青岗坪煤矿自然发火标志气体来源研究(2)
根据地勘数据、井下实际揭露情况结合三维示意图进行分析,井田内油气显示主要有以下3个较为明显的特点:①含油层岩性主要以细、中粒砂岩为主;②含油砂岩为透镜状分布,平面展布的面积较小;③含油点多位于向斜的轴部两侧(或隆起的上倾方向)。
图2 青岗坪井田煤层出油点分布三维示意Fig.2 Three-dimensional schematic of distribution of oil outlet points in the Qinggangping Mine Coal Seams
目前生产的工作面位于PK17点附近,位于一个小型向斜的翼部。根据以上分析,工作面内顶板有含油区域,采空区内应存在一定的油气分布。
2.2 原生油气成分分析
油气中含有多种烷烃类物质,不仅会影响井下瓦斯爆炸的上下限,而且会影响矿井的自然发火预测预报标志气体指标体系[12-15]。为采集到油气样品,在回风巷车场处选择渗油严重区域向岩层内施工钻孔,钻孔施工完毕在孔内下入φ15 mm钢管,采用“两堵一注”方式进行封孔,封孔长度大于所穿过的煤层厚度5 m以上,用胶管连接取样器与钢管端头的球阀出气嘴进行采集气样。对气样进行15 d的检测分析,检测结果见表2。
表2 回风巷车场岩孔内气样连续检测分析结果Tab.2 Detection results of gas samples in the rock hole of return airway tank yard序号取样日期O2/%N2/%CO/10-6CO2/%CH4/%C2H6/10-6C2H4/10-6C2H2/10-7.147 983.011 720.393 19.396 1512.711 391.392 430.173 00.536 61 864.555 275.247 700.653 716.226 03 174.641 075.074 920.608 315.374 33 177.607 775.413 500.295 616.475 32 199.130 174.553 310.281 815.834 12 216.762 782.248 500.344 610.460 41 838.674 381.050 500.342 512.717 32 454.754 282.459 510.374 412.189 72 2215.456 871.972 900.429 421.927 52 1344.695 878.969 100.377 015.738 42 1965.262 176.404 900.422 417.685 52 2519.950 374.764 600.352 714.560 03 7284.274 179.879 600.404 315.222 22 1975.327 073.768 200.414 020.288 92 01700
由表2可知,岩孔内C2H6的浓度变化不大,无明显衰减现象,浓度保持在2 000×10-6~3 000×10-6,由此可判断钻孔密封良好,数据稳定可靠;CO浓度仅为0~3×10-6,且后期无CO存在。考虑到施工钻孔时穿过了4~5 m厚的煤层,钻具与煤层摩擦随着温度升高会产生部分CO,且CO分子量与空气平均分子量十分接近,产生的CO不易从孔内排出,可判断岩孔内的CO为打钻过程中生成并非油气内含有。
为进一步确定油气的成分,采集1份气样送至沈阳研究院实验室进行了C3及以上烃类成分分析,气样检测图谱如图3所示,气样成分检测结果见表3和表4。
图3 岩孔内气样图谱Fig.3 The atlas of gas sample in the rock hole
表3 岩孔内气样主要成分检出时间Tab.3 Detection time of main components of gas sample in rock hole成分氩气CO2C3H8异丁烷正丁烷2-甲基丁烷正戊烷2-甲基戊烷正己烷C7H16C8H16检出时间/
表4 回风巷车场岩孔内气样主要成分测试结果Tab.4 Detection results of of gas samples in the rock hole of return airway tank yard组分名含量/%组分名含量/%其他0.96
由表3和表4可知,含油砂岩层内不含有CO,除了含有O2、N2与CO2等成分外,其余成分都是烃类物质,主要有CH4、C2H6、C3H8、异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷、正己烷、C7H16以及C8H16等,其他组分为含量极少的其他烃类;油气成分中烃类主要为含1~3个碳原子的烃类为主,其他烃类含量较少。
3 CO来源分析
3.1 煤层原生气体成分分析
在工作面新暴露的煤壁上,利用风煤钻施工钻孔并收集钻孔内煤样,将煤样送至沈阳研究院实验室测定其各成分及含量。青岗坪煤矿4-2号煤层煤样实验室测定结果结果见表5。
表5 青岗坪煤矿4-2号煤层煤样实验室测定结果Tab.5 Laboratory test results of coal samples of 4-2coal seam in Qinggangping Coal Mine测定地点样品中气体组分CH4/%CO2/%N2/%C2-C8/%工业分析水分Mad/%灰分Ad/%挥发分Vdaf/%回风巷距切眼330 进风巷距切眼100
为了验证实验室数据的准确性,在回风巷750 m处重新施工一个深度为90 m的本煤层钻孔,封孔后连接到瓦斯抽采系统中,先进行为期3 d的抽放,将因钻孔施工过程中可能氧化产物预先排空,再对钻孔的气体进行为期6 d的取样检测,气样检测结果见表6。
表6 回风巷750 m处本煤层钻孔连续取样检测结果Tab.6 The continuous test results of the gas sample in the coal seam at 750 m from the return airway序号取样日期O2/%N2/%CO/10-6CO2/%CH4/%C2H6/10-6C2H4/10-6C2H2/10-4.863 178.408 100.702 984.306 100.660 211.967 6313.128 886.738 100.983 69.123 9356.382 664.429 100.689 532.474 2346.054 664.551 400.897 333.465 3314.527 465.721 300.500 732.225
由表5和表6可知,青岗坪煤矿4-2号煤层原生气体成分主要由CH4和N2组成,除CH4外还含有一定量的其他烷烃,其中以C2H6为主,浓度在300×10-6左右,不含有CO、C2H4和C2H2等。
文章来源:《油气储运》 网址: http://www.yqcyzz.cn/qikandaodu/2021/0701/484.html
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