礦井瓦斯防治技術(shù)

1、2016年年2月月24日日 為什么一個老板再難，也不會輕言放棄?而一個員工做得不順就想逃走?為什么一對夫妻再吵再大矛盾，也不會輕易離婚?而一對情侶常為一些很小的事就分開了?說到底，你在一件事，一段關(guān)系上的投入多少，決定你能承受多大的壓力，能取得多大的成功，能堅(jiān)守多長時間。馮侖說：偉大都是熬出來的。為什么用熬?因?yàn)槠胀ㄈ顺惺懿涣说奈愕贸惺埽胀ㄈ诵枰獎e人理解安慰勵，但你沒有，普通人用對抗消極指責(zé)來發(fā)泄情緒，但你必須看到愛和光，在任何事情上學(xué)會轉(zhuǎn)化消化，普通人需要一個肩膀在脆弱的時候靠一靠，而你就是別人依靠的肩膀。孝莊對康熙說：“孫兒，大清國最大的危機(jī)不是外面的千軍萬馬，最大的危難，在你自己的

2、內(nèi)心。”感悟：最難的不是別人的拒絕與不理解，而是你愿不愿意為你的夢想而作出改變感悟：最難的不是別人的拒絕與不理解，而是你愿不愿意為你的夢想而作出改變 !為什么一個老板再難，也不會輕言放棄？ 生活總是現(xiàn)實(shí)的.窮人用懸崖來自盡，富人用懸崖來蹦極。這就是窮人與富人的區(qū)別 .弟子問：師父您有時候打人罵人，有時又對人又彬彬有禮，這里面有什么玄機(jī)嗎?師父說：對待上等人直指人心，可打可罵，以真面目待他;對待中等人最多隱喻他，要講分寸，他受不了打罵;對待下等人要面帶微笑，雙手合十，他很脆弱、心眼小，只配用世俗的禮節(jié)對他。感悟：你受得了何種委屈，決定你能成為何種人感悟：你受得了何種委屈，決定你能成為何種人!一個

3、不會游泳的人，老換游泳池是不能解決問題的; 一個不會做事的人，老換工作解決不了自己的能力的; 一個不懂經(jīng)營愛情的人，老換男女朋友是解決不了問題的; 一個不懂經(jīng)營家庭的人，怎么換愛人都解決不了問題; 一個不懂職場倫理的人，絕對不會持續(xù)成功; 一個不懂正確養(yǎng)生的人，藥吃得再多，醫(yī)院設(shè)備再好，都是解決不了問題的。我是一切的根源，要想改變一切，首先要改變自己!學(xué)習(xí)是改變自己的根本。其實(shí)，你愛的是你自己;你喜歡的也是你自己。你愛的、你恨的，都是你自己。你變了，一切就都變了。你的世界是由你創(chuàng)造出來的。你的一切都是你創(chuàng)造出來的。感悟：一念到天堂，一念下地獄。你的心在哪兒，你的成就就在哪兒感悟：一念到天堂，一

4、念下地獄。你的心在哪兒，你的成就就在哪兒!第一部分第一部分 礦井瓦斯防治技術(shù)礦井瓦斯防治技術(shù)第第1 1章章 煤層瓦斯賦存與含量煤層瓦斯賦存與含量 1.1 1.1 礦井瓦斯的概念與性質(zhì)礦井瓦斯的概念與性質(zhì) 1.2 1.2 煤層瓦斯的成因煤層瓦斯的成因 1.3 1.3 煤層瓦斯賦存的垂直分帶性煤層瓦斯賦存的垂直分帶性 1.4 1.4 煤的孔隙特征煤的孔隙特征 1.5 1.5 煤的吸附特性煤的吸附特性 1.6 1.6 煤層瓦斯壓力煤層瓦斯壓力 1.7 1.7 煤層瓦斯含量煤層瓦斯含量 1.8 1.8 影響煤層瓦斯含量的主要因素影響煤層瓦斯含量的主要因素第第2 2章章 礦井瓦斯涌出礦井瓦斯涌出 2.1

