煤层瓦斯流动及防治技术研究(林柏泉)

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1、煤层瓦斯流动及防治技术研究中国矿业大学能源与安全工程学院副院长江苏省政协委员国家安全生产专家林柏泉教授(博导)淮北矿业集团公司瓦斯治理技术培训班主要汇报内容一、概述二、煤层瓦斯运移特征三、掘进巷道瓦斯涌出及防治技术四、回采工作面瓦斯涌出及防治技术五、采空区瓦斯涌出及防治技术教材及参考书：1、胡殿明、林柏泉等编著，煤层瓦斯赋存规律及防治技术，中国矿业大学出版社，2006年2、周世宁、林柏泉著，煤层瓦斯赋存及流动理论，煤炭工业出版社，2000年个人简介林柏泉，福建省龙岩市人，教授、博士生导师，中国矿业大学能源与安全工程学院副院长，国家安全生产专家，江苏省普通高校跨世纪学术带头人、煤炭行业

2、专业技术拔尖人才，中国健康安全学会理事，中煤劳保学会理事，中煤劳保学会矿井通风专委会副主任，江苏省政协委员，教育部安全工程学科教学指导委员会委员,中国民主促进会徐州市副主委、矿大支部主委。1982年毕业于福州大学，1986年获硕士学位，1992年获博士学位；1997年和2000年分别去美国、加拿大和德国进行学术交流活动，2001年赴越南考查，2007年去澳大利亚学术交流。主要从事安全技术及工程方面的教学和科研工作，尤其在矿井瓦斯防治、气体与粉尘爆炸、安全管理理论等方面进行了较多的教学工作和较为深入的研究工作。近年来，作为专家分别参加了，2003年安徽芦岭煤矿“5.13”特别重大瓦斯爆

3、炸事故、2004年河南大平煤矿“10.20”特别重大瓦斯爆炸事故和2005年七台河东风煤矿“11.27”特别重大煤尘爆炸事故的调查工作；作为专家组副组长，参加了国家安全生产监督管理总局组织、为贯彻国务院第81次常务会议精神而举行的的煤矿安全“会诊”工作。第一章概述矿井瓦斯是严重威胁煤矿安全生产的主要自然因素之一。在近代煤炭开采史上．瓦斯灾害每年都造成许多人员伤亡和巨大的财产损失。同时煤层及其顶底板围岩中所含的瓦斯(也称煤层气，也是重要的矿物资源之一，可做燃料和化工原料。每立方米瓦斯的燃烧热3.7×107J．相当于1～1.5kg烟煤。据初步估测，我国煤层气资源总量达3.0～3.5万亿m

4、3。因此．预防瓦斯灾害对煤炭工业的健康持续发展，具有重要意义。第二章煤层瓦斯运移特征煤层瓦斯的运移是一个复杂的运动过程，它与煤层的结构和煤层中瓦斯赋存状态密切相关。包括以下几个部分：4.煤层中瓦斯流动状态的分类3.瓦斯在煤层中运移的基本规律2.3煤层瓦斯运移的基本规律2.流体在多孔介质中的流动方程1.多孔介质的特性及流体在其内的运移瓦斯以吸附状态和游离状态赋存在煤体中，并在其中运移。一般可把富含孔隙和裂隙的煤体看作是多孔介质。多孔介质有如下特点：2.3.1多孔介质的特性及流体在其内的运移（1）多相性。即可以同时存在固相、液相和气相。固相部分称为固体骨架，固体骨架以外部分称为孔隙空间；

5、（2）在多孔介质所占据的范围内，固体骨架遍布于整个多孔介质中。固体骨架具有很大的比面积，孔隙空间的空隙比较狭窄。（3）孔隙空间的绝大多数空隙是相互连通的，只有少量的空隙是封闭的，流体在连通的孔隙中流动。1.孔隙性----孔隙的多少和大小是多孔介质的重要特性，常用孔隙率这一指标表示。2.比面单位体积多孔介质中的总表面积称为比面，可用下式表示：式中――比面，cm-1；――多孔介质的体积，cm3；――体积中的总表面积，cm2。多孔介质的基本特性2.3.1多孔介质的特性及流体在其内的运移3.压缩性多孔介质的压缩性常用体积压缩系数来表示。体积压缩系数的定义为：当温度一定时作用于多孔介质上的压强

6、变化一个单位所引起的整体体积的变化率，即：多孔介质受压缩时，主要是减少了孔隙空间的体积。在煤矿中当煤层处于集中应力带时，孔隙空间减少，可使煤层透气系数大大降低；相反地，当煤层处于卸压带时，煤体膨胀，孔隙空间增大，可使煤层透气系数大大增加。2.3.1多孔介质的特性及流体在其内的运移多孔介质的基本特性当流体在多孔介质中流动时，不仅多孔介质本身的性质对流体的运动有影响，而且流体的性质也对流动产生影响。流体的密度是压强和温度T的函数，在流动场范围内，流体的密度是变化的。瓦斯在煤层中流动时，游离瓦斯可视为理想气体。根据气体状态方程有：R——气体常数；T——绝对温度；——瓦斯密度；p——瓦斯压力

7、；——瓦斯的分子量，g流体的性质2.3.1多孔介质的特性及流体在其内的运移1．流体的密度流体的体积随压强的增加而减少的性质称为压缩性。一般情况下，常用弹性模量E或体积压缩系数来表示流体压缩性，遵循广义虎克（Hooke）定律：式中p――压强；V――流体的体积；E――弹性模量，N/cm2粘滞性是流体阻抗流动的性质，一般用动力粘滞系数μ和运动粘滞系数ν来表示。2.3.1多孔介质的特性及流体在其内的运移流体的性质2．流体的压缩性3．流体的粘滞性（1）当一种流体与另