Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Современные представления q газоносности угольных пластов 13
1.1. Состав газов угольных пластав, иг генезис» зональность 13
1.2. Формы нахождения газов а угленосных отлакениях 19
Глава 2. Состояние проблемы извлечения и использования газов угольных месторождений. 23
2.1. Краткий обзор способов извлечения углеводородных газов из угодьных пластав 23
2.2. Практика использования газов угольных пласгон . 32
2.3 Перспективы использования газов угольных месторождений в народном хозяйстве СССР 38
Глава 3. Основные черты геологического строения кузнецкого бассейна 43
3.1. Стратиграфия» литология, угленосность. 43
3.2. Тектоника 50
3.3. Метаморфизм 54
3.4. Гидрогеология 55
Глава 4. Геологические условия газоносности кузнецкого бассейна, влияние природных факторов на размещение углеводородных газов в угольных пластах 57
4.1. Влияние глубины залегания на газоносность угольных пластов 62
4.2. Влияние степени метаморфизма углей на газоносность 74
4.3. Влияние структурно-тектонических факторов на газоносность угольных пластов 87
Глава 5. Некоторые особенности распрщедения углеводородных газов в угольных пластах 108
Глава 6. Методика и предварительный подсчет запасов углеводородных газов в угольных пластах 124
6.1. Предварительная оценка прогнозных запасов углеводородных газов в угольных пластах Кузбасса 124
6.2. Оценка запасов углеводородных газов в угольных пластах методом подсчетных блоков с учетом при родных факторов 138
6.3. Перспективы использования углеводородных газов Кузбасса 149
Заключение 154
Список использованной литературы 159
- Формы нахождения газов а угленосных отлакениях
- Перспективы использования газов угольных месторождений в народном хозяйстве СССР
- Влияние структурно-тектонических факторов на газоносность угольных пластов
- Некоторые особенности распрщедения углеводородных газов в угольных пластах
Введение к работе
Вопросы рационально со использования природных ресурсов находятся в центре внимания нашей партии и правительства,. В" Основных направлениях, экономического и социального развития. СССР на IS8I—1285" годы и на период до I9SQ года, принятых ХХП съездом КПСС указывается на необходимость активизации работ.» связанных с поисками новых и аффективных источников энергии [ І-] Часть, каменноугольных бассейнов и в том числе Кузнецкий бассейн, характеризуется высокой газонасыщенностьш уг-леиосннх- атлокен-иЁ . Наиболее ценннмЕ. сопутствующими угла газовыми компонентами, тлеющими промышленное значение,, являются углеводородные газы, которые в процессе отработки угля, как правило, выбрасываются в атмосферу хотя потребителями этих газов могут быть котельные шахт,, различные отрасли промышиенкасти, транспорт.. Углеводородные газы являются также ценным сырьем для химической промышленности Более чем. на 450 шахтах угольных бассейнов мира осуществляется, каптаж.-рудничного газа,, дебит метана при зтам составляет свыше 3 млрд.м3 в год» За все время существования дегазации угольных пластов на угольных шахтах мира,выведено на поверхность изолированно от горных выработок около. 50. млрдла метана- Вместе с тем., за сутки на земном шаре теряется более 7Q мля-м3, метана [15] С увеличением темпов развития угольной промышленности. Кузбасса значительным запасам углеводородных газ.ов, находящимся в угольных пластах, в недалеком, будущем угрожает уничтожение, есди не будут приняты срочные меры по их наиболее полному извлечению " п утЕлпзащш.. Каша ориентировочно подсЧ-Итано, что только из разрабатываемых угольных пластов Кузнецкого бассейна в IS9-D году выделится л уйдет в атмосферу более 2-х млрд.м3 углеводородных газов,, поэтому газы угольных месторождений ДОЛЕНЫ рассматриваться, как ценное попутное полездое ископаемое,, которое необходимо использовать совместно о углем.. Добыча углеводородных газов моает аффективно планироваться и осуществляться лишь при условии подсчета их. запасов на стадии геологоразведочных работ. Вовлечение газон угольных месторождений в промышленное освоение позволит значительно сэкономить топливно-энергетические ресурсы нашей страны. В связи с этим основными задачами в решении данаоїі проблемы являются изучение закономерностей распределения углеводородных гааов в угольных месгороадени— ях,_ разработка методов оценки запасов углеводородных газов, находящихся в угольных пластах изучение возможностей его капта&а и промышленного использования as их газов.
