Características de la aparición de metano en capas de carbón en el campo de pozos de Guhanshan en Jiaozuo

(Escuela de Recursos y Medio Ambiente, Universidad Tecnológica de Henan, Jiaozuo 454000, Henan)

Sobre el autor: Zhang Xiaodong, nacido en 1971, hombre, de Condado de Wenxian, Henan, PhD, profesor. Se dedica principalmente a la investigación sobre geología del gas y geología del metano de yacimientos de carbón. Correo electrónico: zwenfeng @ 163.com

Soporte del proyecto: Fondo de Doctorado de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Henan (Nº 648513), proyecto "Investigación y evaluación del potencial de recursos de metano de capas de carbón en Jiaozuo Coalfield, provincia de Henan".

Tomando el campo de pozos Guhanshan en Jiaozuo Coalfield como área de investigación, a través de análisis cualitativo e investigación cuantitativa, el control de la profundidad de entierro de la veta de carbón, la litología del techo y el piso, el espesor de la veta de carbón y la estructura geológica del contenido de gas. de las vetas de carbón. Mediante el método de estadística matemática, se obtuvieron las ecuaciones de regresión de profundidad de entierro, profundidad de entierro efectiva, espesor del carbón y contenido de gas de la veta de carbón, y se probó la importancia de la ecuación de regresión. Los resultados de la investigación muestran que el espesor de la veta de carbón, la estructura de la falla y la profundidad del entierro son los principales factores que afectan las características de ocurrencia del metano de las capas de carbón en el campo minero de Guhanshan. El rendimiento específico es el siguiente: ① A medida que aumenta el espesor de la veta de carbón, el contenido de gas aumenta linealmente (2) A medida que aumentan la profundidad de enterramiento y la profundidad de enterramiento efectiva, el contenido de gas aumenta bruscamente al principio y después de una determinada etapa; la tendencia de aumento se desacelera y los dos son opuestos. Hay una correlación positiva entre los números; ③ El contenido de gas en la punta de la falla es grande, pero el contenido de gas en la zona de la falla es pequeño; de la falla es mayor que el contenido de gas en la placa ascendente; en el mismo bloque de falla, cuanto más lejos del plano de falla, mayor será el contenido de gas. La litología del techo de la veta de carbón tiene cierta influencia en el contenido de gas, pero no es el principal factor de control que causa cambios en el contenido de gas de la veta de carbón en el campo minado.

Palabras clave: Factores que influyen en el análisis de regresión de metano de yacimientos de carbón en Guhanshan Coalfield

Características de la aparición de metano de yacimientos de carbón en la mina de carbón de Guhanshan en Jiaozuo Coalfield

Zhang Xiaodong, Wang Lili

(Escuela de Recursos y Medio Ambiente, Universidad de Ciencia y Tecnología de Henan, Jiaozuo 454000)

Resumen: A través de análisis cualitativos y cuantitativos, la influencia de la profundidad y el espesor del entierro de las vetas de carbón , litología del techo y del piso, estructura geológica y otros factores sobre la influencia del contenido de gas del metano de las capas de carbón. A través de estadísticas matemáticas, se obtuvo la ecuación de regresión entre la profundidad de enterramiento de la veta de carbón, la profundidad de enterramiento efectiva, el espesor de la veta de carbón y el contenido de metano de la veta de carbón, y se realizó una prueba de significancia. Los resultados muestran: 1. La profundidad del entierro, el espesor de la veta de carbón y la estructura de la falla son los principales factores que afectan las características de ocurrencia del metano de las capas de carbón en la mina de carbón Guhanshan. Las características reales son: (1) A medida que aumenta el espesor de la veta de carbón, el contenido de metano del lecho de carbón aumenta linealmente (2) La profundidad de enterramiento, la profundidad de enterramiento efectiva y el contenido de metano del lecho de carbón tienen una correlación positiva logarítmica; El contenido en el extremo de la falla que desaparece es relativamente alto, el contenido de gas en la zona de la falla es bajo. El contenido de gas en la pared inferior de la falla es mayor que en la pared colgante; a medida que aumenta la distancia desde la falla, el contenido de gas dentro del mismo bloque de falla se vuelve cada vez más alto. 2. La litología de las rocas del techo y del piso ha cambiado; un cierto impacto en el contenido de gas, pero no Los principales factores que controlan los cambios en el contenido de gas.

