（采矿工程专业论文）盘江矿区煤层气钻孔抽放钻场布置及钻孔参数优选.pdf

摘要 本文根据矿井煤炭开采引起并下煤层气压力降低的原理，以盘江矿区开采煤层为研 究对象，分析了盘江矿区煤层气的储量和赋存条件；在对影响煤层透气性的各类因素分 析的基础之上，利用钻孔径向流量法及其透气性系数计算公式对盘江矿区各开采煤层的 透气性进行评价，结果表明，盘江矿区目前开采的3 、5 、1 2 、1 7 、1 8 号煤层均为低透 气性煤层；在对影响煤层气生储的各类因素分析的基础之上，利用区间数的模糊综合评 价法对矿区各开采煤层进行评价，结果表明，盘江矿区目前开采的煤层中煤层气赋存条 件良好，“良、优”的煤层多集中在矿区的深部，同时对矿区煤层气储量进行了计算， 在本文作者统计的范围内，计算盘关向斜、土城向斜、照子河向斜、水塘向斜、旧普安 向斜共5 个向斜埋深在2 0 0 1 5 0 0 m 的煤层气资源总量，共约5 6 0 0 亿m 3 ；本文认真分析 了煤层气在抽放过程中经历的解吸、扩散和渗流三个阶段，认为煤层气卸压是煤层气大 量流动的关键；建立了盘江矿区煤层气钻孔抽放钻场布置及钻孔参数优选系统，通过对 盘江矿区老屋基矿1 2 1 2 1 7 工作面煤层气钻孔抽放方法选择，结果表明，盘江矿区煤层 气钻孔抽放钻场布置及钻孔参数优选系统是可行的，思路和整体框架是正确的，有一定 的实用价值。 关键词：盘江矿区、煤层气、煤层透气性、模糊评价、煤层气抽放、优选 工 t h i sa r t i c l ea c c o r d i n gt om i n ep i tc o a lm i n i n gt oc a u s et h ep r i n c i p l ew h i c ht h em l n es h a f tc o a lb e dg a s p r e s s u r er e d t c c s t a k i n gt h ep a n j i a n gm i i l i n ga r e am i n i n gc o a lb e da st h er e s e a r c ho h j e 瓯i th a sa n a l y z e d t h er e s e r v e sa n dt h es a v e sc o n d i t i o nw h i c ht h ep a n i i a n gm i n i n ga r e ac o a lb e dw a sm a d ；i nt oa f f e c t st h e c o a lb e dp e r m e a b l ee a c hk i n do f f a c t o ra n a l y s i sa b o v et h ef o u n d a t i o n 。g a m e so nt h ea p p r a i s a lu s i n gt h e m e t h o do fd d l ih o l er a d i a if l o wa n di t st h ep e r m e a b l ec o e f f i c i e n tf o r m u l at ot h ep a n j i a n gm i n i n g a r e ae a c hm i n i n gc o a lb e dp e r m e a b i l i t y 。f i n a u yi n d i c a t e d ，a tt h ep a n j i a n gm i n i n ga t e a ，t h em i n i n g c o a ib e d sa r e3 、5 、1 2 、1 7 、1 8c o a ib e d s w h i c ha r el o wp e r m e a b l ec o a ib e d s ：l nt oa f f e c t sa b o v e e a c hk i n do ff a c t o ra n a l y s i sf o u n d a t i o nw h i c ht h ec o a ig a sw e r eg e n e r a t i o na n ds t o r a g e ，c a r r i e so n t h ea p p r a i s a lu s i n gt h es e c t o rn u m b e rf u z z ys y n t h e s i sa p p r a i s a ll a wt ot n em i n i n ga r e ae a c h m i n i n gc o a ib e d 。