Descripción del autor: Zhang Xiaodong, nacido en 1971, hombre, provincia de Wen, Henan, doctorado, profesor. Se dedica principalmente a la geología del gas, la geología del gas de captura de carbón y otros estudios. Correo electrónico: zwenfeng @ 163.com
Apoyo del proyecto: Fondo de Punto de Doctorado de la Universidad Politécnica de Henan (Número: 648513), "Investigación y evaluación del potencial de recursos de gas de carbón en el campo de carbón de Jiaozuo, provincia de Henan". tomando el campo de jingjiang de la montaña antigua de han en el campo de carbón de jiaozuo como área de investigación, a través del análisis cualitativo y la investigación cuantitativa, se discute el control del contenido de gas de la capa de carbón por la profundidad enterrada de la capa de carbón, la litosidad de la placa de fondo, el grosor de la capa de carbón y la estructura geológica. A través del método de estadísticas matemáticas, se obtuvieron las ecuaciones de regresión de profundidad enterrada, profundidad enterrada efectiva, espesor de carbón y contenido de gas en capas de carbón, y se verificó la significancia de la ecuación de regresión. Los resultados del estudio muestran que el espesor de la capa de carbón, la estructura de fallas y la profundidad enterrada son los principales factores que afectan las características de la acumulación de gas de la capa de carbón en el campo de la antigua Han Shan. La manifestación específica es: 1, con el aumento del espesor de la capa de carbón, el contenido de gas aumenta linealmente; (2) Con el aumento de la profundidad enterrada y la profundidad enterrada efectiva, el contenido de gas primero aumenta bruscamente, y después de una cierta etapa, la tendencia de aumento se ralentiza, y los dos tienen una correlación log-positiva; 3 el contenido de gas de la punta de la falla es grande, el contenido de gas de la zona de fractura es pequeño; El contenido de gas del disco descendente es mayor que el contenido de gas del disco ascendente; En el mismo bloque de falla, cuanto más alejado del plano de la falla, mayor es el contenido de gas. La litosidad de la placa superior de la capa de carbón tiene un cierto impacto en el contenido de gas, pero no es el principal factor de control que causa el cambio en el contenido de gas de la capa de carbón de Jingtian.
Palabras clave: Análisis de regresión del gas de carbón de la capa de carbón de la antigua Han Shan Jing Tian factores influyentes
Zhang Xiaodong, Wang Lili
(Henan University of Technology, Instituto de Recursos y Medio Ambiente de la Universidad de Henan, Jiao Zuo 454)
Resumen: a través del análisis cualitativo y cuantitativo, se discutió la influencia de la profundidad y el espesor de la capa de carbón, la litosidad del piso superior, la estructura geológica y otros factores en el contenido de gas de la capa de carbón. A través de las estadísticas matemáticas, se obtuvo la ecuación de regresión entre la profundidad enterrada, la profundidad enterrada efectiva, el espesor de la capa de carbón y el contenido de gas de la capa de carbón, y se realizó una prueba significativa. Los resultados muestran: 1. La profundidad de enterramiento, el grosor de la capa de carbón y la estructura de fractura son los principales factores que afectan las características de la acumulación de gas de la capa de carbón en la antigua mina de carbón de Hanshan. Las características prácticas son: (1) con el aumento del espesor de la capa de carbón, el contenido de gas de la capa de carbón aumenta linealmente; (2) la profundidad enterrada, la profundidad enterrada efectiva y el contenido de gas de la capa de carbón tienen una correlación logarítmica positiva; (3) el contenido de gas en el extremo desaparecido de la falla es más alto y el contenido de gas en la banda de falla es más bajo. El contenido de gas del disco inferior de la falla es más alto que el disco superior; A medida que aumenta la distancia de la falla, el contenido de gas dentro del mismo bloque de falla también aumenta; La roca de la placa superior tiene un cierto impacto en el contenido de gas, pero no es el factor principal que controla el cambio en el contenido de gas.