Palabras clave: Mina de carbón de Guhanshan; análisis de regresión CBM; factores

Prefacio

La zona minera de Jiaozuo es una de las bases de producción de carbón de antracita de alta calidad en mi país. país y es rico en recursos de metano de yacimientos de carbón. El área minera está adyacente al campo de metano de yacimientos de carbón de Qinshui en Shanxi. Ha logrado un gran avance en exploración y desarrollo. Es la primera minería a escala comercial en China y tiene buenas condiciones para la exploración y el desarrollo de metano de yacimientos de carbón. Según los resultados del estudio de recursos de metano de yacimientos de carbón de la Oficina de Geología del Carbón de China, la cantidad de recursos de metano de yacimientos de carbón recuperables en la zona erosionada poco profunda y los yacimientos de carbón profundos con un contenido de gas superior a 4 m3/t en esta área es 165438+2000 m 108 m3, y el recurso la abundancia es 2,31×108m3/ km2. Como una de las principales minas de producción en el área minera de Jiaozuo, la mina de carbón Guhanshan ha experimentado tres explosiones de carbón y gas desde su extracción. Desde que se construyó el pozo, la mina ha invertido una gran cantidad de energía y recursos materiales cada año para prevenir y controlar las explosiones de carbón y gas. Convertir los desastres de gas en recursos de metano de yacimientos de carbón y utilizarlos no sólo puede lograr fundamentalmente el propósito de prevenir accidentes por explosiones de carbón y gas en la mina, sino que también tiene una importancia práctica importante para la utilización efectiva de los recursos y la protección ambiental local.

De acuerdo con las reglas de distribución y cambio del contenido de gas de las vetas de carbón en los campos de pozos, los efectos de control de la estructura geológica, la profundidad del entierro, el espesor de las vetas de carbón y la litología del techo y el piso sobre la aparición de metano de las vetas de carbón son sistemáticamente A través del análisis estadístico matemático, descubrimos que se identificaron los principales factores de control del contenido de gas de las vetas de carbón, lo que proporcionó orientación para la explosión de gas y la exploración y el desarrollo de recursos de metano de las vetas de carbón en la mina Guhanshan.

1 Características estructurales geológicas del campo de pozos

El yacimiento de carbón de Jiaozuo está ubicado en el sureste del levantamiento anticlinal de la montaña Taihang y al noroeste de la depresión Jiyuan-Kaifeng. Varios rastros estructurales producidos desde el Movimiento Yanshan están ampliamente desarrollados en esta área, siendo las estructuras de falla las principales y las estructuras de pliegue las débiles. La actividad magmática en esta zona es débil.

El campo minado de Guhanshan está situado entre la falla de Guhanshan y la falla de Youfangjiang. La tendencia de los estratos de medición de carbón es NE40, con un ángulo de inclinación sureste de 12° a 19°. Las grandes estructuras de fallas en el campo minado están escasamente distribuidas y todas son fallas normales de alto ángulo. Es un campo minado con estructura simple. Las características y distribución de las estructuras pequeñas y medianas en el campo minado son las siguientes:

Fallas: las fallas expuestas en el campo minado son todas fallas normales, en su mayoría de este a oeste y noroeste. con ángulos de inclinación de 30° a 75°. Se desarrollan juntas verticales en las vetas de roca y carbón cerca de la falla, y el techo tiene muchos pliegues.

Pliegues: Las características generales de los pliegues son formas estructurales amplias y suaves. La distancia entre el eje sinclinal y el eje anticlinal es de unos 1,50m. Aparecen pequeños pliegues localmente y se desarrolla la superficie de deslizamiento del techo, afectando a las rocas. y las vetas de carbón. La intensidad tendrá un impacto negativo en la extracción de vetas de carbón.

