【正文】 煤層，則對(duì)煤層氣保存條件沒(méi)有直接的影響。形成于一定沉積體系中的煤系具有一定的煤儲(chǔ)層與蓋層組合關(guān)系，不同組合中圍巖的巖性差異對(duì)于煤儲(chǔ)層的封蓋潛勢(shì)的影響亦有所不同。淺?！媳诤０冻练e體系成因地層單元主要由臺(tái)地、障壁島、瀉湖、潮坪相的碳酸鹽巖、中～細(xì)粒碎屑巖和泥巖組成。淺?！獰o(wú)障壁海岸體系成因地層單元由局限海臺(tái)地相碳酸鹽巖、沼澤相泥巖和泥炭沼澤相煤組成，在旋回完整的情況下煤層上覆沼澤相泥巖。三角洲平原和分流間灣是重要的聚煤場(chǎng)所，煤儲(chǔ)層連續(xù)性沿沉積傾向較好、平行于走向變差。其成因地層單元具有雙層結(jié)構(gòu)特征，下層結(jié)構(gòu)為厚度較大的河床相砂巖和砂礫巖，上層結(jié)構(gòu)由河漫相和沼澤相的細(xì)粒沉積、泥炭沼澤相的煤層及洪水成因的天然堤相、決口扇相砂巖和粉砂巖等組成，有時(shí)煤層被湖相泥巖直接覆蓋，煤層位于單元的上部或頂部。成因地層單元的下、中部由淺湖相、濱湖相或?yàn)I湖三角洲相的中—細(xì)粒沉積組成，往上發(fā)育沼澤相泥巖或碳質(zhì)泥巖及泥炭沼澤相煤層，煤層頂板多為沼澤相或湖相細(xì)粒沉積，對(duì)煤儲(chǔ)層的封蓋能力較強(qiáng)，如鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)含煤地層。扇頂區(qū)為含礫粗砂巖沉積，扇中區(qū)朵體之間、廢棄扇體間灣地帶和扇尾區(qū)（沖積扇前緣）是聚煤場(chǎng)所。煤層氣的逸散以擴(kuò)散方式為主，空間兩點(diǎn)之間的濃度差是其擴(kuò)散的主要?jiǎng)恿ΑＣ簩託庖晕綘顟B(tài)賦存于煤的孔隙中，地層壓力通過(guò)煤中水分對(duì)煤層氣起封閉作用。水力運(yùn)移逸散控氣作用水力運(yùn)移逸散控氣作用常見(jiàn)于斷層發(fā)育地區(qū)。圖58（據(jù)葉建平，1998）開(kāi)平向斜為一不對(duì)稱向斜，西北翼陡，東南翼緩，向斜軸面向北西傾斜，兩翼巖層露頭為西北翼高而東南翼低，新生界松散含水層厚600余米，含水豐富，滲透性好，其單位涌水量北部為3～11L/，～，～，～，水化學(xué)類型為HCO3—Ca而該含水層在西北翼接受新生界松散含水層地下水補(bǔ)給，然后向東南方向流動(dòng)，又補(bǔ)給東南翼新生界松散含水層形成其較完整的補(bǔ)、徑、排條件（圖59）。煤系上部和下部存在良好的隔水層，或者說(shuō)，煤系含水層與上覆第四系松散含水層、下伏灰?guī)r巖溶裂隙含水層并無(wú)水力聯(lián)系，區(qū)域水文地質(zhì)條件相對(duì)簡(jiǎn)單。地下水以靜水壓力、重力驅(qū)動(dòng)圖59方式流動(dòng)。另一方面又可攜帶在流動(dòng)過(guò)程中溶解的部分煤層氣向深部聚集，因而有利于煤層氣富集。這是造成開(kāi)平向斜西北翼馬家溝等井田含氣量高的主要原因之一。第四節(jié) 煤層含氣性的預(yù)測(cè)方法未采動(dòng)區(qū)（原位煤層）與采動(dòng)影響區(qū)影響煤層含氣量的因素不同，其預(yù)測(cè)方法也不一樣。其理論基礎(chǔ)為：在構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單的賦煤塊段，在一定的埋深范圍內(nèi)，煤層含氣量主要受煤層埋深所控制。煤巖體的吸附能力又是煤儲(chǔ)層壓力和溫度的函數(shù)，溫度相差不大的情況下，與煤儲(chǔ)層壓力關(guān)系密切，其關(guān)系可由等溫吸附實(shí)驗(yàn)得到，理論吸附量可以由朗格繆爾方程求得；煤儲(chǔ)層壓力由試井測(cè)試的壓力梯度或直接由水頭高度來(lái)估算；含氣飽和度根據(jù)淺部煤層實(shí)測(cè)飽和度或煤儲(chǔ)層成藏條件來(lái)估算。傅雪海等（1997）利用測(cè)井響應(yīng)組合，結(jié)合煤層埋深擬合煤層氣含量。從廣義上講，所有的地質(zhì)預(yù)測(cè)方法都包含著一定程度的綜合地質(zhì)分析，不同方法之間存在著一些不可分離的相輔相成的關(guān)系。