（五）阜新盆地煤层气地质概况

煤炭是世界上分布最广阔的化石能资源，主要分为烟煤和无烟煤、次烟煤和褐煤等四类。世界煤炭可采储量的60%集中在美国（25%）、苏联加盟共和国（23%）和中国（12%）。

此外，澳大利亚、印度、德国和南非4 个国家共占29%，上述7国或地区的煤炭产量占世界总产量的80%，已探明的煤炭储量在石油储量的63倍以上，世界上煤炭储量丰富的国家同时也是煤炭的主要生产国。

根据国家科委推荐的《中国煤炭分类方案》，我国煤炭分为十大类，一般将瘦煤、焦煤、肥煤、气煤、弱粘结、不粘结、长焰煤等统称为烟煤；贫煤称为半无烟煤；挥发分大于40%的称为褐煤。无烟煤可用于制造煤气或直接用作燃料，烟煤用于炼焦、配煤、动力锅炉和气化工业；褐煤一般用于气化、液化工业、动力锅炉等。

中国煤炭资源丰富，除上海以外其他各省区均有分布，但分布极不均衡。

在中国北方的大兴安岭-太行山、贺兰山之间的地区，地理范围包括煤炭资源量大于1000亿吨以上的内蒙古、山西、陕西、宁夏、甘肃、河南6省区的全部或大部，是中国煤炭资源集中分布的地区，其资源量占全国煤炭资源量的50%左右，占中国北方地区煤炭资源量的55%以上。

在中国南方，煤炭资源量主要集中于贵州、云南、四川三省，这三省煤炭资源量之和为3525.74亿吨，占中国南方煤炭资源量的91.47%；探明保有资源量也占中国南方探明保有资源量的90%以上。

扩展资料：

国标把煤分为三大类，即无烟煤、烟煤和褐煤，共29个小类。无烟煤分为3个小类，数码为01、02、03，数码中的“0”表示无烟煤，个位数表示煤化程度，数字小表示煤化程度高。

烟煤分为12个煤炭类别，24个小类，数码中的十位数（1~4）表示煤化程度，数字小表示煤化程度高；个位数（1~6）表示粘结性，数字大表示粘结性强；褐煤分为2个小类，数码为51、52，数码中的“5”表示褐煤，个位数表示煤化程度，数字小表示煤化程度低。

在各类煤的数码编号中，十位数字代表挥发分的大小，如无烟煤的挥发分最小，十位数字为0，褐煤的挥发分最大，十位数字为5，烟煤的十位数字介于1~4之间，个位数字对烟煤类来说，是表征其粘结性或结焦性好坏，如个位数字越大，表征其粘结性越强。

如个位数字为6的烟煤类，都是胶质层最大厚度Y值大于25mm的肥煤或气肥煤类，个位数为1的烟煤类，都是一些没有粘结性的煤，如贫煤、不粘煤和长烟煤。个位数字为2~5的烟煤，他们的粘结性随着数码的增大而增强。

参考资料：

百度百科-煤炭

类别

符号 包括数码 分类指标

Vdaf% GRL Y%MN PM%

无烟煤

WY 01，02，03

10

贫煤 PM 11 >10.0-20.0 ≤5

贫瘦煤 PS 12 >10.0-20.0 5-20

瘦煤 SM 13，14 >10.0-20.0 >20-65

焦煤 JM 24

15，25 >20.0-28.0

>10.0-20.0 >50-65

>65 <25.0

肥煤 FM 16，26，36 >10.0-37.0 (>85) >25

1/3焦煤 1/3JM 35 >28.0-37.0 >65 <25.0

气肥煤 QF 46 >37.0 (>85)

>25.0

气煤 QM 34

43，44，45 >28.0-37.0

>37.0 >50-65 <25.0

1/2中粘煤 1/2ZN 23，33 >20.0-37.0 >35-65

弱粘煤 RN 22，32 >20.0-37.0 >30-50

不粘煤 BN 21，31 >20.0-37.0 >5-30

长焰煤 CY 41，42 ≥37.0 <5

褐煤 HM 51 >37.0 <5-35 <30

52 >37.0 >30-50

类别 符号 包括数码 分类指标( Vdaf% 挥发份 GRL粘结指数 Y,MN胶质层 )

无烟煤 WY 01，02，03 10

贫煤 PM 11 >10.0-20.0 ≤5

贫瘦煤 PS 12 >10.0-20.0 5-20

瘦煤 SM 13，14 >10.0-20.0 >20-65

焦煤 JM 24 >20.0-28.0 >50-65 <25.0

15，25 >10.0-20.0 >65 <25.0

肥煤 FM 16，26，36 >10.0-37.0 (>85) >25

1/3焦煤1/3JM 35 >28.0-37.0 >65 <25.0

气肥煤 QF 46 >37.0 (>85) >25.0

气煤 QM 34 >28.0-37.0 >50-65 <25.0

43，44，45 >37.0 >35-65 <25.0

长焰煤 CY 41，42 ≥37.0

1/3焦煤

质量要求：灰份≤9.5--10% 挥发份 28--32% 硫份≤0.7% G值＞75 Y值＞ 14mm 国际上级冶金煤

主焦煤

质量要求：灰份≤9.5--10% 可燃基挥发份 18--24% 硫份≤0.7% G值＞75 Y值＞ 16mm。

主焦煤： 灰份% 含硫% 挥发份% G值 Y值

＜9.5 ＜0.6 18-26 ＞65 ＞18

1/3焦煤： ≤9.5 ≤0.6 28-35 ＞75 ＞18

肥煤是指国家煤炭分类标准中，对煤化变质中等，粘结性极强的烟煤的称谓，炼焦煤的一种，炼焦配煤的重要组成部分，结焦性最强，熔融性好，结焦膨胀度大，耐磨；精煤是指经洗选加工供炼焦用或其他用途的洗选煤炭产品的总称。

煤的挥发分

煤的挥发分，即煤在一定温度下隔绝空气加热，逸出物质（气体或液体）中减掉水分后的含量。剩下的残渣叫做焦渣。因为挥发分不是煤中固有的，而是在特定温度下热解的产物，所以确切的说应称为挥发分产率。