5、 2.1 煤層瓦斯流動的基本規(guī)律煤層瓦斯流動的基本規(guī)律 2.2 2.2 煤層瓦斯涌出量及主要影響因素煤層瓦斯涌出量及主要影響因素 2.3 2.3 礦井瓦斯等級及其鑒定礦井瓦斯等級及其鑒定 2.4 2.4 礦井瓦斯涌出量預(yù)測礦井瓦斯涌出量預(yù)測 2.5 2.5 礦井瓦斯涌出防治礦井瓦斯涌出防治第第3 3章章 瓦斯噴出及其預(yù)防瓦斯噴出及其預(yù)防 3.1 3.1 瓦斯噴出的分類及其特點(diǎn)瓦斯噴出的分類及其特點(diǎn) 3.2 3.2 瓦斯噴出的防治瓦斯噴出的防治第第4 4章章 煤與瓦斯突出及其防治煤與瓦斯突出及其防治 4.1 4.1 煤與瓦斯突出概況煤與瓦斯突出概況 4.2 4.2 礦井瓦斯動力現(xiàn)象及分類礦井瓦斯

6、動力現(xiàn)象及分類 4.3 4.3 采掘工作面瓦斯動力現(xiàn)象的特點(diǎn)采掘工作面瓦斯動力現(xiàn)象的特點(diǎn) 4.4 4.4 煤與瓦斯突出機(jī)理煤與瓦斯突出機(jī)理 4.5 4.5 煤與瓦斯突出的一般規(guī)律煤與瓦斯突出的一般規(guī)律 4.6 4.6 區(qū)域性防突措施區(qū)域性防突措施 4.7 4.7 采掘工作面防突措施采掘工作面防突措施 4.8 4.8 煤與瓦斯突出的預(yù)測煤與瓦斯突出的預(yù)測 4.9 4.9 巖石與二氧化碳的預(yù)防巖石與二氧化碳的預(yù)防第第5 5章章 礦井瓦斯爆炸及其預(yù)防礦井瓦斯爆炸及其預(yù)防 5.1 礦井瓦斯爆炸及作用機(jī)理 5.2 瓦斯爆炸的傳播及其后果 5.3 煤礦爆炸性氣體的安全技術(shù)參數(shù) 5.4 煤礦瓦斯爆炸原因分析

7、 5.5 預(yù)防瓦斯爆炸的技術(shù)措施第第6 6章章 煤礦瓦斯抽放技術(shù)煤礦瓦斯抽放技術(shù) 6.1 煤礦瓦斯抽放可行性分析 6.2 瓦斯抽放設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 6.3 抽放瓦斯方法及工藝參數(shù) 6.4 抽放瓦斯設(shè)備及參數(shù)設(shè)計(jì) 6.5 瓦斯利用第一部分第一部分 礦井瓦斯防治技術(shù)礦井瓦斯防治技術(shù)第第1 1章章 煤層瓦斯賦存與含量煤層瓦斯賦存與含量 1.1 1.1 礦井瓦斯的概念與性質(zhì)礦井瓦斯的概念與性質(zhì)一、礦井瓦斯的含義一、礦井瓦斯的含義廣義廣義：井下除正?？諝獾拇髿獬煞菀酝?，涌向采：井下除正?？諝獾拇髿獬煞菀酝?，涌向采礦空間的各種有毒、有害氣體總稱。礦空間的各種有毒、有害氣體總稱。狹義狹義：煤礦生產(chǎn)過程中從煤、巖內(nèi)涌

8、出的，以甲：煤礦生產(chǎn)過程中從煤、巖內(nèi)涌出的，以甲烷為主要成份的混合氣體總稱。烷為主要成份的混合氣體總稱。 礦井瓦斯成分很復(fù)雜，其主要成分是甲烷礦井瓦斯成分很復(fù)雜，其主要成分是甲烷(CH(CH4 4) )，其，其次是二氧化碳次是二氧化碳(CO(CO2 2) )和氮?dú)夂偷獨(dú)?N(N2 2) )，還含有少量或微量的重?zé)N，還含有少量或微量的重?zé)N類氣體（類氣體（乙烷、丙烷、丁烷、戊烷乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等）、氫（等）、氫（HH2 2）、一氧）、一氧化碳（化碳（COCO）、二氧化硫）、二氧化硫(SO(SO2 2) )、硫化氫、硫化氫(H(H2 2S)S)等。等。 由于甲烷（俗稱沼氣）是礦井瓦斯的主要成分

