矿井瓦斯防治技术

第二章 矿井瓦斯防治

矿井瓦斯是指井下煤、岩体中涌出以及在开采过程中产生的各种有害气体的总称。一 定深度后，其主要成份为甲烷。煤矿述语中的瓦斯往往指的就是甲烷，俗称沼气。

矿井瓦斯的成份比较复杂，除甲烷(可达80--90％以上)外，还含有其它烃类，如乙烷、丙烷，以及C02和稀有气体。个别煤层含有H2、CO或H2S。

甲烷(CH4)是无色、无味、无毒的气体。比空气轻，相对密度为0.554，易积聚于巷道的上部。所以检查巷道内的瓦斯浓度时，应着重检查巷道顶板附近和隅角处。甲烷难溶于水。

瓦斯是煤矿普遍存在的一种有害气体，它能燃烧和爆炸，大量积聚时能使人窒息、死亡。有些煤层还能在短时间内大量地喷出瓦斯或发生煤与瓦斯突出现象，产生很大的动力破坏作用。因此，必须掌握瓦斯的性质和涌出规律，采取相应的防治措施，达到安全生产的目的。

第一节 煤层瓦斯含量

一、瓦斯的生成

瓦斯的成因有多种假说，多数人认为，煤层瓦斯是腐植型有机物在成煤过程中生成的。煤的形成大致可划分为两个阶段。第一阶段，泥炭化阶段，是生物化学成气时期。在植物沉积成煤初期的泥炭化过程中，有机物在隔绝外部氧气进入的条件下，在其本身含有的氧气和微生物的作用下，进行着缓慢的氧化分解过程，其最终产物决定于有机物的成份，主要为CH4、C02和H20。这一过程发生于地表附近，生成的气体大部分散失于大气中。随地层沉积厚度的增加，生物化学作用终止。第二阶段，煤化作用阶段，是煤质变化成气时期。有机物在高温、高压作用下，挥发份减少，固定碳增加。这时生成的气体主要为CH4和C02。这个阶段中生成的瓦斯，由于煤的物理化学性质变化和埋藏于地表以下而得以保存在煤层内。在以后的地质年代中，地层的隆起、浸蚀和断裂以及瓦斯本身在地层内的流动，一部分或大部分瓦斯扩散到大气中，或转移到围岩内。在适合的条件下能形成煤气田。所以不同煤田，甚至同一煤田的不同地点的瓦斯含量可以差别很大。

由植物变成煤炭的过程中，究竟生成多少甲烷呢?说法不一。有的研究人员认为由褐煤转化为长焰煤，生成甲烷70～80m/t，贫煤生成120～150m/t，无烟煤为240m/t。煤层的实际含量则远远低于这个数字。据实验室测定，煤的最大甲烷含量一般不超过60m/t。

二、瓦斯在煤体中的存在状态

煤体所以能保存一定数量的瓦斯，与煤的结构有密切的关系。煤是一种复杂的孔隙性3333

&到大于1000A&)和裂隙，形成了庞介质，有着十分发达的、各种不同直径的孔隙(由几A

大的自由和孔隙表面。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。

游离状态也叫自由状态，这种状态的瓦斯按照自由气体定律存在于煤体或围岩的裂缝和粗大孔隙内(图2-1)。即游离瓦斯量的大小与贮存空间的容积和瓦斯压力成正比，与瓦斯温度成反比。

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吸附状态按其结合形式的不同，分为吸着和吸收两种。吸着状态是在孔隙表面的固体

分子引力作用下，气体分子被紧密地吸附于孔隙表面上，形成很薄的吸附层。吸收状态是气体分

&到十几A&的微细孔隙内(图子紧密充满于几A

2-1)，和气体溶解于液体中的现象相似。吸附瓦

斯量的大小，决定于煤的孔隙结构特点和瓦斯的

压力和温度。 瓦斯的游离状态和吸附状态是在一

定温度和压力条件下的动平衡。条件变化时，平

图2-1 瓦斯在煤内的存在状态

1-游离瓦斯；2-吸着瓦斯；3-吸收瓦斯

4-煤体；5-孔隙 衡随之变化。例如，当压力升高或温度降低时，一部分瓦斯将由游离状态转化为吸附状态，这种现象叫做吸附。反之，如果压力降低或温度升高

时，一部分瓦斯就由吸附状态转化为游离状态，

这种现象叫做解吸。

在煤层内，无论浅部还是深部，吸附的瓦斯量约占煤层瓦斯含量的80—90％，游离状态的瓦斯只占10～20％。但是在断层、大的裂隙、孔洞和砂岩内，主要为游离瓦斯。如果瓦斯的压力较高，采掘工作接近这些地点时，瓦斯在高压作用下，就能突然大量涌出，造成事故。

三、煤层瓦斯含量及其影响因素

瓦斯含量是指单位体积或单位质量的煤或围岩中自然所含有的瓦斯量，是游离瓦斯和吸附瓦斯的总和，通常以m/t或m/m来表示。

煤层瓦斯含量的大小，决定于成煤过程中生成的瓦斯量和煤层保存瓦斯的条件。如前所述，煤的变质程度越高，生成的瓦斯量越多。根据实验室的测定，煤炭含有沼气的能力，一般不超过60m/t。也就是说，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，围岩性质等等。现就其主要因素概述如下：

1. 煤的变质程度 煤的变质程度(通常以挥发分含量表示)不仅影响瓦斯生成量，而且对煤的结构、孔隙率和吸附性等，亦即贮存瓦斯的能力也有明显的影响。一般说来，不同煤田间的实际瓦斯含量与变质程度的关系，没有一定的规律。同一煤田的瓦斯含量，可以随变质程度的增加而 …… 此处隐藏：14291字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……