第九章矿井瓦斯 本章主要内容 1、瓦斯概念 2、煤层瓦斯赋存与含量 3、矿井瓦斯涌出 4、瓦斯喷出与突出 5、瓦斯爆炸与预防 6、瓦斯抽放
第九章 矿井瓦斯 本章主要内容 1、瓦斯概念 2、煤层瓦斯赋存与含量 3、矿井瓦斯涌出 4、瓦斯喷出与突出 5、瓦斯爆炸与预防 6、瓦斯抽放
第九章矿井瓦斯 第一节概述 矿井瓦斯是煤矿生产过程中,从煤、岩内涌出的各种气体的总称。 煤矿术语中的瓦斯指的就是甲烷。 物理化学性质。无色、无味、无毒、比空气轻,微溶于水。 危害:爆炸,突出,人员窒息、环境污染。 作用:能源、化工原料。 第二节煤层瓦斯赋存与含量 、瓦斯的成因与赋存 (一)矿井瓦斯的生成 煤层瓦斯是腐植型有机物(植物)在成煤过程中生成的。 成气过程两个阶段一是生物化学成气时期;二是煤化变质作用时期
第九章 矿井瓦斯 第一节 概述 矿井瓦斯是煤矿生产过程中，从煤、岩内涌出的各种气体的总称。 煤矿术语中的瓦斯指的就是甲烷。 物理化学性质。无色、无味、无毒、比空气轻，微溶于水。 危害：爆炸，突出，人员窒息、环境污染。 作用：能源、化工原料。 第二节 煤层瓦斯赋存与含量 一、瓦斯的成因与赋存 （一）矿井瓦斯的生成 煤层瓦斯是腐植型有机物（植物）在成煤过程中生成的。 成气过程两个阶段一是生物化学成气时期；二是煤化变质作用时期
(二)瓦斯在煤体内存在的状态 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。 煤层中瓦斯赋存两种状态 一”「 游离状态 吸附状态 吸着状态 吸收状态
（二）瓦斯在煤体内存在的状态 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。 煤层中 瓦斯赋存两种状态： 游离状态 吸附状态 吸着状态 吸收状态
煤层中瓦斯垂直分带 形成原因: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。 四带:GO2N2带、N2带、N2CH4带、CH带。 名称 气带成因 瓦斯成分% CO CHA CO2-N2带 生物化学一空气 20~80 20~80 80 80
二、煤层中瓦斯垂直分带 形成原因：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。 四带： CO2- N2带、N2带、N2—CH4带、CH4带。 名 称 气 带 成 因 瓦斯成分 % N2 CO2 CH4 CO2— N2带 生物化学—空气 20～80 20～80 10 N2带 空气 ＞80 10～20 20 N2—CH4带 空气—变质 ～80 10～20 ～80 CH4带 变质 20 10 ＞80
瓦斯风化带下界深度确定依据:可以根据下列指标中的任何一项确定。 (1)煤层的相对瓦斯涌出量等于2~3m3t处; (2)煤层内的瓦斯组分中甲烷及重烃浓度总和达到80%(体积比); (3)煤层内的瓦斯压力为0.1~0.15MPa; (4)煤的瓦斯含量达到下列数值处:长焰煤1.0~1.5m3/t(0.M.), 气煤1.5~2.0m3/t(G.M.),肥煤与焦煤2.0~2.5m3/t(G.M),瘦煤 2.5~3.0m3/t(0.M.),贫煤3.0~4.0m3/t(0.M.),无烟煤5.0 7.0m3/t(C.M.)(此处的CM.是指煤中可燃质既固定碳和挥发分) 影响煤层瓦斯含量的因素 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