2 Distribución del contenido de gas en las vetas de carbón

Los principales estratos carboníferos del campo minado son los estratos carboníferos y pérmicos, que contienen 13 capas de carbón, de las cuales sólo 1 carbón y 1 o 2 Las dos capas de carbón han alcanzado un espesor minable. La veta de carbón de la segunda capa 1 en el fondo de la Formación Pérmica Shanxi tiene una estructura simple y un espesor promedio de 5,0 m. Es una veta de carbón de espesor medio relativamente estable y es la capa objetivo de este proyecto de investigación. En este estudio se recopiló un total de 35 datos de contenido de gas, incluidos datos de contenido de gas medidos en 23 pozos y núcleos, y datos de contenido de gas medidos en diferentes partes de 12 fallas. Dentro de la profundidad de enterramiento de 158 ~ 951 m, el contenido de gas está entre 8,08 ~ 32 m3/t

En cuanto a todo el campo de pozos, el contenido de gas muestra una tendencia ascendente de este a oeste y una tendencia descendente de sur al norte. En el mismo bloque de falla, cuanto más cerca de la zona de la falla, menor es el contenido de gas, pero el contenido de gas cerca de la punta de la falla suele ser mayor. El contenido de gas de los bloques de fallas profundas es mayor que el de los bloques de fallas poco profundas.

3 Factores de control del contenido de gas de la veta de carbón

Antes de discutir la relación entre los factores relevantes y el contenido de gas, es necesario realizar un análisis de aplicabilidad de los datos de contenido de gas recopilados. Entre los 23 datos de núcleos de pozo, el contenido de metano es inferior al 80%, lo que pertenece a la zona de meteorización por metano. En este estudio, estos datos (* * * 5) no se consideran; hay 15 datos de contenido de gas medidos en diferentes partes de la falla, y el contenido de gas se ve muy afectado por la estructura de la falla. Por lo tanto, esta parte de los datos sólo puede usarse como referencia cuando se analiza el impacto del espesor del carbón, la profundidad del entierro y otros factores sobre el contenido de gas.

3.1 Efecto del espesor de la veta de carbón sobre el contenido de gas

De acuerdo con los datos existentes sobre el contenido de gas, la relación entre el espesor de la veta de carbón y el contenido de gas se muestra en la Figura 1.

Como se puede ver en la Figura 1, el espesor de la veta de carbón está correlacionado positivamente con el contenido de gas, y la ecuación relacionada es:

w = 6,9178 * h-14,262( R = 0,62)

En la fórmula: w——contenido de gas (m3/t); H——espesor de la veta de carbón (metro).

La prueba de significancia de la ecuación de regresión muestra que para el nivel de significancia dado α=0,05, T 0,025(11)= 2,2010, mientras que se calcula a partir de los puntos de datos, t=2,6200, T > T0,025 ( 165438), y se puede concluir que el espesor del carbón es uno de los principales factores que afectan el contenido de gas de la veta de carbón en el campo minero de Guhanshan.

Figura 1 La relación entre el espesor de la veta de carbón (H) y el contenido de gas (W)

Figura 2 La relación entre la profundidad de enterramiento (h) y el contenido de gas (w)

3.2 La relación entre la profundidad de enterramiento y el contenido de gas

Que la gran cantidad de gas producida durante el proceso de carbonificación pueda conservarse bien depende de la profundidad de enterramiento de la veta de carbón, es decir, el espesor de la capa de roca suprayacente. En general, se cree que a medida que aumenta la profundidad del entierro, también aumenta la capacidad de almacenamiento de metano de las capas de carbón. De acuerdo con los datos existentes sobre el contenido de gas, la relación entre la profundidad de enterramiento de la veta de carbón y el contenido de gas se muestra en la Figura 2.

