朱建剛,鄭柏平,劉占勇

(1.河北工程大學 資源學院,河北邯鄲 056038;2.中國煤田地質總局 第一勘探局,河北邯鄲 056004)

煤層氣是否具有開發(fā)價值主要取決于煤儲層的地質特征、煤儲層圍巖物性特征及控氣地質因素等[1-3],其中煤儲層的地質特征是控制煤層氣資源的物質基礎[4-6]。煤儲層地質特征主要包括煤儲層的層數與厚度、空間展布、巖石學特征、化學工藝特征、煤級、煤類以及煤相特征等。作者在對鄉(xiāng)寧礦區(qū)煤層氣藏特征分析時,首先對本區(qū)煤儲層的地質特征進行了研究。

1 煤儲層發(fā)育特征

1.1 含煤性

研究區(qū)為華北型石炭二疊系含煤地層,煤系地層總厚91.25～152.08m,平均 120.91m,含煤 5～11層,煤層總厚平均 9.73m,含煤系數為8.05%。其中本溪組平均厚度8.72m,含煤1層(12#煤層),含煤系數1.83%。12#煤層厚度0～1.50m,平均厚度0.16m,為偶見可采點的不穩(wěn)定煤層。太原組平均厚度54.66m,含煤3～7層,煤層平均總厚3.49m,含煤系數6.38%。山西組平均厚度57.53m,含煤3～5層,煤層平均厚度6.08m,含煤系數10.57%。

1.2 可采煤層特征

本區(qū)主要可采煤層為2#、3#和10#煤層(圖1),1#煤層為局部可采煤層,2#煤層位于山西組下部,層位穩(wěn)定,煤層厚度 2.09～6.23m,平均厚度4.10m,可采系數 100%,煤層厚度變異系數27.5%,為全區(qū)可采的穩(wěn)定煤層,一般含1-3層泥巖夾矸,屬結構較簡單煤層。3#煤層為薄煤層,與2#煤層的間距較小,厚度變化不大,僅局部出現不可采點。10#煤層位于太原組下部,上距3#煤層36.13～52.18m,平均間距 44.89m,煤層厚度1.22～4.50m,平均厚度2.77m。煤層偶含夾矸1層,巖性為泥巖,可采系數100%,煤層厚度變異系數24.4%,煤層總體厚度變化不大,結構簡單。屬于全區(qū)可采的穩(wěn)定煤層。

2 巖石學特征

2.1 宏觀煤巖類型

研究區(qū)各煤層宏觀煤巖類型以半亮型煤為主,個別點為半暗型煤。宏觀煤巖成分大部以亮煤為主,含少量鏡煤,少見暗煤及絲炭,鏡煤一般呈條帶狀分布。宏觀煤巖類型水平方向及垂向變化不大。

2.2 顯微煤巖組分及顯微煤巖類型

2#煤鏡質組含量在66.5%～88.7%間,平均為78.8%,惰質組含量為11.3%～33.5%,平均為21.1%。3#煤鏡質組含量為69.9%～90.2%,平均為82.1%,惰質組含量一般在9.8%～30.1%間,平均為18.0%。10#煤層鏡質組含量為77.5%～87.8%,平均為82.8%,惰質組含量為12.2%～22.5%,平均為17.2%(圖2)。2#、3#煤層鏡質組均以基質鏡質體為主,次為均質鏡質體,有少量的碎屑體。惰質組中的半絲質體多于絲質體含量,呈過渡型。絲炭胞壁膨脹,胞腔內充有粘土顆粒,有個別的火焚絲質體和絲炭碎屑體。10#煤層鏡質組成分主要以均質鏡質體為主,基質鏡質體次之,有條帶狀,還有少量碎屑體。絲質體含量較上部各煤層少,常為氧化絲質體,呈透鏡狀,碎屑狀,層狀等,有個別的火焚絲質體。

3 化學與工藝特征

3.1 煤的化學性質

水分(Mad)。三個主要可采煤層的水分差別不大。2#、3#和10#煤層的原煤平均水分(Mad)分別為0.64%、0.55%和0.54%,而浮煤平均水分(Mad)則分別為0.51%、0.51%和0.40%(圖3)。

灰分(Ad)。2#煤層的原煤干燥基灰分平均值為18.20%,屬低～中灰煤,在研究區(qū)總體上呈北高南低的趨勢。3#煤層的原煤干燥基平均值為20.19%,屬特低～中灰煤。10#煤層的原煤干燥基灰分平均值為16.47%,較2#、3#煤層略低,屬特低～中灰煤。浮煤灰分按分選密度1.40計,各煤層灰分大部分小于10%。(圖4)。

揮發(fā)分。各煤層原煤揮發(fā)分變化不大,為17.65%～14.37%,浮煤揮發(fā)分 13.70%～13.03%,均為低揮發(fā)分煤(圖5)。

2#煤層原煤全硫含量平均0.73%。屬特低硫～中硫煤。3#煤層原煤全硫含量 0.38%～3.01%,平均1.46%,屬特低硫～中高硫煤。10#煤層原煤全硫1.04%～7.42%,平均3.61%;變化較大,以中高硫～高硫煤為主。

各煤層成分硫測定結果顯示,各煤層硫酸鹽硫含量不高。原煤全硫含量較低的點,有機硫含量較高;原煤全硫含量較高的點,硫鐵礦硫含量較高。原煤經洗選后,全硫含量大部分有所降低,其中以10#煤層下降幅度最大。而且,硫鐵礦硫含量越高,浮煤全硫含量較原煤下降幅度越大;有機硫含量越高,浮煤全硫含量較原煤下降幅度越小,有的還有所增高。

有害元素與微量元素。對三個主要煤層中的磷、氯、砷、氟等有害元素的分析表明,其均在安全范圍之內。煤層中微量元素鍺、鎵、鈾、釷、釩含量較低,低于可回收利用的最低工業(yè)品位標準。

3.2 煤的工藝性能

2#、3#、10#煤層原煤發(fā)熱量平均值為28.183～29.374 MJ/kg;浮煤干燥基高位發(fā)熱量平均值為32.870～33.157 MJ/kg。均為高熱值煤。煤層粘結指數較低,最低為0,最高為17,粘結性較低或不具粘結性,屬貧瘦煤、貧煤范疇。煤灰結渣對煤炭氣化生產或鍋爐燃燒產生不利影響。試驗結果表明,2#、3#、10#煤層均屬弱結渣性煤。2#、3#、10#煤層熱穩(wěn)定性TS+6＞0%,屬高熱穩(wěn)定性煤。煤灰成分以SiO2(44.94%～48.04%)和Al2O3(30.48%～32.32%)為主,其次為Fe2O3(6.26%～10.69%),其他組分相對較低。

4 煤級與煤相

按現行我國煤炭分類方案,分類指標主要依據浮煤干燥無灰基揮發(fā)分和膠質層厚度,參考粘結指數、鏡煤最大反射率和顯微硬度等幾項指標。各主要煤層均為貧煤(PM)、貧瘦煤(PS),以貧煤為主,個別見煤點為貧瘦煤,垂向上煤類變化規(guī)律不明顯。

對1#,2#,3#,7#,12#等煤層20多個樣品的鏡質組最大反射率的測試結果表明:各煤層的鏡質組最大反射率變化不大,R0,max(%)在2.20至2.50之間(圖7)。

5 結論

鄉(xiāng)寧礦區(qū)煤儲層基礎地質條件較好,具體表現為主要煤層空間展布均勻、累計厚度大、煤質好、煤級高,有利于煤層氣生成。

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