋深、有效埋藏深度以及煤厚与煤层含气量的回归方程，并对回归方程进行了显著性检验。研究结果表明：煤厚、断裂构造以及埋深是影响古汉山井田煤层气赋存特征的主要因素。具体表现为：①随着煤厚的增加，含气量线形增大；②随着埋深和有效埋藏深度的增加，含气量先是急剧增大，到了一定阶段后，增大趋势变慢，之间具有对数正相关关系；③在断层尖灭端，含气量大，断裂带内含气量小；断层的下降盘的含气量大于上升盘；同一断块中，距离断层面越远，含气量越大。煤层的顶板岩性对含气量有一定的影响，但不是引起井田内煤层含气量变化的主控因素。

关键词 古汉山井田 煤层气 回归分析 影响因素

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

焦作矿区是我国优质无烟煤的产出基地之一，蕴藏着丰富的煤层气资源，矿区与已经取得勘探开发重大突破，并作为我国第一个已商业化规模开采的山西省沁水煤层气田紧邻，具有较好的煤层气勘探开发条件^[1]。根据中国煤田地质总局的煤层气资源调查研究结果，该区在2000m以浅、风化带以深、含气量4m³/t以上的可采煤层的煤层气资源量为1100×10⁸m³，资源丰度为2.31×10⁸m³/km²，并被划分为煤层气较为有利的目标区^[2]。作为目前焦作矿区的主要生产矿井之一，古汉山煤矿自开采至今，已发生3次煤与瓦斯突出。自建井以来，该矿每年要投入大量的入力和物力用于防治煤与瓦斯突出。将瓦斯灾害转化为煤层气资源加以利用，不仅可从根本上达到防治该矿煤与瓦斯突出事故发生的目的，也对资源的有效利用和当地环境保护具有重要的现实意义。

本文根据井田煤层含气量的分布变化规律，系统探讨了地质构造、埋深、煤厚以及顶底板岩性对煤层气赋存的控制作用，借助于数理统计分析方法，找出煤层含气量的主控因素，为古汉山矿的瓦斯突出和煤层气资源的勘探开发提供指导作用。

1 井田地质构造特征

焦作煤田位于太行山复背斜隆起的东南侧，处于济源-开封凹陷的西北部，区内广泛发育自燕山运动以来所生成的各种构造形迹，主要以断裂构造为主，褶皱构造表现微弱。区内岩浆活动较弱。

古汉山井田介于古汉山断层和油房蒋断层之间。煤系地层走向为NE40°，倾向SE，倾角12°～19°。井田内较大的断裂构造分布稀疏，且均为高角度正断层，属于构造简单井田。井田内中小构造特征及分布规律如下：

断层：井田内已揭露断层均为正断层，走向多为EW及NW，倾角从30°～75°不等，断层附近岩、煤层垂直节理发育，顶板多有揉皱现象。

褶曲：褶曲总体特征表现为宽缓的构造形态，向、背斜轴间距150m左右，局部出现小褶曲，顶板滑动面发育，岩、煤层强度受到影响，给煤层开采带来负面影响。

2 煤层含气量的分布规律

井田内主要含煤建造为石炭、二叠系含煤地层，共计含煤13层，其中，只有二₁煤和一₂煤两层达到可采厚度。二叠系山西组底部二₁煤层结构简单，煤层均厚为5.0m，属较稳定型中厚煤层，为本研究项目的目的层。本次研究收集到的含气量资料共计35个，其中，通过钻孔取心测得的含气量数据23个，断层不同部位的实测含气量数据12个。在埋深158～951m的范围内，含气量分布在8.08～32m³/t之间。

就整个井田而言，自东向西，含气量有增大的趋势，而由南向北，含气量呈现减小的趋势；在同一断块内，距离断裂带越近，含气量较小，但在断层尖灭端附近，含气量往往较大；深部断块的含气量高于浅部。

3 控制煤层含气量的因素

在相关因素对含气量的影响关系探讨前，需要对所搜集到的含气量数据进行可适性分析。钻孔取心数据23个中，甲烷成分含量小于80%，属于甲烷风化带以上，在本次研究中，这些数据不予考虑（共5个）；断层不同部位的实测含气量数据15个，含气量受断层构造的影响较大，因此，在探讨煤厚、埋深等因素对含气量影响时，这部分数据仅可作为参考。

3.1 煤厚对含气量的影响

根据可使用的含气量数据，得到的煤层厚度与含气量的关系见图1。

由图1，可以看出，煤层厚度与含气量之间存在正相关关系，相关方程式为：

W=6.9178*h-14.262（R=0.62）

式中：W——含气量（m³/t）；h——煤层厚度（m）。

该回归方程的显著性检验表明，对于给定的显著性水平α=0.05，查得t_0.025（11）=2.2010，而根据数据点计算得到的 t=2.6200，t ＞t_0.025（11），所以在显著性水平 α=0.05下，上述回归方程是显著的。进而可以得出，煤厚是影响古汉山井田煤层含气量的主要因素之一。

图1 煤厚（h）与含气量（W）关系

表3 煤样及煤层顶板岩样的孔隙结构参数

由此可以看出，古汉山井田煤层的顶、底板岩性均有利于煤层气的保存，但由于其相对稳定的分布特征，可以推测，井田煤层顶、底板岩性对不是引起含气量变化的主要因素。

4 结论

（1）煤层厚度对古汉山井田煤层含气量的影响较大，厚度越大，含气量就越大，两者呈线性正相关关系。

（2）煤层埋深和有效埋藏深度也有较大影响。在埋深和有效埋藏深度较小的区域，随着深度的增加，含气量快速增大；当埋深到400m，有效埋深在250m左右时，含气量随着深度增加，其增大趋势减缓。

（3）地质构造对含气量的影响表现为：断层尖灭端附近，含气量大，而断裂带内含气量小；断层的下降盘的含气量明显大于上升盘；同一断块中，距离断层面越远，含气量越大；并且距断层面越远的煤层，含气量越大。

（4）古汉山井田煤层顶、底板岩性有利于煤层气的富集，但不是影响该井田煤层含气量变化的主要原因。

致谢：论文研究过程中，焦作矿务局水文地质勘探公司总工刑会安，焦作煤业集团古汉山矿地质科靳发贵科长、安检科杨学俊副科长提供了有关资料。孔隙结构参数测试得到了中国矿业大学测试中心的张井高级工程师和唐家祥工程师的帮助，在此一并表示感谢。

参考文献

[1]贠三强，田张丽.2005.河南焦作矿区二₁煤储层特征及煤层气资源潜力评价[J].中国煤田地质，17（6）：13～16

[2]叶建平，秦勇，林大杨.1998.中国煤层气资源[M].徐州：中国矿业大学出版杜，124～184，208～217

[3]王凤国，李兰杰，徐德红.2003.华北地区煤层含气性影响因素探讨[J].焦作工学院学报，22（2）：88～90

[4]宋志敏，孟召平.2002.焦作矿区山西组二₁煤层含气量的控制因素探讨[J].中国矿业大学学报，31（2）：179～181

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