隨著巷道和采煤工作面的連續(xù)推進(jìn)，采動(dòng)影響區(qū)內(nèi)煤層的含氣量、透氣性、儲(chǔ)層壓力等均呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)變化特征。1） 有限元法據(jù)彈性力學(xué)有關(guān)研究成果，采動(dòng)影響區(qū)最多涉及到巷道寬度的5倍，據(jù)采礦界數(shù)十年來(lái)的經(jīng)驗(yàn)，巷道周?chē)牧严逗托秹簠^(qū)最終約等于巷道寬度的3~4倍（俞啟香，1992）。根據(jù)瓦斯壓力由朗繆爾方程可計(jì)算得到動(dòng)態(tài)瓦斯含量。 m3/m2掘進(jìn)巷道測(cè)試成果表明煤壁瓦斯涌出初始強(qiáng)度與原始煤層瓦斯含量存在正相關(guān)關(guān)系（圖512）： 圖511 暴露煤壁瓦斯涌出系數(shù)與時(shí)間的關(guān)系（據(jù)包劍影等，1996） 　　　　　　　　　 （510）式中，Q0為卸壓帶內(nèi)原始煤層瓦斯含量，m3/t；CQ0意義同前。圖513 中迎頭掘過(guò)后6h、4d、10d、15d、55d、155 d（已處于穩(wěn)定）；、。根據(jù)瓦斯排放范圍內(nèi)鄰近層原始瓦斯含量、殘存瓦斯含量之間的關(guān)系，可以計(jì)算瓦斯的排放效率（包劍影等，1996），即： （513）式中，—鄰近層瓦斯排效率，%；Q鄰含、Q鄰殘—鄰近層原始瓦斯含量和殘存瓦斯含量，m3/t；L采長(zhǎng)、L排寬—工作面采長(zhǎng)和瓦斯排放寬度，m。經(jīng)回歸分析，上、下鄰近層煤層瓦斯排放率與層間距（h）的關(guān)系（包劍影等，1996，圖514）為：上=（h）+ （514a）下=（h）+ （514b）下鄰近層距開(kāi)采層距離圖514 不同層間距鄰近層煤層瓦斯排放率（據(jù)包劍影等，1996）3）煤炭資源殘留區(qū)煤炭資源殘留區(qū)是煤層開(kāi)采之后煤炭資源損失量分布區(qū)，包括煤層頂部殘留、煤層底部殘留和因各種目的設(shè)計(jì)的煤柱等，其含氣量一般可厘定為小于2 m3/t，不參加煤層氣資源量計(jì)算。本煤層掘進(jìn)巷道影響區(qū)動(dòng)態(tài)含氣量由式（511），采用穩(wěn)定流場(chǎng)即155d后的擬合系數(shù)計(jì)算出距暴露煤壁不同距離煤層氣排放率，再根據(jù)原始煤層氣含量求出距暴露煤壁不同距離煤層的動(dòng)態(tài)含氣量；工作面影響區(qū)動(dòng)態(tài)含氣量由式（511），采用6h后的擬合系數(shù)計(jì)算出排放率，再根據(jù)原始煤層含氣量求出動(dòng)態(tài)含氣量（表56）。表56 本煤層采動(dòng)影響區(qū)動(dòng)態(tài)含氣量估算煤層層間距m原始煤層氣含量m3/t掘進(jìn)巷道采煤工作面排放率（%）動(dòng)態(tài)含氣量（m3/t）排放率（%）動(dòng)態(tài)含氣量（m3/t）距煤壁的距離/m距煤壁的距離/m距煤壁的距離/m距煤壁的距離/m51015510155101551015337~3983~97815表57鄰近層采動(dòng)影響區(qū)動(dòng)態(tài)含氣量估算開(kāi)采煤層原始煤層氣含量m3/t鄰近層排放率（%）鄰近層動(dòng)態(tài)含氣量（m3/t）38153815381598。上鄰近層排放率由式（514a）、下鄰近層排放率由式（514b）來(lái)估算，再根據(jù)原始煤層含氣量求出動(dòng)態(tài)含氣量（表57）。4）實(shí)例分析現(xiàn)以陽(yáng)煤集團(tuán)二礦為例來(lái)計(jì)算采動(dòng)影響區(qū)內(nèi)煤層的動(dòng)態(tài)含氣量。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)，處于冒落帶的上鄰近層殘存瓦斯含量一般小于2 m3/t，處于裂隙帶的上鄰近層殘存瓦斯含量隨距開(kāi)采層的距離增加而增大。