f i n a l l yi n d i c a t e d 。a tt h ep a n j i a nm i n i n ga r e a ，t h ec o n d i t i o no ft h ec o a ib e dg a so f t h em i n i 嘣c o a lb e d sa r eg o o d ，t h ec o a lb e dg a sw h i c hi sg o o da n ds u p e r i o rc o n c e n t r a t e si nt h e m i n i n ga r e ad e p t hp o r t i o n ：s i m u l t a n e o u s l y ，t ot h em i n i n ga r e ac o a ib e dg a sw a sm a dt h er e s e r v e s h a sc a r r i e do nt h ec o m p u t a t i o n 。c o g n 抽n gi nt h i sa r i i c l ea u t h o ri ns c o p e c o u n t i n gt h es y n c l i n eo f p a n g u a n ，t h es y n d i n eo ft u c h e n g 。t h es y n c l i n eo fz h e o z i h e ，t h es y n c l i n eo fs h u i t a n g ，t h e s y n c l i n e lo fj i u p u a nw h i c ht h es y n c l i n eb u 喇n gd e p t hi sm a dt h er e s o u r c e st o t a it t u a n t i t yo ft h e c o a lb e dg a si n2 0 0 - 1 5 0 0m e t e i s , a b o u t6 0b i l l i o nc u b i cm e t e r s ：t h i sa r t i c l ee a m e s i t ya n a l y z e dt h e c o a ib e dg a st ob em a di nt h ep r o c e s si np u l l e do u tp u t st oe x p e r i e n c et h ea d s o r p t i o ns t r i p p i n g ， t h ep r o l i f e r a t i o na n dt h et r a n s f u s i o nt h f e es t a g e s t h o u g h tt h ec o a lb e dg a si sm a dt h em a s s e m o b i l ek e y sw h i c hw e r em a dt h er e l e a s eo ft a r e s s u r e ；e s t a b l i s h e dt h e 随= t t e rc h o s e no ft h ef i e l d a r r a n g e m e n to ft h ed d l ih o l ep u i i so u tp u t t i n gd d u sa n