Como se puede observar en la Figura 2, a medida que aumenta la profundidad del entierro, el contenido de gas tiende a aumentar y existe una cierta correlación positiva entre ambos. Los resultados del análisis estadístico matemático muestran que la ecuación de correlación entre ellos es:

w = 12,55 ln(H)-56,873(R = 0,69)

Donde: w——contenido de gas (m3/t); H——Profundidad de enterramiento de la veta de carbón (metros).

La prueba de significancia de la ecuación de regresión muestra que el t calculado=3.1951, T > T 0.025(11)= 2.2010, la ecuación de regresión anterior es significativa. Por lo tanto, se puede considerar que la profundidad del enterramiento es uno de los principales factores que afectan el contenido de gas de la veta de carbón en el campo minero de Guhanshan.

De acuerdo con la distribución de la línea de tendencia de la profundidad del entierro y el contenido de gas, cuando la profundidad del entierro es inferior a 400 m, el contenido de gas aumenta rápidamente con la profundidad del entierro; cuando la profundidad del entierro supera los 400 m, el contenido de gas aumenta; con la profundidad del entierro. Y aumentar lentamente.

3.3 La relación entre la profundidad efectiva de entierro y el contenido de gas

El espesor efectivo de sobrecarga de un yacimiento de carbón se refiere a la veta de carbón que controla el rendimiento portador de gas de la veta de carbón en el Perfil estratigráfico de la cuenca o región carbonífera. Espesor de la capa de cobertura[3]. Puede expresarse por el espesor estratigráfico desde la veta de carbón hasta la primera superficie de discordancia después de una gran cantidad de generación de gas, que realmente refleja el movimiento tectónico después de una gran cantidad de generación de gas y el impacto del levantamiento estratigráfico y la erosión resultantes en la superficie. Condiciones de conservación del metano de yacimientos de carbón [4]. En términos generales, cuanto mayor sea el espesor efectivo de la formación rocosa suprayacente, mejores serán las condiciones de preservación, más delgado será el espesor efectivo de la formación, más fuerte será el levantamiento y la denudación causados ​​por los movimientos tectónicos, menor será la presión de la formación y más fácil será; gas para desorber y disipar.

Al final del Triásico, los estratos de esta zona se elevaron y desnudaron, lo que pudo haber reducido el contenido de gas de las vetas de carbón. El espesor entre el techo de la veta de carbón Er1 y la base estratigráfica cenozoica refleja el espesor de la capa de roca restante después de la formación de la discordancia, es decir, el espesor del lecho de roca, y también refleja la profundidad efectiva de entierro de la capa de gas. propiedad de la veta de carbón Er1 [4]. Los resultados estadísticos de este estudio muestran que el contenido de gas de las vetas de carbón aumenta con el aumento de la profundidad efectiva de enterramiento, y existe una cierta relación logarítmica entre los dos (Figura 3). La ecuación relevante es:

w = 9,86 ln(h 1)-34,87(R = 0,60)

Donde: w——contenido de gas (m3/t h 1); Profundidad de enterramiento de la veta de carbón (metros).

La prueba de significancia de la ecuación de regresión muestra que el t calculado = 2,4876, T > T 0,025(11) = 2,2010, y la ecuación de regresión anterior es significativa. Por lo tanto, también se cree que la profundidad efectiva de enterramiento es también uno de los principales factores que afectan el contenido de gas de la veta de carbón en el campo minado de Guhanshan.

Figura 3 La relación entre la profundidad de entierro efectiva (H1) y el contenido de gas (W)

Según la distribución de la línea de tendencia de la profundidad de entierro efectiva H1 y el contenido de gas, se puede ver que cuando H1 < 250 m, el contenido de gas aumenta rápidamente con el aumento de H1; cuando h 1 > 250 m, el contenido de gas aumenta lentamente con el aumento de la profundidad efectiva de enterramiento.

