瓦斯地質(zhì)學(xué)基本概念及一般規(guī)律

1、第1章緒論瓦斯地質(zhì)學(xué)研究的意義：瓦斯是煤礦安全的第一殺手；瓦斯（煤層氣）是重要的潔凈能源；開(kāi)發(fā)利用煤層氣（瓦斯），減少空氣污染，保護(hù)大氣環(huán)境；瓦斯地質(zhì)理論是瓦斯治理最重要的基礎(chǔ)。瓦斯地質(zhì)學(xué)研究的對(duì)象：瓦斯地質(zhì)學(xué)認(rèn)為瓦斯是煤在地質(zhì)歷史演化過(guò)程中形成的氣體地質(zhì)體，它是 研究瓦斯的形成、運(yùn)移、賦存及發(fā)生瓦斯災(zāi)害的地質(zhì)控制理論的一門(mén)交叉學(xué)科。瓦斯地質(zhì)學(xué)研究的內(nèi)容：瓦斯賦存機(jī)理研究；構(gòu)造煤與瓦斯突出煤體基礎(chǔ)理論研究；瓦斯（煤層氣）抽采地質(zhì)控制機(jī)理研究；煤與瓦斯突出地質(zhì)控制機(jī)理研究。瓦斯地質(zhì)學(xué)的研究方法：瓦斯地質(zhì)規(guī)律研究；瓦斯賦存構(gòu)造逐級(jí)控制理論研究；編制煤礦多級(jí)瓦斯地質(zhì)圖研究。第2章含煤盆地與瓦斯形成含

2、煤盆地系指賦存煤炭的沉積構(gòu)造盆地。中國(guó)以石炭紀(jì)-二疊紀(jì)、三疊紀(jì)（晚三疊世）、侏羅紀(jì)（早、中侏羅世）、白堊紀(jì)（早白堊世）及第 三紀(jì)為主要成煤期。中國(guó)含煤盆地聚煤一般規(guī)律：海相沉積系列聚煤作用與海平面的周期性升降密切相關(guān)，主要煤層多形成于沉積體系域的轉(zhuǎn) 換期；泥炭沼澤可作為獨(dú)立的沉積體系，富集的煤層多形成于廢棄的沉積體系之上，下伏沉積體系僅 僅是泥炭沼澤發(fā)育的平臺(tái)；聚煤盆地的基底構(gòu)造決定富煤帶的分布、煤層的穩(wěn)定性和聚煤豐度，穩(wěn)定地塊基底上聚集了 80% 的已知煤炭資源。瓦斯（煤層氣）次生生物成因：在含煤盆地中，次生生物作用過(guò)程活躍并影響氣體成分的深度間隔稱(chēng)作蝕變帶，一般位于盆地 邊緣或中淺部；不發(fā)

3、生蝕變的氣體一般出現(xiàn)在盆地深部，稱(chēng)原始?xì)鈳?。次生生物成因瓦斯在煤層中生成并保存基本條件是：（1）煤層經(jīng)構(gòu)造抬升進(jìn)入或曾經(jīng)進(jìn)入細(xì)菌 活動(dòng)帶；（2）煤層滲透性較好；（3）有攜帶細(xì)菌的潛水活動(dòng)；（4）煤層壓力高、圍巖封閉性好。煤層瓦斯（或煤氣）發(fā)生率：是表征煤生氣能力的定量參數(shù)，是指成煤物質(zhì)從泥炭到特定煤級(jí)所生 成的烴類(lèi)氣體的總和，包括生物氣和熱演化成因氣。煤層氣的發(fā)生率包括以下幾個(gè)基本概念：（1）煤層氣發(fā)生率一一指從泥炭到特定煤級(jí)瓦斯氣體產(chǎn)生的總量；（2）視煤氣發(fā)生率一一指從褐煤 到特定煤級(jí)瓦斯氣體產(chǎn)生的量；（3）階段生氣率一一指煤化過(guò)程特定階段瓦斯氣體產(chǎn)生的量。煤成烴物質(zhì)來(lái)源：有機(jī)成因天然氣的成