В настоящее время большой научный и практический интерес представляют ТЛКЕЄ еще однозначно не_ решенные вопросы, связанные с происхождением тякелых углеводородных газов, выявлением путей миграции и особенностями их распределения в угленосной толще, так как наличие этих газов в атмосфере горных выработок повышает взр-ывоопаскость газовой смеси,кроме того, тягеляе углеводородные газы могут осложнить утилизацию газа, извлекаемого из угольных пластав, поэтому в настоящей работе предпринята попытка выявления причин повышенных концентраций, тяжелых углеводородных газов в углях Кузбасса.
Все эти вопросы определили необходимость и актуальность выполненное работы.
Основной целью диссертационной работы является уточнение, обобщение к анализ закономерностей распространения и химизма угл.еводородных газов, содержащихся в угольных пластах, с позиции количественной оценки и практического использования этих газов в, качестве ценнейшего попутного полезного ископаемого. Да.стпаеиию зтоіі основной цели было посвящено решение следующих частных задач:
- выявление основных природных факторов, оказывающих значительное влияние на размещение углеводородных газов в угольных пластах Кузнецкого бассейна;
- исследование данных о химической составе газов угольных пластов о целью установления особенностей распространения, тяаелых- углеводородных газов в углях Кузбасса;
- составление схематической прогнозное карты газоносности, углей Кузнецкого бассейна;
- разработка методики и количественная оценка углеводородных газов в угольных пластах;
- составление к,арты распределения запасов метана в углях Кузнецкого бассейна.
3 основу работы полонен фактический и фондовый материал, ИГО "Запс.ибгеология,,ЧСеверо-Кузбасская ГРЭ), собранный ш
обработанный- автором в период с 1976 по 1981 гг. в процессе полевых ж камеральных работ при выполнении научных исследований по темам "Закономерности размещения газа в угленосных толщах в различных структурных, условиях бассейнов СССР к разработка методов прогноза газоносности месторождений Донбасса и Кузбасса", "Опытно-методические работы по совершенствованию методов исследования газоносности угольных месторождений Кузбасса с целью повышения эффективности прогноза", выполненных в соответствен с планом научно-исследовательских работ Мингео СССР на IS76--ISSG гг. в соответствии с заданием проблемы 25 — "Усовершенствование существующих, и разработка новых іде годов прогноза устойчивости вмещающих пород, газоносности пород и углей", а так е при проведении научно-исследовательских работ по теме: "Опытно-методнчес-кие работы, с целью разработки методики определения газоносности пород угленосной толщи в процессе геологораздедочяых работ (I этап І979-І98Х гг.).
Для решения наставленных задач автором выполнен следующий, комплекс научно-исследовательских работ:
— изучена и проанализирована опубликавэнная и фондовая литератора о методах извлечения углеводородных газов из угольных пластов, возмошюсти их, количественной оценки н утилизации з различных отраслях промышленности;
- в оснозных геадогаг-проьшшленных районах Кузбасса выбраны участки и шахтные поля, детально опробованные на газоносность, с типичными для данного района геолого-газовыми условиями; но. представительным углегазовым пробам исследовалось влияние на газоносность следующих природных факторов: глубины залегания угольных пластов; марочного состава угля; угла падения угольных пластов; складчатых структур; разрывных нарушений и их амплитуд; мощности угольных пластов.Влияние этих факторов на размещение газов в угольных пластах
рассматривалось с различных позиций и анализировалось различными методами» при этом был обобщен и систематизирован обширный фактический материал по геологии и газоносности 33 учаогдоз и шахтных полей, расположенных, в II геолого-дро-мышлекных районах- бассейна,, изучено более 500 геологических
и геолого-газовых разрезов и гипсометрических планов длас
тов. с построением изогаз;
- обработан матернад" углегазового опробования выполненного геолого-разведочнымл. органпаациями ЇЇГ0 "Зансибгеология" по шахтным полян и участкам разв.едки,выделено свыше 3D00 представительных проб, в результате чего построено свыще
70 графиков, характеризующих изменение газоносности с глубиной по различный изаметаморфныы разностям углей;
- обобщен и изучен матриал химанализоа, выполненных газової! лабораторией а г. Ленинске-Кузнецком, характеризующий распространения тяжелых углеводородных газов в бассейне,, по представительным, углегазовым пробам,, отобранным на 25 лахтовых полях и участках разведки, определена этано-носнооть угольных пластов различного марочного состава;
- на основе анализа балансовых запасов углей по 156 участкам и шахтным полям,, произведен подсчет запасов углеводородных, газов в угольных, пластах рабочей мощности.
