瓦斯基礎(chǔ)知識(shí)

1、瓦斯基礎(chǔ)知識(shí)一、礦井瓦斯基本概念1、定義：礦井瓦斯-煤在生成過程中的一種伴生氣體。廣義：凡從圍巖或礦人本（煤層）中涌入礦井內(nèi)的氣體，統(tǒng)稱瓦斯。狹義：?jiǎn)沃讣淄椋ǚ肿邮剑篊H4）。2、瓦斯主要成分：甲烷（CH4）、二氧化碳（CO2）、氮（N2）、硫化氫（H2S）、一氧化碳（CO）、氫（H2）、二氧化硫（SO2）及其它化合物及稀有氣體。3、瓦斯的性質(zhì)：無(wú)色、無(wú)味、無(wú)臭。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（P=atm，t=20C0）下：容重0.716Kg/m3；比重：0.554。分子直徑：0.41nm(納米)。擴(kuò)散性很強(qiáng)（擴(kuò)散速度是空氣的1.34倍）、微溶于水（標(biāo)態(tài)下：100L水可溶3.3L；0時(shí)可溶5.56L甲烷）。4、瓦斯

2、的危害：1）造成大氣污染：形成溫室效應(yīng)，酸雨（甲烷是一種重要的溫室氣體，其溫室效應(yīng)為二氧化碳的21倍，二氧化氮的7倍）；2）人員窒息：在空氣中CH44357%時(shí)，O2129，人員昏迷、窒息死亡；3）發(fā)生爆炸：在CH4、O2、t三個(gè)條件同時(shí)具備時(shí)，發(fā)生爆炸，爆炸壓力在密閉空間內(nèi)可達(dá)9.5atm；4）發(fā)生突出：煤巖層中瓦斯壓力超過煤巖物理機(jī)械強(qiáng)度時(shí)發(fā)生瓦斯突出。 5、瓦斯賦存形態(tài)（1）吸附瓦斯：以單分子薄膜形式凝聚在煤的微孔和超微孔的表面上；吸附瓦斯占80%90%。（2）游離瓦斯：自由充填在煤的小孔、中孔、大孔或裂隙中的瓦斯，存在于滲透容積之中附：沼氣水化物：類似可燃冰的新物質(zhì)。這種化合物一旦改變

3、生存環(huán)境，條件，即刻發(fā)生還原反應(yīng)(吸附解吸)，產(chǎn)生大量沼氣。二、瓦斯在開采煤層中的運(yùn)移規(guī)律礦井瓦斯涌出構(gòu)成關(guān)系礦井瓦斯涌出生產(chǎn)采區(qū)瓦斯涌出已采采區(qū)采空區(qū)瓦斯涌出回采工作面瓦斯涌出生產(chǎn)采區(qū)采空區(qū)瓦斯涌出掘進(jìn)工作面瓦斯涌出開采層瓦斯涌出鄰近層瓦斯涌出煤壁瓦斯涌出落煤瓦斯涌出（一）煤層瓦斯流動(dòng)的基本參數(shù)影響瓦斯流動(dòng)的參數(shù)很多，對(duì)煤層而言，瓦斯壓力、透氣性、煤的吸附能力和孔隙率是影響瓦斯涌出的基本參數(shù)。1、煤層瓦斯壓力P瓦斯在煤層中是以具有壓力的氣體存在著的。瓦斯壓力是瓦斯流動(dòng)的動(dòng)力。2、煤層的滲透率K和透氣系數(shù)煤層的透氣系數(shù)是指煤層對(duì)于瓦斯流動(dòng)的難易程度而言，用K表示；煤層的透氣率是表示煤結(jié)構(gòu)滲透性

4、能，用表示。采掘工作引起的地應(yīng)力活動(dòng)能使煤層的透氣系數(shù)產(chǎn)生很大變化。在集中應(yīng)力帶煤體的透氣系數(shù)可降低50%以上，而在卸壓帶范圍的可增大數(shù)千倍。由于卸壓，增大了煤層透氣系數(shù)，加速了瓦斯的流動(dòng)，稱為“卸壓流動(dòng)效應(yīng)”。這一效應(yīng)被廣泛應(yīng)用于鄰近煤層和本煤層的瓦斯抽放以及預(yù)防瓦斯突出的措施中。3、煤層的瓦斯含量系數(shù)WM在一定的煤層和溫度條件下，瓦斯含量決定于瓦斯壓力。瓦斯含量和瓦斯壓力的關(guān)系，基本是一指數(shù)方程式，可用下式表示。WM= 式中：WM每立方米煤的總瓦斯含量，m3/m3（760mmHg，t）瓦斯含量系數(shù)，m3/m3·PaP瓦斯壓力（絕對(duì)壓力），Pa（二）煤層瓦斯流動(dòng)的狀態(tài)1、流動(dòng)場(chǎng)的分

