甘肅靖遠寶積山礦區(qū)煤層氣資源開發(fā)利用前景

甘肅靖遠寶積山礦區(qū)煤層氣資源開發(fā)利用前景作者: 楊世龍 吳五同(甘肅煤炭工業(yè)管理局局長，高級工程師，730000甘肅蘭州)
【摘要】甘肅一些中小型含煤盆地中有小而富的煤層氣礦區(qū)，靖遠煤田寶積山礦區(qū)就是其中之一。寶積山礦區(qū)煤層氣資源可靠，礦井服務年限長，有較完善的瓦斯抽放系統(tǒng)，外部開發(fā)條件優(yōu)越，市場可立足于當?shù)�。對這類煤層氣抽放條件成熟的礦區(qū)進行開發(fā)，投資少，見效快，風險較小，具有商業(yè)利用的價值，可建設(shè)成一個煤層氣開發(fā)基地。

１  概況    寶積山礦區(qū)位于白銀市平川區(qū)東北1～６ｋｍ，由靖遠礦務局的魏家地礦(設(shè)計能力150萬ｔ／ａ)、大水頭礦(設(shè)計能力105萬ｔ／ａ)和寶積山礦(設(shè)計能力45萬ｔ／ａ)組成，總設(shè)計能力300萬ｔ／ａ。區(qū)內(nèi)地形平坦，各礦井均有鐵路支線及公路相通，交通便利。    礦區(qū)含煤面積39��65ｋｍ��２，煤炭探明儲量為4��79億ｔ(不包括斷層影響帶的表外儲量3893萬ｔ及“斷層煤”儲量1660萬ｔ)，儲量豐度為1246萬ｔ／ｋｍ��２，保有儲量4��64億ｔ。２  地質(zhì)簡況    下侏羅統(tǒng)為粗碎屑巖夾薄煤，局部分布，厚20～３００ｍ，以微交角不整合于上三疊統(tǒng)之上。中侏羅圖1  魏家地礦構(gòu)造剖面示意圖  統(tǒng)龍鳳山組為主要含煤地層，分布普遍，厚14～１２０ｍ，假整合于下侏羅統(tǒng)之上。中侏羅統(tǒng)王家山組由下部砂巖段和上部油頁巖段組成，厚350～３７０ｍ，與下伏龍鳳山組為沖刷接觸或假整合接觸。上侏羅統(tǒng)主要為紅色泥巖，厚237～５５４ｍ，與下伏王家山組整合接觸，并被上覆白堊系不整合覆蓋。    寶積山礦區(qū)構(gòu)造為一軸向300°～３１０°的復式向斜，略往東南傾伏。煤層傾角一般為5°～２０°。斷層主要有位于礦區(qū)西南側(cè)的F����１－２�獢鄬咏M(圖1)。該斷層組為逆掩斷層，傾角15°～３０°，其上盤覆蓋了礦區(qū)近一半的范圍。F����１－２�獢鄬咏M中含有煤系地層斷塊及“斷層煤”。該斷層組不僅是隔水帶(阻隔了白堊系含水層與侏羅系之間的水力聯(lián)系)，而且阻礙了下盤煤層中煤層氣的逸散，使“斷層煤”和附近的正常煤層(稱為斷層影響帶)均具有煤與瓦斯突出性質(zhì)。    礦區(qū)內(nèi)自上三疊統(tǒng)至中侏羅統(tǒng)王家山組4套地層中均含有煤層，但主要含煤地層為中侏羅統(tǒng)龍鳳山組，其它地層中只含不可采的薄煤層。龍鳳山組含可采煤層1～３層(實際上為一層煤，由于煤層分岔形成了3層)，主采1層(煤1)�？刹擅簩涌偤�8��0～２２�保担怼Ａ硗�，F(xiàn)����１－２��“斷層煤”厚0��33～４５�保常矗恚�平均5��7ｍ。煤類屬弱粘煤，部分為不粘煤，個別為氣煤。3  煤層氣的基本特征    寶積山礦區(qū)內(nèi)的大水頭礦和寶積山礦為高沼氣表1  寶積山礦區(qū)1995年瓦斯涌出量礦井 相對涌出  量(ｍ��３／ｔ) 絕對涌出  量(ｍ��３／ｍｉｎ) 設(shè)計能力(萬ｔ／ａ) 井煤炭產(chǎn)量(萬ｔ) 備    注大水頭礦 22��7 9��32 105 - 原設(shè)計能力21萬ｔ／ａ，1987年起進行改擴建，即將移交生產(chǎn)寶積山礦 26��46 9��13 45 24��4   魏家地礦 45��65 31��11 150 35��2 1989年12月移交投產(chǎn)礦井，魏家地礦為煤與瓦斯突出礦井。