Основные научные положения, выдвигаемые и защищаемые в диссертации заключаются в следующем:
Выделены и уточнены, наиболее значимые природные факторы,, в значительной мере обусловливающие распределение газов в угольных яластах, установлена степень влияния отдельных факторов на газоносность углей Кузбасса:
- для Кузбасса подтверждена, что газоносность угольных пластов, с глубиной подчиняется, гиперболической зависимости, газоносность, интенсивно нарастает до глубин. 400-500 м, с глубин 50O-6OQ м происходит некоторая стабилизация значений газоносности;
- подтверждено, что газоносность угольных пластов закономерно, возрастает с увеличением степени метаморфизма уг
лей, каждая, изометаморфная разность угля характеризуется огдичной QI другой определенной средней и предельной величинами газоносное т-Е;
— наибольшая величина газоносности, углей различных марок ва глубинах,, где происходит стабилизация знач.еннй газоносности гложет рассчитываться с помощью полученной автором формулы;
— исследуемые участки и шахтные поля сгруппированы по структурно-тектоническим признакам, в результате чего в каждой из. выделенных групп представилась возможность выявить наиболее значимые локальные природные факторы, обуоловл-и-в.ающие распределение углеводородных газов в углях,, к ним относятся: дизъюнктивная и пликативная тектоника; амплитуды разрывных нарушений; положение участка в складчатой структуре; мощность и угол падения угольных пластов.
Построена схематическая прогнозная карта газоносност-И
Кузнецкого угольного бассейна, которая дает возможность проследить закономерности, распределения углеводородных газов в угольных, пластах бассейна и прогнозировать их газоносность до глубин, представляющих практический интерес.
Установлены некоторые особенности распределения тяжелых, углеводородных, газов [ТУ), причины EX пов.ышенных концентраций в угольных пластах:
— ТУ представлены, в основном, этапом реже пропаном, бутаном, пенганом и имеют широкое распространение на некоторых угольных месторождениях Кузбасса;
— ТУ генетически связаны с углями средних стадий метаморфизма, содержание ТУ в угольных пластах зависит от степени юс метаморфизма, повышенные содержания, их установлены в углях марок ГЕ» Z, К;
— атаионоснасть углей, в основном, не превышает 0,.5-0,.6 гла/їо.б.м;
— не исключ.ена,. в отдельных случаях,, возможность миграции ТУ из более глубоких горизонтов, о чем. свпдетельствуит высокие значения, этаноносяости зысакометаыорфЕзованншс углей, вблизи тектонических нарушений.
Для условий Кузнецкого бассейна разработана методика предварит-ельнлго подсчета запасов углеводородных газов, в угольных: пластах и произведена количественная оценка газов, находящихся в балансовых запасах углей высоких категорий. Прогнозные запасы, углеводородных газов в рабочих угольных пластах в диапазоне глубин 200-7Q0 ю. в целом по бассейну составляют. 326 млрд.м3.
Предложен метод подсчетЕых блоков для оценки запасов углеводородных газов в отдельных угольных пластах в пределах небольших площадей с учетом геологических, факторов, определяющих газоносность, этот метод макет быть успешно применен, на месторождениях с разнообразными условиями залегания угольных, пластов и распределения газа в них.
Составлена, схематическая карта распределения прогнозных запасов углеводородных газов по геолого-проьшшленным районам Кузбасса, которая может быть использована геологическими,, проектными и эксплуатационными организациями для предварительного подсчета запасов углеводородных газов в угольных пластах и перспективной оценки использования их в промышленности.
