黄陵矿区煤层气赋存规律分析及远景评价

胡圣桃，张艳妮

(陕西省一九四煤田地质有限公司，陕西 铜川 727000)

0 引言

黄陵矿区位于黄陇煤田北部，北起葫芦河，南至建庄，东起店头镇、张村驿以东，西至陕、甘交界，行政区划属延安市黄陵县、富县管辖。矿区东西长约36.6 km，南北宽约42.2 km，总面积约1 188.64 km2，含煤面积约1 065.02 km2。矿区目前120万t/a规模以上在建和生产矿井有7个，分别为黄陵矿业有限公司一号煤矿，陕西黄陵二号煤矿有限公司黄陵二号煤矿，富源矿业有限公司党家河煤矿，富县矿业有限公司芦村一号煤矿，陕西省红石岩煤矿，黄陵建庄矿业有限公司建北煤矿，陕西建新煤化有限责任公司建庄煤矿。90万t/a及以上规模生产矿井和在建矿井有2个，为陕西双龙煤业有限公司双龙煤矿和富县矿业公司芦村二号煤矿，其余煤矿生产规模均为30万t/a或60万t/a。煤层气简称瓦斯，是煤炭生成过程中的伴生产物，黄陵一号煤矿发生过瓦斯爆炸事故；黄陵二号煤矿煤层及煤层顶底板均发生过多次瓦斯涌出事故；芦村一号煤矿在副立井掘进至煤层顶板时出现过大量的瓦斯涌出。以上说明黄陵矿区赋存着大量的煤层气资源，煤层气对煤矿生产无疑是较大的隐患，而煤矿企业通常也将其当做有害气体来处理，但是如果能够在煤层采煤之前查明其赋存规律，先行开采煤层气，不但煤矿瓦斯爆炸率将降低70%～85%，而且煤层气作为一种清洁能源将会产生巨大的经济效益。

1 瓦斯资源

1.1 瓦斯分带

根据黄陵矿区历年勘探过程中瓦斯样品测试数据333个(钻孔)，2#煤层瓦斯含量在0～7.03 mL/g之间，其中CH4含量小于10%的钻孔有152个，CH4含量在10%～80%之间的168个，CH4含量大于80%的13个。瓦斯分带主要为N2—CH4带，其中党家河煤矿中部，黄陵一号煤矿南部，黄陵二号煤矿中东部为CO2—N2带，芦村一号煤矿北部，芦村二号煤矿西北部及东部等属CH4带。

1.2 瓦斯分区

根据瓦斯含量测试值，将测试值大于4 m3/t划分为高瓦斯富集区，测试值1～4 m3/t划分为中瓦斯富集区，测试值小于1 m3/t划分低瓦斯富集区。高瓦斯富集区主要分布于党家河煤矿南部、仓村煤矿西部、黄陵二号煤矿中北部和黄陵一号煤矿中北部，总体位于黄陵矿区中部。中高瓦斯富集区主要分布在芦村一号煤矿东部与党家河煤矿西北部以及红石岩煤矿南部；其余大部为低瓦斯富集区，总体位于黄陵矿区的边缘部。

Ⅰ区：高甲烷富集区—主要分布于芦村一、二号煤矿以北区域、四家岔井田、黄陵二号煤矿和黄陵一号煤矿中北部区域及党家河煤矿的部分区域。

Ⅱ区：中甲烷富集区—位于矿区北部芦村井田的南部环形区域、党家河煤矿以北部分区域；南部主要为黄陵二号煤矿中南部聚煤凹陷边沿的环形区域及红石岩煤矿南川煤矿的部分区域；该区为次一级的甲烷富集区域，主要由勘探过程中搜集的煤层瓦斯测试数据(甲烷值1～4 mL/g)和矿区地质构造、油气孔分布等情况而划分。

Ⅲ区：低甲烷区—主要分布在黄陵矿区浅部的红石岩和南川一号煤矿、黄陵一号煤矿浅部区域、苍村煤矿、黄陵二号煤矿的南部区和芦村一号煤矿的东北部、党家河煤矿南部的隆起区，建庄煤矿区域内。

Ⅳ区：主要分布于芦村一号煤矿的东北部。主要指煤层瓦斯勘探程度相对较低，瓦斯资料较少的区域。该区煤层厚度小，煤质变化不大，构造情况简单，一般煤层的甲烷气藏含量较低，基本也可以“Ⅲ区：低瓦斯区”的概念来理解，但对于存在因“油型气藏”影响而划归高甲烷富集区的区域则应区别对待。

1.3 瓦斯资源量估算

估算方法：采用体积法来估算瓦斯资源量。

E=0.01A×B×C×D

式中：E—瓦斯资源量，108m3；A—含气面积，km2；B—煤的空气干燥基含气量，m3/t；C—面积均衡厚度，m；D—煤的视密度，t/m3。

估算参数：估算范围为黄陵矿区内高瓦斯富集区，主要集中在黄陵二号煤矿中北部，黄陵一号煤矿中北部，即黄陵矿区中部。其他中瓦斯及低瓦斯富集区煤层厚度较薄，且处于矿区边缘，瓦斯资源量相对较小，不予估算。

