甘肃靖远宝积山矿区煤层气资源开发利用前景
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甘肃靖远宝积山矿区煤层气资源开发利用前景
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?２ Ｎ?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ａ ｂ 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?８８ １５?８５４ ０?０４５６ ７?１９～７?５０ ０?００２３～０?００６７ ２２?９７ １３?１ １１２?６ ２?２０（７） ０~４?８７ １?２（６） ０?４~２?６11?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)１９９０ ２６?０８ ６?０ ３２?０８ １６４?０５ ２３?０１９９１ ３９?２６ ５?２ ４４?４６ １２７?５１ ４６?１９１９９２ ３６?３０ ２?５３ ３８?８２ ７９?０９ １４７?０３１９９３ ３７?７２ ６?６３６ ４４?３５６ ８２?６３ ３８０?８０１９９４ ４６?７３ ５９?２８ ３２３?３０１９９５ ３１?２３ ４５?８２ ３５６?４３１９９６年1-3月 104?24４ 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。▲