礦井瓦斯涌出量大，1995年各礦井相對涌出量22��7～４５�保叮担愍�３／ｔ，最高曾達到164��05ｍ��３／ｔ(魏家地礦，1990)，絕對涌出量9��13～３１�保保保愍�３／ｍｉｎ，最高為46��73ｍ��３／ｍｉｎ(魏家地礦，1994)(表1)。    大水頭礦井在89年以前的生產(chǎn)期間曾出現(xiàn)過瓦斯涌出異常，壇狀冒頂；發(fā)生過3次瓦斯爆炸及燃燒事故。89年10月改擴建以來，在斷層帶及其影響范圍內(nèi)又出現(xiàn)了3次瓦斯涌出異常情況，在井下打鉆時發(fā)生過夾鉆、頂鉆、噴孔現(xiàn)象。    魏家地煤礦在1977．８～１９９２．１２期間曾發(fā)生過14次煤與瓦斯突出(或傾出)，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達2萬ｍ��３。煤與瓦斯突出深度355～５３０ｍ，范圍為F����１－２�獢鄬咏M至F��３斷層之間，而且隨著距F����１－２��或F��３逾近，突出的強度愈大，頻率愈高。突出點附近煤的強度低，節(jié)理、裂隙發(fā)育，局部呈粉沫狀、糜棱狀或鱗片狀，堅固性系數(shù)ｆ＝０�保玻场�０�保担�，最低僅0��17，煤的破壞類型屬Ⅲ-Ⅳ類。寶雞山礦區(qū)魏家地等礦井的氣藏類型既有斷層遮擋式、斷層牽引式，也有巖性封閉式。突出危險區(qū)域以裂隙瓦斯涌出為主，有利于抽出。目前工作面瓦斯抽出率達32��6～４５�保福ァ�    據(jù)僅有的資料分析，區(qū)內(nèi)瓦斯風化帶較深，一般為370～５００ｍ(魏家地礦煤層埋深在300ｍ以下)。煤層瓦斯含量4��69～５�保叮常愍�３／ｔ，最高可達表2  寶積山礦區(qū)煤層氣含量成分礦井 樣品數(shù) 含  量(干燥基)(ｍ��３／ｔ) 組  分  濃  度  (%)ＣH��４ 烴 CO��２ Ｎ��２大水頭 11 5��02 63��63 11��16 4��33 20��88寶積山 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  寶積水礦區(qū)魏家地礦井煤層瓦斯賦存特征瓦斯壓力(MPａ) 吸附常數(shù)ａ ｂ 孔隙率ｋｐ(%) 透氣性系  數(shù)(ｍ��３／ａｔｍ��２·ｄ) 比表面積(ｍ��２／ｇ) 煤厚(ｍ) 煤厚變化系數(shù)(ｃ) 煤層頂板孔隙率(%) 吸水性(%)１�保福� １５�保福担� ０�保埃矗担� ７�保保埂�７�保担� ０�保埃埃玻场�０�保埃埃叮� ２２�保梗� １３�保� １１２�保� ２�保玻埃ǎ罚� ０~４�保福� １�保玻ǎ叮� ０�保磣２�保�11��01ｍ��３／ｔ以上。瓦斯成份以CH��４為主，但Ｎ��２、ＣＯ��２含量較高，值得注意的是烴含量也較高，最高可達36��26%(表2)。    煤層瓦斯賦存特征見表3。    寶積山礦區(qū)3個礦井均已建立了井下瓦斯抽放系統(tǒng)，但僅魏家地礦有瓦斯抽放資料，采用井下鉆孔抽放和巷道排放相結(jié)合的方法。魏家地礦自投產(chǎn)后已抽放的瓦斯總量為1380��99萬ｍ��３(表4)。