《礦井瓦斯防治技術》課件-項目一 瓦斯基本參數(shù)及測定

礦井瓦斯防治技術項目一瓦斯基本參數(shù)及測定第1講

礦井瓦斯生成、性質(zhì)及危害一、礦井瓦斯基本概念三、礦井瓦斯的性質(zhì)二、礦井瓦斯的生成四、礦井瓦斯的危害一、礦井瓦斯基本概念三、礦井瓦斯的性質(zhì)二、礦井瓦斯的生成四、礦井瓦斯的危害廣義上：礦井瓦斯是煤礦生產(chǎn)過程中，從煤、巖內(nèi)涌出的以甲烷為主的各種有害氣體的總稱。煤礦井下的有害氣體有甲烷（沼氣）、乙烷、二氧化碳、一氧化碳、硫化氫、二氧化硫、氮氧化物、氫、氮等，其中甲烷所占比重最大，在80％以上。狹義上：礦井瓦斯單指甲烷。二、礦井瓦斯的生成

煤與瓦斯相伴相生植物死亡，遺體堆積

植物遺體沉積被掩埋

經(jīng)成煤作用，生成各種煤種伴隨生成烴類、二氧化碳、氫氣等二、礦井瓦斯的生成

有機物堆積在沼澤和三角相的環(huán)境中生成的泥炭層初始溫度不超過65℃經(jīng)厭氧微生物分解而生成瓦斯可用纖維素的化學反應方程式來表達。02014C6H10O5→7CH4↑+8CO2↑+C9H6O+3H2O

2C6H10O5→CH4↑+2CO2↑+C9H6O+?5H2O（生物化學作用成氣時期）二、礦井瓦斯的生成

A有機物堆積在沼澤和三角相的環(huán)境中B生成的泥炭層初始溫度不超過65℃C經(jīng)厭氧微生物分解而生成瓦斯D可用纖維素的化學反應方程式來表達。（生物化學作用成氣時期）生成的泥炭層埋層淺A上覆膠固物致密性不好B瓦斯擴散、滲透到大氣中C瓦斯一般不會保存到煤層中D二、礦井瓦斯的生成

（煤化變質(zhì)作用成氣時期）泥炭層下沉且埋藏較深上覆層越積越厚且已固化壓力和溫度增高泥炭進一步變?yōu)楹置?、煙煤、無煙煤0203014C16H18O5→3CH4↑+4CO2↑+C57H56O10+2H2O（泥炭）（褐煤）C57H56O10→2CH4↑+CO2↑+C54H42O5+3H2O（褐煤）（瀝青煤）

C15H14O→2CH4↑+C13H4+H2O

（煙煤）（無煙煤）二、礦井瓦斯的生成

（煤化變質(zhì)作用成氣時期）從褐煤到煙煤，再到無煙煤，隨煤化程度的增高，生成瓦斯量增大三、礦井瓦斯的性質(zhì)

BDACE滲透性極高，瓦斯在煤層中易于運移無色、無味、無嗅、無毒，具有窒息性微溶于水，溶解度為3.5L/100L水

比空氣輕，相對空氣比重0.5545擴散性極強，擴散系數(shù)0.196cm2/s，約為空氣的1.6倍三、礦井瓦斯的性質(zhì)

瓦斯燃燒：a：瓦斯?jié)舛取?%，微燃。b：瓦斯?jié)舛取?5%，遇新鮮空氣會發(fā)生穩(wěn)定燃燒。瓦斯爆炸：瓦斯?jié)舛仍?%~15%，在空氣中遇到火源會發(fā)生爆炸四、礦井瓦斯的危害