含气面积：404.70 km2。

含气量：资源量估算含气量下限值定为1 m3/t，采用等值线面积均衡法求取煤层平均含气量为2.60 m3/t。

面积均衡厚度：煤层厚度下限值采用0.80 m，煤层厚度采用面积均衡法求得为2.70 m。

煤的视密度：1.37 t/m3。

估算结果：黄陵矿区2#煤层高瓦斯富集区含气面积404.70 km2，总资源量约为38.92×108m3。

2 瓦斯赋存规律及远景评价

2.1 煤岩特性

煤的变质程度：黄陵矿区4-2煤层的变质程度相对较高。但还属I变质阶段之烟煤，即弱粘煤—气煤范畴。由南往北煤层的变质程度逐渐增高，聚煤凹陷的边部高于中心区。黄陵一号煤矿从东往西地层倾角平缓，地层趋于水平，对煤质变化的影响不大；二号煤矿煤层的变质程度略有提高，北部的党家河煤矿和芦村井田煤层的煤质达到QM(34)～1/3JM(35)，同时1/2(ZN)、JM(35)和气煤QM(34)的赋存范围也呈现增大的趋势。

围岩：黄陵矿区含煤地层为侏罗系中统延安组。上覆地层为侏罗中统直罗组、安定组、宜君组等。直罗组上段岩性为灰紫-紫杂色厚层状粉砂岩和细粒砂岩互层，安定组为胶结致密的粉砂岩、宜君组为砾岩，其隔水、隔气性能良好，加之“鄂尔多斯标志层A”构成了煤系地层较好的上覆隔气盖层。从而形成了良好的岩性闭圈，对黄陵矿区的煤系和煤层瓦斯起到了良好的封存作用。

地质构造：黄陵矿区地质构造是在古构造的基础上发展演化而来的。4-2煤层瓦斯受褶皱和断层的影响较大。黄陵二号煤矿主要受两个大的沉积凹陷控制，多产生走向近东西的小型断裂。黄陵一号煤矿背向斜叠加出现，并产生次一级小型凹陷和隆起，一般隆起对煤层瓦斯“富集”，凹陷中心较少。党家河煤矿和芦村井田处在北部单斜斜坡，次级小型凹陷和隆起较发育，煤层瓦斯含量变化不大。

煤厚度：黄陵矿区中心二号煤矿向斜部位煤层较厚，向四周逐渐变薄。一号煤矿东部较薄，西部较厚，凹陷部位煤层厚，隆起部位煤层薄，党家河煤矿和芦村一、二号煤矿南厚北薄。从煤层的生气能力上来看，厚煤层处煤层瓦斯含量较高。

2.2 瓦斯赋存规律

小型构造：原煤瓦斯含量随小型构造的不同而发生变化，一定程度上存在“气帽”现象。

煤层断距：小于10 m的断距一般对煤层瓦斯起“富集”影响，大于10 m的断距对煤层瓦斯起稀释作用。

煤层厚度：原煤瓦斯含量与煤层厚度呈正相关关系。

区位影响：黄陵矿区总体构造形态呈一个大的沉积凹陷单元，聚煤盆地区位影响明显，煤层瓦斯含量总体以凹陷中心高，向四周逐渐趋小。

埋藏深度：煤层埋藏深度对煤层瓦斯含量的大小几乎可以作为评判标尺，埋深越大，煤层瓦斯的含量越高。

2.3 远景评价

由本区煤层气分带及赋存规律可知，位于黄陵一号煤矿、黄陵二号煤矿北部及党家河煤矿的南部约404.70 km2的高瓦斯富集区，且主要为N2—CH4带是黄陵矿区未来瓦斯抽放利用的良好地域。在抽采利用技术方面，黄陵一号煤矿、二号煤矿、党家河煤矿的部分区域均为高甲烷富集区，且煤层的甲烷富集区域广泛。煤层性质为可抽采煤层，宜采取煤层瓦斯井下和地面抽采相结合的方式处理。抽采层位在二号煤矿西部及西北部、一号煤矿东部和东北部宜下深至底，目的为最大限度的混抽油型气，提高可燃气资源利用率。井型以定向、“U”型井为主。在该区域集中抽采不仅可以大幅度降低芦村一号煤矿、党家河煤矿、黄陵一号煤矿以及黄陵二号煤矿安全隐患，而且可以带来良好的经济效益。

3 结语

黄陵矿区不仅蕴藏着丰富的煤炭资源，而且煤层气资源赋存情况较为可观，如何合理地使煤层气资源得到利用且能降低煤矿安全生产是当前可持续发展的重要方向。黄陵矿区瓦斯含量较大，瓦斯地面开采范围广，具有较大的煤层气资源抽采利用潜力，也属于煤层瓦斯和油型气共存区域，一方面应加大井下瓦斯抽采规模，另一方面在地面选择有利区块，进行地面煤层气的抽采和综合利用。井下瓦斯抽采技术上，应根据矿井煤层和顶底板岩层情况，选用水平定向钻孔、梳状定向钻孔技术，抽采煤层瓦斯和煤层顶底板含气层内富含的岩层瓦斯和油型气藏资源。随着煤矿采区的不断延伸，在抽采系统的设计上，应广泛使用管道井，可以缩短抽采管路，便于瓦斯抽采的维护和管理，降低矿井生产成本；同时管道井也可以作为通风井使用，专门用于井下通风。