京广铁路煤炭运量

1、山西煤炭资源丰富全省国土面积15.7万平方千米，含煤面积5.7万平方千米，占近40%，全省118个县级行政区中94个县地下有煤，91个县有煤矿。1995年全国第三次煤田预测资料显示，全省2000米煤炭资源总量为6400亿t，占全国的16%，截止1996年末累计探明储量2662亿t，占全国27%（其中：煤焦煤占57%），保有储量2613亿t，占全国的27%，境内各类煤矿批准占用储量约1500亿t。

2、煤炭品种齐全，煤质优良，开发自然条件优良。

据1986年中国煤炭分类国家标准，山西拥有14个牌号的煤种，由其是大同的动力煤，阳泉、晋城的无烟煤，离柳、乡宁的稀有炼焦煤储量大、分布广，开发历史久远，特别是改革开放以来在市场上开创了极佳的品牌效应山西成煤时期主要在古生代，主要含煤地层为石炭、二迭系和侏罗系部分为第三系目前开发的煤炭平均埋深在300—500m，地质构造大部分地区较为简单，开采条件好。煤质优良，大部分为低硫、低灰、高发热量。

二、煤炭开发的外部条件优越

我国是一个以煤为主的能源结构，煤炭无论是在一次能源的生产或消费结构中均占到75%，自八、九十年代以来，国家在煤炭开发方面实行“强化东部，战略西移”的战略决策，从而确立了以山西为中心的全国能源基地的战略地位，山西成为新时期以来向全国发达省份、经济快速发展地区实施“西煤东运，北煤南调”最便捷的煤炭产地，晋煤在市场的份额一度达到80%。山西年生产原煤达3.5亿t，占全国的四分之一以上，外调全国26个省、市、区，外调量达2.3亿t，占全国省际煤炭外调总量的80%，供应煤炭出口达1700万t，出口20多个国家和地区，出口量占全国的70%，成为山西的主要创汇商品。经过五十多年的建设，山西已形成了一大批从事煤炭科研、勘察设计、生产、管理营销队伍拥有9条铁路出省干线，约220个发煤站，年发运能力在2.5亿以上，其中：晋北12个为大秦线配套的能力均在200万t及以上的大型煤炭集运站，集中储装运输能力4750万t，吸引范围达12个县（区）全省现有50多个煤焦公路出省口，年出省运力达3500万t地理位置适中，距沿海省份平均400—600km山西也是全国最大的电力基地之一，发展煤炭工业有可靠的动力保障。

三、山西煤炭的开发现状

建国以来山西煤炭工业有了长足发展，特别是改革开放以来，国有重点煤矿依靠国家投入，形成了10个大型或较大型的煤炭生产基地即八局二公司，地方煤矿一靠政策，二靠资源优势，充分调动了各级政府和农民群众办矿的积极性，在经历了“六五”时期国家为解决能源危机而实行“有水快流”的方针从而获的了大发展，“七五”时期以安全为中心的全面整顿，“八五”时期重点改造以后，步入了“九五”时期的稳步发展阶段。

目前山西煤炭工业已形成一定规模，以煤炭开发为主，围绕煤炭及其共伴生资源的综合加工利用发展多种经营，兴办第三产业，煤炭经济的发展已成为山西的龙头产业，山西经济的支柱行业。资产原值占到全省工业固定资产原值的36.8%，增加值占全省工业部门创造增加值的37%，实现利税占到全省工业企业利税总额的37.4%，如果把与煤炭相关联的各项政策性专项基金收入一并计算，煤炭工业收入占到全省可用财力的50%以上，不仅支援了外省建设，而切带动了兴晋富民的步伐。

乡镇煤矿作为我省煤炭工业的组成部分，经过多年的发展，目前已形成了近2亿吨的生产规模，为我省经济建设做出了不可磨灭的贡献。但是，客观估价乡镇煤矿在我省煤炭工业中的地位和作用的同时，也要看到乡镇煤矿发展过快带来的负面影响。回顾我省乡镇煤矿发展的历史历程，主要经历了起步、发展和治理整顿三个阶段：

一、乡镇煤矿的起步阶段

新中国成立后的1950—1952年，根据国务院财政经济委员会批准的《公私营煤矿暂时管理办法》、《公私营煤矿安全生产管理要点》、《土采煤窑暂行处理办法》3个法规和政务院公布的《中华人民共和国矿业暂行条列》，山西省人民政府对全省公私营煤矿进行整顿，封闭小煤窑2000多处。1957年9月2日，根据国务院《关于发展小煤窑的指示》，省政府作出了“放宽对小煤窑的开采管理，以解决群众的烧煤困难，发展工副业生产”的决定。从此，我省的小煤窑开始起步发展。

二、乡镇煤矿的发展阶段

1958年5月，山西煤炭工业基本建设执行了“中央办矿与地方办矿同时并举、在地方办矿中地方国营矿与社队集体矿并举、大型矿井与中小型矿并举”的方针，调动了社队集体办矿的积极性，到“三五”末期，全省新建小煤窑3000多个。此后，由于受“文革”的干扰，社队煤矿建设受到了一定的影响。1978年，党的十一届三中全会之后，党中央将山西列为能源重化工基地，全省大、中、小煤矿建设得到了快速发展。到1980年末，全省新增社队煤矿1066个。主要分布情况是：太原市39个，大同市65个，阳泉市24个，长治市4个，雁北地区92个，晋中地区194个，忻州地区93个，吕梁地区73个，晋东南地区265个，临汾地区198个，运城地区19个。其建设资金主要依靠社队自筹，少量通过农业银行短期贷款解决。单井规模一般在1万吨/年左右，部分达到3—5万吨/年，少量部分矿井达9万吨/年。

