煤炭地下气化(UCG)因具有高安全、高效益和低污染等优点，一直是煤炭行业的研究热点^[1-3]。其实质就是在原位条件下提取煤中有效组分，并将灰渣等污染物留置地下^[4-5]。相较于地面煤化工技术，UCG工程是以地下煤层作为炉载体，整个气化过程都需要地质保障。因此，地质条件评价对UCG的工程实施、经济效益及地下水的污染防控至关重要^[6-8]。

全球对于UCG的现场实践探索已近百年，但除苏联外，其他国家均未成功实现商业化推广^[9-10]。UCG产业化发展的主要瓶颈源于地质风险，尤其是构造、水文、煤质和赋存等条件的不可控可能会对地下气化产气的连续稳定和煤气品质带来不利影响，因此地质风险对地下气化生产的影响比安全、环保更为重要^[1,11-12]。为此，不少学者提出了适合UCG煤层的选择标准，认为UCG应该考虑的主要地质因素有煤阶、煤厚、煤岩煤质、埋深、煤层结构、顶底板力学性质、煤层的构造特征和水文地质环境等^[1,13-14]。如D. U. Vyas等^[15]认为UCG的理想地质条件如下：优选褐煤和亚烟煤，其水分含量、灰分产率、全硫含量应分别低于15%、50%和1%；煤厚、埋深、倾角和夹矸率分别处于2~15 m、92~460 m、0~70°和0~20%；顶板岩层厚度应大于15 m，与上覆含水层最近距离应大于31 m。Yang Dongmin等^[16]则提出了更为详细的气化选址标准，如煤岩煤质方面，优选了挥发分产率大于10%、水分含量和含硫量分别小于35%、1%的低煤级煤；煤层赋存条件方面，优选煤厚为2~10 m、埋深为 300~2000 m、倾角为0~70°、孔隙率小于30%、渗透率为(50~150)×10⁻³ μm²、可动用资源量应大于3.5 Mt的煤层；围岩方面要求是非孔隙性和渗透性地层，单轴抗压强度介于50~250 MPa，上覆基岩厚度应大于15 m；构造方面，要求与断层的距离保持在150 m以上；水文方面，认为气化煤层距上覆含水层的距离应大于100 m，最好没有含水层，进入煤层的水量适中。但目前来说，UCG选址选区还没有统一标准。

不少学者从资源条件、技术水平、经济性和政策性等方面，结合层次分析法、专家打分法等数学方法对UCG的可行性开展了系统研究，并取得丰富的成果^[17-19]。赵岳等^[20]运用层次分析等方法，构建了煤炭地下气化模糊层次综合评价体系，确定了江苏朱寨井田煤炭地下气化有利地质条件。周泽等^[21]采用数理统计方法，建立了识别地质风险关键因素对复杂构造区煤层UCG 可行性影响的数学模型，阐明了UCG敏感性地质风险源。周贺等^[13]利用模糊综合评判法，对影响煤炭地下气化的7大类地质条件、41个次级地质指标进行了分级量化，建立了UCG地质选区指标体系。

UCG先导性试验目前仅在贵州和新疆部分地区开展，而延川南区块构造条件复杂，多煤层叠置，夹矸较为发育，已开展大量钻完井及压裂等工程，导致UCG选区困难，试验难度极大。基于此，笔者基于延川南区块的煤层赋存条件、煤岩煤质条件、围岩条件、构造条件和水文地质条件进行多因素约束分析，结合TOPSIS法对2号煤层各区域进行地下气化可行性评价，以期进一步丰富和完善UCG工程的地质条件评价体系，对研究区及相似井田的UCG工程提供借鉴和指导。

1   研究区概况

延川南区块位于鄂尔多斯盆地东缘南段，总体为一简单的单斜。具有结构简单、地层平缓、断裂少、活动微弱、构造稳定的特点(图1)。区块经历了印支、燕山和喜马拉雅3期断裂活动的影响，构造特征主要划分为王家岭构造带、谭坪构造带、中部断裂带和万宝山构造带4个二级构造单元^[22]。

