瓦斯地质基础2.pdf

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1、瓦斯地质学河南理工大学资源环境学院地质工程系1第二章瓦斯地质基础22.1矿井瓦斯q2.1矿井瓦斯1.“瓦斯”词语来源？“瓦斯”音译自日文“ガス（瓦斯）”2.矿井瓦斯是指从煤层及煤层围岩中涌出的，以及在煤矿生产过程中产生的各种气体的统称。矿井瓦斯成分很复杂，其主要成分是甲烷(CH)，其次是二氧4化碳(CO)和氮气(N)，还含有少量或微量的重烃类气体、氢22（H）、一氧化碳（CO）、二氧化硫(SO)、硫化氢(HS)等。222广义：煤矿井下有毒气体的总称。狭义：甲烷2.1矿井瓦斯q2.1.1矿井瓦斯来源矿井瓦斯来源煤（岩）层和地下化学及生物化学作煤炭生产过程中水释放出来的用产生的产生的

2、2.1矿井瓦斯q2.1.2矿井瓦斯的性质1.物理性质无色、无味、无嗅、可燃烧、窒息、有毒性、微溶于水。密度：0.7168kg/m3；水中溶解度：55.61l/m3(0℃，0.1MPa)33.10l/m3(20℃，0.1MPa)爆炸范围：5%-15%(体积百分比，相当1m3空气33-100g瓦斯)对空气比重：0.5545发热量：35.994MJ/m3扩散系数：0.196cm2/s(0℃，0.1MPa)分子直径：0.41×10-9m2.1矿井瓦斯q2.1.3煤矿常见气体的部分物理性质甲烷二氧化碳一氧化碳硫化氢乙烷氢气性质CH4CO2COH2SC2H6H2分子量16.0444.0128

3、.0134.0830.072.0130.71681.981.251.541.360.09密度，kg/m对空气的比重0.55451.530.971.171.050.07沸点，0℃，-161.7-78.5-190-61.8-88.3-252.8（0.1MPa下）爆炸下限，%5/12.54.334爆炸上限，%15/74.245.512.574.2发热量，335.99/11.8623.564.5311.94MJ/m2.1矿井瓦斯q2.1.4瓦斯的危害及用途危害：1.可造成瓦斯窒息事故(>43%呼吸短促，>57%即刻昏迷2.可酿成瓦斯燃烧事故(<5%或>15%存在火源)3.引起瓦斯爆炸事故

4、(5%-15%存在火源)4.产生煤与瓦斯突出事故用途：1.用城镇煤气2.用作锅炉和窑炉燃料3.瓦斯发电4.作为机动车燃料5.用作化工原料和化工产品2.2瓦斯成因q2.2.1瓦斯成因瓦斯成因生物化学成气时期煤化变质作用时期T≤50℃T=50-220℃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和随着煤系地层的沉降及所温度不超过50℃的条件下，被厌氧微处压力和温度的增加，泥炭转生物分解为CH4、CO2和H2O。化为褐煤.有机物在高温、高压泥炭时期埋深不大，生成的瓦斯作用下，处于变质造气时期，通过渗滤和扩散排放到大气中，因此挥发分减少，固定碳增加，生，生物化学作用产生的瓦

5、斯一般不会成的气体主要为CH和CO。42保留在煤层内。2.2瓦斯成因q2.2.2成煤过程中瓦斯生成量煤阶褐煤长焰煤气煤肥煤焦煤瘦煤贫煤无烟煤生气量681682122292702873334193（m/t）阶段生气量1004417411746863（m/t）2.2瓦斯成因q2.2.3煤层瓦斯垂向分带各带气体组分CO2N2CH4带名气带（从上到下）成因%%%(按体积)(按体积)(按体积)瓦CO2-N2空气～生化成因20～8020～800～10斯风N2空气成因0～2080～1000～20化带N2-CH4变质成因0～2020～8020～80CH4变质成因0～100～2080～100瓦斯在

6、压力和浓度差驱动下进行运移，煤层保存瓦斯量的多少取决于封闭条件(埋藏深度、透气性、地质构造)与贮藏条件(吸附性、孔隙率、含水性、温度、压力等)。2.2瓦斯成因CO2ⅠCO2从N2N2Ⅱ上Ⅲ向ⅣCH4下CH4图2-2-2顿巴斯煤田煤层瓦斯组分在各瓦斯带中的变化Ⅰ--氮气-二氮化碳带Ⅱ-氮气带Ⅲ-氮气-甲烷带Ⅳ-甲烷带2.2瓦斯成因q2.2.4瓦斯风化带下限(1)煤层中所含瓦斯的CH成份达80%；4(2)煤层瓦斯压力为0.1-0.15MPa；(3)在相同条件下(M和T)，与煤层瓦斯压力相当的瓦斯含量；气煤X=1.5-2.0m3/t.r；肥煤与瘦煤X=2.0-2.5m3/t.r；瘦煤X

7、=2.5-3.0m3/t.r；贫煤X=3.0-4.0m3/t.r；无烟煤X=5.0-7.0m3/t.r，相对瓦斯涌出量q=2-3m3/t；(4)矿井相对瓦斯涌出量为2m3/t。影响因素：煤层赋存地质条件(围岩性质、煤层有无露头、断层发育、煤层倾角、地下水活动等)2.3瓦斯赋存q2.3.1瓦斯在煤体内赋存状态1瓦斯在煤体内存在状态游离瓦斯吸附瓦斯10-20%80-90%吸着状态吸收状态以自由气体在与颗粒固体瓦斯分子进分子存在于煤在分子之间引力入煤体颗粒结体或围岩的较作用下，被吸着构