Palabras clave: mina de carbón de la antigua montaña de Han. Análisis de regresión CBM; El área de extracción de coque es una de las bases de producción de carbón antitraceno de alta calidad en China, y los recursos de gas de captura de carbón son ricos. El área minera está adyacente al yacimiento de carbón de Shenzhen Shanxi, y ha logrado un gran avance en la exploración y el desarrollo, ya es la primera explotación a escala comercial en China, con buenas condiciones de exploración y desarrollo de gas de carbón [1]. De acuerdo con los resultados de la investigación de la Oficina de Geología del Campo de Carbón de China sobre los recursos de la capa de carbón, la cantidad de recursos de la capa de carbón extraíbles de la zona de viento poco profundo y el contenido de gas profundo de más de 4 m3/t es de 16,5438 + 2 m18 m3, y la abundancia de recursos es de 2,31 × 18 m3/km2. Como una de las principales minas productivas en el área de la mina de Jiaozuo, la mina de carbón de Gu Hanshan ha experimentado tres protuberancias de carbón y gas desde su explotación. Desde que se construyó el pozo, la mina ha invertido una gran cantidad de energía y recursos materiales cada año para combatir las erupciones de carbón y gas. La utilización de los desastres de gas en recursos de capas de carbón no solo puede lograr fundamentalmente el objetivo de prevenir los accidentes de la mina de carbón y gas, sino que también tiene una importancia práctica importante para el uso eficiente de los recursos y la protección del medio ambiente local. De acuerdo con la distribución y la ley de cambio del contenido de gas de la capa de carbón de Jingtian, se discute sistemáticamente el papel de control de la estructura geológica, la profundidad enterrada, el espesor de la capa de carbón y la litosidad de la placa de fondo en la acumulación de gas de la capa de carbón, y a través del análisis matemático y estadístico, se identifican los principales factores de control del contenido de gas de la capa de carbón, proporcionando orientación para la exploración y el desarrollo de los recursos de gas de la mina de Gohan.
1 Características tectónicas geológicas del yacimiento
El yacimiento de carbón de Jiaozuo se encuentra en el sureste del monte Taihang, en el noroeste de la depresión de Jiyuan-Kaifeng. Los diversos rasgos tectónicos producidos desde el amplio desarrollo del movimiento de Yanshan en esta zona se basan principalmente en la estructura fracturada y la estructura arrugada es débil. La actividad magmática en esta región es débil.
El antiguo Yingtian de la montaña Han se encuentra entre la fractura de la antigua montaña Han y la fractura del río Oilfang. La formación del carbón es NE4, inclinación sureste de 12 ° ~ 19 °. La distribución tectónica de la gran falla en el campo es escasa, todas son fallas positivas de ángulo alto, que pertenecen a la estructura simple del campo. Las características y la distribución de las estructuras pequeñas y medianas en el campo son las siguientes:
Falla: las fallas expuestas en el campo son fallas positivas, en su mayoría orientadas hacia el este y el noroeste, con inclinación de 3 ° ~ 75 °. El desarrollo vertical de la capa de roca y carbón cerca de la falla, la placa superior pliega. El pliegue: la característica general del pliegue es una forma tectónica ancha y suave, la distancia entre el eje bisel y el eje bisel es de aproximadamente 1,5 m, la aparición de pequeños pliegues localmente, el desarrollo de la superficie deslizante del techo, que afecta la fuerza de la roca y la capa de carbón, lo que afecta negativamente la explotación de la capa de carbón.
2 La distribución del contenido de gas de la capa de carbón
La formación de carbón principal en el campo es la formación de carbón carbónico y la formación de carbón del Permiano, que contiene 13 capas de carbón, de las cuales solo 1 carbón y una o dos capas de carbón alcanzan el espesor recuperable. La estructura de la capa de carbón de la segunda capa en la parte inferior del grupo de Shanxi del Permiano es simple, con un espesor promedio de 5, m, pertenece a la capa de carbón de espesor medio estable y es la capa de destino de este proyecto de investigación. En el estudio se recopilaron 35 datos de contenido de gas, que incluyen datos de contenido de gas medidos en 23 pozos y núcleos de perforación, y datos de gas medidos en diferentes partes de 12 fallas. En el rango de profundidad de enterramiento de 158 ~ 951 m, el contenido de gas entre 8,8 ~ 32m3 / t
Para todo el campo de pozo, el contenido de gas tiene una tendencia ascendente de este a oeste y una tendencia descendente de sur a norte. En el mismo bloque de falla, cuanto más cerca de la zona de falla, menor es el contenido de gas, pero el contenido de gas cerca de la punta de la falla tiende a ser mayor. El contenido de gas de la falla profunda es mayor que el de la falla superficial. 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. En los datos de los 23 núcleos de perforación, el contenido de metano es inferior al 8%, y pertenece al cinturón de metano. Estos datos no se tomaron en cuenta en este estudio (* * 5); Hay 15 datos de contenido de gas medidos en diferentes partes de la falla, y el contenido de gas se ve afectado por la estructura de la falla. Por lo tanto, cuando se discute la influencia del grosor del carbón, la profundidad de enterramiento y otros factores en el contenido de gas, esta parte de los datos solo se puede usar como referencia.