dt h ed r i l lh o l ep a r a m e t e ro ft h ec o a ib e dg a s i np a n j i a n gm i n i n ga r e a t h r o u g ht oc h o o s et h ec o a ib e d sg a so ft h ed d l lh o l ep u l l e do u tp u t st h e m e t h o d o f t h e l 2 1 2 1 7 w o r k i n gs u r f a c e s o f t h e o r e o f l a o w u j i o f h e p a n j i a n g m i n i n ga r e a f i n a l l y i n d i c t e d t h es ：；s t e mo ft h ed r i l ih o l ep u l l e do u tp u t sd r i l l st h ef i e l da r r a n g e m e n ta n dt h ed r i l ih o l e p a r a m e t e rv o t eo f t h ec o a ib e dg a so ft h ep a n j i a n gm i n i n ga r e ai sf e a s i b l e t h em e n t a l i t ya n dt h e o v e r a l lf r a m ea r ec o r r e c t ，h a st h ec e r t a i np r a c t i c a lv a l u e k e yw o r d s ：p a n j i a n gm i m n ga r e a 、c o a lb e dg a s 、c o a lb e dg a sp e r m e a b i l i t y 、f u z z ya p p r a i s a l 、c o a l b e dg a ss m o k ea n dp u t 、0 p r i m a l i i 盘江矿区煤层气钻孔抽放钻场布置及钻孔参数优选 1 绪论 1 1引言 煤层气( c o a ls e a mg a so rc o a lb e dm e t h a n e ) 是一种非常规天然气( u n c o n v e n t i o n a ln a t u r a lg a s ) ，是 成煤过程中的伴生产物。煤是由植物遗体经过复杂的生物化学和物理化学作用转变而成的，在这 个过程中所伴生的以甲烷为主的混合气体即煤层气。植物成煤分两个阶段，即泥炭化作用阶段和 煤化作用阶段。在泥炭化作用阶段，由于植物遗体还没有被其它沉积物覆盖，所生成的气体大部 分扩散到空气中，而在泥炭中保存很少。当泥炭物质由于地壳下降而被其它沉积物覆盖时，成煤 作用即进入第二阶段煤化作用阶段。在温度、压力持续作用下泥炭物质产生热分解，引起一 系列的物理化学变化，使泥炭变为烟煤，烟煤进一步可以变为其它煤种。在这一过程中生成 的气态产物是以甲烷为主的气态烃。 煤层气成份非常复杂，主要成份是甲烷c ，其次是二氧化碳c 0 2 和氮气n 2 ，另外还有微量 或少量的重烃类气体( c 2 凰、c m l 、c 4 i l l o 等) 和氢气h 2 、一氧化碳c o 、二氧化硫s 0 2 等。 从安全事故的角度看，煤层气主要成份是c 1 4 ，由于c 凰的爆炸而发生的安全事故是矿井生 产的主要危害之一，仅贵州每年煤矿发生的死亡事故中，有4 0 以上死亡事故是瓦斯爆炸或窒息 造成的。 从能源利用的意义上讲，c h 4 燃烧利用后产生的副产品是二氧化碳和水，是一种清洁高效的 能源，其热值痢为3 5 5 3 m j m 3 ，1 0 0 0 m 3 c h 4 相当于1 2 t 标准煤炭9 ”，适用于民用燃气、化工、发 电等广阏领域。