0 引 言

盘县煤田作为我国重要的大型煤炭工业基地之一，有“江南煤海”之称，区内的盘江矿区也是典型的煤与瓦斯突出矿区，而火烧铺煤矿作为矿区内典型的煤与瓦斯突出矿井[1]。虽然，井田内的矿井采取了各种瓦斯抽采技术手段、方法进行了治理，取得了一定的效果，但是，瓦斯治理的速度和效果仍然不能满足矿井生产接续的需求，严重制约矿井生产规模的发展，导致矿井生产多年来不能达到设计的240 万t/a产能的要求，矿井的生产能力长期维持在设计能力的75%。因此，煤与瓦斯突出问题是制约矿井开拓和安全生产的关键开采技术条件[2]。

从20世纪四五十年代至今，矿区内经过了煤炭、煤层气资源远景评价、有利区预测、煤层气资源的勘探和开发。先后有贵州省煤田地质局一五九队对盘县煤田进行了主要井田的预查、普查、勘探等工作，对区内浅部煤层发育特征、煤层瓦斯含量特征等获取了一定的参数[3-5]；贵州省煤田地质局对六盘水煤田盘关向斜的煤层气远景勘探、主要在盘关向斜的深部获得了煤层气含量、吸附特征以及完成了煤层注入压降试验，获得了深部煤储层参数特征[6-7]；桂宝林等[7-8]对黔西南煤层气资源及其勘探潜力进行了系统的评价，并指出盘关向斜为煤层气勘探的潜力方向。文献[3-4,6]完成了贵州省煤层气资源潜力评价，随后贵州盘江煤层气开发有限公司在盘关向斜内完成了部分煤层气参数孔的勘探、生产井的开发[5,7-8]。但是多年来并未取得煤层气勘探与开发的突破，分析发现主要存在以下方面的原因：①浅部的有利的煤层开发区域已经基本开采殆尽，残存的“甜点”位置寻找难度大；②地形地貌是制约地面煤层气勘探开发工程的重要因素，尤其是大型压裂设备的难以进出场；③复杂的煤体结构及地质构造是制约煤层气压裂的关键因素。中、上组煤层是理想的煤层气开发层位，尤其是12～17煤层之间，但是，该段煤层以构造煤为主，多为碎裂、碎粒煤，煤层的坚固性系数为0.15～1.20，且断层、顺层滑动等构造较发育，构造复杂程度Ⅱ～Ⅲ级[9]，导致煤层顶、底板岩层破碎，同时煤层顶底板以泥岩夹菱铁岩层为主，对本煤层和顶板钻孔成孔是巨大的挑战，更无法谈及煤层及其顶板的压裂技术。

目前井田内的生产矿井井下瓦斯抽采表明，钻孔的成孔是最大的挑战，钻孔无法完成设计钻探深度、筛管无法下入以及钻孔封闭质量难以达标等技术难题尚未攻克[10-11]。随着井田内煤田勘探、煤炭开发、煤层气勘探开发等地质资料的积累，虽然对井田内煤层瓦斯(煤层气)地质特征的认识逐渐深化以及对井田内各煤层瓦斯含量、储层特征等有了一定的认知，但是对煤层瓦斯(煤层气)赋存、富集的控制因素、浅部瓦斯(煤层气)富集机理等尚不是很清楚，尤其是浅部钻孔在揭露煤层过程中多个钻孔发生瓦斯(煤层气)井喷，喷出量大且具有向深部和浅部减少的特点，煤层瓦斯自然成分中含有一定量的C2～C8，且存在局部异常富集区等问题。

为了探究上述地质问题，在查阅相关资料[8，12]收集整理井田内矿井以往煤田、煤层气以及水文地质勘探资料、井下钻孔瓦斯测试成果的基础上，布置地面钻孔瓦斯补充勘探工程，配合地球物理测井、煤层注入压降测试、气测录井、采样测试、吸附解吸试验等技术手段，同时开展井下瓦斯关键参数测试工程部署和瓦斯治理工程。通过测试不同位置不同煤层瓦斯相关参数，分析煤层瓦斯赋存规律、控制因素以及富集模式，评价煤与瓦斯突出危险性，为矿井采取顶、底板巷道穿层钻孔预抽、顺层长钻孔条带预抽，常规钻孔条带预抽等技术进行瓦斯治理提供参数，进而为地面煤层气勘探工程井位部署，生产矿井井下瓦斯抽采、防突、消突设计提供基础地质资料。