圖513 采動(dòng)影響區(qū)內(nèi)煤層瓦斯含量和排放率與時(shí)間和距暴露煤壁距離的關(guān)系1— 迎頭掘過(guò)后6h；2—迎頭掘過(guò)后4d；3—迎頭掘過(guò)后10d；4—迎頭掘過(guò)后15d；5—迎頭掘過(guò)后55d；6—迎頭掘過(guò)后155d（穩(wěn)定）重慶分院與陽(yáng)泉礦務(wù)局采用類似的方法，實(shí)測(cè)煤壁瓦斯卸壓帶內(nèi)煤中某點(diǎn)殘余瓦斯壓力，建立殘余瓦斯含量與排放時(shí)間的關(guān)系為： （512）式中，Q0、Qt為卸壓帶內(nèi)原始煤層瓦斯含量和某點(diǎn)殘余瓦斯含量，m3/t；x 為取決于地應(yīng)力與瓦斯透氣性的系數(shù)，d1；t 為煤壁暴露時(shí)間。根據(jù)礦井實(shí)測(cè)本煤層含氣量對(duì)瓦斯涌出量的貢獻(xiàn)，在采動(dòng)影響區(qū)內(nèi)煤層氣含量預(yù)測(cè)時(shí)扣除煤層內(nèi)排放的瓦斯量，就是采動(dòng)影響區(qū)內(nèi)殘余的煤層氣含量。d， m3/m2d；t 為煤壁暴露時(shí)間，d；為時(shí)間因次系數(shù)；為與煤類、透氣性等有關(guān)的系數(shù)。 據(jù)丁廣驤有限元模擬結(jié)果（1996），采動(dòng)影響區(qū)內(nèi)每點(diǎn)的壓力與時(shí)間的擬合關(guān)系為指數(shù)衰減形式，即： （57）式中，P0、Pi為初始?jí)毫湍滁c(diǎn)某時(shí)刻的壓力，MPa；t為時(shí)間，d；ab1為擬合系數(shù)。本煤層采動(dòng)影響區(qū)本煤層采動(dòng)影響區(qū)包括掘進(jìn)巷道和采煤工作面導(dǎo)致的采動(dòng)影響區(qū)。二、采動(dòng)影響區(qū)煤層含氣量預(yù)測(cè)煤礦井巷開(kāi)拓和煤炭生產(chǎn)改變了煤層的地應(yīng)力場(chǎng)、流體壓力場(chǎng)，打破了煤層內(nèi)游離氣、吸附氣和水溶氣之間的動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系。地質(zhì)條件綜合分析法在基本上沒(méi)有煤級(jí)、煤質(zhì)和含氣性實(shí)測(cè)資料的情況下，地質(zhì)條件綜合分析是預(yù)測(cè)煤層含氣性的唯一方法。因此，應(yīng)用該方法的前提條件是預(yù)測(cè)區(qū)煤級(jí)、煤巖特征與參照區(qū)可以類比，沒(méi)有含氣梯度數(shù)據(jù)可以考慮，才使用煤質(zhì)－灰分－含氣量類比法。傅雪海等研究表明，煤層氣含量隨深度增加的幅度和止深受煤變質(zhì)作用的方式和煤變質(zhì)作用程度的影響，對(duì)于只有深成變質(zhì)作用，且變質(zhì)作用程度較低 的煤級(jí)而言，煤層氣含量隨深度增加的止深可達(dá)煤層風(fēng)氧化帶下1500米。煤層氣井大多采用美國(guó)礦業(yè)局的直接法或“史—威法”，石油系統(tǒng)也進(jìn)行過(guò)保壓取芯嘗試，但沒(méi)有在全國(guó)推廣應(yīng)用。對(duì)于一個(gè)沉積盆地而言，從盆緣到盆地中心地下水徑流能力由強(qiáng)到弱，可相應(yīng)劃分為“強(qiáng)徑流”、“緩流”和“滯流”三種控氣類型。含水層從露頭接受補(bǔ)給，地下水順層由淺部向深部運(yùn)動(dòng)，將煤層中向上擴(kuò)散的氣體封堵，致使煤層氣聚集。煤層氣受水力封閉作用而富集，煤層含氣量較高。砂巖裂隙含水層含水性微弱，滲透系數(shù)低，地下水徑流緩慢甚至停滯。這是造成開(kāi)平向斜東南翼煤層含氣量低的主要原因之一。新生界松散含水層直接覆蓋于煤系之上，與煤系的主要含水層相接觸。水文地質(zhì)單元的補(bǔ)、徑、排系統(tǒng)完整，若含水層富水性好、水動(dòng)力強(qiáng)、含水層與煤層水力聯(lián)系較好，則地下水在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中攜帶煤層中氣體運(yùn)移而逸散（圖58）。水文地質(zhì)的控氣特征可概括為三種作用：一是水力運(yùn)移逸散控氣作用；二是水力封閉控氣作用；三是水力封堵控氣作用。進(jìn)一步分析可知，煤儲(chǔ)層本身就是一種高度致密的低滲透性巖層，上部分層