瓦斯风化带下界深度确定依据：可以根据下列指标中的任何一项确定。 （1）煤层的相对瓦斯涌出量等于2～3m 3/t处； （2）煤层内的瓦斯组分中甲烷及重烃浓度总和达到80%（体积比）； （3）煤层内的瓦斯压力为0.1～0.15MPa； （4）煤的瓦斯含量达到下列数值处：长焰煤1.0～1.5 m 3/t（C.M.）， 气煤1.5～2.0m 3/t（C.M.），肥煤与焦煤2.0～2.5m 3/t(C.M)，瘦煤 2.5～ 3.0m 3/t(C.M.)， 贫 煤 3.0 ～ 4.0m 3/t(C.M.)， 无 烟 煤 5.0 ～ 7.0m 3/t(C.M.)（此处的C.M.是指煤中可燃质既固定碳和挥发分） 三 影响煤层瓦斯含量的因素 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 m 3/m3(cm3/cm3)或 m 3/t(cm3/g)。 煤的瓦斯含量包括游离瓦斯和吸附瓦斯含量之和
主要影响因素: 1、煤的吸附特性媒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。 2、.煤层露头 3、煤层的埋藏深度—深,瓦斯大 4、围岩透气性、泥岩、完整石灰岩低透气性 5、煤层倾角——大,瓦斯小,小,瓦斯大 6、地质构造——封闭地质,瓦斯大,开放的,瓦斯小 7、水文地质条件——水流,带走瓦斯 四、煤层内的瓦斯压力 瓦斯流动动力高低以及瓦斯动力现象的基本参数。 瓦斯压力测定:打钻、封孔、测压
主要影响因素： 1、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。 2、.煤层露头 3、煤层的埋藏深度 ---深，瓦斯大 4、围岩透气性、泥岩、完整石灰岩低透气性 5、煤层倾角----大，瓦斯小，小，瓦斯大 6、地质构造----封闭地质，瓦斯大，开放的，瓦斯小 7、水文地质条件----水流，带走瓦斯 四、煤层内的瓦斯压力 瓦斯流动动力高低以及瓦斯动力现象的基本参数。 瓦斯压力测定：打钻、封孔、测压
瓦斯带内瓦斯压力变化规律: 末受采动影响的煤层内的瓦斯压力,随深度的增加而有规律地增 加,可以大于、等于或小于静水压 瓦斯压力梯度: P=g,(H-H0)+ Po 或 P=8P(H-H1)+P 式中P预测的甲烷带内深H(m)处的瓦斯压力,MPa E。-瓦斯压力梯度,MPa/m Pn,P甲烷带内深度为H,h(m处的瓦斯压力,MPa。 P-甲烷带上部边界处瓦斯压力,取0.2MPa H-甲烷带上部边界深度,m
瓦斯带内瓦斯压力变化规律： 末受采动影响的煤层内的瓦斯压力，随深度的增加而有规律地增 加，可以大于、等于或小于静水压。 瓦斯压力梯度： 或 式中 P—预测的甲烷带内深H(m)处的瓦斯压力，MPa g p—瓦斯压力梯度，MPa/m P 1，P2—甲烷带内深度为H1、H2(m)处的瓦斯压力，MPa。 P0--甲烷带上部边界处瓦斯压力，取0.2MPa 。 H0---甲烷带上部边界深度，m。 1 1 P = g p (H − H ) + P 0 0 P = g p (H − H ) + P
第三节矿井瓦斯涌出 普通涌出 特殊涌出 一、瓦斯涌出量 1、含义:矿井建设或生产过程中从煤岩內涌出的瓦斯量 2、瓦斯涌出量表示方法 绝对瓦斯涌出量一单位时间涌出的瓦斯体积,单位为m3/或m3/mn: Q4=9xC100 相对瓦斯涌出量一平均日产一吨煤同期所涌出的瓦斯量,单位是 m3/t。 qn=Q。/A 二、影响瓦斯涌出的因素 决定于自然因素和开采技术因素的综合影响。 (一)自然因素 、煤层和围岩的瓦斯含量, 2、地面大气压变化