BDACE引起瓦斯爆炸事故污染環(huán)境，加劇大氣“溫室效應”發(fā)生煤與瓦斯突出事故

可造成瓦斯窒息事故可釀成瓦斯燃燒事故礦井瓦斯防治技術項目一瓦斯基本參數(shù)及測定第2講煤層瓦斯賦存狀態(tài)及垂直分帶一、煤層瓦斯賦存狀態(tài)(3)煤體內(nèi)具有大量的孔隙，按照孔徑大小分類。微孔：直徑小于0.01μm，構成煤的吸附空間。A小孔：直徑為0.01～0.1μm，構成瓦斯凝結(jié)和擴散空間。B中孔：直徑為0.1～1μm，構成瓦斯層流滲流的空間。C大孔：直徑為1～100μm，構成強烈層流滲透的空間。D可見孔和裂隙：大于100μm，構成層流紊流及混合滲流空間。E煤的孔隙率與煤的變質(zhì)程度有一定關系一、煤層瓦斯賦存狀態(tài)(3)吸附瓦斯游離瓦斯吸收狀態(tài)吸著狀態(tài)煤體孔隙一、煤層瓦斯賦存狀態(tài)(3)（游離瓦斯）游離瓦斯量的大小主要取決于煤的孔隙率大小。在貯存空間一定時，儲量大小與瓦斯壓力和溫度有關。

游離狀態(tài)也叫自由狀態(tài)，存在于煤的孔隙和裂隙中。游離瓦斯呈現(xiàn)出的壓力服從自由氣體定律。一、煤層瓦斯賦存狀態(tài)(3)（吸附瓦斯）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。煤溫增加，吸附能力下降。吸著瓦斯吸附于孔隙表面吸收瓦斯分子充填到極其微小的微孔孔隙內(nèi)。煤中的微孔越多、瓦斯壓力越大，吸附瓦斯量越大。一、煤層瓦斯賦存狀態(tài)(3)（游離瓦斯）在一定條件下，游離瓦斯和吸附瓦斯可以相互轉(zhuǎn)化。當煤體內(nèi)壓力降低，溫度升高時，吸附瓦斯轉(zhuǎn)化為游離瓦斯（解吸）當煤體內(nèi)壓力升高，溫度降低時，游離瓦斯轉(zhuǎn)化為吸附瓦斯（吸附）二、煤層瓦斯垂直分帶

煤層瓦斯向地表運移和逸散；地面空氣向煤層深部滲透和擴散。兩種反向運移的結(jié)果，形成了煤層中各種氣體成分由淺到深有規(guī)律地變化，呈現(xiàn)出沿賦存深度方向上的帶狀分布。煤層瓦斯沿深度方向的運移二、煤層瓦斯垂直分帶

煤層瓦斯垂直分帶深度氮氣帶甲烷帶二氧化碳—氮氣帶氮氣—甲烷帶數(shù)據(jù)表明：甲烷帶中甲烷含量在80%以上，而其它各帶甲烷含量逐漸減少或消失，因此，氮氣—二氧化碳帶、氮氣帶、氮氣—甲烷帶統(tǒng)稱為瓦斯風化帶。二、煤層瓦斯垂直分帶

(3)瓦斯風化帶下部邊界深度按以下任一指標確定煤層的相對瓦斯涌出量達到2m3/tA瓦斯組分中甲烷組分含量達到80%B煤層內(nèi)的瓦斯壓力為0.1～0.15MPaC瓦斯含量2～3m3/t（煙煤）5～7m3/t（無煙煤）D二、煤層瓦斯垂直分帶