1 井田地质特征

火烧铺井田位于盘县煤田盘关向斜西翼南段的盘江矿区，地层区划隶属扬子地区(Ⅵ4)，上扬子地层分区(Ⅵ43)，黔西北地层小区(Ⅵ43-4)的贵州省盘县煤田盘关向斜西翼南段，总体上构造形态为向东倾斜的单斜构造，地层倾角18°～40°，断裂构造发育，主要发育正断层有火5、火6、火7，局部发育逆断层如滥9和走滑断层F5-1(图1)。井田内含煤地层为二叠系上统龙潭组，煤系地层厚度179.54～309.69 m，平均255.07 m，根据沉积的旋回性、岩性、古生物化石标志层等特征将其划分为一、二、三这3个岩性段，发育有B1-B16编号16个标志层，其中可靠的古生物、岩性标志层有7～10层，上述标志层是井田内地层划分、煤层对比的主要依据(图2)。

火烧铺井田由滥泥箐、火烧铺、羊场坡3个煤矿构成井田面积约34 km2，其中滥泥箐煤矿位于火6以北、滥14以南，火烧铺煤矿位于火5与火6之间，羊场坡煤矿位于火5以南。井田内含煤层20～60层，可采煤层约20层；编号煤层22层，可采编号煤层14～17层。其中3、12煤为全区可采煤层，1、5、7煤等9个煤层为大部分可采煤层，其余各煤层为局部或不可采煤层，总体以稳定～较稳定煤层为主[1-2]。煤类以焦煤为主，气煤、肥煤和贫煤次之，局部发育无烟煤，煤的变质程度总体受构造控制，在井田范围内受埋深控制，表现为在浅部的火烧铺为气煤、肥煤，中、深部的滥泥箐为焦煤、1/3焦煤，深部及构造转折端的羊场坡为无烟煤；宏观煤岩类型以半暗煤、暗煤为主，局部见半亮煤，煤层受多期次构造运动的影响，煤系中、上段煤层多为构造煤，煤层内构造滑面、层间滑动以及断裂构造较发育，煤体结构多呈粉状、鳞片状；煤中裂隙发育，裂隙被碳酸盐岩和黄铁矿填充。

采用煤层顶底板划分新方法对煤层顶板岩性、厚度及稳定性进行了评价[1-2,13-16]，各煤层及其顶底板形成岩性以海陆过渡相的三角洲沉积环境的砂泥岩层为主[17-18]，上段以细，粒砂岩为主、向下粒度逐渐变细，相变为粉砂岩、泥岩，总体上煤层顶板属于完整～较完整的岩体。

采用地面地质调查、钻孔抽水试验为主，人工井液电阻率法测井[19-21]、水文地球化学分析等为辅的进行水文地质条件综合评价，井田内地表水径流条件好，而地下水相对较差；地下水类型以碎屑岩裂隙水为主，第四系松散岩类孔隙水和基岩风化裂隙水以及石灰岩岩溶水次之，富水性弱～强[22]。地下水的赋存规律受区域构造即盘关向斜的控制，各含水层的赋存规律、埋藏条件、分布范围、循环特征等不尽相同，从而构成一个相对独立的含水层统一体。因此，地下水、地表水径流方向为由西向东即首先由向斜的翼部向核部汇流，之后在核部由南向北径流，最终地表水在亦资孔、沙陀村、董家桥等地区流出井田，汇入拖长江；地下水在拖长江+1 680 m侵蚀沟谷排泄。盘关向斜四周出露的峨眉山玄武岩组以及向斜翼端和北部的大型断裂构造构成盘关向斜的隔水边界构成一个完整、封闭的蓄势构造单元[22]。

2 矿井瓦斯地质特征及突出情况

2.1 矿井瓦斯地质特征

据火烧铺矿瓦斯抽采月报统计(表1)，2016—2018年3月火烧铺矿矿井平均瓦斯涌出量为97.30～112.64 m3/min，其中风排瓦斯平均涌出量为49.77～9.33 m3/min，抽采瓦斯平均涌出量为47.26～53.31 m3/min，吨煤瓦斯涌出量平均为35.45～40.38 m3/t，吨煤瓦斯抽采量平均为18.37～21.27 m3/t。总体上近3年来矿井瓦斯涌出量、吨煤瓦斯抽采量变化不大，具有随着井下瓦斯治理工程技术水平的提升各量逐年降低的趋势(图3a)。

2.2 矿井瓦斯突出情况

井田内的矿井自建井投产以来，曾发生过多次矿井瓦斯突出事故，其中影响较大的几次事故为：

1)1972年12月13日火烧铺矿井在建井期间，斜井+1 660 m水平南一采区轨道上山下车场巷道在维修过程中，17煤发生1次煤与瓦斯突出，抛出的煤体具有一定的分选性，煤体粒度随着抛出的距离增大而减小，堆积坡角28°，突出煤量180 t，空洞长10 m，煤粉抛出最大距离为29 m，涌出瓦斯量5.8万m3(图3b)，并造成伤亡事故。