5、類瓦斯在煤層中由高壓流向低壓，在煤層中形成一定的流動(dòng)范圍，這一范圍稱之為流動(dòng)場(chǎng)，即在流動(dòng)場(chǎng)的范圍內(nèi)，瓦斯才有流動(dòng)。1）單向流動(dòng)：在礦井中如沿煤層開掘平巷，且煤層的厚度小于或等于巷道高度，巷道全部開切煤層，則巷道兩側(cè)瓦斯的流動(dòng)都沿著垂直于巷道的方向前進(jìn)，形成彼此平行，而方向相同的流網(wǎng)，這就叫單向流動(dòng)。2）徑向流動(dòng)：石門或鉆孔垂直貫穿煤層，在煤中形成同心圓狀的瓦斯壓力等壓線，這種流態(tài)就叫做徑向流動(dòng)，徑向流動(dòng)是平面流動(dòng)。3）球向流動(dòng)：特厚煤層巷道掘進(jìn)工作面的迎頭和鉆孔孔底以及煤塊的瓦斯放散都屬于這一類，在煤體中形成同心球狀的等壓線分布，而流線則呈放射網(wǎng)狀。流動(dòng)場(chǎng)從時(shí)間上來說，分為穩(wěn)定和不穩(wěn)定兩種。穩(wěn)

6、定流動(dòng)場(chǎng)就是有固定的瓦斯源，在流動(dòng)場(chǎng)中任何一點(diǎn)的流速和壓力不隨時(shí)間而變。相反地，不穩(wěn)定流動(dòng)場(chǎng)沒有外來的瓦斯來源，而是由流動(dòng)場(chǎng)內(nèi)本身供給的，因此流動(dòng)場(chǎng)隨流動(dòng)時(shí)間而變化。嚴(yán)格說來，煤層中的瓦斯流動(dòng)都是不穩(wěn)定的，因?yàn)橥咚沟膩碓磥碜粤鲃?dòng)場(chǎng)本身所含有的瓦斯，所以瓦斯涌出量也是隨時(shí)間不斷衰減的。2、煤層中瓦斯壓力的分布和對(duì)突出的影響在徑向流動(dòng)場(chǎng)中，瓦斯從四面八方匯集于鉆孔中，因此在鉆孔周圍形成很高的瓦斯壓力梯度，這就是在排瓦斯鉆孔周圍不遠(yuǎn)處，即能測(cè)到很高的瓦斯壓力。掘進(jìn)巷道的前方，在地應(yīng)力作用下，能產(chǎn)生卸壓帶、集中應(yīng)力帶和常壓帶，在卸壓帶中煤體透氣系數(shù)增大，集中壓力帶中透氣系數(shù)降低。在卸壓帶瓦斯壓力梯度是

7、平緩的，在集中應(yīng)力帶瓦斯壓力梯度顯著增大，在工作面前方，卸壓帶的作用相當(dāng)于預(yù)防突出的緩沖區(qū)域，因此卸壓帶的寬度對(duì)是否能發(fā)生突出具有重要意義。三、瓦斯涌出（一）瓦斯涌出形式根據(jù)其特點(diǎn)可分為：1、涌出；2、噴出：3、煤（巖）與瓦斯突出。（二）瓦斯等級(jí)的劃分：根據(jù)礦井相對(duì)瓦斯涌出量、絕對(duì)瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式劃分：1、低瓦斯礦井：礦井相對(duì)瓦斯涌出量小于或等于10m3/t，且礦井絕對(duì)瓦斯涌出量小于或等40m3/min。2、高瓦斯礦井：礦井相對(duì)瓦斯涌出量大于10m3/t或礦井絕對(duì)瓦斯涌出量大于40m3/min。3、煤與瓦斯突出礦井。（三）影響瓦斯涌出量的因素：1、煤層瓦斯含量：煤層瓦斯含量越大，瓦斯涌出量就越大。2、開采規(guī)模：開采規(guī)模大，范圍廣，瓦斯涌出量就大。3、地面大氣壓力變化：大氣壓力增大，