第三节 矿井瓦斯涌出 普通涌出 特殊涌出 一、瓦斯涌出量 1、含义：矿井建设或生产过程中从煤岩内涌出的瓦斯量 2、瓦斯涌出量表示方法 绝对瓦斯涌出量-- 单位时间涌出的瓦斯体积，单位为m 3/d或m 3/min： 相对瓦斯涌出量--平均日产一吨煤同期所涌出的瓦斯量，单位是 m 3/t 。 二、影响瓦斯涌出的因素 决定于自然因素和开采技术因素的综合影响。 (一) 自然因素 1、煤层和围岩的瓦斯含量， 2、地面大气压变化。Q Q C /100 g = qg Qg Ad = /
(二)开采技术因素 1、开采规模产量与瓦斯涌出量的关系复杂 2、开采顺序与回采方法一—先开采,大;回采率低,大;顶板管理 3、生产工艺-初期大,呈指数下降 4、风量变化一-单一煤层,随风量减而增,煤层群 5、采区通风系统 6、采空区的密闭质量 、矿井瓦斯涌出来源的分析与分源治理 图9-3-1瓦斯从暴露面 涌出的变化规律 按划分目的的不同,对矿井瓦斯来源有三种划分方式: 按水平、翼、采区来进行划分,作为风量分配的依据之一; 按掘进区、回采区和已采区来划分,它是日常治理瓦斯工作的基础; 按开采区、临近区划分,它是采煤工作面治理瓦斯工作的基础
（二）开采技术因素 1、开采规模—产量与瓦斯涌出量的关系复杂 2、开采顺序与回采方法 ---先开采，大；回采率低，大；顶板管理 3、生产工艺-初期大，呈指数下降 4、风量变化---单一煤层，随风量减而增，煤层群 5、采区通风系统 6、采空区的密闭质量 三、矿井瓦斯涌出来源的分析与分源治理 按划分目的的不同，对矿井瓦斯来源有三种划分方式： .按水平、翼、采区来进行划分，作为风量分配的依据之一； .按掘进区、回采区和已采区来划分，它是日常治理瓦斯工作的基础； .按开采区、临近区划分，它是采煤工作面治理瓦斯工作的基础
四、瓦斯涌出不均系数 正常生产过程中,矿井绝对瓦斯涌出量受各种因素的影响其数值是经 常变化的,但在一段时间内只在一个平均值上下波动,峰值与平均值 的比值称为瓦斯涌出不均系数。 矿井瓦斯涌出不均系数表示为 k=Omo 式中:kg一给定时间内瓦斯涌出不均系数; Qnax-该时间内的最大瓦斯涌出量,m/min Q-该时间内的平均瓦斯涌出量,m3/min 方法:确定区域,进回风量、瓦斯浓度 五、矿井瓦斯等级 1.矿井瓦斯等级划分 依据:按照平均日产一吨煤涌出瓦斯量(相对瓦斯涌出量)和瓦斯涌出 形式,划分为: 低瓦斯矿井:10m3其以下;高瓦斯矿井:10m3以上; 煤与瓦斯突出矿井
四、瓦斯涌出不均系数 正常生产过程中，矿井绝对瓦斯涌出量受各种因素的影响其数值是经 常变化的，但在一段时间内只在一个平均值上下波动，峰值与平均值 的比值称为瓦斯涌出不均系数。 矿井瓦斯涌出不均系数表示为： kg =Qmax/Qa 式中：kg－给定时间内瓦斯涌出不均系数； Qmax－该时间内的最大瓦斯涌出量，m 3/min； Qa－该时间内的平均瓦斯涌出量，m 3/min； 方法：确定区域，进回风量、瓦斯浓度 五、矿井瓦斯等级 1.矿井瓦斯等级划分 依据：按照平均日产一吨煤涌出瓦斯量（相对瓦斯涌出量）和瓦斯涌出 形式，划分为： 低瓦斯矿井：10m 3及其以下；高瓦斯矿井：10m 3以上； 煤与瓦斯突出矿井