瓦斯在煤体内的赋存状态.doc

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1、瓦斯在煤体内的赋存状态1．煤体内的孔隙特征⑴煤体内的孔隙分类煤体之所以能保存一定数量的瓦斯，这与煤体内具有大量的孔隙有密切关系。根据煤的组成及其结构性质，煤中的孔隙可以分为三种：①宏观孔隙：指可用肉眼分辨的层理、节理、劈理及次生裂隙等形成的孔隙。一般在0.1mm以上。②显微孔隙：指用光学显微镜和扫描电镜能分辨的孔隙。③分子孔隙：指煤的分子结构所构成的超微孔隙。一般在0.1μm以下。根据孔隙对瓦斯吸附、渗透和煤强度性质的影响，一般按直径把孔隙分为以下几种：①微孔：直径小于0.01μm，它构成煤的吸附空间。②小孔：直径为0.01～0.1μm，是瓦斯凝结和扩散的空间。③中孔：直径为

2、0.1～1μm，它构成瓦斯层流渗流的空间。④大孔：直径为1～100μm，它构成强烈层流渗透的空间，是结构高度破坏煤的破碎面。⑤可见孔和裂隙：大于100μm，它构成层流及紊流混合渗流空间，是坚固和中等强度煤的破碎面。⑵煤的孔隙率煤的孔隙率是指煤中孔隙总体积与煤的总体积之比，通常用百分数表示。（1-1）式中：K——煤的孔隙率，%；Vp——煤的总体积，包括其中的孔隙体积，mL；Vt——煤的实在体积，不包括其中孔隙体积，mL。煤的孔隙率可以通过实测煤的真密度和视密度来确定，不同单位煤的孔隙率与煤的真密度、视密度存在如下关系：（1-2）（1-3）式中：K、K1——分别为单位质量和单位体

3、积煤的孔隙率，m3/t、m3/m3（或%）；ρp——煤的视密度，即包括孔隙在内的煤密度，t/m3；ρt——煤的真密度，即扣除孔隙后煤的密度，t/m3。煤的视密度ρs和煤的真密度ρd可在实验室内测得。真密度与视密度的差值越大，煤的孔隙率也越大。国内外对煤孔隙率的测定结果表明，煤的孔隙率与煤的变质程度有一定关系。表1-2是俄罗斯顿巴斯矿区不同变质程度煤的孔隙率；表1-3是我国部分矿井煤的孔隙率。表1-2各种种类煤的孔隙率煤的种类孔隙率/m3.t-1煤的种类孔隙率/m3.t-1变化范围平均值变化范围平均值长焰煤气煤肥煤焦煤0.073～0.0910.028～0.0800.026～0.

4、0780.021～0.0680.0840.0530.0510.045瘦煤贫煤半无烟煤无烟煤0.028～0.0650.034～0.0840.041～0.0940.055～0.1360.0450.0550.0650.088表1-3我国一些矿井煤的孔隙率表矿井煤的挥发分（%）孔隙率（%）抚顺老虎台45.7614.05鹤岗大陆31.8610.6开滦马家沟12号煤26.86.59本溪田师傅3号煤13.716.7阳泉三矿3号煤6.6614.1焦作王封大煤5.8218.5从表中可以看出，不同煤种孔隙率有很大不同，即使是同一类煤，孔隙率的变化范围也很大，但总的趋势是中等变质程度的煤孔隙率最小

5、，变质程度变小和变大时，孔隙率都会增大。2．瓦斯在煤体内的赋存状态瓦斯在煤体中以游离和吸附状两种状态存在。⑴游离状态游离状态也称自由状态，存在于煤的孔隙和裂隙中。这种状态的瓦斯以自由气体存在，呈现出的压力服从自由气体定律。游离瓦斯量的大小主要取决于煤的孔隙率，在相同的瓦斯压力下，煤的孔隙率越大，则所含游离瓦斯量也越大。在贮存空间一定时，其游离瓦斯量的大小与瓦斯压力成正比，与瓦斯温度成反比。⑵吸附状态吸附状态的瓦斯包括吸附在煤的微孔表面上的吸着瓦斯和煤的微粒结构内部的吸收瓦斯。吸着状态是在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；而吸收状

6、态是瓦斯分子充填到极其微小的微孔孔隙内，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。吸附瓦斯量的大小，取决于煤的孔隙结构特点、瓦斯压力、煤的温度和湿度等。一般规律是：煤中的微孔越多、瓦斯压力越大，吸附瓦斯量越大；随着煤的温度增加，煤的吸附能力下降；煤的水分占据微孔的部分表面积，故煤的湿度越大，吸附瓦斯量越小。煤体中的瓦斯含量是一定的，处于游离状态和吸附状态的瓦斯量是可以相互转化的，这取决于外界的温度和压力等条件变化。当压力升高或温度降低时，部分瓦斯将由游离状态转化为吸附状态，这种现象称为吸附；相反，如果压力降低或温度升高时，又会有部分瓦斯由吸附状态转

7、化为游离状态，这种现象称为解吸。吸附和解吸是两个互逆过程，这两个过程在原始应力下处于一种动态平衡，当原始应力发生变化时，这种动平衡状态将被破坏。根据国内外科学研究成果，现今开采深度内，煤层中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%。但在断层、大的裂隙、孔洞和砂岩内，瓦斯则主要以游离状态赋存。随着煤层被开采，煤层顶底板附近的煤岩产生裂隙，导致透气性增加，瓦斯压力随之下降，煤体中的吸附瓦斯解吸而成为游离瓦斯，在瓦斯压力失去平衡的情况下，大量游离瓦斯就会通过各种通道涌入采掘空间，因此，随着采