Разработки автора внедрены в ВосгНИК». переданы в Комплексную тематическую экспедицию (ИГО "Запсибгеология" J для в-аедренш. в практику геологоразведочных работ Кузбасса, использованы. ВННГВїїУголь при составлении научно-исследовательских отчетов по т_емам "Закономерности размещения газа в угленосных толщах в различных структурных условиях бассейнов СССР и разработка метода прогноза газоносности, месторождений Донбасса и Кузбасса", "Опытно-методические работы по совершенствованию, методов исследования газоносности угольных месторождений Кузбасса с целью повышения, эффективности прогноза" и "Опытно-методические работы с целью разработки методики определения газоносности пород угленосной; толщи в процессе геологоразведочных работ" (І976-І98І).
Результаты исследований, докладывались на Всесоюзном совещании "Методика разведки, повышение эффективности геоло-г.а-разведачных работ на твердые горючие ископаемые" {ростав-да-Доау,. 1977 г.), на территориальных конференциях молодых уч.еных и специалистов в 1376, IS7S, 1380 годах ростов-на--Дону),. на Всесоюзном научно-техническом семинаре (Ростов--на-Дону), 1973 г. , на заседаниях ученого совета ВНМГРЙ-УГОДЬ (Ростов-на-Дону, 1973, 1980, IS8I гг.),. на ВДНХ СССР Шасква, 1972 г.),. на заседаниях кафедры месторождений, полезных ископаемых РГУ (Роатов-на-Дону, 1376, 1979» IS8Q г) в НТО "Запсибгеология" (Новокузнецк, 1981 г.) Полученные материалы представлялись на УЇЇ Всесоюзном угольном совещании (растов-на-Дону, 1381 г.).
По теме диссертаций опубликовано 3 работ. Диссертация выполнена в институте ВНИГРИУгодь и на кафедре месторождений полезных ископаемых Ростовского ордена Трудового Красного Знамени госуниверсит-ега в период пребывания автора в заочной аспирантуре IS77-I980 ГЕ.
Руководство в процессе научных исследований и написания, диссертации осуществлялось доктором- геолого-мшералоги-ческнх наук,, профессором.. И.И.Потаповым.
Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения и содержит 140 страниц машинописного текста,.2Э рисунков, XI таблиц, список литературы из 185 найменований,.
За. оказанное содействие и постоянную помощь при работе над диссертацией автор приносит глубокую., благодарность своим наставникам, и учителям — доктору геолого-минералогичес КЕХ.наук,. профессору И.И.Погагшву, доктору геодого-мшера-логическшс наук Б.В-Смирнову, кандидату геолого-минералоги-ческих. наук Г.К-Карасеву.
При работе над диссертацией пенные советы,, консультации и практическая помощь были получены, от сотрудников института и госуниверситета - доктора геолого-мияералогич.ес-ких: наук, профессора Л.ЯЛ{изильи.тейна,. кандидатов, геолого-минералогическвх наук А.З.Диумайдо,. ЮЛКАземко, АЛІ.Днмяа, а такн е от руководства ВИКГВИУгаль в лице директора, профессора Ы-И.Иогребнова, создавшего благоприятные условия для ее. выполнения; всем атим товарищам, автор выражает искреннюю благодарность.