4、氣母巖可分為兩大類(lèi)，即：高等植物在成煤過(guò)程中形成的腐 植質(zhì)；低等植物在成煤過(guò)程中形成的腐泥質(zhì)。前者形成腐植煤類(lèi)，后者形成腐泥煤類(lèi)，兩者都產(chǎn)生 天然氣。煤的成烴演化過(guò)程包括生物地球化學(xué)作用（相當(dāng)于生物煤化作用）和熱力地球化學(xué)作用（相當(dāng)于煤 變質(zhì)作用）兩大階段。瓦斯中的非烴氣體類(lèi)型包括CO2、N2、H2S、CO等。第3章 瓦斯賦存構(gòu)造逐級(jí)控制理論地震波：震源（大小為幾公里到上百公里，深100750km）或人工爆炸（如核爆炸）產(chǎn)生的彈性波，主 要有體波和面波兩大類(lèi)。體波又分為縱波（P波）和橫波（S）兩種。轉(zhuǎn)換斷層：當(dāng)海底分裂，向兩側(cè)移動(dòng)的時(shí)候，由于板塊在一個(gè)球面上移動(dòng)，速度不可能是一致的， 于是大致

5、垂直于分裂帶發(fā)生許多近于平行的平移斷層，稱(chēng)轉(zhuǎn)換斷層。俯沖帶：當(dāng)洋殼板塊向兩側(cè)移動(dòng)，遇著大陸板塊，彼此相碰的時(shí)候，則洋殼板塊由于巖石密度較大， 地位也低，便俯沖于大陸板塊之下。這一俯沖部分的板塊叫作俯沖帶。地槽：對(duì)地層沉積較厚，分布在一個(gè)狹長(zhǎng)的地帶，稱(chēng)之為地槽?？拷箨戇吘?、缺乏火山活動(dòng)的為 冒地槽，向海洋的一側(cè)、有火山活動(dòng)的為優(yōu)地槽。大陸邊緣可分為三種類(lèi)型：大西洋型，安第斯型，島弧型及日本海型。中國(guó)四大構(gòu)造域：古亞洲構(gòu)造域、特提斯構(gòu)造域、古華夏構(gòu)造域和濱太平洋構(gòu)造域。中國(guó)主要深斷裂系統(tǒng)及其特征：古亞洲型斷裂系統(tǒng)、特提斯型斷裂系統(tǒng)、華夏一濱太平洋型斷裂系 統(tǒng)和賀蘭一康滇型斷裂系統(tǒng)。按構(gòu)造特點(diǎn)盆地

6、可分為拗陷與斷陷兩類(lèi)，拗陷一般與拗曲有關(guān)，沒(méi)有斷裂作為邊界；而斷陷則受斷 裂控制，并可再分為裂陷和壓陷兩類(lèi)。板塊構(gòu)造對(duì)中國(guó)煤與瓦斯突出區(qū)域分布的控制：板緣構(gòu)造帶控制著煤與瓦斯突出的敏感地帶；板內(nèi)造山帶控制著煤與瓦斯突出的敏感地帶；深層構(gòu)造陡變帶，是影響煤與瓦斯突出的敏感地帶；深層活動(dòng)斷裂帶是影響煤與瓦斯突出的敏感地帶；推覆構(gòu)造帶是煤與瓦斯突出的敏感地帶；中國(guó)的強(qiáng)變形帶是控制煤與瓦斯突出的敏感地帶。中國(guó)煤與瓦斯突出動(dòng)力災(zāi)害特征：中國(guó)是世界上煤與瓦斯突出動(dòng)力災(zāi)害最嚴(yán)重的國(guó)家；含有高能瓦斯的構(gòu)造煤是煤與瓦斯突出發(fā)生的基礎(chǔ)；煤與瓦斯突出發(fā)生在構(gòu)造擠壓剪切破壞帶。第4章 煤層瓦斯賦存與煤儲(chǔ)層物性特征瓦斯

7、的化學(xué)組分有烴類(lèi)氣體（甲烷及其同系物）、非烴類(lèi)氣體（二氧化碳、氮?dú)?、氫氣、一氧化碳?硫化氫和稀有氣體氦、氬等）。在同一煤階中，通常是烴類(lèi)氣體含量隨埋藏深度的增大而增加，重?zé)N氣主要分布于未受風(fēng)化的煤層 中。此外，重?zé)N含量與煤變質(zhì)程度有關(guān)，通常中變質(zhì)煤的重?zé)N含量高，低、高變質(zhì)煤的重?zé)N含量低。對(duì)于非烴類(lèi)氣體，一般而言，越靠近地表，氮?dú)夂投趸嫉暮吭礁?；煤變質(zhì)程度越高，氮?dú)夂?二氧化碳的含量越低。瓦斯生成包括生物成因和熱成因兩個(gè)過(guò)程。煤對(duì)瓦斯的吸附作用主要是物理吸附，是瓦斯分子與碳分子相互吸引的結(jié)果。吸附：是指氣體以凝聚態(tài)或類(lèi)液態(tài)被多孔介質(zhì)所容納的一種過(guò)程。大量研究表明，煤對(duì)氣體的吸附 以物理吸