（1）煤的挥发分不仅是炼焦、气化要考虑的一个指标，也是动力用煤的一个重要指标，是动力煤按发热量计价的一个辅助指标。

挥发分是煤分类的重要指标。煤的挥发分反映了煤的变质程度，挥发分由大到小，煤的变质程度由小到大。如泥炭的挥发分高达70%，褐煤一般为40～60%，烟煤一般为10～50%，高变质的无烟煤则小于10%。煤的挥发分和煤岩组成有关，角质类的挥发分最高，镜煤、亮煤次之，丝碳最低。所以世界各国和我国都以煤的挥发分作为煤分类的最重要的指标。

（2）煤的挥发分测试要点见GB212-91。

新制定的中国煤炭分类国家标准，首先根据煤的煤化程度，将所有煤分为褐煤、烟煤和无烟煤。对于褐煤和无烟煤，再分别按其煤化程度和工业利用的特点分为2个和3个小类。烟煤部分按挥发分大于10～20％、大于20～28％、大于28～37％和大于37％的4个阶段分为低、中、中高及高挥发分烟煤。关于烟煤粘结性，则按粘结指数G区分：0～5为不粘结和微粘结煤。大于50～65为中等偏强粘结煤，大于65则为强粘结煤。对于强粘结煤，又把其中胶质层最大厚度y 值大于25mm或奥亚膨胀度b大于150％（对于Vdaf大于28％的烟煤，b大于220％）的煤定为特强粘结煤。这样，在烟煤部分，可分为24个单元，并用相应的数码表示。编号的十位数中，1～4代表煤的煤化程度，编号的个位数中，1～6表示煤的粘结性。在这24个单元中，再按同类煤性质基本相似，不同煤性质有较大差异的分类原则将部分单元合并为12个类别。再煤类的命名上，考虑到新旧分类的延续性和习惯叫法，仍保留气煤、肥美、焦煤、瘦煤、贫煤、弱粘煤、不粘煤和长焰煤8个煤类。

为使同一类煤性质基本一致，新的煤炭分类国家标准增加了4个过度性煤类：贫瘦煤、1/2中粘煤、1/3焦煤和气肥煤。贫瘦煤是指粘结性较差的瘦煤，以区别于典型的瘦煤。1/2粘结煤是由原分类中一部分粘结性较好的弱粘煤和一部分粘结性较差的飞焦煤和肥气煤组成。1/3焦煤是由原分类中一部分粘结性较好的肥气煤和肥焦煤组成。这类煤是焦煤、肥美和气煤中间的过渡煤类，也具有这3类煤的一部分性质，但结焦性较好是公认的。气肥煤再原分类中属肥煤大类，但它的结焦性比典型肥煤要差得多，故新得煤炭分类国家标准将它单独列为一类。这样就克服类原分类方案中同类煤性质差异较大得缺陷。如气煤一号和肥气煤二号再性质上由明显差异，将它们为同一类别很不合理。新得分类国家标准将这些具有过渡性质得煤单独列为一类，从而有利于煤得合理使用。

新的分类国家标准对各类煤的若干特征表述如下：

1、无烟煤（WY）

挥发分低，固定碳高，比重大，纯煤真比重最高可达1.90，燃点高，燃烧时不冒烟。对这类煤，可分为：01号为老年无烟煤；02号为典型无烟煤；03号为年轻无烟煤，无烟煤主要是民用和制造合成氨的造气原料，低灰、低硫和可磨性好的无烟煤不仅可以做高炉喷吹及烧结铁矿石用的燃料，而且还可以制造各种碳素材料，如碳电极、阳极糊和活性碳的原料，某些优质无烟煤制成航空用型煤还可用于飞机发动机和车辆马达的保温。

2、贫煤（PM）

变质程度最高的一种烟煤，不粘结或微弱粘结，在层状炼焦炉中不结焦，燃烧时火焰短，耐烧，主要是发电燃料，也可作民用和工业锅炉的掺烧煤。

3、贫瘦煤（PS）

粘结性较弱的高变质、低挥发分烟煤，结焦性比典型瘦煤差，单独炼焦时，生成的焦粉甚少。如在炼焦配煤中配入一定比例的这种煤，也能起到瘦化作用，这种煤也可作发电、民用及锅炉燃料。

4、瘦煤（SM）

低挥发分的中等粘结性的炼焦用煤。焦化过程中能产生相当数量的焦质体。单独炼焦时，能得到块度大、裂纹少、抗碎强度高的焦煤，但这种焦碳的耐磨强度稍差，但2炼焦配煤使用，效果较好。这种煤也可作发电和一般锅炉等燃料，也可供铁路机车掺烧使用。

5焦煤(JM)

中等或低挥发分的以及中等粘结或强粘结性的烟煤,加热时产生热稳定性很高的胶质体,如用来单独炼焦,能获得块度大、裂纹少、抗碎强度高的焦煤。这种焦煤的耐磨强度也很高。但单独炼焦时，由于膨胀压力大，易造成推焦困难，一般作为炼焦配煤用，效果较好。

6、1/3焦煤（1/3JM）

中高挥发分的强粘结性煤，是介于焦煤、肥煤和气煤之间的过渡煤种，单炼焦时能生成熔融性良好、强度较高的焦煤，炼焦时这种煤的配入量可在较宽范围内波动，但都能获得强度较高的焦炭，1/3焦煤也是良好的炼焦配煤用的基础煤。

7、肥煤（FM）

中等及中高挥发分的强粘结性的烟煤，加热时能产生大量的胶质体。肥煤单独炼焦时，能生成熔融性好、强度高的焦炭，其耐磨强度也比焦煤炼出的焦炭好，因而是炼焦配煤中的基础煤。但单独炼焦时，焦炭上有较多的横裂纹，而且焦根部分常有蜂焦。

8、气肥煤（QF）

一种挥发分和胶质体厚度都很高的强粘结性肥煤，有人称之为“液肥煤”。这种煤的结焦性介于肥煤和气煤之间。单独炼焦时能产生大量气体和液体化学产品。气肥煤最适于高温干馏制煤气，也可用于配煤炼焦，以增加化学产品产率。