Формы нахождения газов а угленосных отлакениях
На всех стадиях преобразования, органического вещества происходило образование газообразных, продуктов, большая часть-которых распространилась во вмещающие породы, мигрировала, в атмосферу, вымывалась подземными водами. 0с- тавшаяся часть- гааа заполняла нары и пустоты, которые, образовались; в угле в результате ухода воды ж газа метаморфического дроисхоадения [130,.1-31]. Современная газоносность угольных, нластов каменноугольных, месторождений обусловлена количеством газа, находящимся- в свободном и сорбированном состоянии в порах и трещинах По классификации ВЛЗ.Ходота (1973), пустоты в угольных пластах, делятся на микропоры — диаметр менее 3G .;_ переходные поры. — диаметр 30-1 10 субмакропорн -диаметр — 1, 104 ; макропоры и трещины — размер 1 10 -2 IQj; видимые трещины с зиянием- более Основной объем в угле занят микропорами, ато так на-аываемый сорбирующий объем, где движение гааа происходит па законам диффузии [18» 130,131]
Переходные поры, субмакропоры и трещины представляют собой фильтрующий объем, где газ находится в свободном состоянии. Соотношение этих пор в углях различной изометаморфной принадлежности различна- По мере увеличения степени метаморфизма углей объем, фильтругащих пор уменьшается, а объем микропор закономерно возрастает [1-07]. Эту закономерность, иллюстрирует таблица I. По данным. B-E-Забигаїіло и А ЗЛПирокова (1372)г сорб- ционный объем пор составляет не менее половины всего объема пор- Общее колич-ество гааа, находящегося в одном грамме угля, нааывается общей или. потенциальной метаноемкостью; последняя выракается формулой =Х+Т, где Аґ - потенциальная меганоемкость угля, см3/г; I — количество сорбированного углем газа, см3/г; Г - содержание свободного газа в порах,. ом?/г. Свободный raa находится в переходных и макропорах, пустотах, трещинах углей и пород- В том случае, если поры и пустоты, заняты водоїі,. содержание газа в нем. значительно снижается. На большой глубине газоносность угольных пластов возрастает за счет увеличения содержания, гааа в свободной фазе, когда основное количество газа ys.e адсорбировалось углеы на стенках пор Основная часть газа в угольных пластах находится в сорбированном состоянии С увеличением степени метаморфизма сорбция углей возрастает наряду с увеличением общей внутренней пористости. Предел насыщения углей газом наступает при давлении порядка 60 атм. Сарбинанная. способность различных газов неодинакова Если сорбционную способность по азоту при- нять за единицу, го способность к сорбции составит; у гелия - 0,01; у водорода - 1,15; аргона - 0,75; кислорода -1,3;. метана - 3,4; углекислого газа - 8,0; аммиака — 21,8 [131]
Поры в породах, вмещающих, угольные пласты, отличаются характером и размерами; основное количество метана в. них находится в свободном состоянии- Количество газа в углевмещающих. породах обусловлено ело давление!!., существуем мнение о том, что с увеличением, глубины разработки из вмещающих пород следует ож-идать поступления- больших количеств газа в горные выработки.
Перспективы использования газов угольных месторождений в народном хозяйстве СССР
С помощью- дегазационного оборудования шахт Нинугде— прома. СССР ежесуточна извлекается около 3,5 млн.м3 метана. Дегазация угольных пластов (по состоянию на начало 1979 года) производится в Донбассе. - на 108 шахтах, Кузбассе — на 35, Карагандинском бассейне —22» Печорском —на II и на шахтах других бассейнов - на 13. На трети всех шахт извлекаемый газ имеет концентрацию метана свыше 30$, что позволяет его использовать в гонках промышленных котель-ных установок, как бытовое топливо- Путем кольцевания источников газа мозЯО будет использовать да 8Q&. всего каптируемого газа» что эквивалентно 7QQ-8Q0 тыс.т угля, в год
Более SQ/а добываемого в настоящее время метана имеет концентрацию 15-55$, что позволяет использовать его как топливо для шахтных котельных (кондиционный- метан — СБ 30%.) [ 28,34,,50,,119] .
Как показывает практика, прибыль шахты за счет дегазации при использовании, метана составляет, в среднем. 100-120 тыс.руб- в год, из них больше половины — за счет, использования, метана в котельных [II»7QrS4] Однако опыт эксплуатации шахтных котельных показал,, что большая часть метана тгеряеная из-за его сезонного, использования- эти потери можно значительно снизить, за счет передачи излишков метана несезонным, потребителям и создания метахтных коллекторов для сбора метана. (Жнганиа метана целесообразно производить совместно с другими видами топлива. Это позволит. например, на электростанции или крупной районной котельной снизить расход основного топлива,, такого как угольная пыль, мазут, природный гаа [50,-51].
В настоящее время разрабатываются камеры сгорания, предназначенные для шахтного метана и отработанных масел, они могут использоваться на шахтных нательных и для оборудования сушильных установок.
Исследуется возшжность обеспечения дутьем крупных энергетических и теплофикационных котлов Карагандинской Т.ЗІІ—S. с использованием метана, с концентрацией в исходящей струе до 0,7 [50] Для этого необходимо создание ко-коллектороа, которые обесп.еч.аг сбор некондиционного метана и исключат выбрасывание его в атмосферу.
