趙國(guó)軍，鄭昊鵬，遲君竹

(東北煤田地質(zhì)局103勘探隊(duì)，遼寧 遼陽(yáng) 111000)

紅陽(yáng)煤田作為沈南地區(qū)較大型的煤礦，而規(guī)劃的遼陽(yáng)鐵西工業(yè)集中區(qū)壓覆了紅陽(yáng)煤田徐往子及其周邊井田的地下煤炭資源，使賦存的煤炭資源暫不能開采利用，造成遼陽(yáng)市煤炭及其伴生資源的損失。因此對(duì)紅陽(yáng)煤田徐往子及其周邊井田壓覆煤層的煤層氣進(jìn)行資源化開發(fā)，具有現(xiàn)實(shí)的經(jīng)濟(jì)與環(huán)境意義。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于遼寧省太子河區(qū)祁家鎮(zhèn)，行政區(qū)劃屬太子河區(qū)管轄，與紅陽(yáng)煤田尖臺(tái)子南、尖臺(tái)子北煤田勘查區(qū)部分重疊。勘查區(qū)南北長(zhǎng)16.0 km，東西寬14 km，面積35.23 km2。煤礦內(nèi)煤種單—，主要可采煤層有12煤、13煤，皆為無(wú)煙煤三號(hào)?？辈閰^(qū)范圍內(nèi)無(wú)生產(chǎn)小煤礦、老窯采空區(qū)。

2 煤層氣開發(fā)的必要性

煤炭不僅關(guān)系到當(dāng)?shù)氐漠a(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，還涉及到社會(huì)和民生問(wèn)題。壓覆煤炭資源(殘留煤、邊角煤、薄煤難采層)的回收利用問(wèn)題是煤炭可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要部分，現(xiàn)階段應(yīng)予以考慮，并得到充分的研究利用。

1)煤層氣開發(fā)利用是節(jié)能減排和減少煤礦瓦斯重特大事故的重要舉措，是國(guó)家優(yōu)先扶持的新能源開發(fā)領(lǐng)域。煤層氣資源勘查得到國(guó)家和遼寧省的高度重視。

2)煤層氣是與煤伴生的潔凈新能源，屬非常規(guī)天然氣。天然氣是我國(guó)的短缺能源，遼寧省對(duì)天然氣的需求也很旺盛，特別是勘查區(qū)周邊城市沈陽(yáng)、遼陽(yáng)、鞍山等對(duì)天然氣都有強(qiáng)烈需求。項(xiàng)目實(shí)施將有利于促進(jìn)遼寧省煤層氣資源的開發(fā)利用，滿足遼陽(yáng)及周邊城市對(duì)天然氣的需求。

3)項(xiàng)目勘查區(qū)位于遼陽(yáng)市規(guī)劃區(qū)，城市壓煤已成現(xiàn)實(shí)，地下煤炭資源暫不能開采利用，但煤層氣資源開發(fā)利用不受城市建設(shè)的限制，煤層氣開發(fā)利用可減少自然資源的損失。遼陽(yáng)市政府希望加快勘查區(qū)范圍內(nèi)的煤層氣勘探開發(fā)工作，合理開發(fā)利用煤層氣新能源，促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展。

4)徐往子煤層氣勘探開發(fā)在紅陽(yáng)煤田具有重要的示范意義，有利于推動(dòng)紅陽(yáng)煤田的煤層氣開發(fā)利用。同時(shí)，對(duì)于減少紅陽(yáng)煤田礦井瓦斯安全事故、降低風(fēng)排瓦斯帶來(lái)的大氣環(huán)境污染也具有重大而深遠(yuǎn)的指導(dǎo)意義。

3 煤層氣開發(fā)的可行性

1)紅陽(yáng)煤田為高瓦斯礦區(qū)，煤層氣資源豐富，預(yù)測(cè)煤層氣資源量超過(guò)200億m3。基于以往的煤田地質(zhì)勘探成果預(yù)測(cè)，勘查區(qū)范圍內(nèi)煤層含氣量高，預(yù)測(cè)煤層氣資源量大，具備規(guī)模性開發(fā)的資源基礎(chǔ)。

2)2008年2月，東北煤田地質(zhì)局一〇三勘探隊(duì)完成遼寧省國(guó)土資源廳委托項(xiàng)目《紅陽(yáng)煤田煤層氣資源開發(fā)利用可行性研究評(píng)價(jià)》。評(píng)價(jià)研究結(jié)果表明:勘查區(qū)范圍內(nèi)具有較好的煤層氣勘探開發(fā)前景。

3)經(jīng)過(guò)近20 a的探索，中國(guó)煤層氣勘探開發(fā)已開始步入商業(yè)開發(fā)階段，在沁水盆地南部已形成2 000多口井、3億m3的生產(chǎn)規(guī)模和能力，初步建立了適合中國(guó)煤層氣地質(zhì)特點(diǎn)的勘探開發(fā)理論和技術(shù)系列。國(guó)內(nèi)有沁水盆地煤層氣勘探開發(fā)示范區(qū)的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，省內(nèi)有撫順、鐵法煤層氣勘探開發(fā)的成功工程實(shí)踐、成功經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)可以借鑒。

4)工作基礎(chǔ)條件良好。項(xiàng)目承擔(dān)單位東北煤田地質(zhì)局一〇三勘探隊(duì)在勘探區(qū)及其周邊已開展過(guò)多項(xiàng)地質(zhì)勘探工作，并承擔(dān)了前期煤層氣資源評(píng)價(jià)工作，對(duì)該地區(qū)的煤田地質(zhì)情況有較多的了解，并積累了大量的基于地質(zhì)與工程資料。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)是國(guó)內(nèi)從事煤層氣勘探開發(fā)的重要技術(shù)力量，在煤層氣開發(fā)工程設(shè)計(jì)與地質(zhì)研究方面積累了大量成功的經(jīng)驗(yàn)。