9、气煤（QM）

一种变质程度较低的炼焦煤。加热时能产生较多的挥发分和较多的焦油。胶质体的热稳定性低于肥煤，也能单独炼焦，但焦炭的抗碎强度和耐磨强度均稍差于其它炼焦煤，而且焦炭多呈长条而较易碎，且有较多的纵裂纹。在配煤炼焦时多配入气煤，可增加气化率和化学产品回收率，气煤也可以高温干馏来制造城市煤气。

10、1/2中粘煤（1/2ZN）

一种中等粘结性的中高挥发分烟煤。这种煤有一部分在单煤炼焦时能生成一定强度的焦炭，可作为配煤炼焦的煤种；粘结性较弱的另一部分单独炼焦时，生成的焦炭强度差，粉焦率高。因此，1/2中粘煤可作为气化用煤或动力用煤，在配煤炼焦中也柯适量配入。

11、弱粘煤（RN）

一种粘结性较弱的低变质到中等变质程度的烟煤，加热时，产生的胶质体较少，炼焦时，有的能生成强度很差的小块焦，有的只有少部分能结成碎屑焦，粉焦率很高，因此，这种煤多适于作气化原料和电厂、机车及锅炉的燃料煤。

12、不粘煤（BN）

多是在成煤初期就已经受到相当氧化作用的低变质到中等变质程度的烟煤，加热时基本上不产生胶质体。这种煤的水分大，有的还含有一定量的次生腐植酸；含氧量有的高达10%以上。不粘煤主要作气化和发电用煤，也可作动力和民用燃料。

13、长焰煤（CY）

变质程度最低的烟煤，从无粘结性到弱粘结性的均有，最年轻的长焰煤还含有一定数量的腐植酸，贮存时易风化碎裂。煤化度较高的长焰煤加热时还能产生一定数量的胶质体，结成细小的长条形焦炭，但焦炭强度甚差，粉焦率也相当高，因此，长焰煤一般作气化、发电和机车等燃料用煤。

14、褐煤（HM）

分为两小类：透光率PM大于30~50%的年老褐煤和PM小于或等于30%的年轻褐煤。褐煤的特点是：水分大，比重小，不粘结，含有不同数量的腐植酸。煤中含氧量常高达15~30%左右，化学反应性强，热稳定性差，块煤加热时破碎严重，存放在空气中易风化变质、碎裂成小块乃至粉末状。发热量低，煤灰熔点也大都较低，煤灰中常含较多的氧化钙和较低的三氧化二铝。因此，褐煤多作为发电燃料，也可作气化原料和锅炉燃料。有的褐煤可作来制造磺化煤或活性碳，有的可作为提取褐煤蜡的原料。另外，年轻褐煤也适用于制作腐植酸铵等有机肥料，用于农田和果园，能促进增产。

工业用煤主要是烟煤，烟煤的种类也较多，主要有以下的各种类型。

长焰煤：长焰煤是最年轻的烟煤。呈弱粘结性的长焰煤在低温干馏时能析出较多的焦油。—般用作动力、民用燃料，气化原料，也可供低温干馏生产半焦或炼油原料。主要产地有甘肃的靖运、河南的义马、陕西的彬县、辽宁的阜新、抚顺，山西的大同及平朔等。

瘦煤：瘦煤属中高等变质烟煤，加热时能产生少量的胶质体，软化温度高，可以单独炼焦，结成的焦炭块度大，裂纹少，熔解较差，耐磨强度低。主要产地有陕西的铜川、韩城、蒲白和澄合等煤矿，河南的平顶山，河北的峰峰煤矿等。

不粘煤：不粘煤在焦化中不结焦，煤的水分有时高达10％以上，一般用作动力及民用燃烧，也可作气化用煤。主要产地有辽宁的阜新、陕西的神府等。

气煤：气煤属低等变质烟煤，加热时有较多的挥发物和焦油析出，胶质体的热稳定性差。气煤能单独炼焦，但焦炭细长而易碎，配煤炼焦可以增加煤气生产率和提高副产品回收率。主要产地有山西的大同、黑龙江的鹤岗、江西的乐平，陕西的黄陵等地。

焦煤：焦煤属中等变质烟煤，加热时能产生稳定性很好的胶质体。焦煤是优质的炼焦原料，用焦煤单独炼焦时，所得焦炭块度大、裂纹少；机械强度和耐磨强度都很高，但由于膨胀压力大，用大型炼焦炉生产时，易造成推焦困难。主要产地有河北的开滦、峰峰，江苏的大屯，安徽的两淮、山西的轩岗和黑龙江的双鸭山等煤矿。

肥煤：肥煤属中等变质的烟煤，加热时能产生大量的胶质体。在炼焦过程中，煤的软化、固化温度的间隔较大，用肥煤单独炼焦时能产生熔解性良好的焦炭。但裂纹较多，焦炭易成小块，机械强度及耐磨强度均差，多用作配煤炼焦的主要成分。主要产地有山东的究州，河南的平顶山和山西的霍县等。

除了烟煤以外，我国其它的煤炭品种尚有：

烛煤：有一种炭，用纸就可点燃，并发出明亮的光焰，像蜡烛一样，因此人们称它为烛煤。烛煤通常呈灰黑色或褐色，光泽也较暗淡，有时略带油脂光泽，断口呈贝壳状，含植物小袍子较多，可含少量藻类，也可能不含。烛煤挥发物含量和焦油产出军较高。主要产地：山西的浑源、大同，山东的新滇、兖州和枣庄。

藻煤：有—种光泽暗淡、结构均一、呈块状构造、韧性较大、易燃、有沥青味的煤；在显微镜下观察，可见它主要是由密集的藻类组成的，也含有少量粘土矿物，这就是藻煤。藻煤的挥发物氢含量高、焦油产出宰高，但有时灰分也高。主要产地：山西的浑源、蒲县，山东的肥城和兖州。

弱钻煤：弱粘煤是隔绝空气加压时产生的。胶质体很少，有时也可单独炼焦，但焦炭多呈小块，易粉碎。炼焦时可小量配用。它的主要用途是作气化原料和机车、发电厂燃料。主要产地有陕西的彬(县)长(武)矿区、铜川的焦坪等。

