瓦斯在煤體內(nèi)的賦存狀態(tài)

1、瓦斯在煤體內(nèi)的賦存狀態(tài)1煤體內(nèi)的孔隙特征 煤體內(nèi)的孔隙分類煤體之所以能保存一定數(shù)量的瓦斯，這與煤體內(nèi)具有大量的孔隙有密切關(guān)系。根據(jù)煤的組成及其結(jié)構(gòu)性質(zhì)，煤中的孔隙可以分為三種：宏觀孔隙：指可用肉眼分辨的層理、節(jié)理、劈理及次生裂隙等形成的孔隙。一般在0.1mm以上。顯微孔隙：指用光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡能分辨的孔隙。分子孔隙：指煤的分子結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的超微孔隙。一般在0.1m以下。根據(jù)孔隙對(duì)瓦斯吸附、滲透和煤強(qiáng)度性質(zhì)的影響，一般按直徑把孔隙分為以下幾種：微孔：直徑小于0.01m，它構(gòu)成煤的吸附空間。小孔：直徑為0.010.1m，是瓦斯凝結(jié)和擴(kuò)散的空間。中孔：直徑為0. 11m，它構(gòu)成瓦斯層流滲流的空間。

2、大孔：直徑為1100m，它構(gòu)成強(qiáng)烈層流滲透的空間，是結(jié)構(gòu)高度破壞煤的破碎面。可見(jiàn)孔和裂隙：大于100m，它構(gòu)成層流及紊流混合滲流空間，是堅(jiān)固和中等強(qiáng)度煤的破碎面。煤的孔隙率煤的孔隙率是指煤中孔隙總體積與煤的總體積之比，通常用百分?jǐn)?shù)表示。 （1-1）式中：K煤的孔隙率，%；Vp煤的總體積，包括其中的孔隙體積，mL；Vt煤的實(shí)在體積，不包括其中孔隙體積，mL。煤的孔隙率可以通過(guò)實(shí)測(cè)煤的真密度和視密度來(lái)確定，不同單位煤的孔隙率與煤的真密度、視密度存在如下關(guān)系： （1-2） （1-3）式中：K、K1分別為單位質(zhì)量和單位體積煤的孔隙率，m3/t、m3/m3（或%）； p煤的視密度，即包括孔隙在內(nèi)的煤密度

3、，t/m3；t煤的真密度，即扣除孔隙后煤的密度，t/m3。 煤的視密度s和煤的真密度d可在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測(cè)得。真密度與視密度的差值越大，煤的孔隙率也越大。 國(guó)內(nèi)外對(duì)煤孔隙率的測(cè)定結(jié)果表明，煤的孔隙率與煤的變質(zhì)程度有一定關(guān)系。表1-2是俄羅斯頓巴斯礦區(qū)不同變質(zhì)程度煤的孔隙率；表1-3是我國(guó)部分礦井煤的孔隙率。表1-2 各種種類煤的孔隙率煤的種類孔隙率/m3.t-1煤的種類孔隙率/m3.t-1變化范圍平均值變化范圍平均值長(zhǎng)焰煤氣煤肥煤焦煤0.0730.0910.0280.0800.0260.0780.0210.0680.0840.0530.0510.045瘦煤貧煤半無(wú)煙煤無(wú)煙煤0.0280.0650.0

4、340.0840.0410.0940.0550.1360.0450.0550.0650.088表1-3 我國(guó)一些礦井煤的孔隙率表礦井煤的揮發(fā)分（%）孔隙率（%）撫順老虎臺(tái)45.7614.05鶴崗大陸31.8610.6開(kāi)灤馬家溝12號(hào)煤26.86.59本溪田師傅3號(hào)煤13.716.7陽(yáng)泉三礦3號(hào)煤6.6614.1焦作王封大煤5.8218.5從表中可以看出，不同煤種孔隙率有很大不同，即使是同一類煤，孔隙率的變化范圍也很大，但總的趨勢(shì)是中等變質(zhì)程度的煤孔隙率最小，變質(zhì)程度變小和變大時(shí)，孔隙率都會(huì)增大。2瓦斯在煤體內(nèi)的賦存狀態(tài)瓦斯在煤體中以游離和吸附狀兩種狀態(tài)存在。游離狀態(tài)游離狀態(tài)也稱自由狀態(tài)，存在于

5、煤的孔隙和裂隙中。這種狀態(tài)的瓦斯以自由氣體存在，呈現(xiàn)出的壓力服從自由氣體定律。游離瓦斯量的大小主要取決于煤的孔隙率，在相同的瓦斯壓力下，煤的孔隙率越大，則所含游離瓦斯量也越大。在貯存空間一定時(shí)，其游離瓦斯量的大小與瓦斯壓力成正比，與瓦斯溫度成反比。吸附狀態(tài)吸附狀態(tài)的瓦斯包括吸附在煤的微孔表面上的吸著瓦斯和煤的微粒結(jié)構(gòu)內(nèi)部的吸收瓦斯。吸著狀態(tài)是在孔隙表面的固體分子引力作用下，瓦斯分子被緊密地吸附于孔隙表面上，形成很薄的吸附層；而吸收狀態(tài)是瓦斯分子充填到極其微小的微孔孔隙內(nèi)，占據(jù)著煤分子結(jié)構(gòu)的空位和煤分子之間的空間，如同氣體溶解于液體中的狀態(tài)。吸附瓦斯量的大小，取決于煤的孔隙結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、瓦斯壓力、煤

6、的溫度和濕度等。一般規(guī)律是：煤中的微孔越多、瓦斯壓力越大，吸附瓦斯量越大；隨著煤的溫度增加，煤的吸附能力下降；煤的水分占據(jù)微孔的部分表面積，故煤的濕度越大，吸附瓦斯量越小。煤體中的瓦斯含量是一定的，處于游離狀態(tài)和吸附狀態(tài)的瓦斯量是可以相互轉(zhuǎn)化的，這取決于外界的溫度和壓力等條件變化。當(dāng)壓力升高或溫度降低時(shí)，部分瓦斯將由游離狀態(tài)轉(zhuǎn)化為吸附狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為吸附；相反，如果壓力降低或溫度升高時(shí)，又會(huì)有部分瓦斯由吸附狀態(tài)轉(zhuǎn)化為游離狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為解吸。吸附和解吸是兩個(gè)互逆過(guò)程，這兩個(gè)過(guò)程在原始應(yīng)力下處于一種動(dòng)態(tài)平衡，當(dāng)原始應(yīng)力發(fā)生變化時(shí)，這種動(dòng)平衡狀態(tài)將被破壞。根據(jù)國(guó)內(nèi)外科學(xué)研究成果，現(xiàn)今開(kāi)采深度內(nèi)，煤層中的瓦斯主要是以吸附狀態(tài)存在，游離狀態(tài)的瓦斯只占總量的10%。但在斷層、大的裂隙、孔洞和砂巖內(nèi)，瓦斯則主要以游離狀態(tài)賦存。隨著煤層被開(kāi)采，煤層頂?shù)装甯浇拿簬r產(chǎn)生裂隙，導(dǎo)致透氣性增加，瓦斯壓