第16、17讲矿井瓦斯概要.ppt

煤矿地质 第六章、矿井瓦斯 瓦斯是在煤的形成过程中生成并保存在煤层和围岩中的多成分混合气体。 瓦斯是地质成因的，是地质作用的产物。 在煤矿建设和生产中，煤层及围岩中的瓦斯会进入到采掘工作面中，并因其存在而降低井下空气的含氧量。当氧气下降到12％以下时，可导致井下人员中毒窒息事故发生；井下空气中瓦斯达到一定浓度条件（ 5～16％），遇引爆火源可发生矿井瓦斯爆炸事故。 矿井瓦斯 一、 瓦斯的形成与分带 1．瓦斯成分及其性质 瓦斯成分：CH4（主要）、N2、CO2。 狭义的瓦斯指甲烷（CH4）。甲烷为无色、无味、无嗅、无毒的气体，比空气轻，因而在井下它停积在巷道上部。空气中甲烷浓度达到5～16％，遇引火源即可发生燃烧或爆炸。 CO2为无色、无嗅、略带酸味并有一定毒性的气体，它的比重比空气大，在井下主要分布在巷道的下部。大量二氧化碳在井下突然喷出可使人窒息。 矿井瓦斯 2．瓦斯的成因 瓦斯是在煤化作用过程中形成的。泥炭化阶段，泥炭转变为褐煤，这一阶段以生物化学作用为主，可以产生甲烷。 随着深度增加，地温进一步升高，约50～160℃时，煤化作用处于气煤到肥煤阶段，它不仅产生大量甲烷，而且在中晚期也是大量出油的阶段。 当温度大于160～200℃时，煤转变为无烟煤，复杂的碳氢化合物遭到破坏，只能产生甲烷而不能生成石油。 矿井瓦斯 每生成1t煤的产气量（CH4）： 褐煤：68m3 肥煤：230m3 瘦煤：330m3 无烟煤：400m3。 煤（岩）层中保留CH4的多少取决于瓦斯形成过程中及其后的保存条件。 各煤化阶段最终残留1t煤的生气量（CH4）： 泥炭→褐煤：68.3m3 褐煤→烟煤：161.6m3 烟煤→无烟煤：192.9m3 各煤化阶段最终残留1t煤的生气量（CO2）： 泥炭→褐煤：167.3m3 褐煤→烟煤：124.9m3 烟煤→无烟煤：23.4m3 矿井瓦斯 3．瓦斯在煤层内的赋存状态 （1）游离状态瓦斯 瓦斯分子存在于煤体、围岩的空隙中。 （2）吸着状态瓦斯 吸附瓦斯：瓦斯分子被吸附在煤体或岩体孔隙的表面。 吸收瓦斯：瓦斯分子在煤体内部。 矿井瓦斯 4.瓦斯的垂直分带 CO2-N2带： CH4＜ 10﹪ N2带： CH4＜ 20﹪ N2-CH4 带：CH4＜ 20-80﹪ CH4带：CH4＞ 80﹪ 其中，前三个带统称为瓦斯风化带，其下届深度可据下列指标中任何一项确定： ① Q相对＞2m3/t ②CH4＞ 80﹪ ③煤层瓦压=0.1-0.15MPa ④长焰煤1-1.5；气煤1.5-2；肥煤焦煤2-2.5；瘦煤2.5-3；贫煤3-4；无烟煤5-7m3/t。 矿井瓦斯 二、 瓦斯含量的影响因素 （一）影响瓦斯含量的地质因素 1．煤的变质程度 煤的变质程度高，瓦斯含量大。无烟煤吸附瓦斯的能力最强，可达50～60m3/t。 2．围岩和煤层的渗透性 煤层与围岩的渗透性好，瓦斯易逸散，不易保存，煤层瓦斯含量低；反之，则易于保存，煤层瓦斯含量高。 矿井瓦斯 3．地质构造 （1）张性断裂 通达地表的张性断层，有利于瓦斯的排放；压性断裂不利于瓦斯排放，甚至有一定封闭作用，促进瓦斯在煤层内的聚集。 （2）褶皱构造 当顶板为致密岩层且未暴露地表时，一般在背斜瓦斯含量由两翼向轴部增大，在向斜槽部瓦斯含量减少；当顶板为脆性岩层且裂隙较多时，瓦斯容易扩散，因而脆性岩层顶板的煤层背斜顶部含瓦斯量减少，在向斜轴部瓦斯含量增加。 矿井瓦斯 4．煤田的暴露程度 在暴露式煤田中，含煤岩系出露地表，瓦斯易于排放逸散。在隐伏式煤田中，若含煤岩系的覆盖层为不透气岩层且厚度大时，则不利于瓦斯排放。 5．地下水活动 地下水活动强烈的地区瓦斯含量小；水分子被吸附在煤或裂隙的表面后，减弱了煤对瓦斯的吸附能力；水分占据了煤的孔隙，排挤自由状态的瓦斯，因此煤层含水可降低瓦斯的含量。 矿井瓦斯 6．煤层埋藏深度 瓦斯含量一般随深度增加而增大。 在瓦斯风化带以下，瓦斯含量、涌出量和瓦斯压力与深度增加有一定的比例关系。 7.煤层倾角 在埋藏深度相同时，煤层倾角越小，瓦斯含量越大。 矿井瓦斯 （二）煤层瓦斯的测定方法 1.直接测定法 用密闭式岩芯采取器直接采集钻孔中的煤样，直接测定煤芯中瓦斯含量。 2．间接测定法 采集未经风化的新鲜煤样，装密闭容器送试验室进行实测，分析计算出煤的瓦斯含量。 矿井瓦斯 （三）矿井瓦斯涌出形式 1.矿井瓦斯涌出与矿井瓦斯涌出形式 矿井瓦斯涌出：瓦斯从煤、岩层中进入矿井空气中。 矿井瓦斯涌出形式： （1）普通涌出 在时间上与空间上缓慢、均匀、持久地从煤、岩暴露面涌出。 （2）特殊涌出 在时间上突然集中发生，其涌出量很不均匀的间断涌出，包括瓦斯喷出和