8、附為主體。影響煤吸附性的因素：煤吸附性大小主要取決于3個(gè)方面的因素，即：煤結(jié)構(gòu)、煤的有機(jī)組成和 煤的變質(zhì)程度；被吸附物質(zhì)的性質(zhì)；煤體吸附所處的環(huán)境條件。解吸：煤層壓力降低到一定程度，煤中被吸附的甲烷開(kāi)始從微孔表面分離，即發(fā)生解吸，它是煤中 吸附氣因儲(chǔ)層壓力降低或溫度升高等而轉(zhuǎn)變成游離氣體的過(guò)程。解吸率和解吸量：通常，把損失氣量與解吸氣量之和與總含氣量之比稱(chēng)為解析率，損失氣量與現(xiàn)場(chǎng) 兩小時(shí)解吸氣量之和為解吸量，即解吸率與實(shí)測(cè)含氣量的乘積。解吸時(shí)間：實(shí)測(cè)瓦斯解吸體積累計(jì)達(dá)到總解吸氣量（STP:標(biāo)準(zhǔn)溫度、壓力）的63.2%時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí) 間稱(chēng)為解吸時(shí)間，它由罐裝煤樣解吸試驗(yàn)求得。解吸速率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)的

9、解吸氣量稱(chēng)為解吸速率。煤層瓦斯含量：煤層瓦斯含量是指單位質(zhì)量的煤中所含有的瓦斯體積（換算為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積） 單位是cm3/g或m3/t。煤層原始瓦斯含量:煤層未受采動(dòng)影響而處于原始賦存狀態(tài)時(shí)，單位質(zhì)量煤中所含有的瓦斯體積（換 算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下體積），稱(chēng)之為煤層原始瓦斯含量，常用m3/t和cm3/g作計(jì)量單位。煤層殘存瓦斯含量：煤層受采動(dòng)影響而涌出一部分瓦斯后，單位質(zhì)量煤中所含有的換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài) 下的瓦斯體積稱(chēng)之為煤層殘存瓦斯含量，常用計(jì)量單位亦是mt和cm3/g作計(jì)量單位。煤的可解吸瓦斯含量：煤的原始瓦斯含量與煤層殘存瓦斯含量之差稱(chēng)為煤的可解吸瓦斯含量，其物 理單位為m3/t或cm3/g。煤的

10、瓦斯容量：煤中瓦斯壓力升高時(shí)，單位質(zhì)量煤所能吸附瓦斯的最大體積（換算為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的 體積），稱(chēng)之為煤的瓦斯容量。煤層瓦斯垂向分帶：煤層中瓦斯的分布狀況由淺到深可劃分為四個(gè)成分帶，自上而下依次為：二 氧化碳氮?dú)鈳?；氮?dú)鈳?；氮?dú)饧淄閹?；甲烷帶。前三個(gè)帶統(tǒng)稱(chēng)為瓦斯風(fēng)化帶，甲烷帶稱(chēng)為瓦 斯帶。瓦斯帶內(nèi)甲烷濃度超過(guò)80%，瓦斯含量隨埋深增加而有規(guī)律的增加，但是增加的瓦斯梯度因 地質(zhì)條件而定。煤儲(chǔ)層壓力：是指作用于煤孔隙和裂隙空間上的流體壓力（包括水壓和氣壓），故又稱(chēng)為孔隙流體 壓力，相當(dāng)于常規(guī)油氣儲(chǔ)層中的油層壓力或氣層壓力。瓦斯壓力：是指在煤田勘探鉆孔或煤礦礦井中測(cè)得的煤層孔隙中的氣體壓力。滲透性：是流