2)2004年8月13日，火烧铺矿21采区213石门在19煤揭煤过程中发生了煤与瓦斯突出事故，突出煤量79 t，突出瓦斯6 519 m3。

3)12煤在周边矿井发生过突出事故，其中影响较大的为2018年8月6日的梓木嘎煤矿瓦斯爆炸事故，事故突出煤量 549 t、突出瓦斯量 1.39万m3。

2.3 矿井瓦斯与二氧化碳等级鉴定情况

火烧铺煤矿历年(2004—2017年)矿井瓦斯与二氧化碳等级鉴定结果表明(表2)：矿井绝对瓦斯量为94.71～160.12 m3/min，矿井相对瓦斯量介于27.65～50.91 m3/t，均鉴定该矿井为煤与瓦斯突出矿井(图3c)。

3 井田瓦斯补充勘探

3.1 补充勘探工程部署原则

瓦斯补充勘探工程部署的原则：坚持面上控制、深浅兼顾、一孔多用的原则，在瓦斯补充勘探的同时兼顾构造、煤层、水文地质、煤层气以及其他开采技术条件的探查。坚持地面、井下联合勘探，采用多参数综合化、精细化解释。

3.2 工程部署的依据

工程部署的依据是已有的勘探成果、矿井生产实际揭露瓦斯地质特征，以及矿井深部开拓、瓦斯消突、防突设计和瓦斯治理工程所需的参数，要求如下：

1)以深部+800—+1 400 m开采标高为重点研究对象，为南部的羊场坡、中部的火烧铺和北部滥泥箐矿井深部开拓设计提供资料；同时兼顾浅部未开采的中、下组煤，做到由浅到深，不同编号煤层在钻孔点上约束、剖面线上控制、平面覆盖三位一体的勘探部署。

2)煤层气勘探钻孔由向斜的西翼向向斜的轴部布置，尽可能形成一条剖面加以控制，控制剖面上不同深度不同编号煤层瓦斯(煤层气)成分、含量、储层压力、瓦斯压力、吸附常数a和b值、f值等参数的变化特征。

3)以编号为1、3、5、7、12、14、17、20、21、22、24、26、27、29煤等14层可采煤层的瓦斯赋存规律研究为重点，同时兼顾其他局部可采煤层和各煤层围岩瓦斯赋存情况。

4)合理利用以往井上、井下各煤层瓦斯压力、含量，吸附常数等测试成果，为避免钻探施工影响后续开拓区巷道掘进支护。

3.3 瓦斯含量特征

对21个瓦斯地质补充勘探钻孔(图1)采集的295个瓦斯样品进行了测试，测定的自然瓦斯成分以CH4为主，N2和C2～C8次之，含有少量的CO2；局部地段存在C2～C8或N2异常富集区(图4)；其中空气干燥基CH4含量0.70～7.63 m3/t，CH4的体积分数0～95.97%，平均为65.44%；C2～C8的体积分数为0.43%～61.74%，平均为18.42 %；N2的体积分数为0.25%～83.43%，平均为13.03%；CO2的体积分数为0.96%～9.61%，平均为3.10%；CH4与C2～C8含量之和为0～14.37 m3/t，平均4.69 m3/t。干燥无灰基CH4与C2～C8含量之和为0.43～21.05 m3/t，平均8.39 m3/t。

在平面上煤层瓦斯具有明显的分带性，在西部露头区为N2或N2-CO2带，向深部延伸渐变为N2-CH4带，再往深部渐变为CH4带，且不同编号煤层的分带深度各不相同。在纵向上各煤层中C2～C8的体积分数和空气干燥基含量均与煤层埋深增加而增加(图5a)；煤层中C2～C8的含量与煤层埋深呈幂函数相关关系(图5a、图5b)。

3.4 煤层瓦斯参数特征

通过井田内生产矿井6个动用的可采编号煤层(1、3、5、7、12、17煤)在不同开采标高、不同埋深位置井下测试的煤层自然瓦斯含量、瓦斯压力、a和b值、f值以及瓦斯放散初速度ΔP等相关参数的系统工程布置和测量以及成果数据的统计分析。结果表明：各煤层瓦斯含量、瓦斯压力与煤层埋深呈线性相关性，而与煤层标高无关；各煤层中，12煤的瓦斯含量、压力在相同埋深条件下明显高于其他煤层，17煤次之，5煤最小；通过对各煤层埋深、标高、瓦斯含量、瓦斯压力等参数的相关性分析，结果表明：各煤层的瓦斯含量、瓦斯压力与煤层埋深之间呈线性相关关系，相关性显著(图5d、图5e)，相关系数R2>96%，瓦斯含量、瓦斯压力与煤层埋深的拟合关系见表3。

3.5 钻孔煤层气测试参数特征

通过对井田内不同构造位置的煤层气参数钻孔的煤层气样品采集、解吸、煤层注入/压降试验，发现不同参数井各煤层的储层压力存在煤相的差异性，总体上以略欠压～正常压力为主，亦存在超压储层(正常压力：0.9<压力系数<1.1)(表4)，且煤储层压力与煤层理深之间呈正相关性，相关系数R2>86%(图6a)。