3.1 Efecto del espesor de la capa de carbón en el contenido de gas
Basado en los datos de contenido de gas existentes, la relación entre el espesor de la capa 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 capa de carbón y el contenido de gas es una correlación positiva, la ecuación de correlación es:
w = 6.9178 * h-14.262 (R = .62)
fórmula: w - contenido de gas (m3/t); H - espesor de la capa de carbón (m). La prueba de significancia de la ecuación de regresión muestra que para un nivel de significancia dado α = .5, T .25(11) = 2.21, mientras que a partir del punto de datos, t = 2.62, T > T .25 (165438), se puede concluir que el espesor de carbón es uno de los principales factores que afectan el contenido de gas en la capa de carbón de la antigua Han Shanjing. Figura 1 La relación entre el espesor de la capa 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
La gran cantidad de gas generado durante el proceso de carburación puede ser bien conservado depende de la profundidad de enterramiento de la capa de carbón, es decir, el espesor de la capa de roca superior. Se cree que con el aumento de la profundidad de enterramiento, el almacenamiento de gas de carbón también aumenta. De acuerdo con los datos disponibles sobre el contenido de gas, la relación entre la profundidad de la capa de carbón y el contenido de gas se muestra en la Figura 2. Como se puede ver en la figura 2, con el aumento de la profundidad de enterramiento, el contenido de gas tiene una tendencia a aumentar, y hay una cierta correlación positiva entre los dos. Los resultados del análisis estadístico matemático muestran que la ecuación de correlación entre ellos es:
w = 12.55 ln(H)-56.873(R = .69)
fórmula:w - contenido de gas (m3/t); H - profundidad enterrada de la capa de carbón (m). La prueba de significancia de la ecuación de regresión muestra que el cálculo t = 3.1951, T > T .25(11) = 2.21, la ecuación de regresión anterior es significativa. Por lo tanto, se puede considerar que la profundidad de enterramiento es uno de los principales factores que afectan el contenido de gas de la capa de carbón en el antiguo campo Han Shanjing. De acuerdo con la distribución de la línea de tendencia de la profundidad enterrada y el contenido de gas, cuando la profundidad enterrada es inferior a 4 m, el contenido de gas aumenta rápidamente con el aumento de la profundidad enterrada. Cuando la profundidad de enterramiento supera los 4 m, el contenido de gas aumenta lentamente con la profundidad de enterramiento.
3.3 La relación entre la profundidad de enterramiento efectivo y el contenido de gas
El espesor de la capa de cobertura efectiva del depósito de carbón se refiere al espesor de la capa de la capa de carbón que controla el contenido de gas de la capa de carbón en el perfil de formación de la cuenca o región de carbón [3]. Puede expresarse por el espesor de la formación desde la capa de carbón hasta la primera superficie no integrada después de una gran cantidad de gas, lo que refleja verdaderamente el movimiento tectónico después de la gran cantidad de gas y el impacto de la elevación y la erosión de la formación causada en las condiciones de conservación del gas de la capa de carbón [4]. En general, cuanto mayor sea el grosor efectivo de la capa de roca, mejores serán las condiciones de conservación. Cuanto más delgado es el espesor efectivo de la formación, más fuerte es el efecto de elevación y desprendimiento causado por el movimiento tectónico, menor es la presión de la formación, más fácil es la desorción y dispersión del gas.