1981—1985年，乡镇煤矿的名称有原来的社队煤矿演化而来。在这期间，根据山西能源重化工基地建设规划要求，贯彻“扶持、整顿、改造、联营”的方针，进行矿井改扩建。资金由中国建设银行根据省计划委员会下达的贷款计划，按1.8厘利息发放贷款。不足部分，由办矿单位自筹或通过农业银行贷款解决。这是我省农村煤矿建设有史以来第一次使用国家安排的贷款。自1981年相继列入改扩建计划的矿井共146对，设计净增能力1747.5万吨/年,总投资4.323亿元。到1985年底，实际下达贷款2.743亿元，竣工投产矿井46对，净增能力489万吨/年，完成投资1.044亿元，占开工项目已下达资金的38%；因资金短缺等原因停建矿井23对，停建前共投入资金1145万元，占下达资金的4.2%其余77对矿井在以后的时间里先后建成投产。

乡镇煤矿经过“六五”时期的整顿，部分单井规模较大的矿井改革了采煤方法。到1983年，在全省2787个乡镇煤矿中，改革采煤方法的矿井有230个。有单一长壁、刀柱、短壁等正规工作面20个，其中使用金属摩擦支柱的10个工作面，平均单产4093吨/月.个,比旧采面高66%。在80年代“有水快流”方针引导下，加之国家能源供应短缺，刺激了全省乡镇煤矿的迅猛发展。到1997年，全省乡镇煤矿矿井发展到8113个，矿井生产能力突破了2亿吨，煤炭产量当年达到1.54亿吨。

三、乡镇煤矿的治理整顿阶段

1998年11月国务院召开全国煤炭行业关闭非法和布局不合理煤矿工作会议后，我省狠抓贯彻落实。1998年取缔私开煤矿1453个，压减生产能力2679万吨；1999年关闭布局不合理煤矿1565个，压减生产能力4399万吨；2000年关闭布局不合理煤矿1033个，压减生产能力1100万吨；2001年关闭布局不合理乡镇煤矿1034个（含矿办小井139个、取缔死灰复燃小煤矿65个），压减生产能力802万吨；2002年，按照国家要求，全省组织开展了煤矿安全专项整治，对全省乡镇煤矿进行了全部停产整顿，按国家规定的标准进行复产验收，全省彻底关闭未通过复产验收小煤矿矿井909个，关闭总数达到5929个。淘汰了一批落后的生产能力。

到2003年5月末，全省已批准乡镇煤矿复产矿井4127个。其中：3万吨以下矿井342个，3万吨以上6万吨以下矿井1353个，6万吨以上9万吨以下矿井926个，9万吨以上15万吨以下矿井607个，15万吨以上21万吨以下矿井二○○三年九月二十七日275个，21万吨以上30万吨以下矿井138个，30万吨以上矿井51个。

焦煤：焦煤是炼焦用煤中之主焦煤，变质程度中等，结焦性和粘结性最佳。山西之焦煤所产焦炭块度大、裂纹少、抗碎强度大、抗磨性好，为炼焦用煤之珍品。利用焦煤，可得到焦炭、焦油、焦炉气。焦炭除供给冶炼外，还可造气和电石。而焦油和焦炉气可作为燃料，还能提炼数十种化工产品。山西河东煤田中、南部的离石、柳林和乡宁矿区属低硫、低灰主焦煤。所产焦炭为特优焦炭，列为全过之重点。

肥煤：肥煤是炼焦用煤的一种，用肥煤炼出的焦炭横裂多，焦根部蜂焦多，易碎，但肥煤的粘结力很强，能与粘结力较弱的煤搭配后炼出优质煤称肥煤为配焦煤之母。因该肥煤品种稀少，只占全国探明煤炭资源的5%而山西探明肥煤的储量约占全国的50%，主要分部在霍县矿区、三交矿区和古交矿区。

无烟煤：无烟煤是高变质煤，具有坚硬、光泽强等特点。燃烧时间长，火力旺。无烟煤主要用于化肥、化工生产。阳泉无烟煤因具有可磨好的特点，是理想的高炉喷吹用燃料。晋城、阳城一带的无烟煤被称为兰花炭闻名中外。山西的无烟煤资源储量大，质量好，居全国首位。

瘦煤：瘦煤是炼焦用煤中之配煤, 性能与焦煤相近。瘦煤焦炭块度大、裂纹少，但熔融性和耐磨性差，其用途除作炼焦配煤外，还可用与造气、发电和其它动力用煤。山西沁水煤田、西山煤田，霍县煤田和河东煤田等都蕴藏着丰富的瘦煤资源。

弱粘结煤：弱粘结煤是炼焦煤与非炼焦煤之间的过度煤种，主要用作造气、燃料和配焦。山西大同矿区盛产低硫、低灰、低磷的弱粘结煤，是全国最大的优质动力煤基地。

气煤：气煤是炼焦煤种之一，粘结性偏下。主要用作配煤炼焦。气煤焦易推焦，煤气产率和焦化产品回收率高，而缺点是纵纹多，细长易碎,气煤单独炼焦可供化工工业使用。山西的气煤资源极为丰富，储量占炼焦用煤的63%以上。

