煤层瓦斯赋存及流动规律的研究和分析..docVIP

煤层瓦斯赋存及流动规律的研究和分析 摘要:瓦斯灾害是煤矿安全工作中的突出问题因此瓦斯研究工作对于煤炭工业的健康持续发展乃至全国生产安全状况好转具有十分重要的意义。掌握瓦斯的赋存状态及流动规律对防治瓦斯工作尤为关键。瓦斯的生成与煤的成因息息相关；煤中瓦斯的赋存状态一般有吸附状态和游离状态两种；矿井中煤层瓦斯的涌出对于生产和安全有着极大的影响它与矿井的开拓布置、采掘方法、机电设备的选择矿井通风和安全管理制度均有着密切的关系。煤层瓦斯的运移是一个复杂的运动过程它与煤层的结构和煤层中瓦斯赋存状态密切相关。在大裂隙带中可能出现紊流.而在微裂隙中则属于层流运动在微孔中还存在扩散分子滑流。在一般情况下以达西定律为基础来研究煤层瓦斯流动规律还是可行的但是在客殊情况下如石门揭开煤层、瓦斯喷出或突出则必须按当时条件加以修正。关键词:瓦斯赋存;流动规律瓦斯流动理论瓦斯运移 1 前言 我国是以煤炭为主要能源的国家目前及今后相当长的时期内煤炭在我国的一次能源结构中仍占50％以上。煤矿瓦斯是煤的伴生物、同煤共生并存储在煤与围岩中的气藏资源在煤炭开采过程中它通常以涌出的形式排放出来在一定的条件下还可能以喷出或突出的形式突然释放、发生煤与瓦斯突出动力现象而且瓦斯进入采掘空间后在条件具备时还会发生瓦斯爆炸造成重大的人员伤亡事故。在我国煤矿事故中瓦斯事故占全国煤矿重大事故总数的70％以上防治瓦斯灾害已成为煤矿安全工作中迫切需要解决的问题。 国内外各主要产煤国都投入了大且的资金、人力物力进行矿井瓦斯灾害发生视理、预测预报和防治技术的研究工作数十年来在矿井瓦斯涌出量预测、矿井瓦斯抽防、完善通风技术、抑爆隔爆技术、瓦斯监测、预测和防治煤与瓦斯突出等方面进行了大量的研究初步形成了瓦斯灾害防治的技术体系在矿井瓦斯防治理论和技术上都取得了长足的进步瓦斯灾害事故得到了有效的控制并且在实际工作中积累了丰富的经验。 研究瓦斯的赋存及流动规律对防治煤与瓦斯突出等方面的安全事故有着非常重要的意义。 2 煤层瓦斯的赋存 2.1 煤层瓦斯的赋存 煤体中赋存瓦斯的多少不仅对煤层瓦斯含量大小有影响而且还直接影响到煤层中瓦斯流动及其发生灾害的危险性的大小因此研究煤层中瓦斯的赋存状况是矿井瓦斯研究中的重要一环。多年来国内外学者对此进行厂大量卓有成效的研究工作取得了许多重要的成果如通过引入固体表面吸附理论解释了煤体表面的瓦斯吸附现象、借助于朗格缪尔方程和气体状态方程分别求出了媒体吸附瓦斯量和游离瓦斯量等。l963年结合我国矿井的实际情况我们提出了影响煤层原始瓦斯含量的8项主要因素即煤的变质程度、煤层地质史、煤层露头、煤层本身的渗透性和顶底板的渗透性、煤层的断层和地质破坏、埋藏的深度和地形、地下水的流动以及古窑的开采从而为我国研究影响煤层瓦斯含量的主要因素奠定了基础此外还对煤层瓦斯的赋存状态、煤体表面的吸附作用及煤的吸附模型、煤对混合气体的吸附作用等进行了大量的实验和理论研究工作。近年来河南理工大学湖南煤研所等单位在瓦斯地质方面也做了许多研究。 2.2 影响煤层瓦斯赋存及含量的主要因素 在目前的天然没层中最大的瓦斯含量不超过50 m3／t。但煤体在从植物遗体到无烟煤的变质过程中每生成lt煤至少可以伴生100m3以上的瓦斯。目前的研究成果认为影响煤层瓦斯含量的主要因素有：煤层储气条件、区域地质构造及采矿工作。 1 煤层的储气条件 煤层储气条件对于煤层瓦斯赋存及含量具有重要作用储气条件主要包括煤层的埋藏深度、煤层和围岩的透气性、煤层倾角、煤层露头以及煤的变质程度等。 2 区域地质构造 地质构造是影响煤层瓦斯赋存及含量的最重要的条件之一。目前总的认为封闭型在地质构造有利于封存瓦斯开放型地质构造有利于瓦斯排放。具体而言影响煤层瓦斯赋存的地质构造包括以下几个方面：褶曲构造断裂构造构造复合、联合.构造组合水文地质条件3 采矿工作 煤矿井下采矿工作会使煤层所受应力重新分布造成次生透气性结构同时矿山压力可以使煤体透气性增高或降低其表现为在卸压区内透气性增高集中应力带内透气性降低。因而采矿工作会使煤层瓦斯赋存状态发生变化具体表现为在采掘空间中瓦斯涌出量的忽大忽小。 3 煤层瓦斯流动规律 煤层瓦斯的运移是一个复杂的运动过程它与煤层的结构和煤层中瓦斯赋存状态密切相关。 煤层是孔隙一裂隙介质其中充满微小的孔隙和裂隙体是孔隙和裂隙的集合体。采矿空间进入煤层以后瓦斯从煤层内部向巷道空间的运移非常复杂它不仅受天然煤层层始条件的影响也受到采矿工作、地下应力场和岩层移动的影响。为此只能从宏观的角度习分析某一区域煤层中瓦斯的运移规律。 由于煤层的孔隙和裂隙的尺寸是不均匀的因而在大裂隙带中可能出现紊流而在微裂隙中则属于层流运动在微孔中还存在扩散分子滑流。根据实验室和在到场对瓦斯流动规律的测定可以认为