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甘肅靖遠(yuǎn)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(yuǎn)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(wù)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(dāng)?shù)亍@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(fēng)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(yuǎn)礦務(wù)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(fù)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?斷層組
(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?斷層組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)。可采煤
層總厚8?0～２２?５ｍ。另外，F(xiàn)??１－２?“斷層煤”厚0?33～４５?３
４ｍ，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?６５ｍ?３／ｔ，最高曾達(dá)到164?05ｍ?３／ｔ(魏家地礦
，1990)，絕對涌出量9?13～３１?１１ｍ?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(dá)2萬ｍ?３。煤與瓦斯突出深度355～５３０ｍ，范圍為F??１－２?斷
層組至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?２３～０?５８，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(dá)32?6～４５?８％。
據(jù)僅有的資料分析，區(qū)內(nèi)瓦斯風(fēng)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?６３ｍ?３／ｔ，最高可達(dá)
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?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?６
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(dá)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(fēng)排量 抽放量 總 量 (ｍ?３／ｔ) 抽
放量
(萬ｍ?３)
１９９０ ２６?０８ ６?０ ３２?０８ １６４?０５ ２３?０
１９９１ ３９?２６ ５?２ ４４?４６ １２７?５１ ４６?１９
１９９２ ３６?３０ ２?５３ ３８?８２ ７９?０９ １４７?０３
１９９３ ３７?７２ ６?６３６ ４４?３５６ ８２?６３ ３８０?８０
１９９４ ４６?７３ ５９?２８ ３２３?３０
１９９５ ３１?２３ ４５?８２ ３５６?４３
１９９６年
1-3月 104?24
４ 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(dāng)?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(yīng)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(yuǎn)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(dāng)煤
炭產(chǎn)量達(dá)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(dá)不到設(shè)計能力，以減半計算，預(yù)計每年也能獲得500萬元的經(jīng)濟收益。考
慮到礦區(qū)礦井服務(wù)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(dāng)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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