褐煤：褐煤是为经变质的煤，外以朽木内含原生腐植酸。其主要特点是含水多、比重小、热量低、可制取活性炭、硫化煤、褐煤蜡、腐植酸、腐植酸铵肥料和其它化工产品。

长焰煤：长焰煤是变质程度最低的煤，无粘结性和结焦性主要用作燃料。经低温干流可制半焦、煤气、焦油，造气后可制合成氨等。

贫煤：贫煤是变质程度最高的烟煤，无粘结性。燃烧时火焰短，延续时间长主要用作动力煤，也可造气用作合成氨原料和气体燃料。太原西山、阳泉、和顺、寿阳矿区有丰富的贫煤资源。

山西是我国第一产煤、输煤和出口大省及能源重化工基地。煤炭资源优势得天独厚、储量大、分布广、品种全、质量优、易开采。目前已累计探明煤炭储量2661.8亿吨，保有储量2581亿吨。其中：炼焦用煤保有储量1495亿吨、占全省的58.1％；非炼焦用煤保有储量1033亿吨、占全省的40.1％；其他煤种保有储量约46亿吨、占全省的1.8％。

全省含煤面积6.48万平方公里，约占全省国土总面积的40％。主要分布在大同、宁武、河东、西山、沁水、霍西六大煤田和浑源、繁峙、五台、垣曲、芮城、平陆等地，煤炭资源遍布94个县（市区）。

山西煤炭品种齐全，有9大煤炭品种，分别是气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、无烟煤、贫煤、长焰煤、弱粘结煤、褐煤。山西煤炭具有“三低两高一强”的特点，即低硫、低灰、低磷、高发热量、高挥发分、粘结性强。

大同煤田弱粘结煤以硫分和灰分低、发热量高而饮誉中外；河东煤田离石、柳林、乡宁矿区的低硫、低灰主焦煤被誉为煤中的“精粉”；沁水煤田晋城矿区的“兰花炭”更是名闻遐迩。

王明寿1　王楚峰1　魏永佩2　张心勇1　徐文军1

（1.中联煤层气有限责任公司 北京 100011；2.美国远东能源公司 北京 100016）

作者简介：王明寿，男，1966年出生，高级地质师，在职博士生，矿产普查与勘探专业，现在中联煤层气有限责任公司工作，多年从事煤炭、煤层气勘探、生产及科研工作。

摘要 煤层气的富集与储层特征密切相关，并受地质条件的制约。本文在详细研究煤储层特征及煤层气富集机制的基础上，分析和总结了沁水盆地北端寿阳区块煤层气的勘探开发现状，并对开发前景进行了初步评价。基于煤岩、煤质、煤体结构及孔渗性、吸附性的观察和测试，该区煤层表现为厚度大、热演化程度高，局部发育构造煤、裂隙较发育，吸附性能力强、含气量高，含气饱和度偏低。总体来说，适合煤层气的开发。该区煤层气的富集主要受控于热演化史和埋藏史。在区域变质的背景上，叠加了岩浆热变质作用，生气强度大；另外，煤层的埋深、顶底板封闭性及水文地质条件都会影响含气量的大小，煤层气富集是多因素有效配置的结果。

关键词 煤储层 含气量 热演化 羽状水平井 寿阳区块

Analysis on Status，Geology Features and Prospects of CBM Exploration and Development in Shouyang Block

Wang Mingshou1，Wang Chufeng1，Wei YongPei2，Zhang Xinyong1，Xu Wenjun1

（1.China United Coalbed Methane Corporation，Ltd.，Beijing 10001 1；2.Far East Energy Company，Beijing 100016）

Abstract：Coalbed methane（CBM）enrichment depends on reservoir characteristics，and it is also conditioned by geologic setting.On the basis of detailed study on the reservoir physical characteristics and CBM enrichment mechanism，exploration and development actuality was summarized and foreground was prospectedresearch findings in Shouyang Block，northern Qinshui Basin.According to observation and test for coal type，coal quality，coal structure and porosity-permeability，adsorbability，some characteristics of coal bed are displayed as follows：thick reservoir，high thermal evolution，local structural coal，developed fracture，noticeable adsorbability，high gas content，low gas saturation.In one word，research area fits for CBMexploitation.The CBM enrichment is controlled by thermal evolution history and burial history.Owing to magma thermal metamorphism superimposing on the regional metamorphosis，the intensity of gas generation is higher；Moreover，burial depth，closure property of adjacent rock，and hydrologic geology also affect gas content，CBM enrichment is the result of sound multifactorial matching.

Key words：CBM reservoir；Gas content；Thermal evolution；Multilateral horizontal well；Shouyang Block

引言

寿阳区块位于山西省北中部、沁水盆地北端（图1），相邻的阳泉矿区是我国著名的无烟煤生产基地之一，也是典型的高瓦斯矿区，从1957年就开始煤矿瓦斯抽放与利用工作[1]。在多年的煤矿生产实践中，积累了丰富的煤矿瓦斯抽放经验，是我国煤矿瓦斯抽放和利用最成功的矿区。现建有8座瓦斯抽放站，抽放历史长，目前年瓦斯抽放量达2×108m3，占全国第一位[2]。20世纪80年代初，随着我国煤层气勘探开发的兴起，寿阳区块以其良好的资源条件及开发条件成为我国煤层气开发的热点。从1996年中国煤田地质总局在韩庄区施工HG1井开始，近十年来先后有多家单位在区内开展煤层气基础研究和煤层气勘探开发试验工作，施工了10口煤层气参数井或生产试验井（包括远东能源公司施工的3口煤层气羽状水平井），煤层气的勘探开发工作取得了阶段性进展。本文对近年来该区块的煤层气勘探开发活动进行了总结，针对该地区煤层气勘探实践过程中遇到的一些地质技术问题，对该区煤层气的富集机制和控气因素进行了探讨，以期指导勘探工程部署，从而实现该地区煤层气开发的突破。