煤精：煤精是煤的一个特殊品种，煤精又称煤玉、炭精、灰根、乌玉、墨石、煤根石、墨精石等。它同普通煤一样可以燃烧，其主要特点是质地致密，具有一定的韧性，不透明，黝黑闪亮，抛光后呈玻璃光泽，硬度2.4—4，相对密度1.3—1.35，可用作工艺雕刻制品原料；实物资料证实，有些煤精制品及其坯料被埋在地下数百年乃至数千年，仍保存完好，没有风化、龟裂现象。沈阳新东遗址发掘出来的煤精雕刻制品，是我国从六七千年前石器时代就已开始利用煤炭的直接证据。

无烟煤：无烟煤是变质最深的矿产煤，含碳量通常高达90％一98％，而可燃基氢含量很低，一般＜4％，它的化学反应性较低，光泽强、硬度高，常常供作民用燃料。但有些化学反应性较强，热稳定性较高的无烟煤，可用作化学作合成的原料。而低灰、低硫的老年无烟煤则是生产碳素制品的重要原料。无烟煤主要产地有宁夏的汝箕沟，山西的晋城、阳泉，河南的焦作、郑州，贵州的毕节地区等。

褐煤：褐煤是未经变质的煤，其化学反应性强，放在空气中极易风化而破碎成小块，热稳定差，块煤加热后破碎严重，多作民用燃料或煤化工产品，如褐煤腊、硝基腐植酸铵等。主要产地有内蒙古伊敏河、霍林河、大雁、元宝山、准噶尔，云南小龙潭、昭通等。

煤炭质量分析－相关国家标准目录，您可以打开这个：

http://www.instrument.com.cn/bbs/shtml/20040801/68915/

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无 烟 煤

可 归 纳 为 三 最 低 、 五 最 高 、 一 较 高 。 三 最 低 是 氢 含 量 、 氧 含 量 和 挥 发 分 最 低 。 五 最 高 是 炭 含 量 、 硬 度 、 燃 点 、 比 重 和 煤 级 最 高 。 一 较 高 是 发 热 量 较 高 。 主 要 用 于 制 造 化 肥 ， 高 炉 喷 吹 和 动 力 用 煤 。 全 国 45% 和 12% 动 力 ， 化 肥 用 煤 来 自 晋 城 和 阳 泉 ， 阳 泉 又 是 全 国 最 理 想 的 高 炉 喷 吹 煤 基 地 。 晋 城 、 阳 城 、 阳 泉 、 沁 水 、 高 平 、 翼 城 、 陵 川 、 和 顺 、 左 权 、 昔 阳 、 平 定 、 寿 阳 、 榆 次 、 长 子 、 长 治 、 清 徐 和 交 城 大 量 生 产 。

张俊宝 何玉梅

（东北煤田地质局一〇七勘探队 阜新 123000）

作者简介：张俊宝，教授、研究员级高工，主要从事煤田地质、煤层气地质及其他有关地质工作。近年来在国家级刊物上发表有关煤层气、地热方面学术论文5篇。

摘要 2003年3月1日，辽宁省阜新市煤层气地面开采（CBM）、矿区井下抽放煤层气（CMM），正式向市区供气，实现了煤层气商业性开发。本文根据该区刘家区煤层气地面开采和阜矿集团矿井瓦斯抽放的实际情况，对目前开发利用现状及前景作了论述。

关键词 煤层气地面开采 矿井煤层气抽放 煤层气商业性开发

Status of CBM Development and Utilization in Fuxin City，Liaoning Province

Zhang Junbao，He Yumei

（Team 107 of Northeast Bureau of Coal Geology，Fuxin 123000）

Abstract：The projects of surface CBM exploitation and underground extraction located in Fuxin city，Liaoning Province formally supplied the CBMflow to the citizens on March 1，2003，which realized the commercial development of CBMin this area.Based on the actual status of surface CBMexploitation projects in Liujia area and underground gas extraction projects of Fuxin Coal Group，the status and prospects of local CBM development and utilization were discussed.

Keywords：CBM；surface exploitation；underground extraction；commercial development

引言

阜新市位于辽宁省西部，介于沈阳、锦州两市之间。2003年3月1日，刘家区地面开采煤层气，阜新矿区的井下抽放煤层气，已经向阜新市市民供气，日供气规模（8～12）×104m3（34%CH4），从而结束了阜新市居民17年燃用煤制气的历史，有6.5万户居民用上了质量好、热值高的煤层气。经过近4年的运行表明：“供气稳定，安全可靠”。以地面钻井煤层气开采（CBM）、矿井煤层气抽放（cmM）为标志的煤层气开发利用工程实现产业化，居全国之首。

1 煤层气（CBM）勘探背景

阜新市煤层气地质工作较早。1996年，由东北煤田地质局一〇七队为中美煤层气CBM公司提交了《阜新煤田煤层气赋存条件》报告，基于对资料的分析、研究，对阜新盆地煤层气资源条件做出了评价，提出了刘家区为煤层气开发重点区。

刘家区位于阜新煤田中部，赋存有下白垩统阜新组煤层。据1993年精查报告，煤炭储量28195×104t，天然焦储量6223×104t，煤层埋深在600～1000m，煤层最大累厚约98m，煤类以长焰煤为主，深部有少量气煤，煤层层数多、厚度大、煤层气含量较高，具有小而肥的特点。1998～2001年，由国家和辽宁省投资，东北煤田地质局一〇七队在刘家区进行了煤层气普查勘探工作，共施工4口煤层气参数及试验井，经排采试验，单井日产量最高达6000m3，平均在3000m3左右，甲烷成分98%左右，表明该区具有良好的煤层气开发前景。2001年东北煤田地质局一〇七队提交了“辽宁省阜新刘家区煤层气普查报告”，经中国煤炭地质总局审查批准，全区煤层气资源量52.171×108m3，其中控制资源量32.289×108m3，远景资源量19.882×108m3。

