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甘肃靖远宝积山矿区煤层气资源开发利用前景

时间：2023-02-20 22:48:51 石油能源论文我要投稿

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作者: 杨世龙吴五同(甘肃煤炭工业管理局局长，高级工程师，730000甘肃兰州)
【摘要】甘肃一些中小型含煤盆地中有小而富的煤层气矿区，靖远煤田宝积山矿区就是其中之一。宝积山矿区煤层气资源可靠，矿井服务年限长，有较完善的瓦斯抽放系统，外部开发条件优越，市场可立足于当地。对这类煤层气抽放条件成熟的矿区进行开发，投资少，见效快，风险较小，具有商业利用的价值，可建设成一个煤层气开发基地。

１概况宝积山矿区位于白银市平川区东北1～６ｋｍ，由靖远矿务局的魏家地矿(设计能力150万ｔ／ａ)、大水头矿(设计能力105万ｔ／ａ)和宝积山矿(设计能力45 万ｔ／ａ)组成，总设计能力300万ｔ／ａ。区内地形平坦，各矿井均有铁路支线及公路相通，交通便利。矿区含煤面积39?65ｋｍ?２，煤炭探明储量为4 ?79亿ｔ(不包括断层影响带的表外储量3893万ｔ及“断层煤”储量1660万ｔ)，储量丰度为1246万ｔ／ｋｍ?２，保有储量4?64亿ｔ。２地质简况下侏罗统为粗碎屑岩夹薄煤，局部分布，厚20～３００ｍ，以微交角不整合于上三叠统之上。中侏罗图1 魏家地矿构造剖面示意图统龙凤山组为主要含煤地层，分布普遍，厚14～１２０ｍ，假整合于下侏罗统之上。中侏罗统王家山组由下部砂岩段和上部油页岩段组成，厚350～３７０ｍ，与下伏龙凤山组为冲刷接触或假整合接触。上侏罗统主要为红色泥岩，厚237 ～５５４ｍ，与下伏王家山组整合接触，并被上覆白垩系不整合覆盖。宝积山矿区构造为一轴向300°～３１０°的复式向斜，略往东南倾伏。煤层倾角一般为5°～２０°。断层主要有位于矿区西南侧的F??１－２?断层组 (图1)。该断层组为逆掩断层，倾角15°～３０°，其上盘覆盖了矿区近一半的范围。F??１－２?断层组中含有煤系地层断块及“断层煤”。该断层组不仅是隔水带(阻隔了白垩系含水层与侏罗系之间的水力联系)，而且阻碍了下盘煤层中煤层气的逸散，使“断层煤”和附近的正常煤层(称为断层影响带)均具有煤与瓦斯突出性质。矿区内自上三叠统至中侏罗统王家山组4套地层中均含有煤层，但主要含煤地层为中侏罗统龙凤山组，其它地层中只含不可采的薄煤层。龙凤山组含可采煤层1～３层(实际上为一层煤，由于煤层分岔形成了3层)，主采1层(煤1)。可采煤层总厚8?0～２２?５ｍ。另外，F??１－２?“断层煤”厚0?33～４５?３４ｍ，平均5?7ｍ。煤类属弱粘煤，部分为不粘煤，个别为气煤。 3 煤层气的基本特征宝积山矿区内的大水头矿和宝积山矿为高沼气表1 宝积山矿区1995年瓦斯涌出量矿井相对涌出量 (ｍ?３／ｔ) 绝对涌出量 (ｍ?３／ｍｉｎ) 设计能力 (万ｔ／ａ) 井煤炭产量 (万ｔ) 备注大水头矿 22?7 9?32 105 - 原设计能力21万ｔ／ａ，1987年起进行改扩建，即将移交生产宝积山矿 26?46 9?13 45 24?4 魏家地矿 45?65 31?11 150 35?2 1989年12月移交投产矿井，魏家地矿为煤与瓦斯突出矿井。矿井瓦斯涌出量大，1995年各矿井相对涌出量22?7～４５?６５ｍ?３／ｔ，最高曾达到164?05ｍ?３／ｔ(魏家地矿，1990)，绝对涌出量9?13～３１?１１ｍ?３／ｍｉｎ，最高为46?73ｍ?３／ｍｉｎ(魏家地矿，1994)(表1)。大水头矿井在89年以前的生产期间曾出现过瓦斯涌出异常，坛状冒顶；发生过3次瓦斯爆炸及燃烧事故。89年10月改扩建以来，在断层带及其影响范围内又出现了3次瓦斯涌出异常情况，在井下打钻时发生过夹钻、顶钻、喷孔现象。魏家地煤矿在1977．８～１９９２．１２期间曾发生过14次煤与瓦斯突出( 或倾出)，其中突出煤量100ｍ?３以上者8次，最大480ｍ?３，一次瓦斯涌出量最高达2万ｍ?３。煤与瓦斯突出深度355～５３０ｍ，范围为F??１－２?断层组至F?３断层之间，而且随着距F??１－２?或F?３逾近，突出的强度愈大，频率愈高。突出点附近煤的强度低，节理、裂隙发育，局部呈粉沫状、糜棱状或鳞片状，坚固性系数ｆ＝０?２３～０?５８，最低仅0?17，煤的破坏类型属Ⅲ-Ⅳ类。宝鸡山矿区魏家地等矿井的气藏类型既有断层遮挡式、断层牵引式，也有岩性封闭式。突出危险区域以裂隙瓦斯涌出为主，有利于抽出。目前工作面瓦斯抽出率达32?6～４５?８％。据仅有的资料分析，区内瓦斯风化带较深，一般为370～５００ｍ(魏家地矿煤层埋深在300ｍ以下)。煤层瓦斯含量4?69～５?６３ｍ?３／ｔ，最高可达表2 宝积山矿区煤层气含量成分矿井样品数含量 (干燥基) (ｍ?３／ｔ) 组分浓度 (%) ＣH?４烃 CO?２Ｎ?２大水头 11 5?02 63?63 11?16 4?33 20?88 宝积山 52 5?63 68?51 5?14 4?73 21?62 魏家地 46 4?69 68?00 6?05 4?35 21?60 表3 宝积水矿区魏家地矿井煤层瓦斯赋存特征瓦斯压力 (MPａ) 吸附常数ａｂ孔隙率ｋｐ (%) 透气性系数 (ｍ?３／ａｔｍ?２·ｄ) 比表面积 (ｍ?２／ｇ) 煤厚 (ｍ) 煤厚变化系数 (ｃ) 煤层顶板孔隙率 (%) 吸水性 (%) １?８８１５?８５４０?０４５６７?１９～７?５００?００２３～０?００６７２２?９７１３?１１１２?６２?２０（７）０~４?８７１?２（６）０?４~２?６ 11?01ｍ?３／ｔ以上。瓦斯成份以CH?４为主，但Ｎ?２、ＣＯ?２含量较高，值得注意的是烃含量也较高，最高可达36?26%(表2)。煤层瓦斯赋存特征见表3。宝积山矿区3个矿井均已建立了井下瓦斯抽放系统，但仅魏家地矿有瓦斯抽放资料，采用井下钻孔抽放和巷道排放相结合的方法。魏家地矿自投产后已抽放的瓦斯总量为1380?99万ｍ?３(表4)。表4 魏家地矿井瓦斯抽排统计年度矿井瓦斯涌出量 (ｍ?３／ｍｉｎ) 风排量抽放量总量 (ｍ?３／ｔ) 抽

