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构造煤中瓦斯气体的赋存与运移的影响因素 杜 肖 （07级地质工程班 2007100617） 摘　要；煤和瓦斯突出主要发生在构造煤发育的地方，构造作用通过控制构造煤的分布来控制煤和瓦斯突出的分布，构造煤是煤与瓦斯突出的重要条件。构造煤作为构造作用在煤层中的产物，也是构造研究的重要变形标志。因此，对构造煤分布规律及对煤层破坏程度的研究，对于研究煤层瓦斯突出预测及煤层采掘过程中的安全控制都具有重要作用。 关键词：构造煤 瓦斯气体 赋存 运移 一、构造煤 1、构造煤 构造煤即煤体原生结构遭受构造作用破坏的煤。从煤体结构成生角度看，构造煤即具有改造的煤体结构的煤，或后生结构煤。实践经验证明，构造煤和煤与瓦斯突出事件的发生有着密切关系。因此，在实际工作中识别和判定构造煤的存在，常常有助于对煤与瓦斯突出进行正确预测。 2、构造煤宏观结构 我国地质文献经常使用“构造煤”一词，意指煤的原生结构遭受地质构造破坏的煤。有些文献把非破坏煤称为“原生结构煤”，把凡遭受地质构造破坏的煤，即第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ破坏类型煤都称为“构造煤”。 第Ⅰ类型非破坏煤——煤未遭受破坏，原生沉积结构、构造清晰； 第Ⅱ类型破坏煤——煤遭受轻微破坏，呈碎块状，但条带结构和层理仍然可以识别； 第Ⅲ类型强烈破坏煤——煤遭受破坏，呈碎块状，原生结构构造和裂隙系统已不保存； 第Ⅳ类型粉碎煤——煤遭受强破坏，呈粒状，用手捻之成粉状； 第Ⅴ类型全粉煤：煤被破碎成粉状。 其中，第Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ破坏类型的煤具有突出危险性。 3、构造煤微观结构 从化学角度看，煤是由纤维素、木质素、类脂化合物、蛋白质、单宁酸、树脂等组成的三维网状结构。其中，大分子网络为固定相，小分子为流动相，固定相是主体，流动相是客体。煤中的分子既存在共价键交联结合，又存在分子间作用力物理缔合。 构造煤的微观结构比同沉积的非构造煤的变质程度略有提高。表现为镜质组反射率增大，煤化度提高等。 二、瓦斯在煤层中的赋存状态 瓦斯在煤层中主要有游离、吸附和吸收三种赋存状态。游离状态是指瓦斯以自由的气体状态赋存于煤和岩石的孔隙中，可以自由运动，并遵循一般的气体运动规律，从压力大的地方向压力小的地方运移；煤和岩石中的游离瓦斯含量，取决于孔隙度、裂隙度和它所承受的压力。吸附状态是指由于瓦斯分子和固体分子之间的分子引力，瓦斯分子被吸附在煤体和岩体的微孔隙表面，形成一种瓦斯薄膜，吸附瓦斯就是滞留在煤或岩石微孔隙表面的气体；保存在煤中的瓦斯有80 %～90 %以上呈吸附状态；吸附瓦斯不能自由运动，不服从气体赋存状态间的动力学平衡。　 吸附气主要存在于吸附孔隙内，而游离气和溶解气则存在于渗透孔隙内。在一定的储层压力下，气体组分浓度大于溶解度时，才会出现游离气。在渗流过程中，如果储层压力降低，扩散向解吸方向发展，则吸附气和溶解气向游离气转化；如果储层压力升高，扩散向吸附方向发展，游离气会向吸附气和溶解气方向转化，伴随着气体吸附过程，气体赋存状态间存在动力学平衡 。当煤体与CH4 等多元气体间的吸附平衡状态遭到破坏时，煤分子结构中的气体会很快解吸，第一阶段是气体解吸作用，第二阶段是游离气体从煤分子结构微孔向较大孔隙中扩散的过程，气体扩散速率主要由第二阶段决定。扩散系数越大,扩散速率越高，不同类型的构造煤由于结构演化程度不同，因而扩散速率不同。构造煤气体扩散机理主要由孔隙形状大小、连通性、多元气体性质和状态决定。 三、孔隙气体在构造煤孔隙中的运移步骤和过程 1、孔隙气体在构造煤孔隙中的运移步骤 解吸扩散运移的步骤：(1) 解吸—扩散,气体逐渐从解吸转入扩散； (2) 扩散—渗流，气体从扩散转为渗流；(3) 渗流—气体解吸，气体从煤基质和微孔表面脱附；(4) 渗流，直至流出煤层。分子气体的共扩散有利于帮助气体克服吸附作用在固体中运移，而逆扩散则不利于气体的运移。瓦斯渗透与扩散理论认为，煤层内瓦斯运动是包含了渗透和扩散的混合流动过程。煤层中存在相互沟通的裂隙网络，沿着这些裂隙网络，游离瓦斯流向低压工作面，而煤体的透气率与该裂隙网络密切相关。与此同时，块煤内部的瓦斯解吸向裂隙扩散，因此煤层中瓦斯的渗透率和介质的扩散性共同决定了瓦斯的流动状况。渗流是解吸发生的前提，有了渗流，才有降压，降压之后才有解吸；在压力梯度下的渗流造成了通道中甲烷分子的浓度差，然后才有在浓度差下的扩散。煤体才能快速的释放其吸附的气体。同时，解吸会引起煤体基块收缩，增大裂隙宽度，提高煤层渗透率，有利于甲烷的渗流。扩散在解吸与渗流之间起着桥梁作用，畅通的渗流加速扩散的进行，而甲烷的快速扩散促进解吸的发生。可见，解吸、扩散及渗流的最优匹配是煤层气经济开发的必要条件。 2、孔隙气体在构造煤孔隙中的运移过程 根据构造煤纳米级孔径分布对气体渗流流程的影响，孔径 100 nm 的微孔和过渡孔为吸附扩散孔隙，并构