3.6 煤层瓦斯吸附特征

通过对地面瓦斯补充勘探钻孔和井下工作面、石门采集不同标高、埋深的编号煤层瓦斯样品，测试分析其在30 ℃下的高压容量吸附等温特征，结果表明：各煤层中7煤的吸附能力最强，3煤最小，其他煤层相差不大；浅部607 m以浅12煤的实测瓦斯压力4.1 MPa，深部1 200 m以浅的瓦斯吸附压力1.44～7.74 MPa。各煤层的吸附平衡压力3.7 MPa，吸附量10～20 m3/t，如图6b所示。

3.7 矿井瓦斯突出危险性评价

根据火烧铺矿浅部开采上组煤层时的瓦斯含量，瓦斯等级鉴定、突出危险性鉴定以及瓦斯突出事故等(表1、图3a、图3c),将火烧铺矿井评价为煤与瓦斯突出矿井。

根据地面钻孔瓦斯补充勘探、深部矿井井下石门、工作面对煤层在不同标高、埋深条件下的瓦斯压力、瓦斯含量、煤体坚固性系数f、孔隙率、瓦斯放散初速度、a和b值等相关参数的系统测试结果(表5)，采用单项指标煤体结构类型、瓦斯压力、f、ΔP和综合评价指标D和K值等井下综合评价，单项指标显示浅部为开采的中、下组煤和深部矿井各煤层具有突出危险性；综合评价指标显示上述各煤层均具有煤与瓦斯突出危险性。

因此，井田内的矿井综合评价为煤与瓦斯突出矿井。

4 矿井瓦斯治理情况

4.1 矿井井下瓦斯治理措施

火烧铺井田内的火烧铺、滥泥箐矿井为了探究不同瓦斯治理措施的治理效果、成本等，对2632工作面进行了综合瓦斯治理研究。工作面位于滥泥箐采区北翼，南至2632回风巷联络巷和262石门，北至2632开切眼，设计回风巷走向长1 260 m，运输巷走向长为1 368 m，工作面走向长1 256 m，开切眼长140 m，根据工作面区域内本次施工的BK14和以上施工的321、327、350四个钻孔确定工作面煤层厚度平均为3.02 m，煤层倾角34°，煤层瓦斯含量13.92 m3/t，原始瓦斯压力1.24 MPa，坚固性系数0.43，透气性系数0.11 m2/(MPa2·d)。为了对比分析各工艺的效果，以660 m长的巷道和抽采区域为工程实践对象对其进行条带预抽、顺层长钻孔抽采以及统计以往控制同样区域采用顶底抽采巷道穿层钻孔抽采进行区域瓦斯防治工程治理的效益，工程布置如图7a所示。

4.2 效果分析

4.2.1 抽采瓦斯浓度与含量变化情况

经过180 d的数据监测和统计不同工艺抽采效果显示(图7b、图7c和表6)：顺层长钻孔的瓦斯治理效果明显优于其他工艺，表现为主管抽采的瓦斯浓度、瓦斯纯流量明显高于其他2种工艺，是其他2种工艺的2.0～2.5倍[23]。

4.2.2 防突、消突主要指标变化情况

通过对2632 运输巷掘进期间测定煤层残存瓦斯含量和验证钻孔钻屑瓦斯解吸指标K1值的测试分析，实施顺层长钻孔控制区域内的煤层残存瓦斯含量由原始的12.0～15.8 m3/t降为5.6～7.5 m3/t，降低了46%～60%；K1为0.24～0.35 mL/(g·min1/2)，平均为0.28 mL/(g·min1/2)，2个指标均小于现行相关规范规定的临界指标值(残存瓦斯含量临界值为8 m3/t、K1临界值为0.5 mL/(g·min1/2)，且无顶钻、卡钻、喷孔等突出预兆，均达到了预期消突的目的，有效地缓解了矿井生产接续。

4.2.3 井下巷道、工作面掘进速度变化

通过在2632回风巷施工长钻孔对2632运输巷前方进行消突，减少了2632运输巷补充钻孔施工数量和抽采时间，提高了掘进速度。长钻孔控制区域比未控制区域平均月进尺提高了71.7 m，平均月进度提高了1.69倍(图7d)。

4.2.4 瓦斯治理成本对比分析

通过对比分析3种矿井瓦斯治理工程施工工艺的成本，统计2632工作面在施工顺层长钻孔控制、顶底板预抽巷道穿层钻孔抽采、条带预抽巷道在控制相同区域内的工作面、巷道以及开切眼区域所需要施工钻孔工程量、总费用以及掘进每米巷道或回采每米工作面的成本(表6、图7e)。

结果表明：顺层长钻孔抽采技术施工的总费用最小、且钻孔施工工程量最小、抽采效果最好；顶底板预抽巷道穿层钻孔的费用最高，需要额外掘进巷道700 m的成本巨大，且抽采效果差；条带预抽钻孔与顺层长钻孔的工程量相差不大，费用相差46.46万元，而抽采效果相差较大。顺层长钻孔较二者总费用节省分别为338.38万元、46.46万元，成本降低显著。