11、體通過(guò)多孔介質(zhì)的能力。絕對(duì)滲透率：若孔隙中只存在一相流體，且流體與介質(zhì)不發(fā)生任何物理化學(xué)作用，則多孔介質(zhì)允許 流體通過(guò)的能力稱(chēng)為絕對(duì)滲透率。有效（相）滲透率：若孔隙中存在多相流體，則多孔介質(zhì)允許每一相流體通過(guò)的能力稱(chēng)為每相流體 的相滲透率，也稱(chēng)為有效滲透率。相對(duì)滲透率：有效（相）滲透率與絕對(duì)滲透率的比值稱(chēng)為相對(duì)滲透率。第5章煤體結(jié)構(gòu)與構(gòu)造煤煤體結(jié)構(gòu)：指煤層在地質(zhì)歷史演化過(guò)程中經(jīng)受各種地質(zhì)作用后表現(xiàn)的結(jié)構(gòu)特征。原生結(jié)構(gòu)煤：指保留了原生沉積結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征的煤層，原生結(jié)構(gòu)煤的煤巖成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、內(nèi) 生裂隙清晰可辨。構(gòu)造煤：煤層在構(gòu)造應(yīng)力作用下，發(fā)生成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的變化，引起煤層破壞、粉化、增厚、

12、減 薄等變形作用和煤的降解、縮聚等變質(zhì)作用的產(chǎn)物。溫度、壓力及其作用持續(xù)的時(shí)間是引起煤發(fā)生變質(zhì)作用的三個(gè)主要因素，而其中起主導(dǎo)作用的是溫 度。煤的深成變質(zhì)作用：指沉降到地下深處的煤層，受到地?zé)峒吧细矌r系產(chǎn)生的靜壓力的作用，發(fā)生了 變質(zhì)程度隨深度增加而增加的變質(zhì)作用。煤的區(qū)域巖漿熱變質(zhì)作用：指聚煤坳陷內(nèi)有巖漿活動(dòng)，巖漿及其所攜帶氣液體的熱量可使地溫場(chǎng)增 高，形成地?zé)岙惓?，從而引起煤的變質(zhì)作用。煤的接觸變質(zhì)作用：指巖漿直接接觸或侵入煤層，由其所帶來(lái)的高溫、氣體、液體和壓力，促使煤 發(fā)生變質(zhì)的作用。煤的動(dòng)力變質(zhì)作用：指地殼構(gòu)造變動(dòng)促使煤發(fā)生變質(zhì)的作用。煤的瓦斯放散初速度（AP）：表示充有瓦斯的煤樣

13、放散瓦斯快慢的程度，它是預(yù)測(cè)煤與瓦斯突出的 一個(gè)指標(biāo)。滲透性：指煤儲(chǔ)層的孔裂隙系統(tǒng)在一定的壓差下，流體介質(zhì)可以發(fā)生滲流通過(guò)的性質(zhì)。煤化度（P）：即煤的化學(xué)成熟程度，是描述整個(gè)煤樣的參數(shù)。構(gòu)造煤的宏觀結(jié)構(gòu)分為碎裂結(jié)構(gòu)、碎粒結(jié)構(gòu)、糜棱結(jié)構(gòu)3種類(lèi)型，相應(yīng)的煤體為碎裂煤、碎粒煤和糜棱煤。第六章瓦斯地質(zhì)規(guī)律是指揭示瓦斯與地質(zhì)因素之間內(nèi)在聯(lián)系的規(guī)律。瓦斯地質(zhì)的主要研究觀點(diǎn)：（1）不同級(jí)別的地質(zhì)單元都存在著自身的瓦斯地質(zhì)規(guī)律。（2）揭示瓦斯地質(zhì)規(guī)律首先從主控地質(zhì)因素入手。瓦斯地質(zhì)的主要研究?jī)?nèi)容：（1）構(gòu)造煤形成分布規(guī)律。（2）瓦斯賦存構(gòu)造控制機(jī)理。（3）煤與瓦斯突出地質(zhì)控制機(jī)理。（4）瓦斯抽采地質(zhì)控制機(jī)理。

14、瓦斯地質(zhì)規(guī)律研究是瓦斯地質(zhì)學(xué)的核心內(nèi)容，是瓦斯預(yù)測(cè)、治理的基礎(chǔ)。瓦斯含量是指成煤過(guò)程中煤層經(jīng)受地質(zhì)歷史演化作用儲(chǔ)存在煤層中單位體積或單位質(zhì)量的煤所含的瓦斯體積量（m3/m3或m3/t）。低瓦斯一一拉張活動(dòng)、風(fēng)化剝蝕；高瓦斯一一擠壓作用、連續(xù)拗陷沉積。瓦斯含量主控因素：（1）地質(zhì)演化歷史（2）區(qū)域構(gòu)造背景（3）煤化程度（4）沉積環(huán)境煤與瓦斯突出機(jī)理研究還處在假說(shuō)階段，目前，大多數(shù)人認(rèn)可綜合作用假說(shuō)，認(rèn)為，煤與瓦斯突出是地應(yīng)力、煤體中的瓦斯、煤的物理力學(xué)性質(zhì)三者共同作用的結(jié)果。煤層瓦斯含量煤層瓦斯含量是單位質(zhì)量煤中所含的瓦斯體積（換算為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）量，單位是m3/t或cm3/g。煤層原始（或天然）瓦