图1 研究区交通位置图

1 勘探开发历史及现状

研究区煤层气勘探开发的历史可追溯到20世纪70年代，1975年，原煤炭部在阳泉矿区施工了一些煤层气地面抽放井，有的井还进行过井下压裂以提高产量，但限于当时的技术条件和认识水平，未取得预期的目的[3]。

1995年由联合国开发计划署（U N DP）利用全球环境基金资助、煤科总院西安分院承担的《中国煤层气资源开发》项目，《阳泉矿区煤层气资源评价》专题科研报告，对阳泉矿区（包括生产区、平昔区和寿阳区）煤层气资源开发进行了评价和研究，其中重点对寿阳区的煤层气资源开发进行了评价和研究。

中国煤田地质总局于1996～1997年在韩庄井田施工了HG1、HG6、HG3、HG2等煤层气勘探参数井，获得了该区有关的煤储层参数。其中对HG6井的主要煤层进行了压裂改造和排采试验，取得了该井合层排采的一整套生产数据。

1996年阳泉矿务局与煤炭科学研究总院西安分院合作，针对阳泉矿区寿阳区煤层气资源进行了评价研究，并且共同完成了《阳泉矿区寿阳区煤层气勘探开发可行性研究报告》。

中联公司1997～1998年在寿阳区块施工了4口煤层气井，其中1口探井，3口生产试验井，获得该区宝贵的煤储层参数和生产数据。1998年完成了四条二维地震勘探线，共计167km，获得了较丰富的地质成果；

2002年4月16日，美国康菲公司与中联公司正式签订PSC合同；2003年6月，康菲公司与远东公司签订寿阳项目转让协议，由远东公司接任作业者，根据对寿阳区块以往勘探资料的分析，项目联管会认为常规的垂直井压裂完井技术在该区效果不太理想，决定在该区块实施羽状水平井，以期取得开发的突破。2005年，远东公司在该区施工了3口羽状水平井，其中2口在煤层段进尺超过3000m，目前，3口井均在进行生产。

2 地质背景

沁水盆地北端位于北北东向新华夏系第三隆起带太行山隆起以西，汾河地堑东侧，阳曲—孟县纬向构造带南翼。总体形态呈现走向东西、向南倾斜的单斜构造。区内构造简单，地层平缓，倾角一般在10°左右。

寒武纪至中奥陶世，本区地壳稳定沉降，在古老结晶基底上形成了浅海相碳酸盐为主的沉积。中奥陶世以后，由于加里东地壳运动，华北断块上升，全区遭受长期剥蚀。到中石炭世，本区地壳再次沉降，沉积了石炭二叠纪海陆交互相含煤地层，奠定了形成煤层气的物质基础。随着上覆三叠系地层的沉积，石炭二叠纪煤层的埋深增加，地温、压力的增高，煤层发生深成变质作用。印支运动使本区整体抬升，广泛遭受剥蚀。早中侏罗世，发生了强烈的燕山运动，形成了北有孟县隆起，南有中条山隆起，东有太行山隆起，西有吕梁山隆起的沁水盆地。由于喜马拉雅运动的再次改造，沁水盆地被晋中断陷和霍山隆起分割为三个部分，即沁水煤田、西山煤田和霍西煤田。沁水向斜构成了一个独立的小构造盆地，本区即处于沁水向斜的北部转折端。

燕山运动和喜马拉雅运动期间，由于较大规模的岩浆侵入活动，大地热流背景值升高，本区石炭二叠纪煤层在原来深成变质作用的基础上，又叠加了区域岩浆热变质作用，致使煤化作用大大加深，形成了本区高变质的瘦煤、贫煤以及少量无烟煤。

3 煤储层特征

3.1 主要煤层及其特征

主要含煤地层为上石炭统太原组及下二叠统山西组，含煤10余层，其中3＃、15＃煤为主力煤层。

上主煤层（3＃煤层）：俗称七尺煤，位于山西组中上部，距下石盒子组与山西组分界砂岩（K8）20～30m左右，全区煤层厚0～3.78m，煤层较稳定，寿阳矿区西部和阳泉三矿矿区煤层较厚，其他地区煤层变薄，甚至尖灭。结构简单，有时含一层夹矸，顶底板为泥岩，砂质泥岩、粉砂岩，局部为炭质泥岩和细砂岩。

下主煤层（15＃煤层）：位于太原组下部，石灰岩标志层（K2）底部为其直接顶板，煤厚0.27～6.48m，全区稳定，是研究区煤层气开发的主力煤层。在寿阳县城附近存在一潮道砂体，出现走向近南北，长10km，宽4km的无煤带。15号煤层含夹矸1～3层，结构中等，底板为泥岩、砂质泥岩，局部为细砂岩和炭质泥岩。

3.2 煤储层裂隙特征

从研究区内生产矿井井下观测，以及定向块样显微镜下观察裂隙密度和间距定量统计，煤中规模小的裂隙比规模大的裂隙发育，从中型、小型到微型，裂隙的密度增加，间距减小。裂隙的发育程度还与煤岩组分有关，从暗淡型煤、半暗型煤、半亮型煤到光亮型煤，裂隙的密度增大，间距减小。

镜煤中裂隙一般平直，垂直层理面，少数斜交层理面，显微镜下观察裂隙宽度为2～15μm；亮煤和暗煤中裂隙形态比较复杂，有锯齿状、分叉状、阶梯状、雁行状等，显微镜下测量裂隙宽度一般为8～45μm。