4 研究區(qū)儲(chǔ)層條件

4.1 區(qū)域構(gòu)造

紅陽(yáng)煤田位于東北地臺(tái)新華夏系第二沉降帶中，下遼河凹陷帶的東坡，與東西向的太子河凹陷帶的復(fù)合部位。煤田南部溫香—鞍山東西向斷裂和北部蘇家屯—渾河北東東向斷裂是紅陽(yáng)煤田的邊界大斷裂，其產(chǎn)生時(shí)期較早，呂梁運(yùn)動(dòng)后既已發(fā)育成熟，至始煤田南側(cè)營(yíng)口背斜和北部沈陽(yáng)隆起的元古界變質(zhì)巖系抬起，控制了古生界含煤地層的展布，也是煤田南北兩側(cè)的自然境界。本次勘查工作重點(diǎn)位于煤田勘探程度較高的尖臺(tái)子南井田。該井田位于林盛堡向斜的東翼南段，亦為葛針堡背斜的西翼，為一單斜構(gòu)造，呈帶狀展布，走向 25°～40°，傾向 NE，傾角 45°～65°，走向長(zhǎng) 13.5 km。

4.2 煤層含氣量

勘查區(qū)內(nèi)煤層氣含量變化的主控因素是煤層埋藏深度、有效埋藏深度及其與風(fēng)氧化帶垂向上的關(guān)系。隨著埋藏深度的增加，煤層氣含量整體上呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢(shì);且淺部煤層氣含量變化快，深部增加相對(duì)緩慢。由圖3－7徐往子勘查區(qū)煤層氣組成的三元坐標(biāo)圖可以看出:勘查區(qū)鉆孔煤層氣主要成分為CH4與重?zé)N，占?xì)怏w總量的82%～99%。部分煤田鉆孔煤層氣中N2含量極高，CO2含量相應(yīng)升高，且該現(xiàn)象主要發(fā)生在煤層埋深較淺的鉆孔中，分析主要由于煤層受到風(fēng)氧化造成煤層氣的溢失及空氣的進(jìn)入。

4.3 煤化程度對(duì)含氣量的影響

勘查區(qū)內(nèi)煤屬高變質(zhì)無(wú)煙煤，成粉狀，精煤揮發(fā)分為8.71% ，比重 1.63，容重 1.50，煤的孔隙率為 7.98% 。由于煤的變質(zhì)程度高，煤化過(guò)程中產(chǎn)生大量的氣體，粉煤本身對(duì)甲烷有較強(qiáng)的吸附能力，12煤實(shí)測(cè)干燥無(wú)灰基最高含氣量達(dá)到41.69m3/t。從勘查鉆孔實(shí)測(cè)資料來(lái)看:3、12、13煤層平均干燥無(wú)灰基含氣量分別為 9.989m3/t、21.70m3/t、15.69m3/t。

4.4 頂?shù)装鍘r性對(duì)煤層含氣量的影響

12煤含氣量高于13煤的原因，主要是由于12煤頂板為一層較厚的海相泥巖，煤層穩(wěn)定而且比較厚，而13煤頂板巖性為透氣性很強(qiáng)的中、粗砂巖，加之煤層薄，不利于瓦斯的保存。如13剖面上258號(hào)孔中的12煤干燥無(wú)灰基含氣量為31.99m3/t，而 13 煤干燥無(wú)灰基含氣量?jī)H為 16.22m3/t。

4.5 埋深對(duì)煤層含氣量的影響

勘查區(qū)內(nèi)地形平坦，因此煤層埋深變化主要受到井田構(gòu)造的影響。林盛堡向斜對(duì)勘查區(qū)范圍內(nèi)的煤層埋深起到控制性作用，由于勘查區(qū)位于向斜SE翼，因此勘查區(qū)內(nèi)煤層埋深由SE至NE逐漸增加，且由于地層傾角較大(45°～60°)，導(dǎo)致煤層埋深變化較快。

勘查區(qū)范圍內(nèi)，12煤埋深變化在270～1 500m(1 500m為推測(cè)值)。隨著煤層埋深的增加，含氣量呈現(xiàn)快速增加的趨勢(shì)(不包括巖漿進(jìn)入煤層區(qū)域)，900m以淺部位噸煤含氣量隨埋深增加的速率為5m3/100m。勘查區(qū)深部煤層氣構(gòu)造保存條件良好，目的煤層含氣量高，使研究區(qū)具備了煤層氣開發(fā)的基礎(chǔ)條件。

5 結(jié)語(yǔ)

煤層氣開發(fā)利用是節(jié)能減排和減少煤礦瓦斯重特大事故的重要舉措，是國(guó)家優(yōu)先扶持的領(lǐng)域，紅陽(yáng)煤田煤層氣資源勘查工作一直得到國(guó)家和遼寧省的高度重視。紅陽(yáng)煤田徐往子煤層氣勘察屬于新能源勘查開發(fā)項(xiàng)目，它的將有利于加快遼寧省煤層氣的開發(fā)利用，滿足遼陽(yáng)及周邊城市對(duì)天然氣的需求，促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，同時(shí)在紅陽(yáng)煤田也具有示范意義，有利于推動(dòng)紅陽(yáng)煤田的煤層氣開發(fā)利用，減少礦井瓦斯安全事故、降低風(fēng)排瓦斯帶來(lái)的大氣環(huán)境污染，因此該項(xiàng)目實(shí)施具有重要的經(jīng)濟(jì)和政治意義。

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