15、斯含量煤層未受采動(dòng)影響時(shí)的瓦斯含量稱(chēng)為煤層原始（或天然）瓦斯含量。殘存瓦斯含量煤層受采動(dòng)影響，已部分排放了瓦斯后煤層中剩余的瓦斯含量。巖層瓦斯含量單位質(zhì)量（或體積）巖石中所含的瓦斯體積。簡(jiǎn)述煤層瓦斯含量測(cè)定方法直接法與間接法及其優(yōu)缺點(diǎn)。1）直接法直接從煤體內(nèi)采取煤樣，在現(xiàn)場(chǎng)解吸，然后將煤樣送到實(shí)驗(yàn)室，用真空泵抽取瓦斯，并分析其瓦斯成份，然后進(jìn)行煤質(zhì)工業(yè)分析，計(jì)算確定煤層瓦斯含量。優(yōu)點(diǎn)：直接測(cè)定。缺點(diǎn)：試樣采取過(guò)程中逸散瓦斯量需要數(shù)學(xué)模型推斷。突出煤層瓦斯損失量的經(jīng)驗(yàn)公 式尚不完善。2）間接法先在井下實(shí)測(cè)或根據(jù)賦存規(guī)律推算煤層瓦斯壓力，并在實(shí)驗(yàn)室測(cè)定煤的孔隙率、吸附等溫線和煤的工業(yè)分析，然后再計(jì)

16、算煤層瓦斯含量。優(yōu)點(diǎn)：煤樣不須密封，采樣方法簡(jiǎn)單，且如果已知煤層各個(gè)不同區(qū)域的瓦斯壓力，則可根據(jù)吸附等溫線 推算各個(gè)不同區(qū)域的煤層瓦斯含量。缺點(diǎn)：需要在井下實(shí)測(cè)煤層瓦斯壓力。煤的瓦斯含量越大，煤樣越破碎，損失瓦斯量所占比例也越大。為了提高煤層瓦斯含量的測(cè)定精度，應(yīng)盡量減少煤樣的暴露時(shí)間，盡量選取較大粒度的煤樣，以減小瓦斯損失量在煤樣總瓦斯量中所占的比重。絕對(duì)瓦斯涌出量：指單位時(shí)間涌出的瓦斯體積，單位為m3/d或m3/min。相對(duì)瓦斯涌出量：指礦井在正常生產(chǎn)條件下，平均日產(chǎn)1t煤同期所涌出的瓦斯量，單位是m3/t。瓦斯涌出量中除開(kāi)采煤層涌出的瓦斯外，還有來(lái)自鄰近層和圍巖的瓦斯，所以相對(duì)瓦斯涌出量

17、一般 要比瓦斯含量大。一個(gè)礦井中只要有一個(gè)煤（巖）層發(fā)現(xiàn)瓦斯，該礦井即為瓦斯礦井。瓦斯礦井必須依照礦井瓦斯等 級(jí)進(jìn)行管理。瓦斯噴出源有兩種：地質(zhì)生成瓦斯源和生產(chǎn)生成瓦斯源。地質(zhì)生成瓦斯源是指噴出的瓦斯來(lái)源于成煤地質(zhì)過(guò)程中，大量瓦斯積聚在地質(zhì)的裂隙和空洞內(nèi)，當(dāng) 采礦工程揭露這些地層時(shí)，瓦斯就從裂隙及空洞中涌出，形成瓦斯噴出。生產(chǎn)生成瓦斯源是指噴出的瓦斯來(lái)源于：因開(kāi)采松動(dòng)卸壓的影響，使開(kāi)采層鄰近的煤層卸壓而形成 大量解吸瓦斯，當(dāng)游離瓦斯積集達(dá)到一定能量時(shí)，沖破層間巖石而向回采巷道噴出。對(duì)地質(zhì)生成的瓦斯噴出危險(xiǎn)，應(yīng)在有噴出危險(xiǎn)的區(qū)域中進(jìn)行采礦工程時(shí)，加強(qiáng)地質(zhì)工作，如采取打 前探鉆孔、打排瓦斯鉆孔，加