9、，因由于甲烷（俗稱沼氣）是礦井瓦斯的主要成分，因而人們習(xí)慣上所說的瓦斯，通常指甲烷而言。而人們習(xí)慣上所說的瓦斯，通常指甲烷而言。來源來源： （1 1）煤、巖層涌出（烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴）；）煤、巖層涌出（烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴）； （2 2）生產(chǎn)過程中產(chǎn)生（）生產(chǎn)過程中產(chǎn)生（COCO2 2、NONO2 2、HH2 2等）等） （3 3）井下化學(xué)、生物化學(xué)反應(yīng)生成）井下化學(xué)、生物化學(xué)反應(yīng)生成 （COCO2 2、HH2 2S S、SOSO2 2）；）； （4 4） 放射性元素蛻變過程生成（放射性元素蛻變過程生成（RnRn、HeHe等）等）二、二、CH4的性質(zhì)的性質(zhì) 無色、無味、無嗅的氣體，可燃燒、爆

10、炸；無色、無味、無嗅的氣體，可燃燒、爆炸； 分子量：分子量：16.04916.049，分子直徑：，分子直徑：0.41nm0.41nm， 密度：密度：0.716Kg/m0.716Kg/m3 3（氣態(tài)）、（氣態(tài)）、 424.5 Kg/m424.5 Kg/m3 3（液態(tài)）（液態(tài)） 相對空氣密度：相對空氣密度：0.554,0.554, 難溶入水難溶入水: : 在在101.3 KPa , 20101.3 KPa , 20條件下條件下 , , 3.31l/100lH3.31l/100lH2 2OO三、三、 CH4的危害及其經(jīng)濟(jì)價值的危害及其經(jīng)濟(jì)價值 1 1、危害性、危害性 （1 1） 燃燒、爆炸燃燒、爆炸

11、 （2 2）窒息）窒息 （3 3）噴出、突出）噴出、突出2、重要能源、重要能源 CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O + Q 1m3CH4 37022.2kJ 相當(dāng)于相當(dāng)于11.5Kg煙煤。煙煤。 重要的化工原料。重要的化工原料。1.2 煤層瓦斯的成因煤層瓦斯的成因 有機(jī)源氣體有機(jī)源氣體-腐植有機(jī)物（高等植物）成煤過程。腐植有機(jī)物（高等植物）成煤過程。煤層瓦斯是腐植型有機(jī)物（植物）在成煤過程中生成的煤層瓦斯是腐植型有機(jī)物（植物）在成煤過程中生成的 兩個階段兩個階段： （1）生物化學(xué)階段（）生物化學(xué)階段（從植物遺體到泥炭從植物遺體到泥炭） 4C6H10O5 7CH4 + 8CO2 + C9H

12、6O + 3H2O 特點(diǎn)特點(diǎn)：埋藏淺，覆蓋層膠結(jié)不好，煤層保存氣體少。：埋藏淺，覆蓋層膠結(jié)不好，煤層保存氣體少。隔絕空氣隔絕空氣微生物微生物（纖維素）（纖維素）（2）變質(zhì)階段（）變質(zhì)階段（從泥炭到煙煤從泥炭到煙煤） 泥炭泥炭 褐煤褐煤 煙煤煙煤 無煙煤無煙煤如：如：4C16H18O5 C57H56O10 + 4CO2 + 3CH4 + 2H2O C57H56O10 C54H42O5 + CO2 + 2CH4 + 3H2O C54H42O5 C13H4 + 2CH4 + H2OP 、tP 、tP 、t（泥炭）（泥炭）（褐煤）（褐煤）（褐煤）（褐煤）（煙煤）（煙煤）（煙煤）（煙煤）（無煙煤）（無煙