图  1  延川南区块构造纲要图

Figure  1.  Outline map showing structures in the Yanchuannan block

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区块含煤地层为石炭系上统–二叠系下统太原组和二叠系下统山西组，共发育11套煤层。其中，山西组含煤4~5层，主力煤层为2号煤层，煤厚为0.85~8.34 m，埋深为600~1 500 m，属于中高煤级煤，顶底板岩性以泥岩为主，分布稳定。平面上，自东向西，随着埋深增大，煤热演化程度增高，含气量逐渐增高^[23]。

2   深部煤层地下气化可行性分析

2.1   煤层赋存条件

2.1.1   煤层厚度及其稳定性

煤层厚度会影响所产煤气热值、热效率和资源采出率。随着煤层厚度的增加，煤气热值不断增大，但气化程度不断降低。研究区2号煤层厚度为0.85~8.34 m，平均为4.64 m，属于中厚−厚煤层，自NW—SE不断增大(图2)。因此，在保证地下气化热效率和煤气热值的同时，避免因厚度过大导致燃空区覆岩的垮落范围增大，认为气化煤层的煤厚应介于2.00~18.00 m，最佳煤厚为5 m^[24]。

图  2  2号煤层厚度等值线

Figure  2.  Isopach map of the No.2 coal seam

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为了进一步明确区块煤厚的变化程度，采用煤厚变异系数γ来表征，计算结果见表1。

表  1  煤层稳定性评价结果

Table  1.  Results for assessing coal seam stability

煤厚/m	稳定 煤层	较稳定 煤层	不稳定 煤层	极不稳定 煤层
(0.5~1.3]	γ≤25%	25%<γ≤35%	35%<γ≤55%	γ>55%
(1.3~8.0]	γ≤25%	45%<γ≤65%	40%<γ≤65%	γ>65%
>8.0	γ≤30%	50%<γ≤75%	50%<γ≤75%	γ>75%

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延川南区块2号煤层厚度变异系数为0~3.07%，平均变异系数为0.54%，整体区域变化较小，属于稳定煤层，有利于UCG高热值气体的稳定持续产出。因此，将区块内煤厚>3 m区域优选为有利气化区域，2~3 m的为较有利区，<2 m的区域则为不利区。

2.1.2   煤体结构及煤层结构

研究区2号煤层煤体结构以原生−碎裂煤为主，占比约为86%(表2)。结合以往研究认为，原生结构煤最适合地下气化，碎裂煤可以进行地下气化，而糜棱煤和碎粒煤不适合进行气化。

表  2  煤体结构和夹矸类型

Table  2.  Coal body structure and gangue type

类型		井位数/口
煤体结构	原生−碎裂	811
	碎粒−糜棱	135
夹矸层数	0	97
	1	884
	2	53
	3	7

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一般来说，简单和较简单的煤层更有利于煤炭地下气化。研究区2号煤层含0~3层夹矸，其中含矸0、1、2和3层所占比例分别为9.31%、84.92%、 5.10%和0.67%(表2)，可知2号煤层大部分属于较简单结构煤层，有利于进行煤炭地下气化。

煤层夹矸系数也是评价煤层结构的重要参数，是指夹矸总厚度在煤层总厚度中的占比。研究区2号煤层的夹矸系数为0~44.16%，平均为10.43%，水平上具有西高东低、北高南低的空间分布特征(图3)。刘淑琴等^[7]认为气化煤层夹矸系数不得超过25%，因此，综合研究区概况认为，夹矸系数>25%不利于气化，夹矸系数介于15%~25%可以进行气化，夹矸系数<15%有利于气化。