18、大危險(xiǎn)區(qū)域的風(fēng)量，將噴出的瓦斯直接引入回風(fēng)巷或抽放瓦斯管路內(nèi)， 嚴(yán)禁工作面之間的串聯(lián)通風(fēng)；為防治生產(chǎn)生成的瓦斯噴出，在開(kāi)采近距離保護(hù)層時(shí)，必須加強(qiáng)回采初期被保護(hù)層卸壓瓦斯的抽放， 如加密鉆孔等；搞好頂板管理工作，當(dāng)懸頂過(guò)長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)采取人工強(qiáng)制放頂?shù)?。煤層（包括可采層和鄰近層）和圍巖的瓦斯含量是瓦斯涌出量大小的決定因素，它們的瓦斯含量越 高，礦井瓦斯涌出量就越大。當(dāng)前礦井的瓦斯涌出量預(yù)測(cè)把煤層瓦斯含量作為主要依據(jù)。隨著開(kāi)采深度的增大，煤層的瓦斯含量將增大，因而礦井瓦斯涌出量會(huì)相應(yīng)地增大。開(kāi)采規(guī)模是指開(kāi)拓、開(kāi)采范圍以及礦井的產(chǎn)量而言。對(duì)某一礦井來(lái)說(shuō)，開(kāi)采規(guī)模越大，礦井的絕對(duì) 瓦斯涌出量也就越大；但就

19、礦井的相對(duì)瓦斯涌出量來(lái)說(shuō)，情況比較復(fù)雜。如果礦井是靠改進(jìn)采煤工 藝，提高工作面單產(chǎn)來(lái)增大產(chǎn)量的，則相對(duì)瓦斯涌出量會(huì)有明顯的減少，原因?yàn)椋旱谝?，與采面無(wú) 關(guān)的瓦斯源的瓦斯涌出量在產(chǎn)量提高時(shí)無(wú)明顯增大；二是隨著開(kāi)采速度加快，鄰近層及采落煤的殘 存瓦斯量將增大。如果礦井僅是靠擴(kuò)大開(kāi)采規(guī)模來(lái)增大產(chǎn)量的，則礦井相對(duì)瓦斯涌出量或增大，或 保持不變。在厚煤層分層開(kāi)采時(shí)，不同分層的瓦斯涌出量也有很大的差別。一般情況是，第一分層瓦斯涌出量 最大，最后一個(gè)分層瓦斯涌出量最小。采煤方法的回采率越低，瓦斯涌出量就越大，因?yàn)閬G煤中所含瓦斯的絕大部分仍要涌入巷道。在開(kāi)采煤層群時(shí)，由于采用陷落法管理頂板比采用填法管理頂板時(shí)

20、能造成頂板更大范圍的破壞與松 動(dòng)，因而采用陷落法管理頂板的工作面的瓦斯涌出量比采用充填法管理頂板的工作面的瓦斯涌出量 大。地面大氣壓的變化對(duì)煤層暴露面的瓦斯涌出量沒(méi)有多大影響，但對(duì)采空區(qū)瓦斯涌出有較大的影響。 在生產(chǎn)規(guī)模較大，采空區(qū)瓦斯涌出量占很大比重的礦井，當(dāng)氣壓突然下降時(shí)，采空區(qū)積存的瓦斯會(huì) 更多地涌入風(fēng)流中，使礦井瓦斯涌出量增大；當(dāng)氣壓變大時(shí)，礦井瓦斯涌出量會(huì)明顯減小。礦井中有瓦斯參與的，且有動(dòng)力效應(yīng)顯現(xiàn)的現(xiàn)象統(tǒng)稱(chēng)為煤與瓦斯突出。經(jīng)區(qū)域預(yù)測(cè)后，突出煤層劃分為突出危險(xiǎn)區(qū)和無(wú)突出危險(xiǎn)區(qū)。未進(jìn)行區(qū)域預(yù)測(cè)的區(qū)域視為突出危險(xiǎn)區(qū)。根據(jù)煤層瓦斯壓力或瓦斯含量進(jìn)行區(qū)域預(yù)測(cè)的臨界值是瓦斯壓力大于等于0.7

