煤矿工程继续教育 煤矿瓦斯抽采与瓦斯灾害防治 1矿井瓦斯基础知识.ppt

矿井瓦斯基础知识 一 矿井瓦斯概述 1 矿井瓦斯概念 广义概念：矿井瓦斯是煤矿生产过程中，从煤、岩内涌出的各种有毒、有害气体的总称。 主要成分为：CH4、CO2、N2 少量成分：H2S、CO、H2、SO2、C2H6、C2H4等 狭义概念：矿井瓦斯单指甲烷。 瓦斯是一种无色、无味、无嗅的气体，比空气轻。 瓦斯扩散性很强，扩散速度是空气的1.34倍； 有瓦斯涌出时，瓦斯浓度呈不均匀分布，在有瓦斯涌出的侧壁附近瓦斯的浓度高。 瓦斯的化学性质不活泼，微溶于水，在200C、101.325kPa的条件下，溶解度为3.5L/100L水。 一 矿井瓦斯概述 2 瓦斯的性质 一 矿井瓦斯概述 瓦斯事故危害大 优质资源 温室效应 CH4是造成温室效应的主要气体之一，每摩尔CH4引起气候变化的作用是每摩尔CO2的26倍。据测算，大气中CH4浓度每增加1×10-6，地球表面温度增加1℃。 对煤矿瓦斯进行抽放并加以利用，可以给煤矿带来较好的经济效益。按我国现有能耗标准，煤层气相当于我国约使用27 年的能源。 瓦斯事故危害大，消除瓦斯事故隐患花费高，严重制约矿井安全、高效和生产规模发展。 爆炸，突出，人员窒息、环境污染 能源、化工原料 3 瓦斯危害及作用 二 煤层瓦斯赋存与含量 1 瓦斯的成因 煤层瓦斯是腐植型有机物（植物）在成煤过程中生成的。 成气过程分为两个阶段： 生物化学成气时期（泥炭化过程） 　缺氧、低温（不超过650C）厌氧微生物分解为CH4、CO2和H2O。 　生成的瓦斯排放到古大气中。 煤化变质作用成气时期 　沉降→压力与温度升高。高温、高压， 大量瓦斯散失，少量瓦斯存留，即为今天煤炭开采时涌出的瓦斯。 二 煤层瓦斯赋存与含量 瓦斯存在位置----煤中孔隙和裂隙。 2 煤层瓦斯赋存 丰城煤张扭裂隙，放大5400倍 鸡西煤的孔隙，放大720倍 二 煤层瓦斯赋存与含量 瓦斯存在状态：游离态和吸附态。 游离状态（气体，孔隙空间）（10~20%）。 吸附状态（非气体，孔隙的煤表面）（80~90%） 1－吸收瓦斯 2－游离瓦斯 3－吸着瓦斯 二 煤层瓦斯赋存与含量 吸附态和游离态瓦斯可以相互转化。 游离状态瓦斯 吸附状态瓦斯 P or t P or t 二 煤层瓦斯赋存与含量 形成原因 3 煤层中瓦斯垂直分带 当煤层直达地表或直接为透气性较好的第四系冲积层覆盖时，由于煤层中瓦斯向上运移和地面空气向煤层中渗透，使煤层内的瓦斯呈现出垂直分带特征。 瓦斯 空气 -1000m -800m -600m -400m -200m 二 煤层瓦斯赋存与含量 四带分布 CO2- N2带、N2带、N2—CH4带、CH4带。 顿巴斯煤田煤层瓦斯组分在各瓦斯带中的变化 Ⅰ－氮气－二氧化碳带；Ⅱ－氮气带； Ⅲ－氮气－甲烷带；Ⅳ－甲烷带 二 煤层瓦斯赋存与含量 现场实际过程中，将前三带总称为瓦斯风化带。 在近代开采深度内，瓦斯带内煤层瓦斯含量和涌出量随深度增加而有规律地增大。 浅 深 CO2－N2带 N2带 N2－CH4带 CH4带 瓦斯风化带 瓦 斯 垂 直 分 带 性 4 影响煤层瓦斯含量的因素 二 煤层瓦斯赋存与含量 煤的瓦斯含量是指单位体积或重量的煤在自然状态下所含有的瓦斯量（标准状态下的瓦斯体积），单位为 m3/m3(cm3/cm3)或 m3/t(cm3/g)。 煤的瓦斯含量包括游离瓦斯和吸附瓦斯含量之和。 二 煤层瓦斯赋存与含量 煤层瓦斯含量主要影响因素有以下几点： 煤的吸附特性 煤的吸附性能决定于煤化程度， 一般情况下煤的煤化程度越高，存储瓦斯的能力越强。 煤层露头 煤层如果有或曾经有过露头长时间与大气相通，瓦斯含量就不会很大。 煤层的埋藏深度 在近代开采深度范围内，瓦斯带内煤层的瓦斯含量随深度的增加而呈线性增加。 围岩透气性 煤层倾角 地质构造 在围岩属低透气性的条件下，封闭型地质构造有利于瓦斯的储存，而开放型地质构造有利于排放瓦斯。 水文地质条件 5 煤层内的瓦斯压力 二 煤层瓦斯赋存与含量 煤层的瓦斯压力是处于煤的裂隙和孔隙中的游离瓦斯分子热运动撞击所产生的作用力。 煤层瓦斯压力是决定煤层瓦斯含量、瓦斯流动动力高低以及瓦斯动力现象的基本参数。 瓦斯带内瓦斯压力变化规律： （H1,P1） (H2,P2) (H,P) H(m) P(MPa) 二 煤层瓦斯赋存与含量 间接法：根据煤层瓦斯流动的规律、煤层的透气系数、瓦斯解吸规律和煤层瓦斯含量系数曲线，在测压地点附近测定煤层瓦斯涌出量或统计采掘中的涌出量等参数，进行计算推测出需要测定地点的瓦斯压力的方法。 直接法 测压方式 主动测压法 被动式测法 封孔材料 黄泥、水泥砂浆封孔 胶襄、密封粘液封孔 注浆（膨胀水泥）封孔 煤