5 煤层瓦斯富集模式

通过对地面钻孔瓦斯地质补充勘探测试的各煤层瓦斯含量、成分分析，结合不同构造位置煤层气钻孔测试分析数据，结果表明：井田内各煤层空气干燥基甲烷含量变化具有先增高后降低再增高的变化规律，表现为在0～400 m段含量随着煤层埋深增加逐渐增高，在400～1 200 m含量随着煤层埋深增加而减少，而在1 200 m以深的区域含量随着煤层埋深而再次增高的特征(图8a)；表现为地面地质钻探300～500 m埋深的煤层普遍钻孔涌水、部分钻孔瓦斯井喷、顶钻等现象；涌水中携带大量瓦斯，井喷初次喷出压力大、喷出高度较高且持续时间长；瓦斯中甲烷含量高，燃烧的火焰颜色以明亮的红蓝色为主；而再向深部和浅部未发生该现象。此外，结合矿区向斜构造特征及其水文地质条件(图8b)，分析认为井田(矿区)内瓦斯(煤层气)的富集具有以下模式(图9)。

1)在向斜的东西两翼浅部的潜水循环带以上，即地下潜水水位线以上，煤层中瓦斯含量小，成分以氮气、氮气-二氧化碳为主，属于氮气带。

2)在风化裂隙带(以40 m计)至潜水循环带之间的区域，地表风化裂隙中存在地下水，且随着降雨量的变化而变化，总体上以氮气-甲烷带为主，局部存在甲烷异常富集带。

3)在向斜构造的东、西两翼煤系露头区直接接受大气降水的补给，沿着露头区的构造裂隙、风化裂隙顺着煤岩层倾向向斜的轴部径流；地下水的流速在两翼区流向轴部区逐渐减小。

4)各煤层内的瓦斯在煤层内沿着构造裂隙、连通孔隙在压力、水的浮力作用下由向斜的轴部向东西两翼顺煤层方向运移。

5)二者在浅部的滞留区形成一个气、水压力平衡的区域，在地下水的封堵作用下瓦斯(煤层气)在该区域内富集，形成了浅部滞留富集区[24-32]。

6)在向斜的轴部由于地下水径流速度缓慢，煤层瓦斯含量高以及东西两翼地下水的作用，在该区域形成轴部滞留富集区，在水文地质上表现同一层位含水层的富水性由浅部向深部(45.26～1 268 m)，含水层的富水性随着埋深的增加而减小(图8b)，地下水化学类型由重碳酸型变为硫酸钠型，同时矿化度由188.54 mg/L变为1 109.00 mg/L，矿化度随着深度增加而增加[1-2,22]。

因此，影响井田及其盘关向斜石炭二叠系煤田煤层瓦斯赋存的主要因素是煤层埋深、地质构造、水文地质条件，其中地质构造是基础，煤层埋深是关键，水文地质条件是浅部煤层瓦斯富集保存的关键要素。

6 结 论

1)火烧铺井田矿井瓦斯成分以甲烷为主，C2～C8和氮气次之，其中C2～C8的平均体积分数为18.42%；局部地段发育C2～C8异常富集区，体积分数可达61.74%；平面上各煤层自然瓦斯具有明显的分带性，且各煤层分带的深度随煤层不同而各不相同；纵向上各煤层中C2～C8的体积分数和空气干燥基含量均具有随着煤层埋深增加而增加规律，且呈幂函数相关关系。

2)各煤层的瓦斯含量、瓦斯压力与煤层底板埋深之间呈线性相关关系，相关性显著，相关系数R2>96%，而与煤层标高无关；6层可采煤层中12煤的瓦斯含量、压力在相同埋深条件下明显高于其他煤层，17煤次之，而5煤最小；此外，煤层气钻孔注入压降测试表明，煤储层压力与煤层埋深具有明显的线性关系。

3)盘关向斜火烧铺井田煤层瓦斯(煤层气)的富集虽然受构造、埋深和水文地质条件3个要素的控制，但主要受煤层埋深的控制；在浅部和深部均存在地下水滞留带，煤层埋藏350 m左右发育富集带，向深部(煤层气)瓦斯含量具有先降低再升高的特征。

4)各煤层的干燥基甲烷含量普遍大于4.0 mL/g，具有一定的煤层气开发潜力；煤层气勘探钻孔的布置应选择在浅部的瓦斯富集带(地下水滞留带)和深部的向斜轴部地下水滞留区地带，该区域是煤层气开发的有利部位，但是目前浅部区域已经受到生产矿井的扰动和破坏，深部1 000 m以深的区域是未来煤层气勘探和开发的有利区域。

5)根据煤层及其顶板岩性沉积环境、工程地质特征、岩性组合特征综合分析认为，煤层气钻孔分段压裂层位应选择在上组煤3煤及其顶板、19煤与24煤顶板厚层砂岩发育段，而12煤层及其顶板以及12煤至17煤间的构造发育段不应作为压裂层位的选择层位。

6)通过火烧铺煤矿的生产实际，井田内的生产矿井可以采用开采保护层先行，顶、底抽采巷道顺层钻孔、条带预抽钻孔、本煤层顺层长钻孔抽采3种措施跟进进行矿井区域、局部的瓦斯防突、消突，但是，相比而言综合对比顺层长钻孔条带预抽技术成本低且效果最好。

参考文献(References):

[1] 王海军，马 良，刘善德，等.贵州盘江精煤股份有限公司火烧铺煤矿储量核实报告[R].西安：中煤科工集团西安研究院有限公司，2018.