21、4MPa或瓦斯含量大 于等于8m3/t為突出危險(xiǎn)區(qū)，其他為無(wú)突出危險(xiǎn)區(qū)。有突出礦井的煤礦企業(yè)、突出礦井應(yīng)當(dāng)根據(jù)突出礦井的實(shí)際狀況和條件，制定區(qū)域綜合防突措施和 局部綜合防突措施。區(qū)域綜合防突措施包括下列內(nèi)容：（一）區(qū)域突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)；（二）區(qū)域防突措施；（三）區(qū)域措 施效果檢驗(yàn)；（四）區(qū)域驗(yàn)證。局部綜合防突措施包括下列內(nèi)容：（一）工作面突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)；（二）工作面防突措施；（三）工作面措施效果檢驗(yàn)；（四）安全防護(hù)措施。補(bǔ)充：煤化作用過(guò)程中會(huì)不斷地產(chǎn)生瓦斯，煤化程度越高，生成的瓦斯量越多。即在其他因素恒定的條件 下，煤的變質(zhì)程度越高，煤層瓦斯含量越大。煤層圍巖是指包括煤層直接頂、老頂和直接底板等

22、在內(nèi)的一定厚度范圍的煤層頂?shù)讕r層。煤層圍巖 對(duì)瓦斯賦存的影響，取決于它的隔氣和透氣性能。當(dāng)煤層頂板巖性為致密完整的巖石，如頁(yè)巖、油頁(yè)巖 和泥巖時(shí)，煤層中的瓦斯容易被保存下來(lái)；頂板為多孔隙或脆性裂隙發(fā)育的巖石，如礫巖、砂巖時(shí)，瓦 斯容易逸散。褶皺構(gòu)造褶皺的類(lèi)型、封閉情況和復(fù)雜程度對(duì)瓦斯賦存均有影響。當(dāng)煤層頂板巖石透氣性差，且未遭受構(gòu)造破壞時(shí)，背斜有利于瓦斯的儲(chǔ)存，是良好的儲(chǔ)氣構(gòu)造，背 斜軸部的瓦斯會(huì)相對(duì)聚集，瓦斯含量增大。在向斜盆地構(gòu)造的礦區(qū)，頂板封閉條件良好時(shí)，瓦斯沿垂直 地層方向運(yùn)移比較困難，大部分瓦斯僅能沿兩翼流向地表，但在盆地的邊緣部分，若含煤地層暴露面積 大，則便于瓦斯排放。緊密閉褶皺

23、地區(qū)往往瓦斯含量較高，因?yàn)檫@些地區(qū)帶受強(qiáng)烈構(gòu)造作用，應(yīng)力集中； 同時(shí)，發(fā)生褶皺的巖層往往塑性較強(qiáng)，易褶不易斷，封閉性較好，因而有利于瓦斯的聚集和保存。斷裂構(gòu)造斷裂構(gòu)造破壞了煤層的連續(xù)完整性，使煤層瓦斯運(yùn)移條件發(fā)生變化。有的斷層有利于瓦斯排放，有 的斷層對(duì)抑制瓦斯排放而成為逸散的屏障。前者稱(chēng)為開(kāi)放型斷層，后者稱(chēng)為封閉型斷層。斷層的開(kāi)放性 與封閉性取決于下列條件：斷層屬性和力學(xué)性質(zhì)，一般張性正斷層屬開(kāi)放型，而壓性或壓扭性逆斷層 通常具有封閉性；斷層與地表或與沖積層的連通情況，規(guī)模大且與地表相通或與沖積層相連的斷層一 般為開(kāi)放型；斷層將煤層斷開(kāi)后，煤層與斷層另一盤(pán)接觸的巖層性質(zhì)有關(guān)，若透氣性好則利于

24、瓦斯排 放；斷層帶的特征、斷層帶的充填情況、緊閉程度、裂隙發(fā)育情況等都會(huì)影響到斷層的開(kāi)放性或封閉 性。一般而言，煤層中的瓦斯壓力隨著埋藏深度的增加而增大。在一定深度范圍內(nèi)，煤層瓦斯含量亦隨埋 藏深度的增大而增加；當(dāng)埋藏深度繼續(xù)增大時(shí)，瓦斯含量增加的幅度將會(huì)減緩。個(gè)別礦井的煤層，隨著煤層埋藏深度的增加瓦斯涌出量反而相對(duì)減小。如徐州礦務(wù)局大黃山礦，屬于低 瓦斯礦井，位處較淺的煤盆地，煤層傾角大，在新、老不整合面上有厚層低透氣性蓋層，瓦斯主要沿煤 層向地表運(yùn)移。由于煤盆地范圍小，深部缺乏足夠的瓦斯補(bǔ)給，當(dāng)從盆地四周由淺部向深部開(kāi)采時(shí)，瓦 斯涌出量隨著開(kāi)采深度的增加而減小。地下水的活動(dòng)有利于瓦斯的逸散