图  3  2号煤层夹矸系数等值线

Figure  3.  Contour map showing the gangue coefficients of the No.2 coal seam

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2.1.3   煤层埋深

煤层埋深与产出气热值、气化炉的密封性和工程实施难度均呈正相关性^[8]。Yang Dongmin等^[16]认为气化炉的埋深宜为100~1 000 m。埋深过小，上覆岩层垮落易造成产出流体泄漏；埋深过大，工程实施难度大。2号煤层埋深为616.56~1 658.68 m，平均1181.79 m，自东南部到西北部逐渐增加(图4)。结合研究区概况，从经济、技术、环保及安全等方面考虑，认为埋深为>800~1 200 m有利于进行煤炭地下气化，煤层埋深为>600~800 m以及>1 200~1 400 m可以进行气化，埋深>1 400 m不利于气化，且该条件更适用于钻井式，不适用于有井式。

图  4  2号煤层埋深等值线

Figure  4.  Contour map showing the burial depth of the No.2 coal seam

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2.2   煤岩煤质

2.2.1   煤 级

煤级决定了煤气中CO、H₂、CH₄含量的占比，也在很大程度上影响着气化反应性。以往研究表明，随着煤级的升高，H₂的含量先增大后减小，CO的含量则与之相反，拐点出现在气肥煤附近，而CO₂、CH₄的含量和产期热值均有降低(图5)^[25-26]。随着煤级升高，各煤种对CO₂的还原率呈先减小后增大的趋势，其拐点多位于焦煤—瘦煤阶段，表明焦煤和瘦煤最不利于进行UCG试验^[27]。

图  5  煤种与产出气的耦合关系

Figure  5.  Coupling relationship between coal type and produced gas

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可见，高变质程度煤不利于进行UCG试验，低煤级煤利于气化，中煤级煤可以气化^[28-30]。研究区2号煤层R_max介于1.69%~3.22%，平均2.51%，以贫煤、无烟煤为主，空间上由西向东R_max逐渐降低(图6)。因此，将R_max<2.5%的区域优选为有利气化区，R_max介于2.5%~3.0%的区域认为可以气化，R_max>3.0%的区域不适合进行气化。

图  6  2号煤层R_max等值线

Figure  6.  Contour map showing the R_max values of the No.2 coal seam

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2.2.2   水 分

煤层中的水分可以吸收热量，降低气化炉的温度，还可以增强还原区的化学反应，促进H₂产出。但煤中过量的水分会抑制气化过程的进行^[31]。由图7可以看出，研究区2号煤层水分质量分数为0.36%~3.75%，平均0.94%，大部分井区低于1.2%，整体属于特低水分煤。则研究区水分质量分数<1.0%的区域为有利气化区，水分质量分数介于1.0%~1.5%的可以气化，而水分质量分数>1.5%的为不利区。

图  7  2号煤层水分质量分数等值线

Figure  7.  Contour map showing the moisture mass fraction of the No.2 coal seam

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2.2.3   灰分质量分数

灰分质量分数对煤炭地下气化的影响分为2个方面，一是灰分质量分数超过20%时，对顶板有一定的支撑作用，可以减少燃空区覆岩移动和地表下沉；二是灰分质量分数过高，会增加热损，降低气化效率^[32]。研究区2号煤层灰分质量分数介于5.36%~35.97%，属于特低灰煤—低灰煤。其平面分布特征如图8所示，最大值出现在Y12井，平均值为12.60%，大部分井区灰分质量分数低于15%，灰分质量分数高值区位于井区东北部以及东南部，几乎全区灰分小于30%。因此，综合两方面因素考虑，认为灰分质量分数<15%的区域有利于气化，在15%~20%的区域可以气化，>20%的区域不利于气化。