[2] 王海军，马 良，刘善德，等.贵州盘江精煤股份有限公司火烧铺煤矿深部煤炭资源补充勘探报告[R].西安：中煤科工集团西安研究院有限公司，2018.

[3] 易同生，张 井，李新民.六盘水煤田盘关向斜煤层气开发地质评价[J].天然气工业，2007，27(5)：29-31.

YI Tongsheng，ZHANG Jing，LI Xinmin.Development geology assessment on coalbed methane in Panguan Syncline of Liupanshui coal field[J].Natural Gas Industry，2007，27(5)：29-31.

[4] 易同生，高 为.六盘水煤田上二叠统煤系气成藏特征及共探共采方向[J].煤炭学报，2018，43(6)：1553-1564.

YI Tongsheng，GAO Wei.Reservoir formation characteristics as well as co-exploration and co-mining orientation of Upper Permian coalbearing gas in Liupanshui Coalfield[J].Journal of China Coal Society，2018，43(6)：1553-1564.

[5] 高 为，韩忠勤，金 军，等.六盘水煤田煤层气赋存特征及有利区评价[J].煤田地质与勘探，2018，46(5)：81-89.

GAO Wei，HAN Zhongqin，JIN Jun，et al.Occurrence characteristics and assessment of favorable areas of coalbed methane exploration in Liupanshui coal field[J].Coal Geology & Exploration，2018，46(5)：81-89.

[6] 周培明，金 军，罗开艳，等.黔西松河井田多层叠置独立含煤层气系统[J].煤田地质与勘探，2017，45(5)：66-69.

ZHOU Peiming，JIN Jun，LUO Kaiyan，et al.Unattached multiple layer superimposed coalbed methane system in Songhe mine，west Guizhou[J].Coal Geology & Exploration，2017，45(5)：66-69.

[7] 桂宝林.六盘水地区煤层气地质特征及富集高产控制因素[J].石油学报，1999，20(3)：39-45.

GUI Baolin.Geological characteristics and enrichment controlling factors of coalbed methane in Liupanshui region[J].Acta Petrolei Sinica，1999，20(3)：31-37.

[8] 秦 勇，高 弟.贵州省煤层气资源潜力预测与评价[R].贵阳：贵州省煤田地质局，2010.

[9] 白丽娜，曾家瑶，高 为.基于灰色关联分析的盘关向斜煤层气有利井区优选[J].煤炭科学技术，2019，47(4):169-173.

BAI Lina，ZENG Jiayao，GAO Wei.Optimization of favorable well of CBM based on grey correlation analysis in Panguan syncline[J].Coal Science and Technology，2019，47(4):169-173.

[10] 何松霖，刘 勇，康向涛，等.盘江矿区煤系地质构造复杂程度评价研究[J].煤炭科学技术，2017，45(6)：196-200.

HE Songlin，LIU Yong，KANG Xiangtao，et al.Research on evalution of complexity of geological structure of coal measures in Panjiang mining area[J].Coal Science and Technology，2017，45(6)：196-200.

[11] 方 俊，刘 飞，李泉新，等.煤矿井下碎软煤层空气复合定向钻进技术与装备[J].煤炭科学技术，2019，47(2)：224-229.

FANG Jun，LIU Fei，LI Quanxin，et al. Air compound directional drilling technology and equipment for soft fragmentized seam underground coal mine[J]. Coal Science and Technology，2019，47(2)：224-229.

[12] 刘义林.基于精细解吸过程的无烟煤重烃浓度异常及其成因探讨[D].徐州：中国矿业大学，2014.

[13] 王海军.永陇矿区LYL井田2号煤层顶板沉积环境及其稳定性评价[J].煤田地质与勘探，2016，44(6)：38-44.

WANG Haijun.Sedimentary environment and stability evaluation of seam roof of No.2 seam in LYL coal mine of Yonglong coal field[J].Coal Geology & Exploration，2016，44(6): 38-44.

[14] 王海军.煤层顶板沉积环境对其稳定性影响研究[J].煤炭科学技术，2017，45(2):178-184.

WANG Haijun.Study on impact of sedimentary environment to stability of seam roof[J].Coal Science and Technology，2017，45(2)：178-184.