表4  魏家地礦井瓦斯抽排統(tǒng)計年度 礦井瓦斯涌出量(ｍ��３／ｍｉｎ)風排量 抽放量 總  量 (ｍ��３／ｔ) 抽放量(萬ｍ��３)１９９０ ２６�保埃� ６�保� ３２�保埃� １６４�保埃� ２３�保埃保梗梗� ３９�保玻� ５�保� ４４�保矗� １２７�保担� ４６�保保梗保梗梗� ３６�保常� ２�保担� ３８�保福� ７９�保埃� １４７�保埃常保梗梗� ３７�保罚� ６�保叮常� ４４�保常担� ８２�保叮� ３８０�保福埃保梗梗�   ４６�保罚� ５９�保玻� ３２３�保常埃保梗梗�   ３１�保玻� ４５�保福� ３５６�保矗常保梗梗赌�1-3月     104��24４  煤層氣開發(fā)利用建議    目前，我國煤層氣勘探、開發(fā)試驗項目均在中、東部地區(qū)，而甘肅尚未被列為國家重點煤層氣開發(fā)區(qū)。甘肅省境內(nèi)除了位于鄂爾多斯盆地西南緣的平?jīng)?慶陽含煤區(qū)外，其余侏羅系含煤與煤層氣的盆地大多是中小型陸相含煤盆地，面積小者只有數(shù)十平方公里，大者也不過上萬平方公里。但象寶積山礦區(qū)，3個礦井的煤層氣小而豐富，資源可靠，埋藏淺，外部開發(fā)條件良好，并且一直在進行著以安全采煤為目的的瓦斯抽放，有良好的開發(fā)利用前景。至今煤層氣從礦井抽出后就地放空，未能收集和利用，是十分可惜的。然而當?shù)鼐褪鞘袌�，一旦回收進入市場，就會具有經(jīng)濟價值。    可以說盡快開發(fā)利用寶積山礦區(qū)煤層氣的條件是成熟的，如地質(zhì)條件清楚、成氣與氣藏條件具備、抽排與監(jiān)測控制系統(tǒng)現(xiàn)成等。因此，加強在煤層氣資源豐富的礦區(qū)開展開發(fā)利用評價研究很有必要。主要應對產(chǎn)氣層(煤)特征、蓋層及氣藏類型進行評價，重點是優(yōu)選有利的開發(fā)地區(qū)，部署井位，進行勘探開發(fā)評價，以便推動整體工作的開展。    《中國煤層氣》第2期(1995)唐曉東、孟英峰所作的“我國煤礦抽放瓦斯利用方案的研究”一文中指出：在常溫、低壓(0��4～0��8MPａ)下進行的變壓吸附凈化技術(shù)，設(shè)備簡單，裝置可橇裝化；其采用活性炭吸附貯運凈化瓦斯也是在常溫、低壓(3～６ＭＰａ)下，可適用于我省寶積山礦區(qū)魏家地礦等3個礦井抽放瓦斯的利用。將煤層氣抽出就地凈化、壓縮和吸附，用低壓鋼瓶貯運，即可作為礦區(qū)汽車燃料和普通燃料等。5  可以獲得一定的效益    甘肅省靖遠煤田寶積山礦區(qū)在現(xiàn)有條件的基礎(chǔ)上，只需少量投資，增加地面收集、輸送、銷售方面的供氣設(shè)備、器具，就能建成一個煤層氣開發(fā)基地。當煤炭產(chǎn)量達到設(shè)計能力，并且優(yōu)化井下抽放系統(tǒng)，從井下每年都可抽放煤層氣2000萬ｍ��３以上，按0��5元／ｍ��３計算，每年可獲得1千萬元的銷售收入。即使近期達不到設(shè)計能力，以減半計算，預計每年也能獲得500萬元的經(jīng)濟收益�？紤]到礦區(qū)礦井服務年限較長，累計的經(jīng)濟效益將很可觀。    從社會效益考慮，煤層氣的開發(fā)利用可大大改善井下安全生產(chǎn)條件，能減少環(huán)境污染，又能獲得潔凈能源。以煤層甲烷1000ｍ��３相當于3～４ｔ煤炭的利用效率計算，利用煤層氣無疑于額外地獲得了一個小煤礦。    此外，通過開發(fā)利用寶積山礦區(qū)各礦井的煤層氣，還可以為小而富的煤層氣礦區(qū)(井)提供開發(fā)利用煤層氣的經(jīng)驗�！�

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