В настоящее время некондиционный метан с концентрацией до 30$ выбрасывается в атмосферу.. Считается, что использование его возможно лишь при доведении до кондиционной концентрации путем предварительного обогащения» В ИГИ разработана принципиальная схема полного,. без остаточного использования некондиционного метана, позволяющая получать газовые смеси, пригодные для промышленного и бытового потребления. В тресте "Донецкуглеавтаматика" предложен проект перевода котельных с угля на г.аз применительно к шахтам Донецкого бассейна. Реконструкция котельной при концентрации метана свыше 30$ заключается в оснащении вакуумной станции средствами защиты, прокладке газопроводов от станции к котельной, установке газового оборудования [ 81,85].
В Лаербайдканском политехническом институте И.Д.Ма-медовой проведены экспериментально-теоретические исследования по применению сниженных газов в качестве компонентов топлива" для дизельных двигателей [82]. На основе опытных данных установлено, что для нормальной работы двигателя необходимо содержание дизельного топлива в смеси (около 40$) с сниженным, газом.. Для дальнейшего снижения содержания диз.ташіива в смеси с скиженным газом использ-о-вались присадки,, улучшающие самовоспламенение смеси. В настоящее, время в. Ташкенте проходи! промышленные испытания партия легковых автомобилей. - сакси ГАЗ-24—07- Эти машины работают на сжиженном газе- Испытания показали высокий эффективность газобаллонных автомобилей- Так, полная, заправка- автомобиля бензинам, обходится более чем в два раза дороге,, чем скикенным газом,, при одинаковом пробеге . Специалисты подсчитали, что моторесурс новых автомобилей, будет в среднем, на 40-60 тысяч, километров больше. Достоинство газобаллонных автомобилей — полное сгорание топлива; содержание окиси углерода в выхлопных газах, этих автомобилей крайне незначительно [93] Газы угольных месторождений должны найти широкое применение в различных отраслях народного, хозяйства страны в блиаеайшеё время (Рис.2)
Влияние структурно-тектонических факторов на газоносность угольных пластов
К узкой полосе зысокометаморфизовашшх углей, распространенных в периферийной части бассейна примыкает зона распространения- менее метаморфизаванных. углей. Эта зона на севере бассейна занимает восточную часть Ленинского, Белове-кого, Уокатский районы, к югу она расширяется и .охватывает Врунаковскпй , Байдаевский, Осиновскпй, Терсинский и северную часть Томь-Ус.инского района. В южном направлении степень метаморфизма, а такне газоносность угольные пластов в выделенной зоне несколько увеличивается. Если в северной развиты угли марок К,. Г, характеризующиеся средними значениями газоносности угля. - I2-IS и3/то,б.м то к югу в выделенной зоне распространена, угли марок Г, ГН, а средние, значения газоносности здесь составляют is м8/ тс.6-м. иакси-мальаые значения газоносности равны 25 ма/тс.б.ы.
В центральной, части бассейна развиты угли марки Д (Оал-тымаковскнй, Центральный районы). Средние значения газоносности углей здесь не будут превышать 12-14 м3/тс.б.м.
Восточная чааТ-Ь Кузнецкого бассейна пока еще не освоена угольной промышленностью и газоносность каменноугольных отлакеи ий Центрального, Салтышаковскага, Крапивинского районов, практически не изучена. Однако, мавша сделать предположение об увеличении газоносности угольных пластов в направлении от Центрального -к Крашгаинскому району, расположенному у восточной границы бассейна, так как в том ке на правлении происходит увеличение степени метаморфизма. Б приграничной полосе крапивинокого района развиты угли марки СС- Газоносность угольных пластов адесь мок.ет повышаться до 17 м3/тс.ь.м. и более.
Зцелам гааонасност-Ь угольных пластав Кузбасса увеличивается от Центральной части бассейна, где она составляет в среднем 12 м3/тс.б.м. к его периферии - 17-19 м3/гс.б.ц. Соответственно, максимальные значения газоносности составляют в центральной части бассейна 20-21 м3/тс.б.м. - в пе-рпферийной части - 25-30 и /тс.б.м.
Таким, образом, при сопоставлении данных по газоносности угольных пластов в различных геолого-промышленных районах. Кузбасса со сведениями об изометаморфных разностях углей на разведываемых, участках и шахтных полях,, подтверждается тесная связь газоносности с марочным составом угля.