Al final del Triásico, la erosión de la elevación de la formación en la región puede reducir el contenido de gas en la capa de carbón. El espesor entre el techo de la capa de carbón Er1 y la base de la capa neozelandesa refleja el espesor de la capa restante después de la formación de la superficie no integrada, es decir, el espesor de la roca de base, y también refleja la profundidad enterrada efectiva del contenido de gas de la capa de carbón Er1 [4]. Los resultados estadísticos de este estudio muestran que el contenido de gas de la capa de carbón aumenta con el incremento de la profundidad efectiva de enterramiento, y existe una cierta relación logarítmica entre los dos (figura 3). La ecuación de correlación es:
w = 9.86 ln (h 1) - 34.87 (r = .6) en la fórmula: w - contenido de gas (m3/t); h 1-profundidad enterrada de la capa de carbón (m). La prueba de significancia de la ecuación de regresión
muestra que el cálculo t = 2.4876, T > T .25(11) = 2.21, la ecuación de regresión anterior es significativa. Por lo tanto, también se cree que la profundidad de enterramiento efectivo es uno de los principales factores que afectan el contenido de gas de la capa de carbón en el campo de la antigua Han Shan. La relación entre la profundidad de enterramiento efectivo (H1) y el contenido de gas (W) se puede ver de acuerdo con la distribución de la línea de tendencia de la profundidad de enterramiento efectivo H1 y el contenido de gas, cuando H1 < 25 m, el contenido de gas aumenta rápidamente con el aumento de H1; Cuando h 1 > 25 m, el contenido de gas aumenta lentamente a medida que aumenta la profundidad efectiva de enterramiento. Efecto de la tectónica de falla en el contenido de gas de la capa de carbón
Diferentes tipos de formaciones geológicas tienen diferentes campos de estrés tectónico y características de distribución de estrés interno en su proceso de formación, lo que conduce a diferencias en la forma, la estructura, las propiedades físicas, el desarrollo de grietas y las condiciones de escorrentía del agua subterránea del depósito de carbón y la capa, que a su vez afectan las características de gas del depósito de carbón. En general, la falla positiva es abierta, el cierre es pobre para la fuga del gas, mientras que la falla inversa es presión o torsión, el cierre es bueno, es propicio para la conservación del gas. Además, diferentes partes de la misma estructura tienen diferentes efectos sobre el enriquecimiento y el transporte del gas de la capa de carbón.
La antigua montaña Han Jingtian es una estructura oblicua, el tipo estructural principal en el área es una falla positiva, no se han encontrado fallas inversas, solo un pliegue local. La distribución del contenido de gas en diferentes partes de las fallas principales en el área se muestra en la tabla 1, y los datos del contenido de gas de perforación estrechamente relacionados con la estructura se muestran en la tabla 2. Tabla 1 Datos de contenido de gas en diferentes partes de la misma estructura de falla
Tabla 2 Datos de contenido de gas de perforación relacionados con la estructura de falla
De acuerdo con los datos de medición del contenido de gas de disco superior e inferior de diferentes fallas (ver tabla 1), se puede encontrar que el contenido de gas de disco de aumento de falla es significativamente menor que el contenido de gas de disco de caída. La razón es que, en primer lugar, la actividad tectónica es relativamente intensa durante el proceso de caída de la placa de caída, y la temperatura aumenta durante el proceso de compresión de la capa de carbón, lo que resulta en más estructura molecular de la capa de carbón y pirólisis de la cadena lateral o de la cadena ramificada, lo que resulta en un aumento de la cría local; En segundo lugar, las fallas secundarias asociadas con el plato inferior están relativamente desarrolladas, destruyen el canal de escape del gas de la capa de carbón, la presión de la estructura mejora el grado de daño de la estructura del cuerpo de carbón, debilita la permeabilidad de la capa de carbón, la formación de una estructura de resistencia de gas policíaco, no es propicio para la escape de gas, por lo que el gas de la capa de carbón es relativamente enriquecido. Como se puede ver en la tabla 2, el contenido de gas de los 238 agujeros de perforación cerca de la punta de la falla puede alcanzar 32 m3/t.. principalmente debido a la concentración de estrés cerca de la punta de la falla y la fragmentación de bloques de carbón, reduciendo la permeabilidad de la capa de carbón, formando así una estructura de acumulación de gas, aumentando el contenido de gas. El contenido de gas del agujero de perforación cerca de la zona de falla es pequeño, solo 9.1.6 m3/t, y el agujero de perforación 32-1 aunque la profundidad de la ruptura del carbón es grande (aproximadamente 95 m), pero debido a que el punto de ruptura del carbón está cerca de la falla de cluster, su contenido de gas es solo 12.53 m3/t. También se encontró que cuanto más lejos de la superficie de la falla, el contenido de gas es mayor, principalmente porque las estructuras de fractura más grandes en el área son fallas positivas tangenciales, estas fallas tienden a formar estructuras conductoras de gas, cuanto más cerca de la superficie de la falla, mejor permeabilidad, más fácil es escapar el gas de la capa de carbón resultante, reduciendo así el contenido de gas de la capa de carbón.