图  8  2号煤层灰分质量分数等值线

Figure  8.  Contour map showing the ash mass fraction of the No.2 coal seam

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2.2.4   挥发分产率

煤中挥发分产率越高，气化过程中的可用组分越低，气化产物中有效组分的相对产率就越低，但气化速率总体上随着挥发分产率的增加呈上升趋势^[33]。还有学者认为，过低的挥发分产率会影响地下气化的点火和燃烧过程，增加投资和运行成本^[20]。因此，地下气化适合开采挥发分产率大于20%的煤层。研究区2号煤层挥发分产率为6.92%~20.36%，平均10.64%(图9)，中北部最高。结合以往研究结果认为，挥发分产率>12%的区域为有利区，介于8%~12%的区域为较有利区，<8%的区域为不利区。

图  9  2号煤层挥发分产率等值线

Figure  9.  Contour map showing the yield of the volatile constituents of the No.2 coal seam

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2.2.5   硫 分

硫元素对地下气化的影响主要体现在气化过程中产生的二氧化硫(SO₂)和硫化氢(H₂S)等气体。随着煤中硫分的升高，气化过程中产生的H₂S含量不断增加，不仅增大了井下设备和管道发生腐蚀的概率，还增加了产出气净化装置方面的投资成本^[15,32]。相较于高硫煤层，低硫煤层更有利于进行煤炭地下气化试验。因此，国内外研究人员认为煤中的硫分质量分数上限变化范围为2%~4%，同时，国内研究人员为了降低防腐的费用和难度，认为气化煤层中硫分质量分数应小于1.5%。研究区2号煤层硫分质量分数介于0.11%~2.52%，平均0.64%。最小值位于Y17井，属于特低硫煤；最大值位于Y4井，属于中高硫煤，整个煤层从特低硫煤至中高硫煤4个等级均有分布(图10)。故认为硫分质量分数<1.5%的区域有利于气化，1.5%~2.5%的区域可以气化，>2.5%的不利于气化。

图  10  2号煤层硫分质量分数等值线

Figure  10.  Contour map showing the sulfur mass fraction of the No.2 coal seam

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2.3   围岩条件

为保证气化炉的封闭性，盖层一般选取泥岩和泥质砂岩，且要求顶底板岩层要完全覆盖^[34]。研究区2号煤层顶底板包括粉砂质泥岩、黑色泥岩和灰黑色粉砂岩等12种岩性，顶板以粉砂质泥岩和泥岩为主，底板以泥岩为主。为简化顶底板岩性评价过程，利用综合岩性指数I，对研究区2号煤层各区域顶底板岩性进行了定量表征，I越大，表明该区域围岩条件越好，越有利于进行煤炭地下气化。

计算得出研究区2号煤层顶底板综合岩性指数，如图11所示，由图中可见，2号煤层顶板主要以泥岩为主，局部存在砂岩顶板。砂岩顶板主要分布在区块东北部和中部，可能对气化反应产生影响，导致产出气热值降低。煤层底板主要以泥岩为主，局部存在砂岩顶板。砂岩顶板主要分布在区块东部和中部。结合研究区基本概况，进行煤炭地下气化有利区优选，认为灰岩、泥岩、砂质泥岩和泥质砂岩(I>4)分布区域有利于气化，粉砂岩和细砂岩(2≤I≤4)可以气化，而粗砂岩(I<2)不利于气化。

图  11  顶底板综合岩性指数等值线

Figure  11.  Contour map showing the comprehensive lithological indicator of the roof and floor of the No.2 coal seam

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2.4   构造条件

影响煤炭地下气化的地质构造类型主要为断层、陷落柱及岩浆岩侵入。研究区内共发育断层91条，断层总体不发育，以逆断层为主，局部发育正断层，在剖面上均未出露地表。断层平面展布规律性较强，主要发育NE向和NNE向的两组断裂体系。为了定量评价区内断裂构造的复杂程度，引入相似维(分形维数)D_s进行定义，即D_s=−[lgN(b)/lgb]。前人研究发现，相似维不仅与断裂的长度有关，而且与断裂的条数及断裂的组合形式有关，随着断裂条数增多、长度增大、角度增大，D_s也相应增大。将计算结果绘制成等值线图，如图12所示。研究区断层分形维数为0~3.843 4，平均1.20，各块段的相关系数的平均值为0.982 8，表明断裂体系的分布在所采用的标度下具有分形特征。根据断裂发育程度与分形维数之间的关系，以分形维数为基本特征量，将研究区构造复杂程度分为3类：分形维数D_s≤0.88的区域定为构造简单区域，有利于气化，0.88<D_s≤2.14的区域定为构造中等复杂区域，可以气化，而D_s > 2.14的为构造复杂区域，不利于气化。