25、。地下水和瓦斯占有的空間是互補(bǔ)的，這種相逆的關(guān)系，常表現(xiàn)為 水量大的地帶，瓦斯量相對(duì)較小，反之亦然。自上而下依次為：二氧化碳氮?dú)鈳?；氮?dú)鈳В坏獨(dú)饧淄閹?；甲烷帶。前三個(gè)帶統(tǒng)稱(chēng)為瓦斯 風(fēng)化帶，甲烷帶稱(chēng)為瓦斯帶。瓦斯帶內(nèi)甲烷濃度超過(guò)80%，瓦斯含量隨埋深增加而有規(guī)律的增加，但 是增加的瓦斯梯度因地質(zhì)條件而定。煤儲(chǔ)層壓力總體上與埋深呈線性正相關(guān)關(guān)系，煤層埋藏深度增加，儲(chǔ)層壓力隨之增高。煤體在一定的溫度、壓力條件下，發(fā)生脆性破壞、韌性變形和介于兩者之間的脆韌性變形。瓦斯解吸是瓦斯吸附的逆過(guò)程，由于減壓、升溫，煤的瓦斯吸附平衡被破壞，瓦斯由吸附態(tài)變成游 離態(tài)的過(guò)程。瓦斯擴(kuò)散是在濃度梯度的作用下，瓦斯（如甲

26、烷分子）從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域轉(zhuǎn)移，直到均勻 分布的現(xiàn)象。煤的瓦斯放散初速度（AP）表示充有瓦斯的煤樣放散瓦斯快慢的程度，機(jī)械力化學(xué)的概念，即“物質(zhì)受機(jī)械力作用而發(fā)生化學(xué)變化或者物理變化的現(xiàn)象根據(jù)煤化作用理論，溫度、壓力和時(shí)間是影響煤化作用的主要因素。煤結(jié)構(gòu)演化是富碳、去氫、脫氧的過(guò)程構(gòu)造應(yīng)力（構(gòu)造作用）影響有機(jī)質(zhì)動(dòng)力演化的方式，可以概括為摩擦熱觀點(diǎn)、應(yīng)變能觀點(diǎn)和力化學(xué) 觀點(diǎn)等3種構(gòu)造煤熱解甲烷生成量比原生結(jié)構(gòu)煤要小的多，反映構(gòu)造煤的生氣潛力小。煤層瓦斯賦存高低、煤層瓦斯涌出量大小，煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性等，主要取決于煤層瓦斯的生成條件和 保存條件，23.按照防治煤與瓦斯細(xì)則強(qiáng)化防突措施，將煤層

27、瓦斯壓力降至0.74兆帕以下，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到煤層 無(wú)突出危險(xiǎn)后，方可生產(chǎn)。現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的方向和大小與煤層氣儲(chǔ)層的關(guān)系密切。如果現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)最大主應(yīng)力方向與裂 隙的走向一致，則該方向的滲透率最高；如果最大主應(yīng)力方向與裂隙走向垂直，則該方向滲透率較低。27.地下水的運(yùn)移對(duì)瓦斯賦存存在兩方面作用：一是水運(yùn)移造成瓦斯逸散，最常見(jiàn)的是導(dǎo)水性斷層的存 在溝通了煤層與含水層，造成瓦斯的散失，我國(guó)的太行山東麓、魯西南等地區(qū)均存在此類(lèi)情況；二是地 下水的運(yùn)移可以造成瓦斯的富集與封堵，美國(guó)圣胡安盆地水果地組的高滲、高壓帶即屬此類(lèi)情況。煤的瓦斯吸附量不隨煤的破壞程度增高而增加，這表明，決定煤比表積的微孔體積不受煤破壞程度 的影響。這一結(jié)果受到來(lái)自?xún)蓚€(gè)方面的支持：一是實(shí)驗(yàn)表明，構(gòu)造煤沒(méi)有增大其吸附容量；二是構(gòu)造破 壞不影響到微孔體積的增加，進(jìn)而也不