煤中裂隙常见矿物质充填，充填物多为方解石、黄铁矿及粘土矿物等。方解石多呈脉状充填，黄铁矿呈莓状或结核状，有时黄铁矿分布于方解石脉中，形成混合状填充。

3.3 煤层含气量及赋存规律

3＃煤层甲烷含量在寿阳勘探区介于5.05～27.15m3/t，平均为11.99m3/t，主要集中在8～12m3/t范围内；15＃煤层甲烷含量介于4.6～27.48m3/t，平均12.00m3/t。煤层解吸气成分以CH4为主，一般为70.63%～99.87%；其次为N2和CO2，N2浓度为0～27.47%，平均4.90%，CO2为0～3.00%，平均1.62%；个别样品有C2出现。

煤层含气量的平面分布特征与煤层埋藏深度变化相关，总体表现为自北向南随着埋藏深度的增加，含气量增大。该区埋深为300m 以浅的煤层，含气量一般小于10.00m3/t；在300～600m 埋深线之间，含气量为9～12m3/t；600～1000m 埋深线之间，含气量变化为12～16m3/t；1000～1400m 埋深线间，含气量为16～22m3/t；1400～1800m 埋深线附近，含气量为22～26m3/t；至最南部的煤层1800～2000m 埋深线附近，含气量最大可达26m3/t[4]。

3.4 煤储层等温吸附性能及含气饱和度

煤的吸附性能决定着煤层气的储集能力和产出过程，通常用吸附常数和等温吸附曲线来描述，含气饱和度是指在一定的储层压力、温度条件下煤层气的吸附饱和程度[5]。研究区内施工的10口煤层气井均进行了等温吸附试验，试验结果表明：寿阳地区煤的吸附能力较高，3号煤原煤的饱和吸附量（VL）为 24.04～37.65m3/t，平均 28.29m3/t；Langmuir压力（PL）为1.69～2.98MPa，平均2.41MPa。15号煤原煤的饱和吸附量（VL）为31.55～34.93m3/t，平均 33.31m3/t；Langmuir 压力（PL）为 1.79～2.74MPa，平均2.31MPa。

从SY-XX井的等温吸附曲线（图2）可见，在0～8MPa区间内，随压力增高，吸附增量变化比较明显，其中以0～3MPa间变化最显著，平均吸附增量为6.42m3/t.MPa；3～8MPa间的平均吸附增量为1.66m3/t.MPa；8～11MPa间的平均吸附增量为0.69m3/t.MPa；11～15MPa间仅为0.42m3/t.MPa。这说明煤层气井在排水降压过程中的产气高峰期应该是3MPa至煤层排采废弃压力之间，含气饱和度总体偏低。

图2 SY—XX井3号煤层原煤等温吸附曲线

3.5 煤的渗透性

研究区有8口煤层气参数井和生产试验井16层煤进行了注入/压降测试，取得了较多的煤层渗透率数据，总体来讲，煤储层的渗透性相对较好，介于0.0352～82.84mD，取得的煤层渗透率相差在几至几十倍以上，这也从一个侧面说明了煤层的非均质性[6]。

4 煤层气的富集机制

4.1 煤的热演化史和埋藏史是煤层气富集的主要控制因素

大量资料表明，该区煤层气的富集主要受控于该区煤的热演化史和埋藏史[7]，沁水煤田石炭纪、二叠纪时期，该区处于台型稳定均衡沉降阶段，沉降速率22.82m/Ma。至三叠纪，地壳沉降速度加快，最大沉降速率达65m/Ma，侏罗纪仅有短暂的微弱沉降，总体以褶皱抬升为主。根据现有资料估算，三叠纪末，该区下煤组埋藏深度约3400m左右，地温达154℃左右，煤化程度为肥、焦、瘦煤阶段，处于生气高峰期，平均生气速率为0.8978×108m3/km2·Ma，白垩纪变慢为0.018×108m3/km2·Ma，白垩纪之后，生气作用基本终止。由于研究区处于纬度34°带，在区域变质的背景上，叠加了岩浆热变质作用。因此，该区生气强度大，阳泉、寿阳、昔阳一带，生气强度一般90×108m3/km2以上。综上所述，研究区于成煤期后，曾有两次大的热演化阶段，一次为印支期，主要是快速沉降堆积增温阶段。这一阶段使石炭纪、二叠纪煤层煤化作用加强，煤级增高，区内大部分区段的煤层都跨越了生气“门槛”值，进入主要生气阶段（R°max＞1.0%），大部分地区的煤层达到生气高峰期（R°max=＞1.35%），因此，印支期是煤层气主要生成期。另一次为燕山期，主要为岩浆区域热增温阶段。

4.2 煤层埋深对煤层气富集的影响

一般来讲，随着煤层埋深的增加，含气量增加。表现在平面上由北往南含气量增加，而在钻孔中，下组煤含气量高于上组煤。该区的煤层气风化带深度在300m，即在300m以浅，煤层气成分中甲烷含量一般小于80%。

4.3 煤层顶、底板封闭程度对含气量的影响

研究表明：煤储层的顶底板岩性和封盖性能对含气量的影响很大，顶底板岩性致密、封盖性能好的区域，含气量高，否则相反，在平面上含气量低的区域和煤层顶板砂岩带基本上是重合的。

