新疆拜城县众维煤矿煤层瓦斯赋存特征分析

2022-05-09熊昌银杨仁涛沈宝存文谟云佘争辉

中国煤炭地质 2022年4期

熊昌银，杨仁涛，沈宝存，文谟云，佘争辉

(中煤湖北地质局集团有限公司西北分公司，乌鲁木齐 830000)

0 引言

从国内市场的发展现况来看，煤炭行业要想保持持续的健康发展，首先需要解决的问题就是瓦斯事故。煤矿瓦斯事故的发生不仅会造成巨大经济损失，还会对周围地区的居民、生物的安全产生不良影响。伴随煤矿开采工作的不断深入，在固有的煤层之中会出现含量更高的瓦斯以及更大的瓦斯压力，此类现象的出现对矿井瓦斯防治工作会产生十分不利的影响[1-3]。

因此，进行瓦斯赋存研究进而对其进行防治便显得极为重要[4-5]。本次研究专注新疆库拜煤田阿克苏众维煤矿地下瓦斯赋存情况，从其赋存规律入手，深入研究该矿瓦斯储量规模，进而为指导该矿地下生产及煤层气开采提出指导意见，从降低该矿安全风险、提升该矿经济价值的角度来看具有现实意义[6-7]。

1 地质概况

众维煤矿位于天山南麓，地形走向北东—南西，呈向南东倾斜的单面山。地形起伏较大，总体地势北高南低，北坡陡、悬崖交错，南坡缓，沟谷密布。海拔2 015～3 012m，最大比高997m，一般比高500m，基岩大面积出露，属强烈切割的中高山区[8-9]。

2 工作方法

收集了工区及邻区已有钻孔资料和瓦斯资料，并补充施工一个瓦斯钻孔，完成了相关瓦斯样品测试，基于钻井、岩心观察、各种分析测试等资料，以下侏罗统塔里奇克组煤层瓦斯为研究对象，以地质评价手段为依据重点对其煤阶、构造类型、沉积环境、煤层厚度、井田水文地质特征等进行深入研究，结合各钻孔瓦斯样品分析测试数据，研究了井田内煤层瓦斯赋存规律[10-14]。采用野外剖面测量、地质填图、钻孔施工、煤样及瓦斯样品采集与测试分析等各种方法手段(图1、图2)。归纳起来主要包括定性化研究、综合分析和定量研究3个方面。

图1 众维煤矿钻孔布置Figure 1 Boreholes layout in Zhongwei coalmine

图2 井田地形地貌Figure 2 Minefield landform

1)定性化研究。定性化研究主要用偏光显微镜进行的微相研究工作，所研究的主要是在普通煤岩学显微镜下可观察到的煤炭裂隙描述、煤体结构等方面的内容，也包括部分显微镜下可见的沉积构造特征。主要应用到偏光显微镜、扫描电镜分析等。

2)综合分析。通过对岩性标志、岩石结构和颜色、层理、沉积构造、成岩特征、化石和生物构造和各种相关测试分析等手段，进行系统的煤阶、构造类型、沉积环境、煤层厚度、井田水文地质特征分析，查明瓦斯赋存规律及其控气因素。

3)定量研究。依据《煤层气资源勘查技术规范》(GB/T 29119—2012),选用体积法估算了矿区内煤层气资源储量，为矿区气体资源赋存情况提供了初步的定量研究。

3 矿区地质

矿区基岩大面积出露，仅西部有少量第四系分布。据施工钻孔揭露和基岩出露情况，矿区地层主要有上三叠统黄山街组(T3h)、下侏罗统塔里奇克组(J1t)、阿合组(J1a)、阳霞组(J1y)、中侏罗统克孜努尔组(J2k)及第四系(Q)。

矿区总体构造形态为一单斜，地层走向东偏北40°～60°，只在西端地层走向发生部分变化，为120°～140°。倾向135°～165°，倾角25°～40°，一般30°，断层不发育，构造简单。

矿区断裂不发育，钻孔及采掘巷道中未发现断层，地表填图发现断层7条，断距多在10m以下，延续长度一般为几十米，对煤层开采基本没有影响。

4 矿区煤层赋存特征

矿区内含煤地层为下侏罗统塔里奇克组(J1t)、阳霞组(J1y)和中侏罗统克孜努尔组(J2k)。其中塔里奇克组含煤性好，煤层较稳定，可采厚度较大，为井田主要含煤地层；阳霞组含煤三层，厚度较薄，为局部可采或不可采；而克孜努尔组含煤地层在本区内未发育煤层。