2002年由阜新市投资在该区块内又施工了4口煤层气生产井，形成了8口煤层气井网，于2003年3月1日正式向市区供气，平均每天供气约2×104m3左右，实现了商业性开发，这在我国地面煤层气开采尚属首例。

2 矿井煤层气（CMM）抽放系统

阜矿集团现有8个井工矿，其中高瓦斯矿井三个（五龙矿、清河门矿、海州立井），突出矿井两个（艾友矿、王营矿），低瓦斯矿井三个（伊马矿、乌龙矿、八道壕矿）。经煤炭科学总院抚顺分院1997年鉴定，煤层气储量达116.06×108m3，其中五龙矿、刘家区及海州立井66.34×108m3，王营矿24.81×108m3，艾友矿11.98×108m3，清河门矿12.93×108m3，瓦斯含量为10～12m3/t，按可抽量30%计算，可采储量34.82×108m3。从煤层气赋存情况分析，气源量比较充足。

阜矿集团煤层气抽放始于1993年，在王营矿南风井建成一套煤层气抽放利用系统，并于1997年6月实现向阜新氟化学总厂供气。《综合利用瓦斯供居民生活用气工程》于1999年6月被辽宁省计委批准立项建设。该工程于2000年4月开工建设，2001年9月29日全部施工完毕，2003年3月1日向阜新市民供气。

目前在8个矿井中有6个矿井已经先后建立、改造、完善了地面或井下瓦斯抽放系统。五龙矿、艾友矿、清河门矿、恒大公司、海州立井5个矿井共建有6套地面永久瓦斯抽放系统，同时部分矿井还有井下移动抽放系统。瓦斯抽放基本方法是采用以高位顶板瓦斯抽放道或临近层抽放为主，高位钻场水平长钻孔、采空区埋管等辅助抽放为辅的综合抽放方法。

3 开发利用现状

阜新市所辖二县五区。其中：海州区为燃气的普及区。清河门北山地区远离市区约45km，为独立的区域。市政设施不发达，到目前为止，本区内无煤气供应系统。2003年实际供气量506×104m3（CH434%，1489×104m3），其中：市氟化学总厂：100×104m3（CH434%，295×104m3），市煤气厂：406×104m3（CH434%，1194×104m3）。2004年实际供气量：617×104m3（CH434%，1816×104m3），其中：市氟化学总厂：55×104m3（CH434%，163×104m3），市煤气厂：562×104m3（CH434%，1653×104m3）。

目前由于利用量少，在满足井下安全通风的条件下，只能限量抽放。五龙、王营和艾友三矿共抽放纯煤层气量8.82×104m3/d，向市及氟化学总厂供气部分利用外（市氟化学总厂0.34×104m3/d，混合量10000m3/d，市煤气厂1.7×104m3/d，混合量50000m3/d），每天剩余6.78×104m3/d纯煤层气，因利用能力不足而白白放空，利用率仅为30%。

目前刘家地面煤层气开采主要供应市区民用，平均产气量（1.5～1.7）×104m3/d（CH498%）。2005年4月阜新市煤气厂推行出租车油改气，目前大约有500辆出租车改用煤层气，经过1年多的运行，效果很好，每天用气约1×104m3。

4 下一步规划

4.1 用气规划

4.1.1 市区用气规划

阜新市居民用气：近年来，由于城市经济建设的发展，市区内燃气用户逐年增加，据阜新市煤气公司统计，年用气量递增率达到7%左右。根据市区发展的需要，阜新市煤气厂特编制阜新市区2004～2015年燃气用量规划表，详见表1。

表1 阜新市区燃气用量规划表

4.1.2 工业用气

根据东北老工业基地振兴和发展的需要及资源枯竭型城市经济转型的需要，阜新市地方工业对洁净能源的需求将进一步增加，本项目的主要供气方向拟定为阜新市玻璃厂及阜新市氟化学厂。

供气规划能力为：将王营矿、五龙矿刘家区抽放系统及刘家区地面开采系统的煤层气，集中输配至5.4×104m3输配站储气柜，经加压后输配给阜新市氟化学总厂及阜新市玻璃厂，总供气能力为10.87×104m3/d、3967×104m3/a。其混兑后CH4含量为55%，热值为4680kcal/m3，混兑后日供气量19.92×104m3，年供气量为7271×104m3。

4.2 供气规划

4.2.1 矿区煤层气抽放

根据各矿相对位置及周边可利用条件，阜矿集团拟对海州立井、五龙矿、刘家区、王营矿、艾友及清河门矿的矿井煤层气进行抽放及开采。

通过对阜矿集团的煤层气资源量、矿井可采状况、抽放煤层气条件的分析，根据与阜新市煤气公司的供气协议及向工业用户供气协议要求，确定项目建设规划如下：

伴随回采工作面生产，各矿井下抽放煤层气总能力11.69×104m3/d、折合混气34.4×104m3/d（34%CH4），阜矿集团煤层气井下抽放规划见表2。

表2 阜矿集团煤层气井下抽放规划表

4.2.2 地面钻井开采煤层气

根据东北煤田地质局一〇七队1998～2002年在刘家区进行小井网开采煤层气的实践证明，单井平均产气量为3000～5000m3/d。预计在刘家区施工煤层气地面钻井22口，单井开采煤层气按3000m3/d计算，可采煤层气6.6×104m3/d（CH498%）、2409×104m3/a（CH498%），地面煤层气钻井开采将根据实际需要进一步调整钻井数量及完井工艺方法，以保证供气能力的稳定、可靠。预测煤层气井的服务年限为10～15年。10～15年后部分煤层气钻孔，由于受煤炭开采的需要可转为矿井采空区抽放钻井，如采空区井下封闭较好，预测抽放CH4浓度可达70%～90%。煤层气钻孔仍可以服务5～20年，可以满足项目规划的要求及市场规划的需要。