图  12  2号煤层构造断层分形维数等值线

Figure  12.  Contour map showing the fractal dimension values of tectonic faults in the No.2 coal seam

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2.5   水文地质条件

2.5.1   主要含水层和隔水层

钻探资料表明，研究区内对煤炭地下气化工程影响较大的含水层组有山西组砂岩裂隙含水层组和太原组灰岩岩溶裂隙含水层组。其中，太原组底部灰岩属于中等富水层，其单位涌水量介于0.003~0.212 L/(s·m)；山西组砂岩含水层组单位涌水量介于0.000 11~0.118 L/(s·m)，为弱富水层，富水能力和渗透能力较差，可以作为相对隔水层。这对于煤炭地下气化较为有利。此外，含水层裂隙发育程度、岩溶发育程度、连通性和导水性向深部逐渐变差，导致地下水从东部浅埋区到西部深埋区径流强度越来越小。

同样，参照构造分维方法对地表水系进行分维，如图13所示。研究区地表水系分形维数为0~6.300 0，平均1.881 1，各块段的相关系数平均值为0.992 9，表明地表水文体系的分布在所采用的标度下具有分形特征。根据地表水文发育程度与分形维数之间的关系，以分形维数为基本特征量，结合研究区概况，认为水文分形维数<1.88的区域为水文简单区域，有利于地下气化；介于1.88~3.06的区域为水文中等复杂区域，可以进行气化；>3.06的区域为水文复杂区域，会对气化过程产生不利影响，不利于气化。

图  13  研究区地表水系分形维数等值线

Figure  13.  Contour map showing the fractal dimension of the surface water system in the study area

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2.5.2   顶板垮落带和导水裂隙带

研究区2号煤层顶板的力学参数见表3。几类岩石的平均抗压强度为33.34~92.56 MPa，除粉砂岩和粉砂质泥岩外，其他类岩石的平均抗压强度在50 MPa以上。对研究区各煤层气化时的垮落带和导水裂隙带的最大高度进行计算，计算公式如下：

表  3  研究区2号煤层顶板主要岩石力学性质

Table  3.  Principal rock mechanical properties of the roof of the No.2 coal seam in the study area

岩性	抗压 强度/MPa	弹性 模量/GPa	泊松比	抗拉 强度/MPa
粉砂质泥岩	35.83	—	—	8.53
泥岩	69.10	—	—	9.50
泥质粉砂岩	71.80	—	—	8.90
细砂岩	69.65	14.80	0.23	7.32
砂岩	92.56	16.29	0.29	5.67
粉砂岩	33.34	6.68	1.28	—

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计算结果如图14所示，2号煤层最小垮落高度为3.80~27.24 m，平均15.08 m；最大垮落高度为4.75~35.05 m，平均18.85 m；导水裂隙带高度为32.31~155.64 m，平均67.77 m。若进行煤炭地下气化试验，要求煤层与顶板含水层的距离需保证大于顶板导水裂隙带的最大高度，而底板隔水层的厚度需要保证底板含水层不会泄漏。

图  14  顶板垮落带及导水裂隙带最大高度等值线

Figure  14.  Contour maps showing the maximum heights of the roof caving zone and hydraulically conductive fracture zone

