鄂爾多斯盆地東緣神州煤業(yè)太原組8號煤層頂板L₁灰?guī)r瓦斯富集,給煤礦安全生產(chǎn)帶來嚴重威脅。利用灰?guī)r和煤層瓦斯CH₄碳氫同位素和CO₂碳同位素測試,并引入微生物高通量測序技術(shù),對瓦斯成因進行綜合判識。通過灰色關(guān)聯(lián)分析,對瓦斯富集區(qū)進行預(yù)測,為煤礦瓦斯治理提供理論依據(jù)。神州煤業(yè)煤層瓦斯及灰?guī)r瓦斯δ¹³C值偏輕、二氧化碳δ¹³C值偏重,經(jīng)判識為次生生物氣,且經(jīng)過擴散—運移效應(yīng);選取頂板標(biāo)高、空隙厚度、灰?guī)r鉆取率和煤層埋深作為瓦斯富集影響參數(shù),預(yù)測井田南部區(qū)域以及B2鉆孔附近瓦斯富集可能性相對較大。 

【文章來源】：能源與環(huán)保. 2020,42(12)

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

8號煤層頂板等高線及含煤地層綜合柱狀

在神州煤業(yè)8102、8103工作面采集8號、10號煤層瓦斯及L1灰?guī)r瓦斯進行氣體組分和碳氫同位素測定。氣樣采集分2種方式進行,采集氣樣期間8103、8102工作面正在進行頂板瓦斯抽放鉆孔的施工,施工過程中通過鉆桿中空空間會涌出濃度較高的瓦斯氣體。因此,部分灰?guī)r氣體樣品通過鉆桿中空空間采集;剩余氣樣(包括煤層氣樣品及灰?guī)r氣樣品)均通過現(xiàn)打直徑為38 mm的鉆孔進行氣體采集。由于氣樣采集過程中難免會有回風(fēng)流空氣的混入,導(dǎo)致部分樣品甲烷濃度較低。煤層、灰?guī)r瓦斯碳氫同位素判識如圖2所示。神州煤業(yè)煤層、灰?guī)r瓦斯δ13C值分布范圍為-74.4‰～-57.4‰,平均-65.14‰;瓦斯δD值分布范圍為-258.8‰～-180.2‰,平均-238.84‰;二氧化碳δ13C值分布范圍為-23.2‰～-16.4‰,平均-20.33‰。煤層瓦斯和L1灰?guī)r甲烷同位素值差異不明顯,根據(jù)δ13C1-δD和δ13C1-δ13C(CO2)成因判識模板結(jié)合的方式可以識別瓦斯成因[8-9](圖2)。根據(jù)判識結(jié)果,研究區(qū)瓦斯中甲烷主要為生物成因,并經(jīng)歷了擴散—運移效應(yīng),導(dǎo)致甲烷δ13C值偏輕。煤系氣中二氧化碳δ13C值偏重,為明顯的有機成因,同時也說明二氧化碳經(jīng)歷過微生物的還原作用。

對8103運輸巷δ-變形菌綱細菌進行分析,檢測出脫硫菌目(Desulfobacterales)(硫酸鹽還原菌),證實了前述對于硫酸鹽還原菌存在的推測(圖4)。但是,在古菌檢測中并未檢出產(chǎn)甲烷菌的存在,分析主要有以下原因:①礦井水樣采集量有限,導(dǎo)致真空抽濾出的產(chǎn)甲烷菌數(shù)目極微,PCR擴增過程中無法將其大量擴增出來;②產(chǎn)甲烷菌活躍產(chǎn)氣過程在地質(zhì)歷史時期早已結(jié)束,目前礦井水中缺少產(chǎn)甲烷菌利用的底物,導(dǎo)致未檢出;③水樣采集來自頂板灰?guī)r瓦斯抽放鉆孔,排水抽放時間較長,還原環(huán)境已經(jīng)破壞,產(chǎn)甲烷菌等厭氧微生物大量死亡;④硫酸鹽還原作用的產(chǎn)物硫化物對產(chǎn)甲烷菌有抑制作用,導(dǎo)致產(chǎn)甲烷菌含量極少。此次高通量測序未檢出產(chǎn)甲烷菌,但硫酸鹽還原菌同樣只能在嚴格的厭氧條件下才能生存,說明L1灰?guī)r水處在封閉缺氧的環(huán)境,間接證實了水力封堵效應(yīng)對于瓦斯富集的影響。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]煤層氣成因類型及其地球化學(xué)研究進展[J]. 琚宜文,李清光,顏志豐,孫盈,鮑園.  煤炭學(xué)報. 2014(05)

碩士論文
[1]回采工作面瓦斯涌出量預(yù)測方法研究[D]. 張牧.安徽理工大學(xué) 2019
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[3]永川煤礦深部砂巖頂板瓦斯賦存及水力壓裂治理瓦斯研究[D]. 王書琪.重慶大學(xué) 2015
[4]潘二煤礦1煤層底板灰?guī)r瓦斯異常涌出原因分析[D]. 單恩.安徽理工大學(xué) 2010
[5]堅硬頂板綜放工作面采空區(qū)瓦斯涌出規(guī)律研究[D]. 徐響華.安徽理工大學(xué) 2008



本文編號：3562095