另外根据各生产矿井目前煤炭开采情况，可在尚未开采的区块内进行煤层气地面钻井的施工，以达到先采气后采煤的效果。

5 结论

以上就阜新市煤层气开发利用现状和下一步规划作了简述，实际上，就目前开采规模远远达不到市场需求。阜新市目前居民约20万户，但只有6.5万户居民用气，还有三分之二户的居民没有用气。阜新市玻璃厂目前已经完成了二期改造工程，3个窑日需发热量5000cal/g的煤层气32×104m3。加大生产规模既能满足市场需求带来更大的经济效益，又能减少因瓦斯给煤矿生产造成的危害。

王红岩 李景明 李剑 赵群 刘洪林 李贵中 王勃 刘飞

（中国石油勘探开发研究院廊坊分院 河北廊坊 065007）

作者简介：王红岩，1971年生，男，江苏徐州人，高级工程师，博士，长期从事煤层气等新能源综合地质研究。地址：河北省廊坊市万庄44号信箱石油分院，邮编：065007。

国家973计划项目资助（编号：2002CB211705）。

摘要 高低煤阶煤的煤层气在储层物性、地层水矿化度、煤的吸附性和成藏过程方面具有较大差别。国内学者普遍认为高煤阶煤层由于其演化程度较高，割理不发育，煤层的渗透率极低而低估了勘探前景，以至于形成了煤层气勘探的“禁区”。我国地质条件和含煤盆地的构造活动要比美国复杂得多，煤层气的生成和富集有着自身的特点，而且多数煤层在其沉积后经历了多个期次、多个方向的应力场改造，而且大部分高煤阶煤的形成与岩浆热变质事件有关。我国西北地区低煤阶煤的煤层气资源丰富，资源量占全国资源总量的50%。高低煤阶煤的气体成因、物性特征、水文地质条件、含气性和成藏过程与低煤阶煤和国外高煤阶煤明显不同，高低煤阶煤的成藏差异性非常明显，二者在匹配的条件下有可能形成煤层气高产富集区，形成煤层气勘探的有利地区。

关键词 煤层气 高煤阶 低煤阶

ComParison on Accumulation Performance of CBM in Different Rank Coal Seams of China

Wang Hongyan，Li Jingming，Li Jian，Zhao Qun

Liu Honglin，Li Guizhong，Wang Bo，Liu Fei

（Langfang Branch of PetroChina Research Institute of Petroleum ExPloration＆Development Langfang 065007）

Abstract：Accumulation performances of CBM are quite different in different rank coal seams such as reservoir physical features，salinity of formation water，absorption of coal and accumulation history of coal.It is generally understood that high rank coal seams are so called forbidden area for CBM exploration because of high metamorphic grade，undeveloped cleats and low permeability.In fact，the exploration prospects of CBM are underestimated.CBM accumulation performance of China has its own features which are much more complicated than that of the U.S.and the main reasons are that most of coal seams of China suffered from historical multiphase and multidirectional transformation of stress after sedimentation，moreover，formation of these coal seams were related to the thermal events of magmatism.There are rich CBMresources in low rank coal seams of northwest parts of China which accounts for 50 percent of total CBM resources of China.The cause of formation of CBM，physical features，hydrogeology conditions，gas contents and accumulation process are quite different between high rank and low rank coals as well as between domestic and overseas.Either high rank coal or low rank coal may form favorable CBM accumulation and prospection area under matching geological conditions.

Keywords：CBM；high rank coal；low rank coal

我国高煤阶煤的煤炭资源量巨大，其中煤层气资源量占中国煤层气总资源量的30%〔1〕。由于美国煤层气勘探成功的含煤盆地的煤阶都为中低煤阶，国内学者普遍认为高煤阶煤层由于其演化程度较高，割理不发育，煤层的渗透率极低而低估了勘探前景，所以研究高煤阶煤层气成藏条件，开展高低煤阶煤层气成藏机理对比研究，具有重要科学意义。为了更好地对高煤阶成藏特征进行研究，这里着重通过高低煤阶对比，来探讨高煤阶成藏的特殊性。为了便于对比，将Ro＜0.7%定义为低煤阶煤层气藏，Ro＞2%视为高煤阶煤层气藏，Ro＞0.7%～2%视为中煤阶煤层气藏。

1 高低煤阶煤层气藏的成因不同，高煤阶以原生和次生热成因煤层气为主，低煤阶煤以原生生物成因煤层气为主

煤层气存在生物成因和热成因两种。原生生物成因气是指煤化作用的早期阶段（成岩作用阶段），有机质在微生物作用下降解形成的煤层气；次生生物成因气是指经历了变质作用的中低煤阶煤（Ro＜1.5+%）抬升后在微生物作用下形成的煤层气；原生热成因气是指有机质在变质作用过程中形成的煤层气；如果原生热成因气经过解吸—扩散—运移—再聚集，则为次生热成因煤层气。

高煤阶煤层气藏主要为原生与次生热成因煤层气。以沁水盆地南部煤层气藏为代表。沁南地区煤层主要为高煤阶无烟煤，Ro=2.2%～4.0%之间，煤层气主要为热成因。煤层气甲烷δ13C总体偏小，在-26.6‰～-36.7‰之间，且随着埋深的增加而变大。这是由于煤层气的解吸—扩散—运移引起同位素的分馏导致。这种次生热成因的煤层气在国内外非常常见。滞流区受解吸—扩散—运移分馏作用的影响小，基本保持了原始状态。可见沁南煤层气藏煤层气的成因在空间上存在分带现象：次生热成因煤层气存在于浅部径流带，原生热成因气存在于深部滞流区。

未熟低煤阶煤层气藏以原生生物成因煤层气为主，代表性煤层气藏位于美国粉河盆地。粉河盆地第三系Fort Union组的煤在大部分地区为褐煤（Ro=0.3%～0.4%），深部存在高挥发分烟煤，没有达到可以大量产生热成因甲烷的成熟度。其甲烷δ13C值为-60.0‰～-56.7‰，δD值为-307‰～-315‰。表明以生物成因气为主，且主要是通过微生物发酵代谢途径形成的〔2〕。

低煤阶成熟煤层气藏煤层气的成因非常复杂，既有次生生物成因的，也有原生与次生热成因的。美国的圣胡安和犹因他盆地都存在这三种成因的煤层气。我国阜新盆地白垩系阜新组煤的Ro=0.6%～0.72%之间，据同位素和煤层气组分分析，该区煤层气主要为次生热成因，其次为次生生物成因。

