矿井瓦斯防治.doc

第五章 矿井灾害防治 第一节 矿井瓦斯防治 矿井瓦斯是赋存在井下煤层中的而受采动影响释放到开采空间的有害汽体的总称，空气中瓦斯含量过高时，氧浓度降低会使人窒息，条件具备时，瓦斯可燃烧、爆炸，是矿井五大灾害之一（粉尘、为灾、水灾、顶板、瓦斯）。瓦斯灾害的治理是矿井生产的一项重要任务。 一、矿井瓦斯基本知识 （一）瓦斯的性质及其赋存 1、矿井瓦斯的概念 矿井瓦斯是井下有害气体的定称，它的确主要成份是沼气（甲烷），占总量的90%以上，因此瓦斯的概念正常单独指甲烷。 矿井瓦斯来自煤层和煤系地层，它的形成经历了两个不同的时期，以植物遗体到形成泥炭，属于生物化又学造气时期，以竭煤，烟煤到无烟煤，属于变质作用的造气时期。由于在生物化学作用造气时期泥炭的埋芷较浅，覆盖层的胶洁固化也不好，因此生成的气体通过渗透的扩散很容易排层到大气中，一般不会保留在煤层内。现在煤层中的瓦斯，仅是变质作用生成的气体总量的3%—24%）。 2、矿井区瓦斯的基本性质 （1）瓦斯是无色、无味、无嗅的气体。 （2）在标准确性状态下密度的0.716/m3,比空气轻，其与空气的相对密度为0.554。 （3）扩散性强，扩散速率是空气的1.34倍。 （4）瓦斯无毒，但空气中瓦斯浓度的增高会导致氧浓度的降低，从而使空气量具有的窒息性。 （5）瓦斯具有燃烧和爆炸的性质。 （6）瓦斯微溶于水0.1013mpa和20℃时的溶解度为3.5%. 3、瓦斯的赋存状态 （1）瓦斯在煤层及围岩中的赋存状态为两种，一种是游离状态，另一种是吸附状态。 游离状态。这种状态的瓦斯以自由气体状态存在于煤层或围岩的孔洞之中，其分子可自由运动。处于承压状态。 吸附状态。吸附状态的瓦斯按照结合形式不同，又分为吸着状态和吸收状态。吸着状态是指瓦斯被吸着在煤体或岩体微孔表面，在其表面的形成瓦斯薄膜；吸收状态指瓦斯被溶解于煤体中，与煤的分子相结合，类似于气体溶解于液体的现象。 煤体中瓦斯存在的状态不是固定不变的，而是处于动平衡状态，当条件发生变化时这一平衡就会被打破。由于压力增高或温度降底使一部分游离瓦斯转化为吸附，瓦斯的现象叫做瓦斯吸附，由于压力降低或温度升高使一部分吸附瓦斯转化为游离瓦斯的现象叫做瓦斯解吸。 （2）瓦斯在煤层中的垂直分布带。在漫长的地质年代中变质作用过程中生成的瓦斯在其压力差与浓渡差的作用下，不断向大气中运移，而地表空气通过渗透和扩散也不断向煤层深部运移，这就导致沿煤层垂深出现了特征明显的4个带，即CO2—N2带N2带,第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ带称瓦斯风化带，第Ⅳ带称瓦斯带。 煤层瓦斯垂直分带组分表 瓦斯带名称 CO% N% CH% Ⅰ CO2—N2带 20—80 20—80 0—10 Ⅱ N2带 0—20 80—100 0—20 Ⅲ N2—CH4带 0—20 20—80 20—80 Ⅳ CH4带 0—10 0—20 80—100 确定瓦斯风化带和瓦斯的深渡很重要的，因为在瓦斯带内，煤层中瓦斯含量，瓦斯压力，以及在开采条件变化不大的前提下瓦斯出量都随深度的增加而有规律的增大，研究这些规律及影响因素，是防止矿井瓦斯灾害的基本工作之一。 （二）煤层瓦斯含量及瓦斯压力 煤层瓦斯含量及其影响因素 煤层瓦斯含量是指煤层在自然条件下单位质量或单位体积煤体所含有的瓦斯量，一般用m3/t或m3/m3表示。煤层瓦斯含量包括游离瓦斯和吸附瓦斯两部分，其中游离瓦斯均占10%—20%。吸附瓦斯均占80%—90%。 煤层瓦斯含量的大小决定于两个方面的因素，一是成煤过程中体生的气体量和煤的瓦斯能力，二是煤系地层保存瓦斯的条件。 （1）煤的变质程度。煤的变质程度决定了成煤过程中体生的气体量和煤的含瓦斯能力。煤的变质程度越高，生成的气体量就越大，煤的微孔隙就越多，总的表面积越大1kg煤的孔隙表面积可达200m2，吸附瓦斯的含量就越大含瓦斯能力就越强。因此，在共他条件相同的情况下。变质程度高的煤层，瓦斯含量就大。煤的变质程度增高的顺序是褐煤、烟煤、无烟煤。 2）煤质地层保存瓦斯的条件。煤层有无露头对煤层瓦斯含量有很在影响。有露头时一般存关瓦斯风化带，在该带区内，瓦斯沿煤层向大气运移阻力较小，煤层的瓦斯很容易扩散到大气中去。所以，地表有煤层露头时，该煤层的瓦斯含量会很低。煤层埋藏深渡增加，保存瓦期的条件就变好，煤层吸附瓦斯的能力就加大，瓦斯放散就越困难。在瓦斯带内，煤层的瓦斯含量和瓦斯压力随埋藏深度的增加而增加，煤层顶底板岩层的透气性，对煤层瓦斯含量影响很大，煤层被透气性很低的岩层包围，煤层的瓦斯放散不出去，瓦斯含量高；反之，瓦斯含量就低，煤层的地质史的影响，成煤有机物沉积以后，直到现今的变质作有阶段，经历了漫长的地质年代。其间，地层多次下降或上升，覆盖层加厚或遭受剥独，海相与陆相高替变化并伴有地质构造运动等，这些地