甘肃煤炭工程学校矿井安全技术教案：第一章 矿井瓦斯防治技术02.doc

第一节 煤层瓦斯赋存 重点：瓦斯的成因，瓦斯赋存规律。 难点：瓦斯赋存和运移规律。 一、瓦斯的生成 成气过程可分为两个阶段，分别为瓦斯的生物化学造气期和煤化变质造气期。 植物遗体沉积→泥炭→褐煤→烟煤→无烟煤 生物化学造气期 煤化变质造气期 生成气体CH4、CO2、H2O 生成气体CH4 、CO2 （1）生物化学造气期（从植物遗体到泥炭） 4C6H10O5 7CH4 + 8CO2 + C9H6O + 3H2O 特点：埋藏浅，覆盖层胶结不好，煤层保存气体少。 （2）变质阶段（从泥炭到烟煤） 泥炭 褐煤 烟煤 无烟煤 如：4C16H18O5 C57H56O10 + 4CO2 + 3CH4 + 2H2O C57H56O10 C54H42O5 + CO2 + 2CH4 + 3H2O C54H42O5 C13H4 + 2CH4 + H2O 特点： （1）碳化过程生成的大量气体。 初期：主要为CO2，CH4不多。随着碳化程度的提高，CO2减少，CH4增多，同时生成重烃。 （2）碳化的同时，煤的物质分子式、结构发生变化； （3）因覆盖层增厚，生成的气体大多得以保存。但煤层瓦斯含量远小于生成量。 二、瓦斯在煤体中的存在状态 煤体是一种复杂的多孔性固体，包括原生孔隙和运动形成的大量孔隙和裂隙，形成了很大的自由空间和孔隙表面。因此，成煤过程中生成的瓦斯就能以游离状态和吸附状态存在于这些孔隙和裂隙内。 1、游离状态 主要存在于大、中孔、裂隙空间内，其间瓦斯分子作自由热运动，显示相应的瓦斯压力。游离瓦斯量的大小与储存瓦斯空间的容积和瓦斯压力成正比，与瓦斯温度成反比。 在现今采深下，占瓦斯总量的 5 ~ 12%。 2、吸附状态 主要存在于小孔和微孔空间内。分为表面吸附和吸收两种状态。占瓦斯总量的＞80%。吸附瓦斯量的大小，决定于煤的性质、孔隙结构特点、瓦斯压力和温度。 游离状态和吸附状态的瓦斯含量在一定温度和压力下处于动态平衡。条件变化时，平衡随之变化。 吸附 解吸 三、煤层瓦斯含量及其影响因素 (一) 煤层瓦斯含量 1.瓦斯含量的定义：单位质量或体积的煤中含有的瓦斯量。m3/m3，m3/t。 2.煤层瓦斯包含：游离瓦斯量 和 吸附瓦斯量。 （二）煤层瓦斯含量的影响因素 煤层瓦斯含量的大小，取决于成煤过程中生成的瓦斯量和煤层保存瓦斯的条件。而成煤过程生成的瓦斯，大部分都已转移到围岩或大气中去了。所以决定煤层实际瓦斯含量的因素，主要是煤炭生成后保存瓦斯的条件，如煤的结构和物理化学特性，成煤后的地质运动和地质构造，煤层的赋存条件，围岩性质等。现就其主要因素概述如下： 1. 煤的变质程度 在煤化作用过程中，不断地产生瓦斯，变质程度越高，生成的瓦斯量越多。因此，在其它因素相同的条件下，煤的变质程度越高，煤层瓦斯含量越大。 2.煤层露头 成煤的地质年代中，若有露头长时间与大气相通，瓦斯沿煤层流动，煤层瓦斯往往沿煤层露头排放，瓦斯含量大为减少。 3.煤层的赋存深度 浅部煤层，特别是有煤层露头是，煤层中的瓦斯含量较少。一般来说，煤层的瓦斯含量随着深度的增加而逐渐增加。 4.围岩性质 煤层围岩是指煤层直接顶、老顶和直接底板等在内的一定厚度范围的层段。煤层围岩对瓦斯赋存的影响，决定于它的隔气、透气性能。 当煤层顶板岩性为致密完整的岩石，如页岩、油母页岩时，煤层中的瓦斯容易被保存下来； 顶板为多孔隙或脆性裂隙发育的岩石，如砾岩、砂岩时，瓦斯容易逸散。 例如:北京京西煤矿，不论是下侏罗统或是石炭二叠系的煤层，尽管煤的牌号为无烟煤，由于煤层顶板为12～16m的厚层中粒砂岩，透气性好，因此煤层瓦斯含量小，矿井瓦斯涌出量低。 5.地质构造 是影响煤层瓦斯含量的主要因素之一。 表现：一方面是造成了瓦斯分布的不均衡，另一方面是形成了有利于瓦斯赋存或有利于瓦斯排放的条件。 (1) 褶皱构造 褶皱的类型、封闭情况和复杂程度，对瓦斯赋存均有影响。 当煤层顶板岩石透气性差，且未遭构造破坏时，背斜有利 于瓦斯的储存，是良好的储气 构造，背斜轴部的瓦斯会相对聚集，瓦斯含量增大。形成“气顶”。 在向斜盆地构造的矿区，顶板封闭条件良好时， 瓦斯沿垂直地层方向运移是大部分瓦斯仅能沿 两翼流向地表。 煤包、地 垒、地堑都为高瓦斯区。 （2）断层 断层破坏了煤层的连续完整性，使煤层瓦斯运移条件发生变化。有