安全工程通风安全学ch9

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1、河南工程学院安全工程系《通风安全学》第九章矿井瓦斯第一节概述第二节煤层瓦斯赋存与含量第三节矿井瓦斯涌出第四节瓦斯喷出第五节煤与瓦斯突出及其预防第六节爆炸及其预防第七节瓦斯抽放本章主要内容矿井瓦斯：是煤矿生产过程中，从煤、岩内涌出的各种气体的总称。煤矿术语中的瓦斯指的就是甲烷。CH4的性质：无色、无味、无嗅的气体，可燃烧、爆炸；分子量：16.049；分子直径：0.41nm；密度：0.716kg/m3（气态）、424.5kg/m3（液态）相对空气密度：0.554；难溶入水:101.3kPa,20℃,3.31L/10

2、0LH2O危害：爆炸，突出，人员窒息、环境污染、温室效应。作用：能源、化工原料。第一节概述一、瓦斯的成因与赋存（一）矿井瓦斯的生成煤层瓦斯是腐植型有机物（植物）在成煤过程中生成的。成气过程两个阶段：第一阶段为生物化学成气时期；第二阶段为煤化变质作用时期。（二）瓦斯在煤体内存在的状态煤体是一种复杂的多孔性固体，包括原生孔隙和运动形成的大量孔隙和裂隙，形成了很大的自由空间和孔隙表面。第一节概述从电镜照片中可以看出，煤体中含有大量孔隙，这些孔隙可分为原生孔隙和后生孔隙。原生孔隙主要是成煤植物本身所具有的各种组织孔以及

3、碎屑镜质体、碎屑惰质体和碎屑壳质体等有机物之间的孔；后生孔主要为煤变质过程中由生气和聚气作用而形成的孔。由于受压，气孔出现破裂和连通。煤中除了具有大量孔隙外，颗粒之间还有多条裂纹存在。煤层中瓦斯赋存两种状态：游离状态：瓦斯以自由气态存在；吸附状态：吸着－瓦斯主要吸附在煤的微孔表面上。吸收－瓦斯吸附在煤的微粒结构内部。煤层中的瓦斯大部分以吸附状态（约占总瓦斯含量的80％）存在。吸着状态是孔隙表面的固体分子引力作用下，瓦斯分子被紧密地吸附于孔隙表面上，形成很薄的吸附层。吸收状态是瓦斯分子充填到几埃到十几埃的微细孔隙

4、内，占据着煤分子结构的空位和煤分子之间的空间，如同气体溶解于液体中的状态。第二节煤层瓦斯赋存与含量二、煤层中瓦斯垂直分带形成原因：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，使煤层内的瓦斯呈现出垂直分带特征。瓦斯空气-1000m-800m-600m-400m-200m第二节煤层瓦斯赋存与含量四带：CO2-N2带、N2带、N2—CH4带、CH4带。现场实际过程中，将前三带总称为瓦斯风化带。煤层垂向各带气体组份表名称气带成因瓦斯成分％N2CO2CH4CO2-N

5、2带生物化学－空气20～8020～80＜10N2带空气＞80＜10～20＜20N2-CH4带空气－变质20～80＜10～2020～80CH4带变质＜20＜10＞80第二节煤层瓦斯赋存与含量在近代开采深度内，瓦斯带内煤层瓦斯含量和涌出量随深度增加而有规律地增大。意义：掌握本煤田煤层瓦斯垂直分带的特征，是搞好矿井瓦斯涌出量预测和日常瓦斯管理工作的基础。CO2－N2带N2带N2－CH4带CH4带瓦斯风化带瓦斯垂直分带性第二节煤层瓦斯赋存与含量瓦斯风化带下界深度确定依据：（可以根据下列指标中的任何一项确定）（1）煤层的

6、相对瓦斯涌出量等于2～3m3/t处；（2）煤层内的瓦斯组分中甲烷及重烃(11个炭原子以上)浓度总和达到80%（体积比）；（3）煤层内的瓦斯压力为0.1～0.15MPa；（4）煤的瓦斯含量达到下列数值处：长焰煤1.0～1.5m3/t（C.M.），气煤1.5～2.0m3/t（C.M.），肥煤与焦煤2.0～2.5m3/t(C.M)，瘦煤2.5～3.0m3/t(C.M.)，贫煤3.0～4.0m3/t(C.M.)，无烟煤5.0～7.0m3/t(C.M.)（此处的C.M.是指煤中可燃质既固定碳和挥发分）第二节煤层瓦斯赋存与

7、含量三、影响煤层瓦斯含量的因素煤的瓦斯含量是指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）。单位为m3/m3(cm3/cm3)或m3/t(cm3/g)。煤的瓦斯含量包括游离瓦斯和吸附瓦斯含量之和。主要影响因素：1、煤的吸附特性煤的吸附性能决定于煤化程度，一般情况下煤的煤化程度越高，存储瓦斯的能力越强。第二节煤层瓦斯赋存与含量2、煤层露头煤层如果有或曾经有过露头长时间与大气相通，瓦斯含量就不会很大。3、煤层的埋藏深度在近代开采深度范围内，瓦斯带内煤层的瓦斯含量随深度的增加而呈线性增加。第二

8、节煤层瓦斯赋存与含量4、围岩透气性煤层围岩：是指煤层直接顶、老顶和直接底板等在内的一定厚度范围的层段。煤层围岩对瓦斯赋存的影响，决定于它的隔气、透气性能。5、煤层倾角埋藏深度相同时，煤层倾角越小，瓦斯含量越大。∵∴煤层倾角愈大，煤层瓦斯含量愈低。例如：芙蓉矿，北翼：40°~80°,南翼：6°~12°，第二节煤层瓦斯赋存与含量6、地质构造在围岩属低透气性的条件下，封闭型地质构造有利于瓦斯