13、煤）v特點(diǎn)特點(diǎn)： （1）碳化過程生成的大量氣體。）碳化過程生成的大量氣體。 初期初期：主要為：主要為CO2，CH4不多。隨著碳化程度的提高，不多。隨著碳化程度的提高，CO2減少，減少，CH4增多，同時生成重?zé)N。增多，同時生成重?zé)N。 （2）碳化的同時，煤的物質(zhì)分子式、結(jié)構(gòu)發(fā)生變化；）碳化的同時，煤的物質(zhì)分子式、結(jié)構(gòu)發(fā)生變化； （3）因覆蓋層增厚，生成的氣體大多得以保存。但煤層）因覆蓋層增厚，生成的氣體大多得以保存。但煤層瓦斯含量遠(yuǎn)小于生成量。瓦斯含量遠(yuǎn)小于生成量。 減少的原因減少的原因： （1）地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動；）地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動； （2）運(yùn)移到適于貯存地點(diǎn)，形成氣藏；）運(yùn)移到適于貯存地點(diǎn)，形成氣藏；

14、（3）溶解于水中（）溶解于水中（長久地質(zhì)年代過程中長久地質(zhì)年代過程中）；）； （4）逸散于大氣中（）逸散于大氣中（從煤層露頭從煤層露頭）。）。（3）其它主要?dú)怏w）其它主要?dú)怏wCO2 成因成因： 變質(zhì)生成。易逸散于大氣中，溶解于水，生成變質(zhì)生成。易逸散于大氣中，溶解于水，生成碳酸鹽，所以，深部煤層中很少含有碳酸鹽，所以，深部煤層中很少含有CO2； 生物化學(xué)作用，淺部生物圈內(nèi)（微生物生化作生物化學(xué)作用，淺部生物圈內(nèi)（微生物生化作用）；用）； 火山活動，巖漿接觸變質(zhì)，生成大量火山活動，巖漿接觸變質(zhì)，生成大量CO2。如：。如：窯街、營城局；窯街、營城局； 煤氧化。特別是煤的低溫氧化。煤氧化。特別是煤的

15、低溫氧化。N2 來自大氣。與氬的比例與空氣一致。來自大氣。與氬的比例與空氣一致。014. 0012. 01002NArHe 放射性元素蛻變的產(chǎn)物。放射性元素蛻變的產(chǎn)物。1.3 煤層瓦斯賦存的垂直分帶性煤層瓦斯賦存的垂直分帶性 煤層瓦斯主要成分：煤層瓦斯主要成分：CH4、CO2、N2。 形成原因形成原因：當(dāng)煤層直達(dá)地表或直接為透氣性較好的第：當(dāng)煤層直達(dá)地表或直接為透氣性較好的第四系沖積層覆蓋時，由于煤層中瓦斯向上運(yùn)移和地面四系沖積層覆蓋時，由于煤層中瓦斯向上運(yùn)移和地面空氣向煤層中滲透，使煤層內(nèi)的瓦斯呈現(xiàn)出垂直分帶空氣向煤層中滲透，使煤層內(nèi)的瓦斯呈現(xiàn)出垂直分帶特征。特征。瓦斯瓦斯空氣空氣-1000

16、m-800m-600m-400m-200mCO2-N2N2N2-CH4CH4 四帶： CO2- N2帶、帶、 N2帶、帶、 N2CH4帶、帶、 CH4帶。帶。 現(xiàn)場實(shí)際過程中，將前三帶總稱為現(xiàn)場實(shí)際過程中，將前三帶總稱為瓦斯風(fēng)化帶瓦斯風(fēng)化帶。v劃分的意義劃分的意義：掌握本煤田煤層瓦斯垂直分帶的特征，掌握本煤田煤層瓦斯垂直分帶的特征，是搞好礦井瓦斯涌出量預(yù)測和日常瓦斯管理工作的是搞好礦井瓦斯涌出量預(yù)測和日常瓦斯管理工作的基礎(chǔ)?；A(chǔ)。 規(guī)律規(guī)律： 瓦斯風(fēng)化帶內(nèi)，瓦斯風(fēng)化帶內(nèi)， 涌出量與深涌出量與深度之間無規(guī)律性。度之間無規(guī)律性。 瓦斯風(fēng)化帶內(nèi)，無突出危險性。瓦斯風(fēng)化帶內(nèi)，無突出危險性。 在在CH4

