李 强 冯松宝
(宿州学院资源与土木工程学院，安徽 宿州 234000)
0 引言
随着21世纪人类的不断发展与进步，能源的开发与利用得到了越来越多的重视，但是，煤层中的煤层气由于经济与技术原因常常被忽略，而造成了极大的浪费。在这种背景下，煤层气的生成与开发得到了众多国内外专家的青睐[1-6]，而对于煤层气运移影响因素的研究少之又少，至今都没有形成有效地合理开发利用的手段或是途径，因此，要想在理论或方法上有所创新，必须研究其运移的形式及影响因素。煤层气有吸附气、游离气和溶解气三种存在形式，现在国内外研究的煤层气以游离气为主[1-2，5-6]，然而煤层气主要以吸附气的形式存在，主要由煤源岩生成之后直接被煤储层吸附而聚集在孔隙表面之上[5]。鉴于以上原因，分析、总结、研究煤层气运移的影响因素，对我国煤层气的开发与利用提出合理化建议、改善我国人均资源匮乏现象、推动煤层气产业的格局都有着重要的意义和价值。
1 煤层气运移的影响因素分析
煤层气运移是一个复杂的物理化学过程，其运移过程受到诸多因素影响。在多孔介质的煤层或是围岩中煤层气的扩散、弥散都与煤层及围岩性质密切相关，在松散层中扩散运移速度较快，在较密集的岩层中气体的运移速度较慢[3]；煤层气在地层中的运移也受到地质构造、水动力以及温度压力的影响，在外力作用下，由于外力形成明显的空隙裂隙等通道，煤层气的运移速度会明显的增加。在运移难以控制的条件下，对煤层气的综合利用将是很难很好的完成的，因此更加说明了对煤层气运移影响因素分析的重要性。
1.1 煤层及围岩性质的影响
1.1.1 透气性及吸附能力
煤层透气性是指在压力差作用下，煤层气在煤层中流动的难易程度[2-4],煤层及围岩中存在大量的空隙、裂隙及洞穴，这些空隙、裂隙及洞穴的大小及分布对煤层的透气性起到决定性作用，一般来说空隙、裂隙及洞穴越多越大，其之间越易形成贯通的通道，即空隙间隙的连通性越好，越有利于煤层的透气，从而有利于煤层气的运移。
吸附能力是指煤层及围岩对周围气体以及有机分子的吸引能力[3]。根据国内外文献可知，吸附能力的大小严重影响煤层气的运移速度[6]，在地层中不同的温度、不同的压力、不同的煤质都会影响煤层的吸附能力。升高温度以及增加压力会增加煤层的吸附能力，从而减少煤层气的活动性，进而影响其运移能力；而不同煤质中煤的存在形式、存在状态以及煤层中的空隙裂隙都会影响煤层的吸附能力，如煤分子孔径、粒径影响的比表面积，不同煤质的相对分子质量、沸点、饱和度等等。
通过相应的研究与分析，我们可以知道，煤层及围岩的透气性越好越利于煤层气的运移；煤层及围岩的吸附能力越强越不利于煤层气的运移。
1.1.2 坚固性系数
坚固性系数是抵抗外力的能力，一般用f表示，即：f=1/R(R为抗压强度)，抗压强度的倒数。煤层及基岩的坚固性系数是影响煤层气运移的重要因素[3]，也是判断煤层气对安全生产存在的隐患系数的高低程度。可以认为，研究煤层及围岩的坚固性系数对煤层气运移的影响，在很大程度上能降低煤层气开采的风险，是国内外研究的重点[1-6]。
通过对国内外科技文献的查阅和分析，我们可以知道，煤层或是围岩的抗压强度越大，煤层及围岩中产生的裂隙就越少，从而煤层气的运移程度就会减小[1]，因此我们可以得出，煤层气及围岩的抗压强度越大，煤层及围岩的坚固性系数就越小，煤层气的运移能力也就越小。即：坚固性系数越小，煤层气的运移程度游离程度越小；坚固性系数越大，煤层气的运移程度游离程度越大。
1.2 外力作用的影响
煤层气是一种非常规的天然气，主要富集在煤层及煤层围岩中，其主要是在上层和下层覆盖的含煤岩系系统中和相应的构造运动作用下形成并运移聚集的。近十年来，随着对煤层气的开采利用的重视，逐渐加大了对煤层气运移的研究，并且集中在了构造应力及水动力两大方面[5-6]。
1.2.1 构造应力
构造应力主要是由于煤层上覆含煤岩系的有效厚度及煤层周围的围岩厚度对煤层产生的平衡压力[2]。众所周知，平衡压力是来自各个方向上的压力之和为0的有效作用，即：F1+F2+…+Fn=0。当Fx受到影响或是失去时，平衡力会失去平衡形成构造应力，当然会促进或是削弱煤层气的运移。因此我们可以得出，构造应力越大对煤层气运移产生的影响越大，反之亦然。
1.2.2 水动力
煤层气主要是以吸附状态赋存于含煤岩系中的，而地下水动力产生的控制力对煤层气运移会产生很大的影响[2]。由于地下水的流动能促进煤层气的解吸，使煤层气从难以运移的吸附状态转移成易于运移的游离状态，促进了煤层气的运移转移；其次，水的运移能够促进煤层或是围岩裂隙的扩张，加大煤层气运移的通道，从而有利于煤层气的运移；再次，水易于流动也易于聚集，当水在孔隙中聚集时会阻碍气体的运移通道，影响煤层气的运移[3-4]。因此，水动力对煤层气的影响是现阶段研究的重点。
1.3 温度及压力的影响
煤层气在产生、运移、聚集过程中都会受到温度和压力的影响[3]。当温度升高，煤层气膨胀，压力增大，会促进气体从高压区向低压区运动；另一方面，温度升高压力增大会加大煤层空隙度，使煤层气易于从吸附状态转向游离状态，反之亦然，从而加大或削弱煤层气的运移能力。
2 结语
对于煤层气运移影响因素的研究，我们可以从煤层及围岩的性质、含煤岩系的外部力量以及各种物理因素进行着手。综上所述，可以得到以下结论：
(1)煤层及围岩越疏松越易于煤层气的运移，即：透气性越好、坚固性越强、吸附力越弱，越易于煤层气的运移，反之亦然。
(2)含煤岩系的外部力量能够促进或是减小煤层气的运移程度。
(3)煤层气运移的物理因素主要集中在温度和压力上，温度和压力越大越易于煤层气从吸附状态转移成游离状态，越易于其运移。
[1]郭爱华，汪永才.试论影响煤层气解吸扩散运移的地质因素[J].中国石油和化工标准与质量.
[2]王怀勐，朱炎铭，等.煤层气赋存的两大地质控制因素[J].煤炭学报，2011,36(7)：1129-1134.
[3]高清武.地下运移变化的物理化学机制研究[J].地震地质，1997,19(1)：53-58.
[4]黄健良，刘冲，程龙.对煤层气运移和富集的地质条件分析[J].高校理科研究.
[5]秦勇.中国煤层气地质研究进展与评述[J].高校地质学报，2003,3(9)：339-358.
[6]司胜利.影响煤层气解吸扩散运移的地质因素[J].云南地质，2004,2(23)：212-216.
