瓦斯隧道施工监理培训材料

时间：2025-05-02

天坪寨瓦斯隧道

施工监理

培

训

材

料

四川公路工程咨询监理公司

达万高速公路DWJ1总监办

二0一0年十月六日

天坪寨瓦斯隧道施工监理培训材料

一、瓦斯的定义、成分

瓦斯是矿井开采过程中，涌入采掘空间的有毒有害气体的总称，由于其主要成分是甲烷(CH4),所以在煤矿中通常把甲烷叫瓦斯。其基本特征：

1.甲烷是一种无色、无味、无毒的气体。比重为0.554，在矿井标准条件下重0.716kg/m3。它难溶于水，扩散性较空气高1.6倍，甲烷虽无毒，但当浓度很高时会引起窒息。

2.甲烷不助燃，但在空气中具有一定浓度(5～16%)，并遇到高温(650～750℃)时能引起爆炸。

3.根据相对瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式，矿井瓦斯等级划分为： a)低甲烷矿井，10m3/t及其以下；

b)高甲烷矿井，10m3/t以上；

c)煤及甲烷突出矿井。

二、瓦斯隧道的定义、分类

一座隧道只要在勘测阶段或施工过程中有一个煤（岩）层发现瓦斯，该隧道为瓦斯隧道。

瓦斯隧道施工工区分为瓦斯工区和非瓦斯工区，其中瓦斯工区分为微瓦斯工区、低瓦斯工区、高瓦斯工区、瓦斯突出工区四种；瓦斯隧道的类型按隧道内瓦斯工区的最高级确定。天坪寨隧道为低瓦斯隧道。

公路瓦斯隧道绝对瓦斯涌出量判定指标：

微瓦斯工区：绝对瓦斯涌出量（Q）＜0.3m3/min

低瓦斯工区：绝对瓦斯涌出量（Q）≥0.3m3/min＜3 m3/min

高瓦斯工区：绝对瓦斯涌出量（Q）≥3 m3/min

三、瓦斯的生成及分带形式：

瓦斯是植物残骸在成煤过程中伴生的产物，成煤过程可以分为两个阶段：

第一阶段——硬结成岩阶段。植物的有机物质经积聚、分解形成泥煤及褐煤，同时生成甲烷，大都放散于大气之中。

第二阶段——变质或炭化阶段。在地层中温度、压力的作用下,由泥煤、褐煤不断转化为烟煤、无烟煤，此时煤中挥发分减少，固定碳增加。挥发份在变质过程中转化为甲烷，部分瓦斯向大气涌出，部分保留在岩石和吸附在煤上，还有部分溶解在水中。

根据前苏联的研究资料表明，在褐煤变质成各种牌号煤形成的甲烷量分别为：长焰煤30～40m3/t；肥煤70～80m3/t；瘦煤120～150m3/t，半无烟煤200m3/t。

除煤变质生成的瓦斯外，还可能有其它来源的自然瓦斯，如：

1、生物化学来源的瓦斯，是在成煤的初始阶段形成的，此时有机物发生分解，在有足够的氧进入生物化学反应时，便形成含氧的瓦斯：CO2、硫的氧化物和N2。随着供氧减少和微生物环境改变，转入嫌氧过程，并放出含氢的瓦斯：CH4、重烃、H2S、NH3、H2和其它气体。随着煤层上方冲积层厚度增加，温度升高，微生物停止活动，不再生成生物化学来源的瓦斯。生物化学来源的瓦斯只有少量的保存在煤中，主要是CO2和CH4。

2、空气来源的瓦斯，由于地质构造运动，煤层暴露于地表，CO2、N2和稀有气体渗入煤层中。在这时CO2既可能是生物化学来源的，又可能是

化学来源的，因为空气中的氧使煤氧化也能形成CO2。

3、放射性分解的瓦斯，在煤层中放射性物质分解形成的气体含有He。煤层中He的含量取决于它的年龄，煤层越老，He含量越高。He实际上不被煤吸附，而处于游离状态下，因此，大部分He已转向地表。

4、岩石变质瓦斯，最常见的是碳酸盐岩石加热时涌出的CO2。

5、瓦斯四带的划分

Ⅰ－二氧化碳带；

Ⅱ－氮气带；

Ⅲ－氮气－甲烷带；

Ⅳ－甲烷带。

甲烷带以上的三个带通称之为瓦斯风化带，它的下部边界可以按下列指标确定：

(1)甲烷浓度CH4%＝80%；

(2)甲烷压力P＝0.1～0.15MPa；

(3)甲烷含量W＝1.0～1.5m3/t(长焰煤)；W＝2～3m3/t(气煤)；W＝3～4m3/t(肥、焦煤)；W＝4～6m3/t(瘦煤和无烟煤)。

瓦斯存在形态

包含在煤层中的瓦斯处在游离状态和吸附状态下，游离瓦斯是指自由充填在煤的孔隙或裂隙中的瓦斯；吸附瓦斯是以单分子薄膜形式凝聚在煤固体物质表面的瓦斯，煤对瓦斯的吸附是物理吸附，是瓦斯分子和碳分子互相吸引的结果。在一定的瓦斯压力和温度下，游离瓦斯与吸附瓦斯处在动平衡状态下。当瓦斯压力小于10MPa时，吸附瓦斯占80～90%，游离瓦

斯占10～20%。

各种不同破坏类型煤的孔隙分布

煤吸附的瓦斯量不但取决于煤的变质程度，而且取决于瓦斯压力、煤体温度、煤中内在水分及煤的岩相成分。

1.煤的瓦斯吸附量随变质程度增高而增大；

2.煤吸附瓦斯量随瓦斯压力增高而增大；

3.煤吸附瓦斯量随煤的温度增高而降低；

4.水分的存在会大大降低吸附瓦斯容量。

在煤——瓦斯体系中，瓦斯以游离状态和吸附状态存在于煤的孔隙和裂隙中，由于有游离瓦斯而显示出瓦斯压力。当煤层埋藏在一定深度时，孔隙、裂隙及其中的瓦斯均承受地应力的作用，孔隙、裂隙中的瓦斯又对孔隙壁及裂隙壁施以张应力，力图使煤体发生膨胀。

瓦斯压力是标志煤层瓦斯流动特性和赋存状态的一个重要参数。在研究煤和瓦斯突出、瓦斯涌出和瓦斯抽放时，瓦斯压力都是一个基本参数。

瓦斯压力测定方法：

1、手工封孔

2、注浆封孔