Установленная тесная взаимосвязь газоносности с марочным составом углей Кузнецкого бассейна подтверждает положение, о гам, что количество образовавшегося в процессе метаморфизма органического вещества углеводородного газа возрастает в направлении от низкометаморфиэованных — к высокаме-тамарфизованяым углям. Наряду с этим угли различных стадий метаморфизма, обладают неодинаковой способностью к сорбііии метана. Известно, что сорбционная способность углей возрастает с увеличением степени их метаморфизма- Э-то объясняется возрастанием общей пористости от малаыетаморфкзованных углей к более метаморф.пзоваиным. В этом ае направлении происходит увеличение количества микропор, в которых газ находится преимущественно Е сорбированном состоянии. Угли НИЗ:-.киїх стадий метаморфизма, с выходом летучих веществ 40%, обладают большим количеством переходных и. микропор, где.про исходят адсорбционные процессы лишь на стенках этих пор, значительное количество газа здесь находился в свободном состоянии. В связи с тем» Ч-ТО макроноры составляют фильтрующий- объем пор,, в низкометаморфиаованных углях, преобладают, в основной, процессы фильтрации газов, поэтому газообмен и миграция, газа к поверхности происходит значительно интенсивнее, чем в высокометаморфизованных углях, где преобладают процессы диффузии. Б результате низкометаморфизо-вакяые угли оказываются, как. правило,, менее газонасыщенными.
Таким образом, определяющим критерием гааонасыщенности углей на глубинах, где наблюдается т_енденцжя к стабилизации газоносности,, является степень метаморфизма угля, которая и обусловливает количество образовавшегося и сохранившегося в нем газа.
Наряду с региональными факторами, определяющими распределение метана в угольных пластах (глубина, степень метаморфизма углей), немаловажное значение имеют локальные природные факторы, в значительной мере влияющие на газоносность угольных пластон.
Установление и уточнение возможности И степени влияния локальных природных факторов на распределение газов в угольных пластах необходимо не только для решения вопросов безопасности при ведении горных работ, но и для разработки методов количественной оценки газов, находящихся в угольных нластах, решения технических вопросов капта&а и утилизации этих газов.
Некоторые особенности распрщедения углеводородных газов в угольных пластах
В составе газов угленосных толщ, помимо основных компонентов (метана, азота, углекислого газа.), присутствуют тякелые углеводородные газы (ТУ). Тяжелые углеводороды (С Но 9) в составе газов угольных месторождении пред-ставлены в основной этаном», пропаном, рен.е бутаном, пента Вопросы распределения ТУ в. угольных пластах в настоящее время являются актуальными, т.к увеличение их содер-д;анпіі в. угольных пластах повынает взрывоопасность рудничної атмосферы,- наличие значительных, количеств ТУ в каптируемой сыес-ш горных газов моает затруднить их промышленную утилизацию. Присутствие ТУ отмечается практнч.еск-Н во всех угольных бассейнах и месторождениях СССР Содержание ТУ в природных газах угольных- пластов изменяется, в широких пределах: Донецкий - да 24%, ПечорсквХ; - до 20$, Іьвовска-Валішский -2—3/я, Кизелавский —до 28% и т.д. Вопрос о генезисе ТУ угольных месторождений пока еще остается дискуссионным Существует несколько точек зрения о происхокденкл э.тих газов. Не к от орне псследователт [ 43, 8Ц. ИЗ], считают, что появление ТУ связано с присутствием, в угленосной толще неф-тематевиясяих веществ, а также проникновением в угленосную толщу газонефтяных флюидов Образование тяжелых углеводородов связывается с исходным растительным веществом, в частности, с липоиднымп компонентами Существует представление о неорганическом происхождения, тяжелых углеводородов, привносе их в угленосную толщу по глубинным разломам, В пределах Кузнецкого угольного бассейна ТУ обнаружены во всех основных геолого-промышленкых районах.. Содержание их колеблется от сотых долен до нескольких десятков процентов. Тяжелые углеводороды обнаружены и в атмосфере горных выработок, в газавыделениях из шпуров совместно с битумо-п нефтепроявленпямп (шх. ЕМ В-ИЛенина, им. Ыевякова,"Рас-дадская"!,. "Лбашевская" и др.) [14,; 24]. Нами были проведены исследования, по выявлению особенностей распределения ТУ по площади и в разрезе угленосной толщи Кузбасса и установлению геологических факторов, оказывающих влияние на размещение и концентрацию ТУ в углях Кузнецкого бассейна.
