《通风安全学》 第八章矿井瓦斯 安徽理工大学能源与安全学院 安全工程系
安徽理工大学能源与安全学院 安全工程系 《通 风 安 全 学》 第八章 矿井瓦斯
本章主要内容 第一节概述 第二节煤层瓦斯赋存与含量 第三节矿井瓦斯涌出 第四节瓦斯喷出 第五节煤与瓦斯突出及其预防 第六节爆炸及其预防 第七节瓦斯抽放
本章主要内容 第一节 概述 第二节 煤层瓦斯赋存与含量 第三节 矿井瓦斯涌出 第四节 瓦斯喷出 第五节 煤与瓦斯突出及其预防 第六节 爆炸及其预防 第七节 瓦斯抽放
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。 CH4的性质 无色、无味、无嗅的气体,可燃烧、爆炸; 分子量:16.049,分子直径:0.41nm, 密度:0.716Kg/m3(气态)、424.5Kg/m3(液态) 相对空气密度:0.554, 难溶入水:101.3KPa,20℃,3.311/1001H2O 危害:爆炸,突出,人员窒息、环境污染。 作用:能源、化工原料
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。 CH4的性质 无色、无味、无嗅的气体，可燃烧、爆炸； 分子量：16.049，分子直径：0.41nm， 密度：0.716Kg/m3（气态）、 424.5 Kg/m3（液态） 相对空气密度：0.554, 难溶入水:101.3 KPa , 20℃ , 3.31l/100lH2O 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:第一阶段为生物化学成气时期; 第二阶段为煤化变质作用时期; (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
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：第一阶段为生物化学成气时期； 第二阶段为煤化变质作用时期； （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
第二节、煤层瓦斯赋存与含量 煤层中瓦斯赋存两种状态: 游离状态:瓦斯以自由气态存在; 吸附状态: 吸着一瓦斯主要吸附在煤的微孔表面上。 吸收一瓦斯吸附在煤的微粒结构内部。 煤层中的瓦斯大部分以吸附状态 (约占总瓦斯含量的80%)存在。 吸着状态是孔隙表面的固体分子引力作用下,瓦斯分子被紧密 地吸附于孔隙表面上,形成很薄的吸附层。 吸收状态是瓦斯分子充填到几埃到十几埃的微细孔隙内,占据 着煤分子结构的空位和煤分子之间的空间,如同气体溶解于液 体中的状态
第二节、煤层瓦斯赋存与含量 煤层中瓦斯赋存两种状态： 游离状态：瓦斯以自由气态存在； 吸附状态： 吸着－瓦斯主要吸附在煤的微孔表面上。 吸收－瓦斯吸附在煤的微粒结构内部。 煤层中的瓦斯大部分以吸附状态 （约占总瓦斯含量的80％）存在。 吸着状态是孔隙表面的固体分子引力作用下，瓦斯分子被紧密 地吸附于孔隙表面上，形成很薄的吸附层。 吸收状态是瓦斯分子充填到几埃到十几埃的微细孔隙内，占据 着煤分子结构的空位和煤分子之间的空间，如同气体溶解于液 体中的状态
第二节、煤层瓦斯赋存与含量 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。 空气 400m -800m 瓦斯 l000m
第二节、煤层瓦斯赋存与含量 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。 瓦斯 空气 -1000m -800m -600m -400m -200m
第二节、煤层瓦斯赋存与含量 四带:CO2N2带、N2带、N2CH4带、CH4带。现场实 际过程中,将前三带总称为瓦斯风化带 煤层垂向各带气体组份表 瓦斯成分% 名称 气带成因 CO CHA CO2N2带生物化学一空气20~8020~808080
第二节、煤层瓦斯赋存与含量 四带： CO2 - N2带、N2带、N2—CH4带、CH4带。现场实 际过程中，将前三带总称为瓦斯风化带。 煤层垂向各带气体组份表 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 20～80 ＜10～20 20～80 CH4带 变质 ＜20 ＜10 ＞80
第二节、煤层瓦斯赋存与含量 CO2N2带 2带 瓦斯风化带 带带 n2-CH4 瓦斯垂直分带性 CH4 在近代开采深度内,瓦斯带内煤层瓦斯含量和涌出量随深 度增加而有规律地增大。 意义:掌握本煤田煤层瓦斯垂直分带的特征,是搞好矿井 瓦斯涌出量预测和日常瓦斯管理工作的基础
第二节、煤层瓦斯赋存与含量 在近代开采深度内，瓦斯带内煤层瓦斯含量和涌出量随深 度增加而有规律地增大。 意义：掌握本煤田煤层瓦斯垂直分带的特征，是搞好矿井 瓦斯涌出量预测和日常瓦斯管理工作的基础。 CO2－N2带 N2带 N2－CH4带 CH4带 瓦斯风化带 瓦 斯 垂 直 分 带 性
第二节、煤层瓦斯赋存与含量 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2~3mt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01~0.15MPa; (4)煤的瓦斯含量达到下列数值处: 长焰煤1.0~1.5m3t(CM),气煤1.5~20m3t(CM),肥 煤与焦煤2.0~2.5m3t(C.M),瘦煤2.5~30m3(CM),贫煤 3.0~40m3(C.M),无烟煤50~70m3(CM)(此处的CM是 指煤中可燃质既固定碳和挥发分)
第二节、煤层瓦斯赋存与含量 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2～3m3 /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 m3 /t（C.M.），气煤1.5～2.0m3 /t（C.M.），肥 煤与焦煤2.0～2.5m3 /t(C.M)，瘦煤2.5～3.0m3 /t(C.M.)，贫煤 3.0～4.0m3 /t(C.M.)，无烟煤5.0～7.0m3 /t(C.M.)（此处的C.M.是 指煤中可燃质既固定碳和挥发分）
第二节、煤层瓦斯赋存与含量 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 m3/m3(cm3/cm3)E 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 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。 3/r5/K 煤的平均甲烷含量!其变质程度的定量关系曲线
第二节、煤层瓦斯赋存与含量 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 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。 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