贵州省煤层气资源丰富，按单层煤层大于最低可采厚度、c h 4 含量大于4 m 3 t 的 标准，测算埋深2 0 0 0 米以浅全省煤层气资源量为3 1 5 1 1 亿m 3 ，约占全国煤层气资源量总量的2 2 。重点分布枉人盘水、织纳、黔北等煤田。贵州现在矿井煤层抽放量每年约为2 亿矗，强化抽 放后预期每年达到8 亿m 3 ，能创造产值l o 亿元人民币，勘探和开发利用煤层气资源，必将有力 推动地区经济的发展p 4 j 。 煤层气的抽放和利h j 对环境保护有着很重要的意义。煤层气是重要的温室效应气体，1m 3 的 煤层气温室效应当量相当于2 0 一的二氧化碳。 因此，开发利用煤层气，对于充分利_ 【l ；i 洁净能源，改善煤矿安全生产条件，保护人类赖以生 存的大气环境，具有“一举三得”的重大意义。特别是2 0 世纪8 0 年代初美国圣胡安盆地和黑勇 士盆地煤层气商业性开发以来，世界各产煤国掀起了煤层气开发的热潮。 1 2国内外研究现状 1 2 1 国内研究现状 我国从1 9 5 2 年抚顺矿务局龙凤矿进行矿井瓦斯抽放试验获得成功以来，国内煤层气( 瓦斯) 抽放技术不断完善，钻孔抽放技术也日益成熟，目前为止，国内的钻孔抽放技术根据钻孔所在层 位不同可分为：地面垂直钻孔、顶板钻孔、穿层钻孔、顺层钻孔四大类；根据钻孔施工方法不同 进而可细分为：地面垂直钻孔、大直径水平顶板钻孔、高位钻场顶板钻孔、岩巷穿层钻孔、煤巷 盘江矿区煤层气钻孔抽放钻场布置及钻孔参数优选 穿层钻孔、顺煤层走向长钻孔、顺煤层倾向钻孔和顺煤层树状结构拐弯钻孔。 地面垂直钻孔抽放采空区瓦斯在1 9 9 4 年年底淮北矿区桃源矿，铁法矿区大兴矿及阳泉矿区等 矿区进行试验，都取得了显著的效果。顺煤层走向钻孔、顺煤层倾向钻孔和顺煤层树状结构拐弯 钻孔三种方法近几年在松藻、淮南、徐州、丰城、芙蓉等矿区进行试验也取得满意的成果。1 9 9 9 年以来在淮南矿区潘三矿试验推广顶扳钻孔技术并取得了成功阱】。 1 2 2 国外研究现状 国外对地质条件简单，煤层埋藏浅，单一煤层的条件的抽放采用的是地面垂直钻孔抽放、顺 煤层钻孔抽放、穿层钻孔抽放等。在美国，澳大利亚等国家均取得了良好的效果，同时在美国煤 层气开发技术中，井下顺煤层走向钻孔预抽煤层瓦斯技术发展水平最为先进脚】。 1 3问题的提出 到日前为止，我国针对煤层气抽放钻场如何布置，钻孔如何施工还是依靠专业技术人员的经 验来实现，国内还没有任何计算机软件运用于煤层气抽放钻场及钻孔参数的辅助选择。而专业技 术人员也只是借鉴于国内外抽放矿井的成功经验，对于复杂地质条件的西部地区，这些经验对西 部煤层气抽放钻场布置和钻孔施工难以起到全面的指导作用。盘江矿区所在的黔西一滇东含煤 区域，由于其特殊的地势地貌，使得该区域煤层瓦斯地质条件与国内外其他区域差异性很大，因 此，必须根据盘江矿区的具体煤层瓦斯地质条件寻找出适合该区域的抽放钻场及钻孔的布置方法。 1 4 课题来源 本课题来源于郁钟铭教授主持的贵州省优秀科技教育人才省长专项基金项目 盘江矿区瓦斯 钻孔抽放钻场布置及钻孔参数优选的子课题。 1 5 研究的目的及意义 1 5 1 研究的目的 根据盘江矿区煤层瓦斯地质条什，分析不同地质条件、煤层赋存条件、煤层透气性、煤层瓦 斯含量、煤层瓦斯涌出量( 相对涌出量和绝对涌出量) 等条件对钻场及钻孔布置设计的具体要求， 综合考虑采区巷道布置及煤层气钻孔抽放中钻场及钻孔设计的具体要求等因素，在采区设计的同 时，将煤层气抽放中的各项参数考虑进去，以达到煤气一体化开采之目的，实现采掘抽平衡； 同时，在现场测试的基础上，优选井下煤层气钻孔抽放钻场布置及设计方法，对钻场参数( 钻场 内钻孔数、各钻孔间距、各钻孔在空间上的相互关系和相邻钻场的间距等) 和钻孔参数( 钻孔施 工参数和煤层气抽放过程参数) 进行优选，最终目的是为矿井煤层气的钻孔抽放提供有效的钻场 及钻孔参数，建立盘江矿区煤层气钻孔抽放钻场布置及钻孔参数优选的系统软件。 1 5 2 研究的意义 贵州省是煤矿瓦斯事故的高发区，存在煤田地质条件复杂、煤层自燃、高瓦斯或具有煤和瓦 斯突出等问题，如何加大矿井煤层气抽放力度，研究适合复杂地质条件下矿井煤层气抽放技术， 从根本上防治煤矿瓦斯事故，改善煤矿安全生产条件，增加新能源供应，保护大气环境，将成为 贵州大学硕士学位论文第2 页 盘江矿区煤层气钻孔抽放钻场布置及钻孔参数优选 贵州省煤炭工业在西部大开发中实施产业调接的一项重要战略举措。