3.4 La influencia de las estructuras de falla en el contenido de gas de la veta de carbón

Los diferentes tipos de estructuras geológicas tienen diferentes campos de tensión estructural y características de distribución de tensión interna durante su proceso de formación, lo que conducirá a la formación de carbón. yacimientos y diferencias en la ocurrencia, estructura, propiedades físicas, desarrollo de fracturas y condiciones de escorrentía de agua subterránea de la roca de cobertura, que a su vez afectan las características portadoras de gas de los yacimientos de carbón [2]. En términos generales, las fallas normales son abiertas y tienen malas propiedades de sellado, lo que favorece el escape de gas, mientras que las fallas inversas son de compresión o compresión-torsión y tienen buenas propiedades de sellado, lo que favorece la conservación del gas. Además, diferentes partes de la misma estructura tienen diferentes efectos sobre el enriquecimiento y la migración del metano de las capas de carbón.

El campo minero de Guhanshan es una estructura monoclínica. El tipo estructural principal en el área son fallas normales. No se han encontrado fallas inversas y solo aparecen pliegues locales. La distribución del contenido de gas de diferentes partes de las fallas principales en el área se muestra en la Tabla 1, y los datos del contenido de gas de los pozos estrechamente relacionados con la estructura se muestran en la Tabla 2.

Tabla 1 Datos de contenido de gas en diferentes partes de una misma estructura de falla

Tabla 2 Datos de contenido de gas de pozo relacionados con la estructura de falla

Según la estructura superior e inferior partes de diferentes fallas De acuerdo con los datos medidos del contenido de gas del plato (ver Tabla 1), se puede encontrar que el contenido de gas del plato ascendente de la falla es significativamente menor que el del plato descendente. Las razones son las siguientes: primero, durante el proceso de descenso de la placa descendente, la actividad tectónica es relativamente fuerte y la temperatura aumenta durante el proceso de laminación y compresión de la veta de carbón, lo que resulta en estructuras más macromoleculares de la veta de carbón y pirólisis de cadenas laterales o cadenas ramificadas, lo que resulta en una mayor generación local de hidrocarburos; en segundo lugar, las fallas secundarias asociadas con la pared del pie están relativamente desarrolladas, lo que destruye los canales de escape del metano del lecho de carbón. La compresión estructural aumenta el daño a la estructura del cuerpo de carbón y debilita la estructura. permeabilidad de la veta de carbón y forma una estructura de acumulación y bloqueo de gas, que no favorece la fuga de gas, lo que hace que el metano del lecho de carbón se enriquezca relativamente.

Como se puede ver en la Tabla 2, el contenido de gas de los 2308 pozos cerca de la punta de la falla puede alcanzar 32 m3/t. Esto se debe principalmente a la concentración de tensiones y la fragmentación del carbón cerca de la punta de la falla, lo que reduce. el contenido de gas de la veta de carbón, formando así una estructura de acumulación de gas y aumentando el contenido de gas. El contenido de gas del pozo Guan 4 cerca de la zona de la falla es pequeño, solo 9,1,6 m3/t. Aunque la profundidad de penetración del carbón en el pozo 32-10 es muy grande (alrededor de 950 m), porque el punto de penetración del carbón está cerca del pozo. falla del racimo, su contenido de gas es solo 12,53 m3/t.

También se encontró que cuanto más lejos del plano de falla, mayor es el contenido de gas, principalmente porque las estructuras de falla más grandes en el área son fallas normales de tracción. Estas fallas a menudo forman estructuras conductoras de gas. mejor será la permeabilidad y las vetas de carbón resultantes. Más fácil será que el gas escape, reduciendo así el contenido de metano del lecho de carbón.

3.5 Efecto de la litología del techo y el piso sobre el contenido de gas

El techo de la veta de carbón 21 en Jiaozuo Coalfield está intercalado principalmente con limolita y arenisca fina. La limolita es densa y está bien cementada. . Se desarrollan 0,12 ~ 1,0 m de lutita carbonosa compacta entre el techo y la veta de carbón. El fondo de la veta de carbón generalmente desarrolla lutitas de 11,2 a 21,5 m de espesor, lo que coloca la veta de carbón en un ambiente mejor cerrado y es muy beneficioso para la preservación del metano del lecho de carbón. Esta es una de las principales razones por las que el área minera de Jiaozuo puede enriquecerse. Recursos de metano de yacimientos de carbón.