(3)瓦斯風化帶的深度取決于井田地質(zhì)和煤層賦存條件圍巖性質(zhì)A煤層有無露頭B斷層發(fā)育情況C煤層傾角D地下水E礦井瓦斯防治技術項目一瓦斯基本參數(shù)及測定第3講礦井瓦斯含量及影響因素一、煤層瓦斯含量(3)分類01原始含量：指未受采動及抽采影響的煤體內(nèi)瓦斯含量。02殘余含量：指受采動及抽采影響現(xiàn)存瓦斯含量。03原煤瓦斯含量：單位質(zhì)量原煤中含有的瓦斯量。04可燃基瓦斯含量：原煤中可燃部分煤中的瓦斯含量。煤層瓦斯含量：指在礦井大氣條件下（20℃，0.1Mpa）單位質(zhì)量煤體中所含的瓦斯氣體體積，一般用m3/t表示。二、煤層瓦斯含量影響因素瓦斯生成量與瓦斯含量之間的關系？理論上約為100～400m3/t生成量一般最大不超30～40m3/t瓦斯含量逸散到地表或運移到儲氣構造中瓦斯去哪了？影響因素ABC生成瓦斯量瓦斯運移條件煤保存瓦斯的能力吸附性孔隙率煤的變質(zhì)程度二、煤層瓦斯含量影響因素二、煤層瓦斯含量影響因素當成煤后時，煤田為新的覆蓋物覆蓋，從而減緩了煤層瓦斯的逸散。地表下沉0102地殼上升成煤后剝蝕作用加強給煤層瓦斯向地表運移提供了條件地質(zhì)變化對煤層瓦斯的影響煤田地質(zhì)變化對煤中瓦斯的生成和排放都起著一定的作用！二、煤層瓦斯含量影響因素煤層埋藏深度是決定煤層瓦斯含量大小的主要因素。當深度不大時，煤層的瓦斯含量隨深度呈線性增加；當深度很大時，瓦斯含量趨于常量。煤層中的瓦斯向地表運移的距離就越長，散失越困難。煤層在地應力作用下降低了透氣性，有利于保存瓦斯。煤層埋深增加二、煤層瓦斯含量影響因素封閉型地質(zhì)構造有利于瓦斯的貯存0102開放型的地質(zhì)構造有利于瓦斯排放地質(zhì)構造對煤層瓦斯含量的影響地質(zhì)構造是影響煤層瓦斯含量的最重要因素之一！二、煤層瓦斯含量影響因素受擠壓作用頂板巖層和兩翼煤層的透氣性變小，利于軸部瓦斯的積聚和封存。開采高透氣性煤層時，軸部瓦斯容易通過構造裂隙轉(zhuǎn)移到向斜的翼部，瓦斯含量反而減少。向斜構造一般軸部的瓦斯含量比翼部高。1—不透氣巖層；2—瓦斯含量增高部位；3—煤層向斜構造的影響二、煤層瓦斯含量影響因素開放性斷層（張性、張扭性或?qū)詳鄬樱┯欣谕咚古欧?，煤層瓦斯含量降低?1封閉性斷層（壓性、壓扭性、不導水斷層）有利于瓦斯存貯，煤層瓦斯含量增大。02如果斷層的規(guī)模大而斷距大時，在斷層附近也可能出現(xiàn)一定寬度的瓦斯含量降低區(qū)031—瓦斯喪失區(qū)；2—瓦斯含量降低區(qū)；3—瓦斯含量異常增高區(qū)；4—瓦斯含量正常增高區(qū)二、煤層瓦斯含量影響因素煤層傾角越大，瓦斯含量降低；煤層傾角越小，煤層瓦斯含量升高。0102煤層有露頭，煤層瓦斯含量小；地表無露頭的，煤層瓦斯含量大。煤層傾角和露頭對煤層瓦斯含量的影響煤層傾角和露頭是影響煤層瓦斯含量的重要因素之一！二、煤層瓦斯含量影響因素高變質(zhì)無煙煤（如石墨），煤吸附瓦斯的能力急劇減小，煤層瓦斯含量反而大大降低。煤的變質(zhì)程度越高，生成的瓦斯量越大，瓦斯含量也就越大。煤吸附瓦斯的能力隨煤的變質(zhì)程度的提高而增大，變質(zhì)程度高的煤往往能夠保存更多的瓦斯。變質(zhì)程度的影響二、煤層瓦斯含量影響因素地下水活躍的地區(qū)裂隙發(fā)育，瓦斯易于排放，減小瓦斯含量。0102地下水也可以帶走大量的瓦斯，降低煤層瓦斯含量。地下水對礦物質(zhì)溶解和侵蝕，增強透氣性，增大瓦斯的散失量。03水文地質(zhì)條件對瓦斯含量的影響二、煤層瓦斯含量影響因素煤層瓦斯含量受多種因素的影響煤層瓦斯含量差別很大不同煤田不同區(qū)域瓦斯含量差異較大同一煤田找出影響本礦瓦斯含量主要因素如何對待？礦井瓦斯防治技術項目一瓦斯基本參數(shù)及測定第4講煤層瓦斯壓力及分布規(guī)律一、煤層瓦斯壓力的概念(1)(2)(3)