放量 (万ｍ?３) １９９０２６?０８６?０３２?０８１６４?０５２３?０１９９１３９?２６５?２４４?４６１２７?５１４６?１９１９９２３６?３０２?５３３８?８２７９?０９１４７?０３１９９３３７?７２６?６３６４４?３５６８２?６３３８０?８０１９９４４６?７３５９?２８３２３?３０１９９５３１?２３４５?８２３５６?４３１９９６年 1-3月 104?24 ４煤层气开发利用建议目前，我国煤层气勘探、开发试验项目均在中、东部地区，而甘肃尚未被列为国家重点煤层气开发区。甘肃省境内除了位于鄂尔多斯盆地西南缘的平凉-庆阳含煤区外，其余侏罗系含煤与煤层气的盆地大多是中小型陆相含煤盆地，面积小者只有数十平方公里，大者也不过上万平方公里。但象宝积山矿区，3个矿井的煤层气小而丰富，资源可靠，埋藏浅，外部开发条件良好，并且一直在进行着以安全采煤为目的的瓦斯抽放，有良好的开发利用前景。至今煤层气从矿井抽出后就地放空，未能收集和利用，是十分可惜的。然而当地就是市场，一旦回收进入市场，就会具有经济价值。可以说尽快开发利用宝积山矿区煤层气的条件是成熟的，如地质条件清楚、成气与气藏条件具备、抽排与监测控制系统现成等。因此，加强在煤层气资源丰富的矿区开展开发利用评价研究很有必要。主要应对产气层(煤)特征、盖层及气藏类型进行评价，重点是优选有利的开发地区，部署井位，进行勘探开发评价，以便推动整体工作的开展。《中国煤层气》第2期(1995)唐晓东、孟英峰所作的“我国煤矿抽放瓦斯利用方案的研究”一文中指出：在常温、低压(0?4～0?8MPａ)下进行的变压吸附净化技术，设备简单，装置可橇装化；其采用活性炭吸附贮运净化瓦斯也是在常温、低压(3～６ＭＰａ)下，可适用于我省宝积山矿区魏家地矿等3个矿井抽放瓦斯的利用。将煤层气抽出就地净化、压缩和吸附，用低压钢瓶贮运，即可作为矿区汽车燃料和普通燃料等。 5 可以获得一定的效益甘肃省靖远煤田宝积山矿区在现有条件的基础上，只需少量投资，增加地面收集、输送、销售方面的供气设备、器具，就能建成一个煤层气开发基地。当煤炭产量达到设计能力，并且优化井下抽放系统，从井下每年都可抽放煤层气2000 万ｍ?３以上，按0?5元／ｍ?３计算，每年可获得1千万元的销售收入。即使近期达不到设计能力，以减半计算，预计每年也能获得500万元的经济收益。考虑到矿区矿井服务年限较长，累计的经济效益将很可观。从社会效益考虑，煤层气的开发利用可大大改善井下安全生产条件，能减少环境污染，又能获得洁净能源。以煤层甲烷1000ｍ?３相当于3～４ｔ煤炭的利用效率计算，利用煤层气无疑于额外地获得了一个小煤矿。此外，通过开发利用宝积山矿区各矿井的煤层气，还可以为小而富的煤层气矿区(井)提供开发利用煤层气的经验。▲

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