4.4 水文地质条件对含气量的影响

煤系地层水在煤层气的生成、储集（吸附）和产出的全过程中都起着重要的作用。在控制煤层气赋存、产出的主要地质因素（含气量、临界解吸压力、储层压力、渗透率、内外生裂隙等）中，煤层水作为客观载体通过与诸多因素的相互作用实现对煤层气赋存、产出能力的影响[7]。煤岩储层压力表现为煤层水压力，而常规砂岩储层压力则表现为气体压力。因此，煤层水压力的高低反映了煤岩储层能量的大小。煤岩对甲烷分子的吸附能力主要与温度和压力在煤层水压力作用下，埋深变浅的煤层仍保持了较高的原始含气量，煤岩储层中“圈闭”了一定数量的气体，形成煤层气藏[8]。

在研究区，主煤层高含气量区域与地下水等水位线的局部低洼地带较吻合。如韩庄井田主煤层含气量在研究区内是最高的地带，对比之下，该地带中奥陶统、太原组、山西组含水层的等水位线均呈现出低洼状态，地下水明显滞流是导致韩庄井田主煤层含气量高的重要原因。

上述规律得到了地下水矿化度、水质类型等分布规律的进一步佐证。韩庄井田一带存在着中奥陶统灰岩含水层高矿化度中心，矿化度在2000mg/L 以上：太原组含水层中，这一地带矿化度最高，在1500mg/L 以上；在山西组含水层中，这一地带矿化度最高，在1000mg/L 以上。这一高矿化度区带与主煤层高含气量地带在空间分布上高度一致的规律，进一步揭示出地下水缓流或滞流对煤层气保存富集的重要作用[2]。

需要指出的是，沁水盆地北端煤层气的富集，是以上诸因素综合作用的结果，只有多种因素的有效配置，才能形成富集的煤层气藏，在进行选区评价和勘探部署时，一定要全面考虑可能影响含气量的各种因素。

5 勘探中存在的问题及对策

从1997年中国煤田地质总局施工HG1号煤层气探井揭开该区的煤层气勘探序幕至今已有10年的里程，目前可以说取得了阶段性进展，但客观地讲，该区勘探开发的进程缓慢，究其原因，除和近年来煤层气产业发展的大气候有关外，还和对该区的地质规律认识水平以及采取的煤层气完井方式及工艺有一定的关系。

1996～1997年由中国煤田地质总局施工的4口井均布置在韩庄精查区内，由于韩庄精查勘探就是由煤炭队伍完成的，对地质资料的占有和研究程度都很高，因此在井位选择上非常成功，煤层厚度、含气量等主要参数都非常乐观，特别是生产试验井HG6井压裂后，单井排采最大日产气量达到1300m3，现在回过头看，该井应该是比较成功的，但限于当时对煤层气理论的认识水平和工程技术的局限，如钻井过程中对储层污染的重视不够，排采中没建立合理的排采制度造成煤层吐砂、埋泵等事故。中联公司施工的1号探井由于选在煤田勘探空白区内，加上由于地层涌、漏水等原因，并未达到预期目的，而3口井的小井组由于受当时勘探思路的影响选择在构造高点，加上对该区的水文地质条件研究不够，正好打在了富水区内，在排采过程中由于裂隙水补给充分，液面长期稳定，加上当时其他因素，最后不得不终止作业。

水平井技术是最近几年在美国、加拿大、澳大利亚等国家兴起的一项有效的煤层气增产技术，远东公司在分析总结了该区以往地质和勘探资料的基础上，决定实施羽状水平井以期取得突破，从完成的3口井的情况看是比较成功的，但由于羽状水平井作业成本高，因此在实施之前对综合地质的研究，包括煤层的机械物理性能、可钻性、水文地质特征等非常重要，同时对井眼轨迹区构造的控制（如实施三维地震勘探等）也非常重要。此外，由于涉及多个工种，煤层气羽状水平井的施工也是一个系统工程，有效科学的组织管理将会事半功倍。

6 结论

沁水盆地北端煤储层厚度大，埋深适中；煤的热演化程度较高，已进入生气高峰，煤层顶底板封闭性能好，含气量高；煤储层裂隙较发育，孔隙以小孔和微孔为主，渗透性较好；煤的吸附性能强，但含气饱和度偏低。总体来讲，该地区煤层气开发条件良好。

煤层气的富集受诸多地质条件的控制，是各种因素有效配置的结果，在这些地质因素中，煤的热演化史和埋藏史起着主导作用。其他因素如顶、底板的封盖性能、水文地质条件、埋深等也都影响着气的富集，在选区和勘探部署时要综合考虑各种因素。在增产措施的选择上，建议采用传统垂直井压裂和羽状水平井并用的方针，同时尝试近年来效果好的清洁压裂液、氮气泡沫压裂等先进的工艺和技术。

参考文献

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[2]傅雪海，王爱国，陈锁忠等.2005.寿阳—阳泉煤矿区控气水文地质条件分析.天然气工业，25（1）：33～36

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[8]周志成，王念喜，段春生等.1999.煤层水在煤层气勘探开发中的作用.天然气工业，19（4）：23～25

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阳泉煤业（集团）一矿位于山西省阳泉市矿山北路，1956年建成投产，是阳泉煤业（集团）有限责任公司的特大型骨干生产矿井之一。井田面积83.6平方千米，地质储量10.6亿吨。可采储量6.4亿吨。矿井设计能力为240万吨/年，核定能力为290万吨/年，主采3#、12#、15#煤层。矿井产量已持续多年保持在400万吨以上，是原煤炭部最早命名的现代化矿井和特级质量标准化矿井，并荣获煤炭工业二级企业和行业级高产高效矿井称号。