煤層瓦斯壓力是指賦存在煤層孔隙中的游離瓦斯游離瓦斯作用于孔隙壁的氣體壓力。一、煤層瓦斯壓力的概念(1)(2)（1）煤層瓦斯原始壓力：指未受采礦采動及抽采影響的煤體內(nèi)的瓦斯壓力。（2）煤層瓦斯殘存壓力：指受采礦采動及抽采影響的煤體內(nèi)現(xiàn)存的瓦斯壓力。

煤層瓦斯壓力是指賦存在煤層孔隙中的游離瓦斯游離瓦斯作用于孔隙壁的氣體壓力。二、煤層瓦斯壓力與含量的關系

煤層瓦斯壓力是決定煤層瓦斯含量一個主要因素，當煤的孔隙率相同時，游離瓦斯量與瓦斯壓力成正比；當煤的吸附瓦斯能力相同時，煤層瓦斯壓力越高，煤的吸附瓦斯量越大。煤層瓦斯壓力也是間接法預測煤層瓦斯含量的必備參數(shù)。在瓦斯噴出、煤與瓦斯突出的發(fā)生、發(fā)展過程中，瓦斯壓力也起著重大作用，瓦斯壓力是預測突出的主要指標之一。三、煤層瓦斯壓力分布的一般規(guī)律三、煤層瓦斯壓力分布的一般規(guī)律例1-1某礦井瓦斯風化帶深度為250m，測得-400m水平（地面標高100m）的煤層瓦斯壓力為0.784MPa，試預測-460m水平煤層的瓦斯壓力。解

H0=250m，取P0=0.196MPa，瓦斯梯度為：=0.00235MPa/m

預測—460m水平煤層的瓦斯壓力為：=0.196+0.00235×（560—250）=0.925MPa經(jīng)推算，-460m水平的煤層瓦斯壓力為0.925MPa。礦井瓦斯防治技術項目一瓦斯基本參數(shù)及測定任務5礦井瓦斯涌出及影響因素一、礦井瓦斯涌出形式(1)(2)(3)

礦井建設和生產(chǎn)過程中煤巖體遭受到破壞，儲存在煤巖體內(nèi)的部分瓦斯將會離開煤巖體釋放到井巷和采掘工作面空間，這種釋放現(xiàn)象稱為礦井瓦斯涌出。通過煤層或巖層的孔隙、裂隙，從暴露面上緩慢、連續(xù)不斷的涌出。采掘時，在極短的時間內(nèi)，瓦斯由煤體、圍巖內(nèi)突然、大量的涌出，有時還伴有煤粉、煤塊和巖石等。普通涌出特殊涌出二、礦井瓦斯涌出來源(1)三、礦井瓦斯涌出量計算(1)(2)(3)

1.礦井瓦斯涌出量瓦斯涌出量是指在礦井建設和生產(chǎn)過程中從煤與巖石內(nèi)涌出的瓦斯量。對應于整個礦井的叫礦井瓦斯涌出量，對應于翼、采區(qū)或工作面，叫翼、采區(qū)或工作面的瓦斯涌出量。礦井瓦斯涌出量的大小通常用兩個參數(shù)來表示，即礦井絕對瓦斯涌出量和礦井相對瓦斯涌出量。三、礦井瓦斯涌出量計算(1)(2)(3)（1）絕對瓦斯涌出量QCH4

單位時間內(nèi)從煤層和巖層以及采落的煤（巖）體所涌出的瓦斯量，單位采用m2/min。其與回風量Qf（m3/min）、回風流瓦斯?jié)舛菴（%）的關系為：

QCH4=Qf×C

（2）相對瓦斯涌出量qCH4

正常生產(chǎn)條件下平均每產(chǎn)1t煤所涌出的瓦斯量，單位為m3/t。其與絕對瓦斯涌出量QCH4、生產(chǎn)天數(shù)n及產(chǎn)煤量T的關系式：四、影響瓦斯涌出量因素(1)(2)(3)瓦斯涌出量主要影響因素煤層瓦斯含量是決定因素。瓦斯含量越高，礦井瓦斯涌出量就越大。開采規(guī)模開采規(guī)模越大，礦井的絕對瓦斯涌