2 高低煤阶煤吸附能力的差异性很大，高煤阶区域煤层吸附量大，含气量高

煤的变质程度决定着煤层气生成量和煤的吸附能力，因而对煤层气含气量起着决定性影响。煤阶越高，煤层气生成量越大。吸附能力随煤阶增高经历了低—高—低三个阶段，在Ro=3.5%左右时达到极大值[3]。

高煤阶煤层气藏含气量最高。沁南煤层气藏含气量一般在10～20m3/t，最高可达37m3/t。除了煤阶影响外，保存条件也起到了一定作用。

低煤阶未熟煤层气藏含气量普遍较低。如粉河盆地煤层气含量一般为0.78～1.6m3/t，最高不超过4m3/t。低煤阶成熟煤层气藏含气量相对较高，犹他州中部上白垩统Ferron砂岩段Ferron煤层气藏含气量为0.37～14.3m3/t，一般在5～10m3/t。阜新盆地煤层气含量一般为8～10m3/t。低煤阶煤层气藏煤层的顶底板因成岩作用微弱而使其封闭能力低于高煤阶煤层气藏。因此对于低煤阶煤层气藏而言，地下水动力封闭显得尤为重要。低煤阶煤层气藏因含气量非常低，因此就必须发育巨厚煤层使得煤层气资源丰度大，高渗透率使得单井排采半径大，这样才可具备商业开发价值。

3 高低煤阶在物性方面差异的实质是物性变化二元论，变质程度高，基质致密，煤层物性渗透率偏低

高煤阶的沁南煤层气藏，储层渗透率为（0.1～5.7）×10-3μm2，一般不超过2×10-3μm2。煤层孔隙主要为微孔和过渡孔，中孔和大孔罕见，孔隙度在1.15%～7.69%之间，一般均＜5%，对渗透率几乎没有贡献[4]。割理严重闭合或被充填，对渗透性的贡献微弱。构造裂隙是渗透性的主要贡献者。这种孔裂隙发育特征决定了煤层气由基质孔隙解吸向裂隙扩散困难，吸附时间长，达到产量高峰时间短，稳定低产时间长[5]。

低煤阶未熟煤层气储层的基质孔隙度较高，且以大孔所占比例较高，对储层渗透率有一定贡献，因割理密度低而控制储层渗透率的主要因素是构造裂隙；低煤阶成熟煤层气储层渗透性的主要贡献者是割理和构造裂隙；高煤阶煤层气藏因基质孔隙度低且多为微孔，割理严重闭合或被矿物质充填，因此渗透率的主要贡献者是构造裂隙。低煤阶煤层气藏的渗透率一般大于高煤阶煤层气藏。

为了便于对比，这里采用吐哈盆地的褐煤和沁水盆地的无烟煤开展模拟工作。褐煤由于演化程度低，裂隙不发育，主要表现为孔隙型。随着煤阶的增加，煤层裂隙发育，基质变得致密，主要表现为裂隙型[6]。

图1 高低煤阶运聚压差与系统压力关系图

无烟煤高压情况下0.14MPa的压差就可以突破；低压情况下0.50MPa的压差可以突破；随着压力的降低，运聚压差增大。表明无烟煤降压基质膨胀物性降低，加压基质收缩物性增高。

对于吐哈盆地褐煤，模拟结果相反，高压情况下0.08MPa的压差就可以突破，低压情况下0.03MPa的压差就可以突破，褐煤降压基质膨胀物性增大，加压基质收缩物性降低。储层物性变化二元论反映了煤储层随着煤层气不断开采，地层压力不断下降，煤储层特征变化的实质（图1）。

4 构造热事件和构造应力场对煤层物性起到决定作用

由岩浆侵入引起储层结构和构造改变，增大煤层气储藏空间的作用，称岩浆侵入活动的储藏作用。岩浆的热力烘烤，使煤中有机质挥发，留下很多密集成群的浑圆状或管状气孔，提高了储层的孔隙度；煤基质收缩，产生收缩裂隙；岩浆侵入的动力挤压，产生的外生裂隙与内生裂隙（割理）叠加，使煤层裂隙性质、规模发生变化，裂隙度提高，渗透性增强。

煤储层中天然裂隙的壁距对原始渗透率起着关键性的控制作用。天然裂隙壁距是地应力大小和方向的函数，构造应力场主应力差对岩层裂隙壁距和渗透率的影响存在两类效果截然相反的情况。当构造应力场最大主应力方向与岩层优势裂隙组发育方向一致时，裂隙面实质上受到相对拉张作用，主应力差越大，相对拉张效应越强，越有利于裂隙壁距的增大和渗透率的增高。而在最大主应力方向与岩层优势裂隙组发育方向垂直时，裂隙面受到挤压作用，主应力差越大，挤压效应越强，裂隙壁距则减小甚至密闭，渗透率降低。也就是说，构造应力实质上是通过对天然裂隙开合程度的控制而对储层原始渗透率施加影响。

5 水文地质条件对高低煤阶煤层气成藏控制的差异性，高煤阶滞流水区域为富气区

地层总矿化度高值区的形成反映为闭塞的沉积环境，古气候为半干旱，水体外泄条件差，封闭条件极好，地层水不断浓缩的结果。同时由于断裂活动，导致高矿化度地层水通过断层向上运移，造成矿化度纵向上的分布和高值区的出现。因而，地层水的矿化度是反映煤层气运聚、保存和富集成藏的一个重要指标。

沁水盆地东部边界晋获断裂带的北段对中奥陶统含水层组起到明显的横向阻水作用，中段导水性及水动力条件强烈，南段地下水迳流条件极差，是不导水的。南部边界由东部导水段、中部阻水段以及西部导水段组成，特别是中段的阻水性质，对晋城一带煤层气的保存与富集起到了重要作用。西部边界以安泽为界，北段为一阻水边界，南段则由导水性断层组成。内部存在着4条重要的水文地质边界。其中寺头断裂是一条封闭性的断裂，导水、导气能力极差；在沁水盆地中、南部寺头断裂和晋获断裂南段之间的大宁-潘庄-樊庄地区，山西组和太原组含水层的等势面明显地要高于断裂东、西两侧地区，地下水显然以静水压力形式将煤层中的煤层气封闭起来。在寺头断裂西侧的郑庄及其附近地区，地下水迳流强度可能较弱，较有利于煤层气保存[7]。