煤层气钻孔抽放是我国目前 煤层气抽放最有效措施之一，煤层气钻孔抽放中钻场布置和钻孔参数选择的问题是不良结构问题， 这类问题用简单的数据流动或精确的逻辑判断很难做出确定的解答。专家系统、决策支持系统为 解决这类问题提供了有力的工具，如淮南矿院张学忠的矿井瓦斯抽放专家系统、贵州工业大学张 锦鹏的盘江矿区煤层气抽放方法专家系统的研究，但是他们只是侧重于煤层气( 瓦斯) 抽放方法 的优选，而涉及到具体的钻场如何布置、钻孔如何施工还是依靠专业人员的经验来实现，我们知 道钻场设计参数中的钻场内钻孔数、各钻孔间距、各钻孔在空间上的相互关系和相邻钻场的间距 的设计，是煤层气钻孔抽放设计的主要内容，也是提高抽放工程效益的基础；而钻孔参数优选是 提高抽放效果诸因素的核心。本课题结合贵州省特殊的地形地貌，综合考虑地质、地形条件、煤 层气赋存条件、煤层透气性、采区巷道布置等对钻场及钻孔布置的影响，在结合现场条件的基础 上，发挥计算机的优势，进行煤层气钻孔抽放钻场布置及钻孔参数优选的研究有着重大现实意义。 1 8 主要研究内容 我国西部煤炭资源丰富，随着全国能源结构的调整，能源基地建设的西移，西部煤层气资源 的开发研究已提到重要议事日程。我国的煤层气开发仅限于全局、远景方面的研究，而对于具体 矿井，特别是西部受地形地质条件限制的矿区，其煤层气开发研究甚少。本论文以贵州省盘江矿 区为研究对象，分析不同地质条件、煤层赋存条件、煤层透气性、煤层瓦斯含量、煤层瓦斯涌出 量( 相对涌出量和绝对涌出量) 等条件对钻场及钻孔布置设计的具体要求，综合考虑采区巷道布 置、煤层开采顺序等条件，利用专家系统的推理机制来优选其井下煤层气钻孔抽放钻场布置参数 及钻孔布置方法，主要研究内容如下： ( 1 ) 以盘? 矿区为研究对象，根据盘江矿区煤层瓦斯地质条件，分析该矿区煤层气赋存的 基础地质条件，从煤炭生成的区域地质构造，煤岩特征以及影响煤层气赋存的种种因素出发，分 析盘江矿区煤层气的赋存规律和煤层透气性，评价矿区内开采煤层中赋存煤层气的抽放难易程度。 ( 2 ) 本论文在分析总结国内外煤层气钻孔抽放钻场及钻孔布置成功经验的前提下，根据盘 江矿区具体煤层气地质条什、煤层气透气性、煤层赋存条件及煤层气赋存规律等因素，优选适合 本矿区的钻孔抽放方法和抽放参数。 ( 3 ) 对初选的钻场及钻孔布置方法，进行参数优化( 包括钻场的参数优化和钻孔的参数优 化) ，为矿井煤层气抽放钻场及钻孔布置提供有效的方法和参数。建立盘江矿区煤层气钻孔抽放钻 场及钻孔参数优选的系统软件。 1 7 研究方法 在煤矿井下煤层气的抽放设计中有很严格的标准来衡量，在大框架确定下实际生产中多是依 赖于现场设计施工人员的工作经验。而计算机在处理专家知识和模拟专家思维方面具有独特的优 势，特别适用于那些难以用统一的数学模型解决的问题，它在处理问题时不回避问题的复杂性、 模糊性和不规则性，对专家经验能加以精炼、提高、条理化，使其更符合客观和人的思维。 因此本论文在研究过程中将以系统的观点综合考虑影响煤层气钻孔抽放的各项因素，分析盘 贵州大学硕士学位论文 第3 页 盘江矿区煤层气钻孔抽放钻场布置及钻孔参数优选 江矿区井下钻孔抽放的实际经验并结合现场实测，运用模糊数学、专家系统、决策支持系统、信 息扩散理论等优化工具对复杂地质条件下矿井煤层气钻孔抽放中的钻场及钻孔布置参数进行优 选，建立使用于盘江矿区煤层气钻孔抽放钻场布置及钻孔参数优选的系统软件。 1 8 解决的关键问题及创新之处 1 8 1 解决的关键问题 通过对盘江矿区煤层气钻孔抽放的研究，分析盘江矿区开采煤层中煤层气的赋存规律及其透 气性，评价盘江矿区内开采煤层中赋存煤层气的抽放难易程度，同时对复杂地质条件下矿井煤层 气钻孔抽放中的钻场及钻孔设计参数进行优选，提高钻孔抽放效率和抽放浓度，以达到变废为宝， 增加新能源供应，保护大气环境。 