El techo de la veta de carbón en el campo minero de Guhanshan es arenisca de grano fino-medio gris o gris oscuro, generalmente de 23,0 metros de espesor, y a veces se convierte en lutita arenosa. Los resultados de las pruebas de porosidad de las muestras de techo falso con veta de carbón y de roca de techo directa se muestran en la Tabla 3.

Al comparar los parámetros de la estructura de los poros de las muestras de carbón y las muestras de roca del techo, se puede encontrar que el volumen de los poros y el área de superficie específica de la roca del techo son mucho más pequeños que los del carbón, al igual que el diámetro medio de los poros. Combinado con la distribución relativamente estable del techo del campo minado, se puede inferir que el contenido de poros de la roca del techo en el campo minado de Guhanshan es mucho más pequeño que el de la muestra de carbón, y que el contenido de macroporos de la roca del techo es mucho más pequeño que el de la muestra de carbón. el de la muestra de carbón, con poros principalmente pequeños. La roca del suelo de la veta de carbón en el campo minado es lutita relativamente estable y lutita arenosa con poca permeabilidad, lo que favorece la preservación del metano del lecho de carbón y tiene características de distribución relativamente estables.

Tabla 3 Parámetros de estructura de poros de muestras de carbón y muestras de roca del techo de la veta de carbón

Se puede ver que la litología del techo y el piso de la veta de carbón en el campo minero de Guhanshan es propicia para la preservación del metano del lecho de carbón, pero debido a sus características de distribución relativamente estable, se puede inferir que la litología del techo y el piso de la veta de carbón en el campo minado no es el factor principal que causa cambios en el contenido de gas.

4 Conclusión

Yacimiento de carbón de Guhanshan (1) El espesor de la veta de carbón tiene un mayor impacto en el contenido de gas de la veta de carbón. Cuanto mayor es el espesor, mayor es el contenido de gas y existe una correlación lineal positiva entre los dos.

(2) La profundidad de enterramiento de la veta de carbón y la profundidad de enterramiento efectiva también tienen una gran influencia. En áreas donde la profundidad de entierro y la profundidad de entierro efectiva son pequeñas, el contenido de gas aumenta rápidamente con la profundidad cuando la profundidad de entierro es de 400 metros y la profundidad de entierro efectiva es de aproximadamente 250 metros, el contenido de gas aumenta con la profundidad y la profundidad de entierro efectiva es de aproximadamente 250 metros. La tendencia al alza se desacelera.

(3) La influencia de la estructura geológica en el contenido de gas es la siguiente: el contenido de gas es grande cerca de la punta de la falla, mientras que el contenido de gas en la zona de la falla es pequeño en la placa derribada; de la falla es significativamente mayor que en la placa derribada hacia arriba, cuanto más lejos del plano de falla, mayor es el contenido de gas; y cuanto más lejos del plano de falla, mayor es el contenido de gas;

(4) La litología del techo y el piso de la veta de carbón en el campo de pozos de Guhanshan favorece el enriquecimiento del metano de la veta de carbón, pero no es la razón principal del cambio en el contenido de gas de la veta de carbón en el campo de pozos.

Agradecimientos: Durante el proceso de investigación de este artículo, el Sr. Jin Jingui, ingeniero jefe de la Compañía de Exploración Hidrogeológica de la Oficina Minera de Jiaozuo, el jefe de la Sección Geológica de la Mina Guhanshan del Grupo Minero de Carbón Jiaozuo, y el Sr. Yang, subjefe de la Sección de Inspección de Seguridad, proporcionó información relevante. Con la ayuda del ingeniero senior Zhang Jing y el ingeniero Tang Jiaxiang del Centro de Pruebas de Tecnología y Minería de la Universidad de China, se probaron los parámetros de la estructura de los poros.

Referencia

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