高煤阶地下水滞流区是煤层气聚集的最佳场所，但最近的勘探和研究表明，对于低煤阶煤层气藏，尤其是未熟低煤阶煤层气藏存在例外。

吐哈盆地沙尔湖地区煤层气藏古生界地层水总矿化度为20000～160000mg/L，平均矿化度达109300mg/L，平均值较海水（35000mg/L）浓缩了3倍多，具有高矿化度的特点。吐哈盆地低煤阶褐煤含气量测试小于2m3/t，在深度＞300m，煤层厚度大于50m，水矿化度如此之高，含气量如此低，大大低于入们的想像。以往勘探工作证明，高煤阶勘探表明高矿化度对应着好的保存条件。

实验利用不同矿化度的水型饱和盐水和蒸馏水进行模拟，来研究褐煤在不同矿化度水的条件下对煤层气的吸附能力。饱和盐水模拟显示当地层压力达到1.7MPa时含气量达到2m3/t，蒸馏水模拟显示当地层压力达到2.5MPa时含气量达到2m3/t。矿化度越高，随着压力降低量越小，地层压力梯度降低越快，储层压力越低，造成吸附能力降低，含气饱和度增大，气体大量解吸散失。

低煤阶褐煤吸附量低，压力变化不明显，矿化度越高，吸附量越低，含气量越小；地质历史时期，矿化度不断增大。矿化度高造成吸附能力降低，造成地层压力梯度降低，储层压力低，含气饱和度增大，气体大量解吸散失。高变质倾向于高矿化度，预示着良好的保存条件，代表着水力交替作用弱，煤层气保存条件好。

6 高低煤阶煤层气藏的差异性主要体现在成藏过程的差异性，高煤阶煤层气成藏过程复杂

未熟低煤阶煤层气藏成藏历史简单〔8〕。煤层形成后一般只经历了一次抬升。但现今地下水的补给、运移、排泄和滞流对煤层气藏的调整和改造起决定作用。从煤层的形成直至现今都有气的生成，都对煤层气的成分和同位素特征有影响。但现今的构造格局和地下水赋存状态是影响煤层气生成的关键，也是控制成藏的关键。可见煤层气的生成具有持续性。

成熟低煤阶煤层气藏成藏过程相对简单，以深成变质作用为主，即便是存在岩浆活动影响，也仅为接触变质，影响范围有限。现今的构造格局和地下水赋存状态是煤层气藏调整改造的控制因素。煤层气的生成阶段性和持续性并存。埋深最大、热演化程度的时期决定了热成因煤层气的特征。因此，热成因煤层气的形成具有阶段性〔9〕。从煤层抬升到微生物能够活动的深度，次生生物气就开始生成，并一直持续至今。可见次生生物气的生成具有持续性。现今地下水的赋存状态不仅影响次生生物气的生成而且影响热成因气的运移。

高煤阶煤层气藏成藏过程复杂。无论存不存在二次生烃，区域岩浆热变质作用都是高煤阶煤层气藏形成的必要条件。煤层气的形成具有明显的阶段性。在达到最高演化程度后就不再有煤层气的生成，进入煤层气藏的调整改造阶段。

7 结论

中国高煤阶煤层气藏成藏特征主要集中在八个方面：①煤层气成因以原生和次生热成因煤层气为主；②高煤阶煤层吸附量大，含气量高；③滞流水区域为富气区；④煤层基质致密，渗透率低，割理裂隙应力敏感；⑤构造热事件对煤层物性影响较大；⑥要求持续排水降压开采，大型压裂；⑦分支井技术，大幅度提高单井产量；⑧成藏过程复杂。

中国低煤阶煤层气藏成藏特征主要集中在六个方面：①煤层气成因以生物降解气（原生、次生）为主；②煤演化程度低，含气量小，含气饱和度高；③低煤阶盆缘缓流晚期生物气成藏；④煤层割理裂隙不发育，基质疏松，渗透率高，应力不敏感；⑤以深成热变质为主，构造热事件影响小；⑥低煤阶自卸压开采机制；⑦竖井开采技术，小型压裂；⑧成藏过程简单，多一次沉降，一次调整。

由此可见高煤阶煤层气藏具有三条显著的优点：

（1）煤变质程度高，生气量大，煤吸附能力强，含气量大；

（2）构造热事件和构造应力场对煤层物性影响较大，构造热事件促进煤层气大量生成，同时改善了储层物性，构造应力通过对天然裂隙开合程度的控制而对储层原始渗透率施加影响；

（3）滞流水和高矿化度区域煤层气保存条件好，利用煤层气保存和排水降压开采。

参考文献

[1]赵庆波等.2001.中国煤层气研究与勘探进展勘探，徐州：中国矿业大学出版杜

[2]Scott A R.1993.Composition and orgin of coalbed gases from selected basin in the United States.Proceeding of the 1993 International CoalbedMethane Symposium，209～222

[3]桑树勋，范炳恒，秦勇等.1999.煤层气的封存与富集条件.石油与天然气地质，20（2）：104～107

[4]傅雪海，秦勇，姜波等.2001a.煤割理压缩实验及渗透率数值模拟.煤炭学报，26（6）：573～577

[5]刘洪林，王红岩，张建博.2000.煤层气吸附时间计算及其影响因素分析.石油实验地质，22（4）

[6]王红岩，刘洪林，赵庆波等.2005.煤层气富集成藏规律.北京：石油工业出版杜

[7]王红岩等.2001.沁水盆地南部煤层气藏水文地质特征.煤田地质与勘探

[8]苏现波，陈江峰，孙俊民.2001.煤层气地质学与勘探开发.北京：科学出版杜

[9]Scott A.R.2002.Hydrogeologic factors affecting gas content distribution in coal beds.International Journal of Coal Geology，50：363～387