1 8 2 创新之处 本论文创新之处在于将计算机运用于煤层气钻孔抽放钻场布置及钻孔参数优选领域，充分发 挥计算机的特长，利用计算机的模拟专家思维方法、推理过程和决策方式来优选钻孔抽放设计中 的各项参数，实现井下煤层气钻孔抽放钻场布置及钻孔参数优选辅助决策，提高其抽放效果和抽 放浓度。 贵州大学硕士学位论文 第4 页 盘江矿区煤层气钻孔抽放钻场布置及钻孔参数优选 2 盘江矿区概况 2 1 盘江矿区基本情况 盘江矿区位于贵州省西部，滇东黔西聚煤区的东部，普遍发育着二叠统龙潭组与长兴组 的煤层，行政区隶属于贵州省六盘水市盘县，矿区内交通运输条件较好。 就地质构造而言，矿区范围内包括：盘关向斜、土城向斜、照子河向斜、水塘向斜、旧普安 向斜和盘南背斜六个地质构造单元，共计三十四个勘探井田，其走向长度为2 5 0 k m ，倾斜宽为1 0 l o k m ，面积为7 0 6 k m 2 。 盘江矿区含煤岩系为上二叠统龙潭组和长兴组，含煤层多达7 0 余层，煤层总厚度达4 0 余米， 其中可采层3 2 7 层，可采总厚度为6 6 3 3 6 1 3 m ，平均可采总厚度为2 0 1 8 m ，主要可采层通常 呈较稳定的层状。整个矿区内地质储量9 4 8 亿吨，远景储量3 8 3 亿吨，炼焦煤储量占贵州省炼焦 煤储量的4 7 9 。盘江矿区煤质优良，气肥焦瘦品种齐全，以低硫、低灰、微磷、发热量高而著 称江南。盘江矿区目前主要开采煤层特征见表2 - 1 1 ： 表2 - 1 - i 主要开采煤层特征表 煤层煤层厚度m 层间距离m容重顶底板岩性 编号最小一最大最小一最大结构可采性 t m 3 平均平均夹矸层数稳定性 顶板底板 3 1 7 7 一1 9 46 2 1 7 2 0 1 全区可采1 - 5 耪砂岩泥岩、泥质粉 1 8 81 0 2 7l较稳定砂岩 5 1 4 7 l 1 5 l2 3 1 8 2 8 l 一3 全区可采1 4 5 泥质粉砂岩泥岩、泥质粉 1 4 55 1 4 32 较稳定 砂岩 1 2 1 7 9 3 62 2 3 5 0 60 一l全区可采 1 3 5 泥质粉砂岩泥岩、泥质粉 2 7 8 3 1 9 7 l 较稳定砂岩 1 7 2 3 2 4 0 47 6 2 2 8o l全区可采 1 4 5 泥质粉砂岩泥岩、泥质粉 2 8 71 1 6 6l不稳定砂岩 粉岩细砂岩 1 8 0 9 5 21 5 2 6l 一3 全区可采 1 5 5 泥质粉砂岩泥岩、泥质粉 2 5 41 9 5 2 较稳定 砂岩 粉砂质泥岩 目前盘江矿主要开采3 # 、5 # 、1 2 # 、1 7 # 、1 8 # 煤层，主要开采煤层煤质特征见表2 - 1 - 2 ： 表2 - 1 1主要开采煤层特质表 煤层 水份 灰分挥发分 硫分磷 发热量胶质层厚度 编号 l u k g 哪 31 6 1 7 3 4 10 3 特低磷2 5 42 2 51 42 03 2o 1 5 特低磷 2 3 92 1 5 1 21 31 1 53 10 2 特低磷 2 8 4 2 9 5 1 71 5 1 4 53 l _ 20 2 7特低磷2 7 82 9 1 81 51 63 3o 3 1 特低磷 2 5 62 7 6 贵州大学硕士学位论文 第5 页 盘江矿区煤层气钻孔抽放钻场布置及钻孔参数优选 盘江矿区内瓦斯基本情况：矿区内在3 0 0 m 垂深深度内，煤层瓦斯含量在3 6 9 4 m 3 t 2 0 3 2 9 m 3 t 之间，瓦斯梯度在0 0 3 5 2 m 3 t m o 0 8 4 4 m 3 t m 之间，在地质构造带附近，煤层瓦斯 含量变化较大，分布无规律。盘江矿区煤层透气性系数在3 4 8 5 x 1 0 - 4m 2 ( m p a 2 x d ) 6 7 5 8 6 甜( m p f d ) 之间，但是此数据在抽放过程之中发现不符，本文在以后章节中将进行具体的评价。 煤层瓦斯压力在0 3 2 m p a 3 7 6 m p a 之间，大部分煤层属于较难抽放煤层。1 9 9 1 年矿井绝对瓦斯 涌山量为2 2 1 6 m 3 m i n 至2 0 0 4 年增加到6 0 2 m 3 m i n ，平均开采吨煤瓦斯涌出量为4 0 2 6 m 3 。