[15] 王海军.关于煤层顶板划分中岩性及厚度取值的探讨[J].能源与环保，2017，39(1)：86-89.

WANG Haijun.Discuss on division of lithology and thickness values of coal roof[J].China Energy and Environmental Protection，2017，39(1)：86-89.

[16] 王海军，马 良，朱玉英.煤层顶板类型划分新方法及其稳定性评价[J].煤矿安全，2019，50(3):61-69.

WANG Haijun，MA Liang，ZHU Yuying.A new method of coal seam roof classification and its stability evaluation[J].Safety in Coal Mines，2020，50(3):61-69.

[17] 王海军，马 良.陕北侏罗纪煤田三角洲平原沉积环境及其岩石力学特征[J].煤田地质与勘探，2019，47(3)：38-46.

WANG Haijun，MA Liang.Study on sediment environment and rock mechanics characteristics of the delta plain of Jurassic coalfield in northern Shaanxi[J].Coal Geology & Exploration，2019，47(3)：38-46.

[18] 邵玉宝.贵州盘县矿区上二叠统层序地层研究[J].煤炭科学技术，2018，46(2)：90-96.

SHAO Yubao.Study on sequence stratigraphy of upper Permian in Panxian mining area of Guizhou[J].Coal Science and Technology，2018，46(2)：90-96.

[19] 王海军.人工井液电阻率法测井在煤田水文地质勘探中的应用[J].煤田地质与勘探，2017，45(5)：115-120.

WANG Haijun. Application of artificial drilling fluid resistivity well logging in hydrogeological exploration of coalfield[J].Coal Geology & Exploration，2017，45(5)：115-120.

[20] 王海军，马 良.人工井液电阻率测井测量时间确定方法[J]. 煤田地质与勘探，2019，47(2)：189-194.

WANG Haijun，MA Liang. Method for determination of measurent time of resistivity logging in artificial well liquid[J]. Coal Geology & Exploration，2019，47(2)：189-194.

[21] 王海军，马 良，刘善德，等. 横向水流条件下含水层水文地质参数解释原理、方法及其应用[J].地球物理学进展，2019，34(3)：1206-1213.

WANG Haijun，MA Liang，LIU Shande，et al. Hydrogeological parameters of aquifers under horizontal flow conditions principle，method and application[J].Progress in Geophysics(in chinese)，2019，34(3)：1206-1213.

[22] 王海军.贵州盘县盆地火烧铺煤矿矿井涌水量预测[J].中国煤炭地质，2019，31(7)：40-47.

WANG Haijun. Mine water inflow prediction in Huoshaopu coalmine, Panxian Basin, Guizhou Province[J].Coal Geology of China，2019，31(7)：40-47.

[23] 旷永华，蒋中承，邵林金.顺层长钻孔预抽煤层瓦斯区域防突技术在火烧铺煤矿的应用[J].矿业安全与环保，2019，46(1):74-77.

KUANG Yonghua，JIANG Zhongcheng，SHAO Linjin.Application of regional outburst prevention technology of gas prextraction by long borehole along coal seam in Huoshaopu coal mine[J].Mining Safety & Environmental Protection，2019，46(1):74-77.

[24] 叶建平，武 强，王子和.水文地质条件对煤层气赋存的控制作用[J].煤炭学报，2001，26(5)：459-462.

YE Jianping，WU Qiang，WANG Zihe.Controlled characteristics of hydrogeological conditions on the coal[J].Journal of China Coal Society，2001，26 (5)：459-462.

[25] 秦胜飞，宋 岩，唐修义，等.水动力条件对煤层气含量的影响：煤层气滞流控气论[J].天然气地球科学，2005，16(2)：149-152.

QIN Shengfei，SONG Yan，TANG Xiuyi，et al.The influence on coalbed methane content by hydrodynamict[J].Natural Gas Geoscience，2005，16(2)：149-152.

[26] 葛燕燕，傅雪海，李 鑫，等.贵州珠藏向斜煤系含水系统对煤层气赋存的影响[ J].煤炭学报,2015,40 (2):403 -411.

GE Yanyan，FU Xuehai，LI Xin，et al.Influences of coal measures water-bearing system of on the coalbed methane occurrence and development in Zhucang syncline,Guizhou Province[J].Journal of China Coal Society,2015,40(2):405-413.

[27] 吴国代，曾春林，程 军，等. 松藻矿区地下水动力场特征及其对煤层气富集的影响[J].煤田地质与勘探，2018，46(4)：55-60.

WU Guodai，ZENG Chunlin，CHENG Jun，et al. Characteristics of groundwater dynamic field and its effect on coalbed methane accumulation in Songzao mining area[J].Coal Geology & Exploration，2018，46(4)：55-60.

[28] 冯树仁，张 聪，张金笑，等. 夏店区块煤层气藏气水分异特征[J].煤田地质与勘探，2018，46(5)：129-134.