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2号煤层与顶底板含水层距离等值线如图15所示。2号煤层距顶板含水层距离为32.4~227.5 m，平均67.63 m，为保证气化过程中不会连通上覆含水层，应保证该区域顶板导水裂隙带的最大高度要小于该区域距顶板含水层距离，具体区域需结合实际情况。2号煤层与底板含水层距离为10.6~47.4 m，平均18.75 m，通过对煤炭地下气化传热的数值模拟分析得出，煤炭地下气化热扩散范围约为35 m。因此，结合研究区具体概况，认为当距顶底板含水层距离大于30 m时，顶底板含水层不会对地下气化产生影响，有利于气化的稳定进行；距顶底板含水层距离为20~30 m时，可以气化；距顶底板含水层距离小于20 m时，不利于气化。

图  15  2号煤层距顶底板含水层距离等值线

Figure  15.  Contour maps showing the distances from the No.2 coal seam to the aquifers in the roof and floor

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2.5.3   地层水化学成分

研究区2号煤层地下水水样Piper图如图16所示。其中，阳离子以Ca²⁺、Na⁺、K⁺和Mg²⁺为主，阴离子以${\mathrm{HCO}}^-_3 $、Cl^–、${\mathrm{SO}}^{2-}_4 $和${\mathrm{CO}}^{2-}_3 $为主，各离子含量、总矿化度及pH值变化范围较大；区块东部墰坪构造带埋深较浅，矿化度3.0~8.0 g/L，偏低，水质呈弱碱性，水动力条件较强；由于白鹤和中垛两条封闭性断层阻断了上部含水层水的渗入，煤层埋藏较深的西部万宝山构造带，水质类型为CaCl₂型，地层水矿化度急剧升高至20.0~100.0 g/L，判断水动力条件弱。

图  16  2号煤层水样Piper图

Figure  16.  Piper diagram of water samples from the No.2 coal seam

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郭晨等^[35]对地下水中常规离子、pH值、矿化度等参数进行聚类分析后认为，SO₄-Ca·Mg水质类型代表开放型地下水环境，HCO₃-Na·K水质类型代表封闭型地下水环境，并定义了水化学封闭指数r，用于表征地下水环境的封闭程度。计算公式如下(式中用各离子符号表示其质量浓度)：

依据式(5)，计算研究区各类型地下水水化学封闭指数(图17)。山西组封闭系数介于0.20~256.02，平均31.24。研究区大部分区域属于封闭型地下水环境。结合研究区概况认为，封闭系数大于30的区域水动力条件较弱，有利于气化，封闭系数介于15~30的区域水动力条件中等，可以进行气化，而封闭系数小于15的区域水动力条件较强，不利于气化。

图  17  2号煤层地下水封闭系数等值线

Figure  17.  Contour map showing the groundwater sealing coefficient of the No.2 coal seam

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3   深部煤炭地下气化有利区优选

3.1   开发单元/区块划分及指标选取

目前，前人主要根据断层、褶皱、倾角、煤厚、风氧化带、河流以及矿井边界等信息进行煤炭和煤层气开发区块的划分^[36-37]。由于延川南区块倾角为40°~ 60°，整体变化不大。2号煤层全区厚度较大，属于中厚–厚煤层，加上对气化炉密封性的考虑，本次研究煤层划分不考虑倾角、煤厚和风氧化带，以埋深、断层、河流和研究区边界来划分区块。其中，以区块矿权边界为各区块的外部边界，以研究区内部大型断层迹线为内部主要划分边界，结合研究区构造发育情况，舍弃延川南区块中部构造带区域；以内部黄河区分研究区西部区域。最终，将全区划分为11个开发单元。基于上述等值线图对各单元的地质参数进行统计和量化处理，从而进行定量评价，以此确定地下气化优先开发次序。

3.2   有利区优选

TOPSIS(technique for order preference by similarity to an ideal solution)法，是多目标决策分析中一种常用的有效方法^[38]，主要是根据有限评价对象与最理想化目标的接近程度进行排序，在基于归一化后的原始数据矩阵中找出有限方案中的最优方案和最劣方案(分别用$ {D}_{i}^{+} $和$ {D}_{i}^{-} $表示)，通过计算各评价对象与最优方案和最劣方案间的距离($ {{f}}_{{i}} $)，作为评价优劣的依据。即$ {{f}}_{{i}} $值越大越有利(图18)。计算指标结果见表4，评估结果如图19所示。