目前盘 江矿区在生产的矿井共6 对，有4 对为煤与瓦斯突出矿井、2 对高瓦斯矿井。所有矿井绝对瓦斯 涌出量7 0 5 6 4m 3 m i n ，其中风捧瓦斯4 0 4 2 0m 3 m i n ，抽放瓦斯3 0 1 4 4m 3 m i n ，全矿区瓦斯抽 放率为4 2 7 2 。 目前，盘江矿区内生产矿井共6 对，分别为火铺矿、老屋基矿、山脚树矿、土城矿、月亮田 矿和金佳矿。矿井设计能力为9 3 0 万t a ，其中火铺矿2 4 0 万t a 、老屋基矿9 0 万t a 、山脚树 矿9 0 万t a 、土城矿2 4 0 万t a 、月亮田矿9 0 万t a 和金佳矿1 8 0 万t a 。立井开拓、斜井开拓 和平硐开拓三种方式盘江矿区都有采用，采煤方法为走向长壁后退式，全部垮落法管理顶扳，采 煤机械化程度6 0 。目前盘江矿区有生产采区1 7 个，回采工作面1 9 个，掘进工作面3 9 个。 2 2 盘江矿区煤层气地质特征及赋存特征 2 2 1 盘江矿区煤层沉积的演化和地质构造 盘江矿区赋存煤层属于海陆相过渡沉积，见图2 - 2 - 1 。晚二叠世时海陆相过渡沉积的主要聚煤 地区，包括三角洲体系、泻湖一海湾体系和堡坝体系。三角洲沉积是主要的成煤环境。黔西滇东 地区的三角洲沉积体系均属于浅水三角洲，主要发育在盘县断裂和水城紫云断裂之间的黔西断 陷区和滇东恩洪、老厂一带。主要包括盘县三角洲和水城三角洲嗍。 盘县三角洲南北宽约l o o k m ，面积5 0 0 多k r a 2 ，主要分布于盘县断裂两侧，断裂西侧沉积厚 度约2 0 0 5 0 0 m ，如盘县大田坝、火铺等；东侧沉积厚度约3 0 0 4 0 0 m ，如松鹤、盘县等地。盘县 三角洲的沉积物主要来自w n 的寻甸河水系，盘县火铺至马依为三角洲的一个叶状分支。下三角 洲平原地的佧竹箐、雨谷、马依等受潮汐作用影响大，聚煤煤层气中心地带分布于盘县复 向斜( 或盘县盆地及富源的) 上、下三角洲过渡区。煤层多达3 0 - 5 0 层，一般2 0 4 0 层，其中 可采层为5 1 0 层嘲1 9 2 0 1 8 ” 2 2 1 1 2 3 1 。晚二叠世龙潭期，由于海侵的不断加剧，同时聚煤盆地的沉 降，构造沉降速度大于沉积速度，海平面上升，导致聚煤盆地不断扩大，海水向西侵进。到龙潭 晚期，盆地沉降减慢，冲积扇体退缩，较细的碎屑物质补偿过剩，向浅海填积，海水后退，平原 化程度增高，沼泽化向陆地和向海面作双向性扩大，出现了沉积补偿性海退。沉积补偿性的海退， 有利于煤层的形成。因而龙潭晚期含煤性较好，煤层层数较多，同时煤层堆积后为陆相层覆盖。 至长兴期，海水进退更加频繁，海侵范围进一步扩大，沉积旋回更趋明显，在每个旋回上部，往 往形成一层厚度较大分布稳定的可采煤层。至三叠世早期，海水进步向西扩大，气候骤转干燥， 华夏古植物群濒临灭亡，结束了贵州西部的聚煤环境【l l 。 贵州大学硕士学位论文 第6 页 盘江矿区煤层气钻孔抽放钻场布置及钻孔参数优选 l 矧2 - 2 1 黔ij q 一浈尔含_ ! 1 1 1 ) ( 晚：箍1 1 1 ：龙漳纰褂十ni i i 地理i 冬 i 一呲牛1 1 组l l 一海陆十兀过渡自【 l i l i ：角洲i 味十兀特i i ：一ri 角洲m ：【们。黔 一海扪纰 i i i 。一海r 潮川十兀带1 1 1 ：一碳陔掩台地十兀带 后来，晚二叠世上杨子聚煤盆地在印支期、燕山期和喜玛拉雅运动等多期运动的作用下，造 成了不同面貌的构造系统，控制了煤层的保存和赋存形成，同时也控制了煤层气保存及富集。最 终确定了聚煤一煤层气赋存构造主要是一些复向斜、向斜、背斜轴部，盘县盆地作为其中的一块 嘲。 盘县盆地区域地质构造位于滇棒台向斜的黔西南台凹【t q ，煤田内的构造有北西向和北东向 ( 见图2 - 2 2 ) ，按褶皱和断裂米分： 褶皱北西向呈线状或带状分布，褶皱紧密强烈并有较大的走向断裂，底层倾角较陡，有土城 向斜、照子河向斜，白央坪背斜、西龙背斜，北东向有盘关向斜、水塘向斜、旧普安向斜，盘南 背斜，南北向有格所河背斜1 1 8 l l 。 