5 水文地质条件

矿区地形属中高山区，基岩裸露，第四系覆盖较少，地势总体呈西北高东南低，地形有利于自然排水。气候干燥，蒸发强于降水。依据我国煤炭行业标准《煤矿床水文地质、工程地质及环境地质勘查评价标准》(MT/T1091—2008)，将井田水文地质勘查类型划为二类二型，即以裂隙含水层充水为主，水文地质条件中等的矿床。

6 煤岩特征及含气量测试

钻孔所取煤岩样品，宏观煤岩类型界限清晰，成分可辨，原生结构遭受轻微破坏，大部分层理易辨。煤中裂隙较为发育，面割理4条/6cm，端割理2条/3cm，质地较为坚硬，用手难掰断。煤体呈灰黑色，沥青光泽，深黑色条痕，煤岩主要以半暗煤为主，总体光泽较弱至较强，块状构造，参差状断口(图3)。

图3 钻孔ZK1-9煤岩样品Figure 3 Coal and rock samples from borehole ZK 1-9

ZK1-9煤层气孔A6煤层采集了1个自然解吸样品，样品的空气干燥基气含量0.58cm3/g；干燥无灰基气含量0.66cm3/g。

759.92～760.22m采集了1个自然解吸样品，样品的空气干燥基气含量10.07cm3/g；干燥无灰基气含量11.26cm3/g。

760.92～761.22m采集了1个自然解吸样品，样品的空气干燥基气含量3.50cm3/g；干燥无灰基气含量3.82cm3/g。

761.52～761.82m采集了1个自然解吸样品，样品的空气干燥基气含量9.42cm3/g；干燥无灰基气含量10.50cm3/g。

799.65～799.95m采集了1个自然解吸样品，样品的空气干燥基气含量8.92cm3/g；干燥无灰基气含量17.35cm3/g。

809.35～810.15m采集了1个自然解吸样品，样品的空气干燥基气含量7.01cm3/g；干燥无灰基气含量8.47cm3/g。

826.60～826.95m采集了1个自然解吸样品，样品的空气干燥基气含量8.28cm3/g；干燥无灰基气含量10.61cm3/g。

A1煤层采集了4个自然解吸样品，样品的空气干燥基气含量平均11.34cm3/g；干燥无灰基气含量平均12.74cm3/g。

除了施工ZK1-9煤层气孔，另外还施工一个煤炭钻孔ZK6-9，在ZK6-9钻孔中对可采煤层B2进行现场解析并采取瓦斯样1个。另外利用前人瓦斯样品4件。本区A1煤层瓦斯采样深度295.60～1 268.95m，A6煤层瓦斯采样深度393.39～1 179.58m，B2煤层瓦斯采样深度634.76m。各煤层瓦斯成分测试结果见表1。

7 瓦斯赋存情况分析

7.1 瓦斯成分

本区A1煤层瓦斯采样深度295.60～1 268.95m，A6煤层瓦斯采样深度393.39～1 179.58m，B2煤层瓦斯采样深度634.76m。

表1 各煤层瓦斯成分测试结果

煤层CH4(含C2H6)成分为16.88%～93.58%，CO2成分为1.44%～26.05%，N2成分为2.72%～57.07%；数据分析显示，可燃气体(CH4、C2H6)成分与煤层埋深呈线性相关(图4)。

煤层埋深/m图4 可燃气体浓度与煤层埋深关系Figure 4 Relationship between combustible gasconcentration and coal seam buried depth

7.2 瓦斯含量

在取样深度范围内，各煤层瓦斯含量测试结果见表2。

A1煤层CH4(含C2H6)含量为5.89～10.60mL/g，CO2含量为0.70～0.96mL/g，N2含量为2.84～11.33mL/g；A6煤层CH4(含C2H6)含量为1.66～1.75mL/g，CO2含量为0.24 ～0.29mL/g，N2含量为1.00～6.17mL/g；B2煤层CH4(含C2H6)含量为0.583mL/g，CO2含量为0.489mL/g，N2含量为1.282mL/g。

数据分析显示，瓦斯(CH4、C2H6)含量与煤层埋深呈一定的线性相关(图5)。