矿拥有年入洗能力450万吨的矿井型重介选煤厂。主要产品有大、中、小块炭，喷粉精煤1#、2#、3#、烧结煤、十六级末煤等8个产品，其中十级洗中块为国优产品，十二级洗大块为部优产品，十一级洗小块和十六级末煤为省优产品。产品获国家“银质奖”，被中煤质协授予“质量管理奖”。是高炉冶炼、矿石烧结、火力发电、化工助燃的上等燃料，产品已通过ISO9000认证，行销全国，部分远销日本、韩国、巴西和马来西亚。

长期以来，矿坚持与时俱进，遵循集团公司“煤与非煤并重并举”的发展战略，不断推进制度创新，管理创新和科技创新，靠改革解放生产力，靠管理激活生产力，靠科技推动生产力，高产高效自主经营，步伐稳健。作为优质资产，矿又被纳入山西国阳新能股份有限公司，并将随着国阳公司的成功上市而再度升腾。

自1994年连续10年保持了省级文明单位称号，连续9年保持了高产高效矿井称号。特别是1998年以来，先后荣立省三、二、一、特等功各一次，2001年矿党委被中共中央授予“全国先进基层党组织”荣誉称号，2002年被中煤政研会和中煤工业协会分别授予“全国双文明煤矿”和“全矿双十佳煤矿”，2003年，被中共中央文明委授予“全国精神文明建设先进单位”荣誉称号。 二矿是阳泉煤业(集团)有限责任公司的特大型骨干矿井之一，是全国煤炭行业特级质量标准化、现代化矿井，荣膺煤炭工业优秀企业金石奖。阳煤集团二矿生产经营性资产投资入股山西国阳新能股份有限公司，使二矿随国阳升腾，为股东效力，大展宏图。

62.4平方公里的井田，4.9亿吨的煤炭可采储量，地质构造简单，煤层稳定，是二矿得天独厚的资源赋存条件；石太铁路、307国道及太旧高速公路空越而过，毗连阳泉市区，使二矿兼备交通地域之便利；改扩建后增至每年435万吨的煤炭生产及洗选加工能力，全国一流的现代化装备，是二矿稳定发展的基础实力；深受国内外客户青睐的优质无烟煤，品种齐全、品质上乘，服务周到，使二矿受益于品牌信誉；科学的管理，过硬的高素质人才，厚实的企业文化，是二矿持续发展的力量源泉。

1951年建矿以来50年，二矿累计生产煤炭1.1亿吨，上缴利税3.94亿元，功勋卓著，堪称阳煤劲旅。作为国阳新能股份公司麾下的二矿，将以更优异的业绩，承栋梁重任，创世纪辉煌。 阳泉煤业(集团)有限公司三矿，始建于1950年5月，此前已有800年开采历史，是一个多井口组成的大型煤矿。主要开采煤层为3#、12#、15#，现拥有地质储量1.7亿吨，可采储量为1.05亿吨。矿井核定生产能力300万吨，1990年生产原煤达458.2689万吨。全矿固定资产净值1.78亿元。现有职工8813人，其中原煤生产人员6018人。

三矿以生产含碳量较高的优质无烟煤著称，主要产品有十一级选大块、十二级洗中块、十二级洗小块、十五、十六级选末煤等产品。其中十五、十六级末煤从1984年以来连续被评为省优产品，并远销日本、 韩国、朝鲜等国家，深受用户欢迎。

1988年三矿被原中煤总公司命名为质量标准化和现代化矿井；1991年晋升为煤炭工业二级企业；能源部全国煤矿地质工会授予全国统配煤矿矿际竞赛先进单位；1996年煤炭工业部授予煤质管理标准化矿井、山西省煤炭（厅）局授予机电工作先进单位、国家二级计量和全面质量管理二级合格企业；荣获山西省优秀政工企业、党风党纪先进集体，绿化先进单位；并被原中煤总公司授予生活福利管理和设施达标先进矿等荣誉称号。 阳煤集团五矿位于阳泉市以南平定县境内，北距市区18公里，东距平定县城6公里，太旧高速公路和铁路专用线立体交叉，贯穿矿区中部，通讯、交通便利，是全国最大的无烟煤生产基地——阳泉煤业（集团）有限责任公司大型生产矿井之一。矿井井田面积80.2平方公里，主采8#、15#煤层，可采储量46311万吨，服务年限84年。

五矿正式成立于1984年12月。现有员工6700余人；采、掘、开、机、运、通、选、销、供等工种和专业，成龙配套，形成了独立的生产体系，生产的煤种主要有：喷粉精煤、洗中块、洗小块、末煤、煤泥、中煤等，销往全国7个省市170多个用户，主供冶金、电力工业，并出口巴西、日本、韩国、澳大利亚等国家和地区。

以技术进步为依托，科技兴企。不断加大装备投入，提高机械化程度。采煤由建矿之初的普采、高档普采到 92年12月一举实现了综合机械化采煤，从分层综采到一次采全高放顶煤综采，采掘机械化程度达到100%；建立了计算机控制的KJ4井下瓦斯监测系统和核子秤计量系统，应用三维地震方法对井下地质构造进行预测预报；在全集团公司首家建立的内部Intranet网正在启动，提高了信息化、无纸化办公程度。

以多种经营为补充，多元发展。五矿在抓好煤炭生产的同时，大力发展多种经营和非煤产业。多营从无到有，从小到大，不断发展壮大，现在多种经营总公司有经营实体10个，分别从事建筑安装、机电维修、印刷、加工、化工、商饮等10多个行业，从业人员1515人，年产值近5000万元。