断裂带按方向划分为北西、北东、南东、南北四组。较大的有鸡场坪鲁那断裂、照子河断 裂带、盘县断裂带、松河断裂带、土城一沙基断裂带 2 0 l p ”。 影响井下现场生产的主要是断层。除划分井田、采区的大断层外，中小断层密布，根据火铺 矿1 9 9 2 年生产地质报告统计，切断1 7 # 煤层以上的断层有3 7 3 条，其中3 # 煤就有1 4 2 条【l g l 。并 且绝大多数断层为正断层，张性断裂。按照一般规律，正断层一般有利于煤层气的逸出，然而在 盘江各矿很少出现这种情况，原因是：一、断层出露地面很少；二、由于盘县煤田为近距离中厚 煤层群，煤层之间滑移，煤被揉碎，将断层之间填满，并且由于卸压，使断层中的煤层气含量急 贵州大学硕士学位论文 第7 页 盘江矿区煤层气钻孔抽放钻场布置及钻孔参数优选 剧增加，形成瓦斯条带；三、具有有利的封闭条件，本区煤层的直接盖层为5 m 以上的泥页岩等， 却分布连续稳定，其上又有区域性盖层，这些区域性盖层为下三叠统飞仙组( 或夜郎组) ，向斜轴 部往往还有中三叠统关岭组所覆盖。下三叠统底部为黄绿、黄灰色粉砂质泥岩、钙质泥页岩，厚 度数十至数百米，为良好的区域性盖层。而上二叠统地层各主采煤层间泥岩发育，煤层直接盖层 往往为泥岩或粉砂质泥岩，厚度常大于5 l o m ，据有关资料，实测盖层孔隙度为2 左右，渗透 率1 0 4 i 0 - 9 朋2 ，突破压力一般大于3 肝a ，对煤层气具有良好的封闭性。 图2 2 _ 2 区域构造地质图 2 2 2 煤层气田的形成、种类及影响因素 煤层气主要来自煤层和煤系地层，是煤化作用过程伴生的。一般认为，现今赋存于煤层中的 煤层气主要来自于煤成气的第二个生气时代，即在地层的高温高压作用下从褐煤直到无烟煤的煤 化变质作用成气时期。因而煤层气的形成及赋存就受着各种因素的影响，同时考虑到具体矿区的 情况，又各不相同。 贵州大学硕士学位论文 第8 页 盘江矿区煤层气钻孔抽放钻场布置及钻孔参数优选 煤层气田的种类主要有：深成成因的煤层气田、岩浆热成因的煤层气田、挤压成因的煤层气 田。滇东黔两煤田按正常推测可形成气煤和肥煤，但该区尚有大量的焦煤、瘦煤和无烟煤。因 此，估计该区高变质煤的成因应当与区域热力作用有关【1 2 】，在煤层的顶底板中经常发现菱铁质砂 岩和其他矿石，表明了这一点。所以盘江矿区煤层气是深成作用和区域热力作用共同作用的结果。 影响盘江矿区煤层气的赋存因素，主要有：煤的埋深、倾角、煤的厚度、变质程度、显微组 分、煤的顶底板岩性及厚度、小型地质构造等 7 l 。如下一一分析： 1 煤的埋深盘江矿区煤层埋深一般在0 2 0 0 0 m 左右，上组煤大多露头，与地面连通。 根据文献1 1 4 】实澜。矿区各煤层的瓦斯风化带在其露头线以下4 0 1 6 0 m ，在1 6 0 m 以下才是瓦斯带。 在瓦斯带内，煤层气含量随深度的增加而增大，煤层气的含量梯度为0 0 0 8 4 4 o 0 3 5 2 m 3 t m ，根 据黔西滇东地区煤样的吸附试验表明嘲，埋深至8 0 0 1 5 0 0 m ，煤层气含量得以稳定。 2 煤的倾角盘江矿区煤层倾角多在2 0 。3 0 。问，除了山脚树、月亮田外，其它井田倾 角对煤层气赋存有明显的影响。如老屋基矿南翼和北一采区，煤层倾角小，煤的瓦斯含量远比北 二、北三高【“| 2 2 1 。 3 煤的厚度一般认为，煤的厚度越大、瓦斯含量越大。这在矿区非常明显，各矿的1 2 # 、 1 7 # 煤都是最厚，又都是煤与瓦斯突出煤层。当然，这还与煤层硬度有关，矿区各层煤硬度较低， 又加上地层间的滑移，煤层多被揉碎，造成煤自身的割理、孔隙体系被破坏，煤层气被聚集i l q 。 4 煤的变质程度一般用镜煤反射率r 一和挥发分来表示。挥发分越高，煤质越低。在煤演 变过程中，当o 5 尺。 麟时，煤层瓦斯含量随煤的变质程度越高，含量越大【l ”。据纸厂井田 实测数据，焉。在1 左右i l q ，且矿区大多数煤层为气煤、肥煤、焦煤等中变质的煤层。故在瓦 斯带以内，煤层的瓦斯含量应该较高。 5 煤的项底