17、帶內(nèi)，帶內(nèi)，瓦斯成分 %名 稱氣 帶 成 因N2CO2CH4CO2 N2帶生物化學(xué)空氣2080208010N2帶空氣8010 2020N2CH4帶空氣變質(zhì)8010 2080CH4帶變質(zhì)201080煤層垂向各帶氣體組份表煤層垂向各帶氣體組份表tmqCH/3234HXCH4HqCH4瓦斯風(fēng)化帶下界深度確定依據(jù)瓦斯風(fēng)化帶下界深度確定依據(jù)： 根據(jù)下列指標(biāo)中的任何一項(xiàng)確定：根據(jù)下列指標(biāo)中的任何一項(xiàng)確定： （1 1）煤層的相對瓦斯涌出量等于）煤層的相對瓦斯涌出量等于2 23m3m3 3/t/t處；處； （2 2）煤層內(nèi)的瓦斯組分中甲烷及重?zé)N濃度總和達(dá)到）煤層內(nèi)的瓦斯組分中甲烷及重?zé)N濃度總和達(dá)到80%80%

18、（體積比）；（體積比）； （3 3）煤層內(nèi)的瓦斯壓力為）煤層內(nèi)的瓦斯壓力為0.10.10.15MPa0.15MPa； （4 4）煤的瓦斯含量達(dá)到下列數(shù)值處：）煤的瓦斯含量達(dá)到下列數(shù)值處： 長焰煤長焰煤1.01.01.51.5 mm3 3/t/t（C.M.C.M.），氣煤，氣煤1.51.52.0m2.0m3 3/t/t（C.M.C.M.），肥煤與焦煤，肥煤與焦煤2.02.02.5m2.5m3 3/t(C.M)/t(C.M)，瘦煤，瘦煤2.52.53.0m3.0m3 3/t(C.M)/t(C.M)，貧煤，貧煤3.03.04.0m4.0m3 3/t(C.M)/t(C.M)，無煙煤，無煙煤5.05.0

19、7.0m7.0m3 3/t(C.M)/t(C.M)（此處的（此處的C.MC.M是指煤中可燃質(zhì)既固定碳和揮發(fā)分）是指煤中可燃質(zhì)既固定碳和揮發(fā)分）1.4 煤的孔隙特征煤的孔隙特征 煤是一種復(fù)雜的孔隙性介質(zhì)，有著十分發(fā)達(dá)的各煤是一種復(fù)雜的孔隙性介質(zhì)，有著十分發(fā)達(dá)的各種不同直徑的孔隙和裂隙。形成龐大的自由空間和表面。種不同直徑的孔隙和裂隙。形成龐大的自由空間和表面。 煤是一種孔隙煤是一種孔隙-裂隙性介質(zhì)，它決定煤裂隙性介質(zhì)，它決定煤-CH-CH4 4體體系的許多特性。系的許多特性。EXEX： 集氣性集氣性-CH-CH4 4的存在形態(tài)、含量，的存在形態(tài)、含量，etc;etc; 滲透性滲透性-流態(tài)、流出形

20、式、涌出量；流態(tài)、流出形式、涌出量； 力學(xué)特性力學(xué)特性-強(qiáng)度、彈性、脆性。強(qiáng)度、彈性、脆性。一、孔隙分類一、孔隙分類 為了研究瓦斯在煤層中的賦存與流動，將煤中孔為了研究瓦斯在煤層中的賦存與流動，將煤中孔隙分類如下：隙分類如下： 煤中的微孔煤中的微孔 80%類別類別直徑直徑/mmCH4的存在形態(tài)的存在形態(tài)微孔微孔10-5吸附、吸收吸附、吸收小孔小孔10-5 10-4吸收、游離吸收、游離中孔中孔10-4 10-3表面吸附、游離表面吸附、游離大孔大孔10-3 10-1游離游離二、表示孔隙特性的參數(shù)二、表示孔隙特性的參數(shù)1、孔隙率（、孔隙率（f） - 單位體積固體具有的孔隙容積。單位體積固體具有的孔隙