FENG Shuren，ZHANG Cong，ZHANG Jinxiao，et al. Gas-water differentiation characteristics of CBM reservoirs in Xiadian block，Qinshui Basin[J]. Coal Geology & Exploration，2018，46(5)：129-134.

[29] 赵俊山，陈 亮，李瑞敬，等.地质构造及水动力条件对瓦斯赋存的控制作用[J].煤炭科学技术，2019，47(7)：74-81.

ZHAO Junshan，CHEN Liang，LI Ruijing，et al. Controlling effects of geological structure and hydrodynamic on gas occurrence[J]. Coal Science and Technology，2019，47(7)：74-81.

[30] 吴 圣，徐 韵，沈家宁，等. 黔北煤田长岗向斜煤层气富集的构造控制作用[J].煤田地质与勘探，2018，46(2)：22-27.

WU Sheng，XU Yun，SHEN Jianing，et al. Structural control on the enrichment of CBM in Changgang syncline，northern Guizhou coalfield[J]. Coal Geology & Exploration，2018，46(2)：22-27.

[31] 姚 帅，吴财芳，杨长青，等. 黔西比德-三塘盆地煤储层压力特征及差异成因研究[J].煤炭科学技术，2019，47(4)：162-168.

YAO Shuai，WU Caifang，YANG Changqing，et al. Study on pressure characteristics and difference causes of coal reservoirs in Bide Santang Basin of western Guizhou[J]. Coal Science and Technology，2019，47(4)：162-168.

[32] 孔胜利，杨 洋，贾 音，等.煤层瓦斯赋存特征及其关键地质因素影响研究[J].煤炭科学技术，2019，47(7)：53-58.

KONG Shengli，YANG Yang，JIA Ying，et al. Study on occurrence characteristics of coal seam gas and its key geological factors[J]. Coal Science and Technology，2019，47(7)：53-58.

Research on geological characteristics of gas occurrence in Huoshaopu mine field of Panguan Syncline

WANG Haijun

(Xi’an Research Institute,China Coal Technology and Engineering Group Corp.,Xi’an 710077,China)

Abstract:In order to find out the gas geological characteristics, control factors and enrichment rules of Huoshaopu mine field,so as to provide design parameters for ground coalbed methane exploration project deployment, provide reference for gas outburst prevention, outburst elimination design and engineering treatment in production mines. Firstly, combined with the results of previous surface borehole gas tests, the geological supplementary exploration project of surface gas is deployed in the deep part, and various technical means such as geological drilling, sampling test, gas logging, injection pressure drop test, adsorption and desorption are adopted to comprehensively analyze the distribution characteristics of gas in each coal seam in the horizontal and vertical directions.Secondly, the key parameters such as gas content, pressure, solidity coefficient f value, initial gas diffusion velocity ΔP, adsorption constants a and b value of each coal seam in the production mine are systematically tested, analysis and evaluation of outstanding risks. Finally, it points out the exploration and development direction of coalbed methane and puts forward three kinds of measures to prevent and eliminate gas outburst in mines,taking production mines as test objects, it compares and analyzes the engineering application effects of the three measures. The results show that the natural gas composition in the mine field contains a certain amount of C2～C8, and there are local abnormal enrichment areas, and the content is positively correlated with the coal seam depth.Although the occurrence of gas is controlled by three factors: structure, burial depth and hydrogeological conditions, it is mainly controlled by the burial depth of coal seam.The coalbed methane resources in the mine field have certain development potential.The stranded area in the shallow part of the two wings of the syncline and the deep part of the syncline axis are favorable areas for coalbed methane exploration, and the middle and upper coal formations are favorable horizons.Production mines can give priority to the mining of protective layer, and at the same time cooperate with top and bottom drainage tunnels, strip pre-drainage, along-layer long borehole drainage and other three measures to eliminate outburst and prevent outburst in the mine area. Comparative analysis of engineering application results shows that along-layer long borehole drainage technology has the best effect.

Key words:gas content; gas pressure;gas occurrence characteristics; coalbed methane; Panguan Syncline

中图分类号：TD712

文献标志码：A

文章编号：0253-2336(2019)12-0090-12

王海军.盘关向斜火烧铺井田瓦斯赋存地质特征研究[J].煤炭科学技术,2019,47(12)：90-101.doi:10.13199/j.cnki.cst.2019.12.013

WANG Haijun.Research on geological characteristics of gas occurrence in Huoshaopu mine field of Panguan Syncline[J].Coal Science and Technology，2019，47(12)：90-101.doi:10.13199/j.cnki.cst.2019.12.013

收稿日期：2019-08-03；责任编辑：王晓珍

基金项目：国家科技重大专项资助项目(2016ZX05045-002)；中煤科工集团西安研究院有限公司科技创新基金资助项目(2019XAYMS19，2018XAYMS05，2018XAYMS10)

作者简介：王海军(1985—)，男，陕西榆林人，副研究员，硕士。 E-mail: wanghaijun10000@163.com