面对中国加入世贸组织的有利时机，五矿长缨在手，蓄势待发，三年建成一流矿井，做到环境美化、管理细化、产品优化，工作精化，以一个全新的面貌搏击世界风云。展望前景，摆在五矿全体员工面前的将是一个红日朗朗、天色蓝蓝的美好明天 。 新景矿位于阳泉市西部，距离市中心18公里，濒临石太铁路和太旧高速公路。于1990年开工建设，总投资18亿元。1998年10月1日正式成立，现有员工4500名。井田煤层贮藏稳定，均为优质无烟煤。可采煤层8层，主采3#、8#、15#煤。一期工程可采储量1.6亿吨，采区服务年限52.4年，年设计生产能力220万吨，按“十五”发展规划，到2005年矿井产量将达400万吨以上。

新景矿井下采区工作面和顺槽均选用了国内先进设备，主斜井皮带采用了美国CST软启动技术，主扇风机为上海制造的GAF型，是目前国内煤炭企业采用的最大鼓风机，还拥有国内先进的KJ90型煤矿安全生产监控系统，副立井提升机也是全国最先进的设备。

新景矿是公司的出口煤基地。该矿拥有一座较大规模的全重介选煤厂，年设计入选原煤360万吨。主要产品有特1#、1#冶金高炉喷吹精煤，产品质量优良，适销对路，主要出口韩国和日本。

新景矿建矿以来，安全生产相对稳定，高产高效成效显著，全体员工正秉守“路在脚下，事在人为”的核心理念，锐意进取，顽强拼搏，建设高标准现代化矿井，为实现公司“以大搏强，十年双百亿”战略目标而努力奋斗！ 阳煤集团寿阳开元矿业有限责任公司成立于2000年4月，为阳泉煤业（集团）有限责任公司所属公司，是依法享有民事权利、承担民事责任的独立法人实体，属全民所有制企业。 阳煤集团寿阳开元开元矿业有限责任公司的前身为寿阳县黄丹沟煤矿。

该矿始建于1970年，设计生产能力为30万吨/年，实际生产能力为15万吨/年，2000年3月18，遵循优势互补，共同发展的指导思想，经阳煤集团和寿阳县政府同意， 该矿被阳煤集团无偿兼并. 新组建的阳煤集团寿阳开元矿业有限责任公司井田位于沁水煤田的西北隅，面积27.5平方公里，地质储量3.9亿吨，共含煤17层，为石炭系、二迭系煤质、煤种和主要产品结构为：3#、9#、15#、15#下煤为井田赋存稳定，市场走俏的主采煤层。其中3#煤、9#煤的煤质量好，为当前市场十分青睐的特低硫、特低磷瘦煤，是国家提倡的环保型主电煤。公司交通便利，20.5公里铁路专用线直通寿阳站，307国道横穿井田中部，太旧高速公路从井田南部跨越〕公司成立后，阳煤集团确定的技改建设总投资为 2211万元，其中矿井技改投资10459.38万元，选煤厂技改投资1751.67万元。经过两年多建设，目前已完成技改工作量11166.81万元。完成全部技改的92%? 2003年上半年，全部技改工程将结束，2004年将达到120万吨设计规模。届时，公司将步入现代化高产高效矿井。 山西京宇磁源新材料有限公司始建于1996年12月，现有员工1141人。企业注册资金4460万元，公司占地面积12万平米，主要产品有煤结钕铁硼稀土永磁材料，生产能力1000吨；

永磁铁氧体材料，生产能力7000吨，可生产加工N系列(N35-N48)，M系列(N30M-N45M)、H系列(N27UH-N44H)、SH系列(N27SH-N42SH)、UH系列(N25UH-N38UH)、EH系列(N25EH-N33EH)；等六大系列百余种不同规格的钕铁硼产品，以及不同规格(方形、圆形、环行、扁形、瓦形、三角形)不同性能、(Y8T、Y20、Y25、Y22H、Y23H、Y26H、Y27H、Y28H、Y30-1、Y30-2、Y32、Y33T)铁氧体永磁材料。工艺先进、装备一流，并建有技术研发中心一所，与国内五所高等院校和科研机构建立了长期、稳定的合作伙伴关系。公司长年聘请12位高级专家指导生产，同时进行磁性材料的技术研发和储备。近几年公司着力于生产技术的创新和开发工作，采用HD粉体制备工艺技术，大大提高了抗氧化效果。2001年公司引进韩国全自动镍铜镍金自动复合电镀生产流水线，全面提高了防腐处理技术，烟雾实验达到120小时，PCT实验达到48小时，位居国内领先水平，钕铁硼圆饼最大加工尺寸达到￠170mm，方块达到210mm，这两项技术已达到国际先进水平

火车又称铁路列车、绿皮车，是指在铁路轨道上行驶的车辆，通常由多节车厢所组成，为人类的现代重要交通工具之一。截至2021年时，国内分普速车和动车组两种。

人类历史上最重要的机具，早期称为蒸汽机车，有独立的轨道行驶。铁路列车按载荷物，可分为运货的货车和载客的客车，亦有两者一起的客货混运车，但会产生大量二氧化碳，污染环境。

火车是人类利用化石能源运输的典例。1804年，由英国的矿山技师德里维斯克利用瓦特的蒸汽机造出了世界上第一台蒸汽机车，时速为5至6公里。

因为当时使用煤炭或木柴做燃料，所以人们都叫它“火车”，于是一直沿用。1840年2月22日，由康瓦耳的工程师查理礠里维西克所设计了世界上第一列真正在轨上行驶的火车。

1879年，德国西门子电气公司研制了第一台电力机车。