矿井瓦斯灾害防治理论与技术-矿长培训班

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1、1矿井瓦斯防治理论与技术主讲人:李希建贵州大学矿业学院1351190726821概述2矿井瓦斯的生成及赋存3矿井瓦斯涌出4矿井瓦斯的喷出及预防5煤和瓦斯突出及其预防6矿井瓦斯爆炸及其预防7矿井瓦斯检测及监测8矿井瓦斯抽放主要内容31概述1.1矿井瓦斯的概念广义：井下有害气体的总称。来源：(1)煤岩内赋存的气体(2)生产过程中产生的气体(3)井下空气与矿物及其他材料反应产生的气体(4)放射性物质衰变产生惰性气体氡（放射性）和氦狭义：由于煤层中的瓦斯一般以甲烷为主，所以在煤矿中矿井瓦斯专指甲烷。41.2甲烷的性质无色、无味，微溶于水，标准状况下100L水可溶解5

2、.56L甲烷；可燃性、爆炸性、窒息性；密度为0.716kg/m3，为空气密度的0.554倍；分子直径0.41nm，扩散速度是空气的1.34倍；高热值：55.67MJ/kg；低热值：50.17MJ/kg热导率：0.0306W/m℃（在20℃时0.0328W/m·℃）；动力粘度：（10.26+0.0305t）×10.6Pa·s（温度t＝0～100°C）；52矿井瓦斯的生成及赋存2.1煤层瓦斯的生成煤层瓦斯是腐植型有机物在成煤过程中生成的，主要可以划分为两个生成阶段第一阶段：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和温度不超过65℃

3、的条件下，被厌氧微生物分解为CH4、CO2和H2O。6第二阶段：煤化变质作用时期随着煤系地层的沉降及所处压力和温度的增加，泥炭转化为褐煤并进人变质作用时期，有机物在高温、高压作用下，挥发分减少，固定碳增加，这时生成的气体主要为CH4和CO2。72.2煤层瓦斯赋存1、瓦斯在煤体内存在的状态游离瓦斯：以自由气体形式存在；吸附瓦斯：分为吸着状态与吸收状态；在现今开采深度内，煤层内的瓦斯主要是以吸附状态存在，游离状态的瓦斯只占总量的10％左右。82、煤层瓦斯垂向分带：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

4、煤层瓦斯呈现出垂直分带特征:瓦斯风化带：“CO2－N2”、“N2”、“N2-CH4”三带统称瓦斯风化带。瓦斯风化带内的井、区为低瓦斯井、区。甲烷带：位于瓦斯风化带下边界以下的瓦斯带。9表1煤层瓦斯垂直分带及各带气体成分气带名称（从上往下）气带成因瓦斯成分％N2CO2CH4CO2－N2生物化学－空气20～8020～80<10N2空气成因>80<10~20<20N2-CH4变质成因20~80<10~2020~80CH4变质成因<20<10>80103、煤的孔隙特征煤的孔隙分类：微孔：直径<0.01µm，构成煤中的吸附容积小孔：直径＝0.01µm～0.1µm，构成毛

5、细管凝结和瓦斯扩散空间中孔：直径＝0.1µm～1.0µm，构成缓慢的层流渗透区间大孔：直径＝1.0µm～100µm，构成强烈的层流渗透区间可见孔及裂隙：直径>100µm，构成层流及紊流混合渗透的区间渗透容积：小孔至可见孔的孔隙体积之和煤的孔隙率：吸附容积与渗透容积之和称为总孔隙体积，总孔隙体积占煤的体积的百分比成为煤的孔隙率114、煤层瓦斯压力概念：煤层裂隙和孔隙内由于气体分子热运动撞击所产生的作用力意义：煤层瓦斯压力是决定煤层瓦斯含量、瓦斯流动动力高低以及瓦斯动力现象的基本参数测量原理：打一穿透待测煤层(或直接打在煤层中)的钻孔，插入一根测压管(5mm～12

6、mm的铜管或10mm～13mm的镀锌铁管)后再把钻孔封堵好，在测压管的外端接上压力表，待压力稳定后就可以读取瓦斯压力值。125、煤层瓦斯含量1）概念：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)，包括游离瓦斯和吸附瓦斯两部分2）影响因素煤岩结构(如透气性)和物理化学特性(如吸附性能)成煤后的地质运动和地质构造煤层的赋存条件133）煤的瓦斯含量确定煤内游离瓦斯含量Xy(m3/t煤)式中V——煤的渗透容积，m3/t煤；P——瓦斯压力，kPa；T0——标准状况下的绝对温度(273K)；T——瓦斯的绝对温度；P0——标准状况下的压力，等于101

7、.3kPa；ξ——瓦斯的压缩系数14煤的吸附瓦斯含量煤的表面积是很大的，每克煤有数十至二百m2，其中微孔表面积占绝大多数，吸附瓦斯量主要取决于微孔隙表面积、瓦斯压力与温度。煤的吸附瓦斯服从朗缪尔吸附方程。按朗缪尔方程计算并考虑煤中水分、可燃物的百分比，温度的影响：式中p——瓦斯压力，MPa；a——在该温度下，极限吸附量，m3/t可燃物；b——取决于温度和煤的吸附性能常数，kPa-1。15A,W——煤中的灰分与水分，%；t0——实测室测定吸附常数时的实验温度℃t——煤层温度，℃n——系数，无因次，按下式确定煤层瓦斯含量等于吸附含量与游离含量之和：X＝Xy＋Xx实

8、测表明，在目前开采深度(1000～20