3.5 La influencia de la litosidad de la placa superior en el contenido de gas
La placa superior de la capa de carbón 21 en el campo de carbón de Jiaozuo es principalmente arenisca polvoriento, arenisca fina intercalado, arenisca polvoriento denso, buena unión. Desarrollado entre el techo y la capa de carbón de ,12 a 1, m de arcilla de carbón densa. El desarrollo general de la roca de barro de 11.2 a 21.5 m de espesor en el fondo de la capa de carbón hace que la capa de carbón esté en un mejor entorno cerrado, lo que es muy beneficioso para la conservación del gas de la capa de carbón, que es una de las principales razones por las que la mina de coque puede enriquecer los ricos recursos de gas de la capa de carbón. El techo de la capa de carbón de la antigua Han Shan Jingtian es arenisca gris, gris oscuro y fina, generalmente tiene un espesor de 23, metros, a veces se convierte en lodo arenoso. Los resultados de la prueba de porosidad del techo artificial y la roca superior directa se muestran en la tabla 3. Comparando los parámetros de la estructura de poros de las muestras de carbón y las muestras de la placa superior, se puede encontrar que el volumen de poros y el área de superficie específica de la placa superior son mucho más pequeños que el carbón, así como el tamaño de poro medio. En combinación con la distribución relativamente estable de la placa de techo de Jingtian, se puede inferir que el contenido de poros de la placa de techo de la antigua Han Shan Jingtian es mucho menor que la muestra de carbón, y el contenido de poros grandes de la roca de techo es mucho menor que la muestra de carbón, principalmente poros pequeños. Las rocas de la placa de carbón de Jingtian son rocas de lodo relativamente estables y piedras de lodo arenisca, la permeabilidad es pobre, lo que es propicio para la conservación del gas de la capa de carbón y tiene características de distribución relativamente estables. Tabla 3 Parámetros de la estructura de poros de la muestra de carbón y la placa de la capa superior del carbón
Se puede ver que la litosidad de la parte superior de la capa de carbón de la antigua Han Shanjing es propicia para la conservación del gas de la capa de carbón, pero debido a sus características de distribución relativamente estables, se puede inferir que la litosidad de la parte superior de la capa de carbón de Jingtian no es el factor principal que causa el cambio en el contenido de gas.
4 Conclusión
El espesor de la capa de carbón (1) en el campo de la montaña de la antigua Han tiene una gran influencia en el contenido de gas de la capa de carbón. Cuanto mayor es el grosor, mayor es el contenido de gas, y los dos tienen una relación positiva lineal. (2) La profundidad de enterramiento y la profundidad de enterramiento efectivo también tienen una gran influencia. En el área de la profundidad enterrada y la profundidad enterrada efectiva es pequeña, el contenido de gas aumenta rápidamente con el aumento de la profundidad; Cuando la profundidad enterrada es de 4 metros y la profundidad enterrada efectiva es de alrededor de 25 metros, el contenido de gas aumenta con la profundidad y la tendencia de aumento se ralentiza. La influencia de la estructura geológica en el contenido de gas se manifiesta en: el contenido de gas cerca de la punta de la falla es grande, mientras que el contenido de gas en la zona de fractura es pequeño; El contenido de gas del disco descendente de falla es significativamente mayor que el disco ascendente; En el mismo bloque de falla, cuanto más alejado del plano de la falla, mayor es el contenido de gas; Y cuanto más lejos está el nivel de la falla, mayor es el contenido de gas.