图  18  TOPSIS原理

Figure  18.  Schematic diagram of the TOPSIS

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研究区中部和东北区域的综合评价指数较高，各区域f_i值从大到小的顺序为Ⅴ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅸ、Ⅳ、Ⅹ、Ⅶ、Ⅰ、Ⅵ、Ⅺ、Ⅷ。

其中，区域Ⅴ的R_max、灰分、硫分较低，挥发分产率和镜质组体积分数分别为8.589%~12.130%和63.2%~77.2%，含量较高，煤岩煤质条件较好；顶底板以泥岩、粉砂质泥岩为主，围岩综合指数分别为2.413~4.193和4.59~6.18，封闭性较好；区域仅发育有2条南北走向的小型断层，整体构造条件较为简单；距顶底板含水层距离分别为62.50、22.28 m，基本无突水风险；地面水文地质条件简单，满足煤炭地下气化的地质要求。

区域Ⅲ的平均煤厚为3.10 m，优于周边区域，属于稳定中厚煤层；埋深平均1 279 m，属中深部煤层，环境风险和地面沉降风险较小，避免出现沟通地表水等情况；夹矸系数平均为11.017%，夹矸发育条件属于优−良阶段；煤体结构主要以原生结构煤为主；镜质组体积分数和挥发分产率与其余区块相差较小，但二者的综合权重较小，因此，这2项指标对于最终的评价结果影响较小。因此，结合TOPSIS法定量评价结果和定性分级描述，选取延川南地区中北部开发区域V和Ⅲ作为适宜进行煤炭地下气化的最有利区域。

表  4  研究区TOPSIS指标汇总

Table  4.  Summary of TOPSIS indices of the study area

评价指标	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ	Ⅴ	Ⅵ	Ⅶ	Ⅷ	Ⅸ	Ⅹ	Ⅺ
$ {D}_{i}^{+} $	0.158	0.168	0.201	0.178	0.244	0.161	0.145	0.119	0.187	0.182	0.150
$ {D}_{i}^{-} $	0.190	0.151	0.153	0.177	0.122	0.193	0.165	0.221	0.180	0.194	0.213
$ {f}_{i} $	0.457	0.526	0.570	0.502	0.669	0.456	0.464	0.350	0.510	0.485	0.414

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图  19  研究区UCG有利区评价结果

Figure  19.  Assessment results of UCG favorable areas in the study area

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4   结 论

(1) 延川南区块深部2号煤层煤具有低水分、低灰分、高挥发分的特点，煤级多为中等；煤厚较大，稳定性较好，煤层结构简单，煤体结构较完整，资源条件适合进行煤炭地下气化。

(2) 2号煤层顶底板岩性多为泥岩类，围岩综合岩性指数较大，封闭性能好；断层分形维数值总体处于中等水平，断层发育程度简单，开发条件较好；水文分形维数值中等，地下水封闭系数较大，地质条件适合进行地下气化。

(3) 延川南区块煤炭地下气化有利区主要集中在北部，最有利区为中北部的单元V和Ⅲ，较有利区主要为Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅸ、Ⅹ，区域Ⅺ、Ⅷ为煤炭地下气化开发的潜在有利区。

符号注释：

H_c、H_f分别为垮落带最大高度和导水裂隙带最大高度，m；M为平均煤层厚度，m；$ {M}_{\mathrm{t}} $为累计采高，m；N(r)为对应边长的网格数量，个；t为某层顶底板或顶底板总数；P_i为第i类岩石所占的比例；R_i为第i类岩石所赋予的数值；b为网格的边长，cm；S为煤厚标准差，m；x为煤分层层数；γ为煤厚变异系数，%。