Для решения поставленной задачи собран и использован обширный материал, о содержании ТУ в газах, извлеченных из угольных проб,, обобранных керногазонаборнпками- Данные о ТУ взяты, из табличных приложений, к геологическим отчетам и первичных журналов анализа газовой лаборатории ПРО "Зап-спбгеология" в городе Яенииске-Кузнецком. Расчет процентного содержания ТУ по пробам,, обобранным керногазонаборника ш, проводился следующим образом: а) из каждой фракции дегазации исключался кислород воз духа и соответствующий ему объем азота; б) вычислялся и суммировался объем каждого газового кон подента по всей пробе; в) вычислялось процентное содержание каждого газового компонента в обще! сумне газов; г) процентное содержание ТУ заносилось в сводные табли цы. Были пересчитаны содеркания ТУ по углегазовым пробам IL-и участков,, при этом использованы данные анализов из первичных журналов дегазации и отбракованы непредставительные по керну и герметичности пробы. рассматривалось- распределение ТУ по концентрации их. в общем составе угольных пластов, содержание ик в пластах различных марок с целью выявления причин повышенных концентраций ТУ в. углях.. В подавляющем большинстве углегазовых проб содержания ТУ составляют десятые и сотые доли процента, такие конценрацик не влияют на загазованность шахт. Повышенные содержания ТУ іболеа Ъ%) отмечены в Ленинском, Бе-ловскам,. Ускатском,. Томь-Усинском районах. Б этих районах конаенрации ТУ дос-тигают по отдельным пробам: уч. Ольніерасскпй - 22 ,.5%; п.ше. им Ленина - I3,.8%; 5. Ускатский — 38%;. і.іусохрановскае месторовденне - 2Т,5%;ЮЕ-ное замыкание. Ленинской синклинали - 11,.5; п.шх."Западная" - 33,9%. В пределах Ерунаковского, Анкерского,. районов ТУ встречается в виде "следов", редко достигая 3—5% — унасток Кара-кааский 1-2,. п.их. "Анаерская11 (9/15). Распределение проб с наличием ТУ в. пределах Кузнецкого бассейна неравномерно по площади и с глубиной. Анализируя распределение углегазовых. проб в зависимости- от глубины залегания угольных пластов (по данклм 13-й участков и шахт ных полей) была установлено, ЧЇО наибольшее количество проб с наличием тякелых углеводородных газов приходится на глубины 2GG-5GQ м,. что составляет около 50$ от общего количества проб с наличием ТУ (рис. 21). Тяжелые углеводородные газы в отдельных случаях отмечаются в. зоне газового выветривания. Следы ТУ отмечены начиная с глубин; 51 М-(скв. 10728 І/їусохрановское месторождение); 73 м (скв., 2284, поле шахты "Западная"); 88 м (скв 33-04,. поле шахты. "Раопадская" I). На- 0-сно.ве имеющихся данных о распространении ТУ в углях различного марочного состава, решено было проследить-изменение концентрации их в изометаморфыых разностях углей. При установлении зависимости содержания ТУ от. марочного состава составлялась корреляционная решетка распределения их па маркам.
Максимальное количество проб с повышенным содержанием. ТУ (более 5%) зафиксировано в углях марок ГЕ - її - К. Сюда нее приурочена часть проб, с высоким содержанием ТУ. В составе ТУ основная часть-приходится на этан, остальные гомологи метана присутствуют в угольных пластах в незначительных количествах, поэтому при определении содерка-нїїі і TJ в углях и составлении графиков условно применен термин "этаноносность", учитывающий всю. гамму ТУ. На углегазовым пробам о наличием ТУ установлено нарастание их. концентрации с увеличиением степени метаморфизма-, достигающее, в среднем, 10-12$ по марке Л с дальнейшем оня-кением концентрации до 0-5% Б более, метаморфизованных углях.
