平顶山矿区戊、己煤层瓦斯特征及其赋存条件分析

常军敏

[摘要]主要对河南省平顶山矿区瓦斯赋存情况的分析研究，以指导煤矿预防瓦斯事故及合理开发利用提供科学依据。

[关键词]瓦斯 分析 处理 利用

中图分类号：TQ53 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2009）0720002－01

一、概况

平顶山矿区位于河南省中部，是我国中南地区最大的炼焦煤基地，含煤面积650km2。矿区以李口向斜为主体构造，向斜呈北西向枢纽倾伏的箕形宽缓褶曲，两翼基本对称。含煤地层为石炭系和二叠系，含煤7组60～88层，主要可采煤层10层，自上而下分别为：二叠系的丙3、丁5、丁6、戊8、戊9、戊10、己15、己16、己17和石炭系的庚20煤层，其中戊、己组煤层厚度大、分布广、储量丰富，是本矿区目前开采的主要煤层，而且瓦斯含量高、资源量丰富，因此通过对本区戊、己组煤层瓦斯资料进行收集、整理、分析，具有必要性又有可行性，可以为矿区在向深部开发过程中的瓦斯治理以及瓦斯作为洁净能源进行开发提供参考依据。

二、煤层瓦斯特征

（一）煤层瓦斯成分。本区戊、己组煤层瓦斯中含有二氧化碳（CO2）、氮气（N2）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）等气体，其主要成分为甲烷（CH4）。由于本区勘探阶段采样点主要位于矿区中深部，CH4气体多数大于70～80%，CO2、N2相对较低。

根据瓦斯分带划分标准，对瓦斯带内的瓦斯样品点资料进行统计分析（见表1），可以进一步发现本区戊、己煤层瓦斯成分的特点：CH4气体占绝对优势，其平均值：戊组为87.44%，己组为84.39%，个别样品点CH4值更高，达到95%以上。另一个特点是本区煤层瓦斯成分中，含有重烃气体，不仅含量较高，而且种类齐全，己组煤中表现更为明显。如20-12孔，煤层瓦斯中含有C2H6、C3H8，C2H6高达28.42%，C3H8为4.48%。

（二）煤层瓦斯含量。本区CH4在瓦斯成分中占绝对优势，因此在对本区戊、己煤层瓦斯含量分析时，仅指CH4气体含量（包括C2H6、C3H8等重烃）。在瓦斯带内，戊组煤层CH4含量最小值2.34m3/tdaf，最大值13.99m3/

Tdaf，平均值8.03m3/tdaf；己组煤层CH4含量最小值0.59m3/tdaf，最大值16.83m3/tdaf，平均值8.94m3/tdaf。

矿区戊、己煤层CH4赋存因地质构造、煤厚变化、煤变质程度等因素影响造成局部范围内不同煤层、不同地区、不同水平而有所不同，但总的赋存特点是随煤层埋深增加，CH4含量增大（见表2）。在矿区平面分布上呈现西部低、东部高、南部低、北部高的格局，煤层CH4含量值与煤层底板等高线趋势大体一致，反映了CH4含量与煤层埋深呈现一定的规律性变化。

（三）煤层瓦斯解吸特征。本区煤层瓦斯含量多采用解吸法测定，瓦斯含量由三部分组成，包括损失瓦斯量、解吸瓦斯量、残存瓦斯量。通过对解吸过程进行分析，具有以下2个特点：

1．解吸速度快。现场进行瓦斯解吸时，初始阶段瓦斯释放迅速而量大，随着解吸时间的延长，瓦斯释放逐渐减慢而量小，据统计，63%的解吸瓦斯量所用时间均少于一天，瓦斯解吸速度快。

2．损失瓦斯量占的比重大。损失瓦斯量是指煤样在钻孔内及空气中暴露散失的量，损失量通过计算或图解法求出，据统计，损失瓦斯量占总瓦斯含量的比例为20-70%，一般为40-60%，平均高达45%。

（四）煤层瓦斯吸附特征。煤中瓦斯主要以吸附状态存在，煤中瓦斯含量的多少取决于煤吸附瓦斯的容量。通过对本区煤的瓦斯吸附试验资料分析，该区戊、己煤瓦斯吸附具有以下特征：

1．在瓦斯压力较低（1.5Mpa以下）时，瓦斯吸附量与压力呈正比例关系，煤层瓦斯吸附量随着瓦斯压力的增大而增大。

2．当瓦斯压力值达到一定值（4.0Mpa）后，瓦斯压力增大而瓦斯吸附量变化微小，趋于饱和状态，吸附饱和之后，压力增大吸附量不再增加。

3．从本区所测定的瓦斯含量值看，均低于饱和状态下的瓦斯最大吸附量，因而该区瓦斯在煤体中均处于不饱和状态。

三、煤层瓦斯赋存条件简析

（一）生、储条件。平顶山煤田属于多煤种煤田，同一煤层，煤的变质程度随煤层埋藏深度的增加而增加，挥发分降低；在同一位置上的不同煤层从上而下变质程度依次增高，同一煤层随着煤层埋藏深度的增加，变质程度也增高。此外，沿煤层走向自西向东存在着变质程度增高的趋势。煤种呈带状分布，有气煤、肥煤、1/3焦煤、焦煤、瘦煤等，其中以肥煤、1/3焦煤、焦煤为主，属于中等变质及中高变质的煤。甲烷生、储类型以多生低储类型为主。此类型煤的生气量大于最大吸附量，甲烷含量不再受生气量的控制，煤的吸附能力低，孔隙度小，但内生裂隙最发育，煤层透气性较好。

（二）良好的盖层封闭条件。从煤层的顶底板岩性看，大多为泥岩、砂质泥岩，只在局部地段为砂岩，其岩性大多致密完整，透气性差，具有良好的封闭性能。

（三）有利的构造保存条件。平顶山煤田为断块隆起构造单元，煤田周围为凹陷带，主体构造为一复式向斜，次级构造背斜及高角度正断层发育，地质构造与瓦斯赋存关系密切。向斜轴部埋藏深度大，瓦斯含量明显增高。逆断层受挤压应力作用而成，属于封闭性构造，使煤层瓦斯聚集，有利于瓦斯的保存。区内正断层在张应力作用下，导致煤层裂隙发育，增大了煤层的透气性，有利于瓦斯抽放。总之，平顶山煤田的地质构造格局，既有利于煤层瓦斯的保存，又可局部改善煤层的透气性，因而有利于煤层瓦斯的开发。