[工学]矿井瓦斯防治-讲义-1

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1、矿井瓦斯防治编著：蔡成功河南理工大学安全学院二○○六年九月93第一章　煤层瓦斯的赋存与含量1.1矿井瓦斯的概念与性质1)矿井瓦斯的概念广义的矿井瓦斯是指井下有害气体的总称。狭义的矿井瓦斯是指甲烷。一般矿井瓦斯包括三类来源：⑴是在煤层与围岩内赋存并能涌入到矿井的气体；⑵矿井生产过程中生成的气体，例如放炮时产生的炮烟，内燃机运行时排放的废气，充电过程生成的氢气等；⑶井下空气与煤、岩、矿物、支架和其它材科之间的化学或生物化学反应生成的气体等。2)甲烷的性质甲烷是无色、无味、无嗅、可以燃烧或爆炸的气体。它对

2、人呼吸的影响同氮相似，可使人窒息。甲烷分子直径0.3758×10-9m，其扩散速度是空气的1.34倍，它会很快地扩散到巷道空间。甲烷的密度为0.716kg／ml(标准状况下)，比重为0.554倍。甲烷化学性质不活泼，微溶于水。⑴燃烧性.⑵爆炸性.⑶窒息性：由于甲烷的存在冲淡了空气中的氧气，当甲烷浓度为43％时，空气中相应的氧浓度即降到12％，人感到呼吸非常短促；当甲烷浓度在空气中达57％时，相应的氧浓度被冲淡到9％，人即刻处于昏迷状态，有死亡危险。3)矿井瓦斯的性质⑴燃烧性：甲烷、重烃、氢气。⑵爆炸

3、性：甲烷、氢气。⑶窒息性：甲烷、二氧化碳、氮气。由于甲烷的存在冲淡了空气中的氧气，当甲烷浓度为43％时，空气中相应的氧浓度即降到12％，人感到呼吸非常短促；当甲烷浓度在空气中达57％时，相应的氧浓度被冲淡到9％，人即刻处于昏迷状态，有死亡危险。⑷有毒性：一氧化碳、硫化氢、二氧化硫、二氧化氮。4)甲烷在巷道断面内的分布甲烷在巷道断面内的分布取决于该巷有无瓦斯涌出源。在自然条件下，由于甲烷在空气中表现强扩散性，所以它一经与空气均匀混合，就不会因其比重较空气轻而上浮、聚积，所以当无瓦斯涌出时，巷道断面内甲

4、烷的浓度是均匀分布的；当有瓦斯涌出时，甲烷浓度则呈不均匀分布。在有瓦斯涌出的侧壁附近甲烷的浓度高，有时见到在巷道顶板、冒落区顶部积存瓦斯，这并不是由于甲烷的密度比空气小，而是说明这里的顶部有瓦斯(源)在涌出。作业题1什么是矿井瓦斯?2试述瓦斯的主要物理及化学性质。了解这些性质对于预防处理瓦斯危害有何意义?1.2煤层瓦斯的生成煤矿井下的瓦斯来自煤层和煤系地层，它主要是腐植型有机物质在成煤过程中生成的。有机物质沉积以后，一般经历两个不同的造气时期：从植物遗体到形成泥炭，属于生物化学造气时期；从褐煤、烟煤

5、直到无烟煤属于煤化变质作用造气时期。瓦斯生成量的多少取决于原始母质的组成和煤化作用所处的阶段。1)生物化学作用时期瓦斯的生成93泥炭阶段的腐植体，处于生物化学作用时期。在温度不超过50℃低温条件下，经厌氧微生物作用发酵分解成瓦斯和二氧化碳。在沼泽、三角洲等水下生成的瓦斯，能够比较顺利地扩散到古大气中去，或者溶于水中，然后被水带到地表。在泥炭时期，泥炭的埋深一般不大，其覆盖层的胶结固化也不好，生成的瓦斯通过渗滤和扩散容易排放到大气中，因此，生物化学作用产生的瓦斯一般不会保留在煤层内。随着泥炭层的下沉，

6、覆盖层的厚度越来越大，压力与温度随之增高，厌氧微生物的生存环境恶化，生物化学活动逐渐减弱直至停止。在稍高的压力与温度作用下，泥炭化的木质素与纤维素便转化成为褐煤。2)煤化变质作用时期瓦斯的生成褐煤层进一步沉降，压力与温度的影响随之加剧，煤化变质作用增强。一般认为温度在50～220℃和相应的压力下煤层处于烟煤－无烟煤热力变质造气时期。在这一时期，煤的变质程度越高，其生成的瓦斯量也就越多。苏联B·A·乌斯别斯基根据地球化学与煤化作用过程反应物与生成物平衡原理，计算出各煤化阶段的煤生成的甲烷量，如表1-1

7、示。表1-1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（m3/t）68168212229270287333419阶段生气量（m3/t）1004417411746861.3煤层瓦斯赋存的垂向分带当煤层具有露头或在冲积层之下有含煤盆地时，由于煤层内的瓦斯向地表运移和地面空气向煤层深部渗透、扩散，其结果是煤层沿垂向一般会出现四个分带：即“CO2－N2”、“N2”、“N2－CH4”、和“CH4”带。各带的气体成分组成如表1-2示。“CO2－N2”、“N2”、“N2－C

8、H4”三带统称为瓦斯风化带。表1-2煤层瓦斯垂向分带各带气体组分　　带名（从上往下）气带成因CO2N2CH4%(按体积)m3/t煤%(按体积)m3/t煤%(按体积)m3/t煤CO2-N2空气～生化成因20～800.19～2.2420～800.15～1.420～100～0.16N2空气成因0～200～0.2780～1000.22～1.860～200～0.22N2-CH4变质成因0～200～0.3920～800.25～1.7820～800.06～5.27CH4变质成因0～