21、容積。表示式：表示式： f -孔隙率，孔隙率，%； V-固體（含孔隙）的體積，固體（含孔隙）的體積，cm； V0-實(shí)體（不含孔隙）的體積，實(shí)體（不含孔隙）的體積，cm。假設(shè)假設(shè) M-固體質(zhì)量，固體質(zhì)量，g; -固體假密度，固體假密度，g/cm3; o-固體真密度，固體真密度，g/cm3;則有：則有：1000VVVf%100)1 (100)11(100000MMMf 通過實(shí)驗(yàn)確定?；蚶媒?jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。通過實(shí)驗(yàn)確定?；蚶媒?jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。當(dāng)當(dāng)2、孔容（比孔容）、孔容（比孔容）-f -單位質(zhì)量固體具有的孔隙容積。單位質(zhì)量固體具有的孔隙容積。表示式：表示式：同上，可推得：同上，可推得： 所以：所以：0、

22、%20dAdrAV0065. 0)(53. 106. 0%20dAdrAV0065. 0005. 042. 1drrAVV01. 0665. 0778. 00MVVf0cm3/g011f ff 3、比表面、比表面 -固體單位質(zhì)量或單位體積具有的孔隙總表面積。固體單位質(zhì)量或單位體積具有的孔隙總表面積。4、孔隙結(jié)構(gòu)、孔隙結(jié)構(gòu) -各類孔隙在總孔隙中所占百分比。各類孔隙在總孔隙中所占百分比。 微孔所占比例大，且比表面積也大。微孔所占比例大，且比表面積也大。分類分類孔隙體積百分比孔隙體積百分比/%孔隙表面積百分比孔隙表面積百分比/%微微孔微微孔12.562.2微孔微孔42.235.1小孔小孔28.12.

23、5中孔中孔17.20.2三、煤、巖孔隙的基本特點(diǎn)三、煤、巖孔隙的基本特點(diǎn)1、各類煤巖的孔隙率差別很大，不同的煤需具體測定。、各類煤巖的孔隙率差別很大，不同的煤需具體測定。礦礦 井井揮發(fā)份揮發(fā)份/%孔隙率孔隙率/%撫順老虎臺礦撫順老虎臺礦45.7614.05鶴崗大陸鶴崗大陸31.8610.6開灤馬家溝開灤馬家溝12煤煤26.86.59本溪田師付本溪田師付8煤煤13.716.7陽泉三礦陽泉三礦3 煤煤6.6614.1焦作王封大煤焦作王封大煤5.8218.5我國一些礦井煤的孔隙率我國一些礦井煤的孔隙率2、煤的孔隙率與碳化程度的關(guān)系、煤的孔隙率與碳化程度的關(guān)系v長焰煤開始長焰煤開始Vr f 到焦瘦煤達(dá)

24、到最小到焦瘦煤達(dá)到最小 ；而后而后 Vr f 到無煙煤達(dá)到最大。到無煙煤達(dá)到最大。但微孔，則但微孔，則 Vr 而始終而始終Vr/%f /%焦煤焦煤 瘦煤瘦煤長長無無3、煤的孔隙率與煤的破壞程度的關(guān)系、煤的孔隙率與煤的破壞程度的關(guān)系（1）未受構(gòu)造應(yīng)力破壞的煤）未受構(gòu)造應(yīng)力破壞的煤 微孔達(dá)微孔達(dá) 80% 90%，大孔很少，無外生裂隙。煤，大孔很少，無外生裂隙。煤層瓦斯含量大，但瓦斯涌出量不大，涌出速度慢，涌層瓦斯含量大，但瓦斯涌出量不大，涌出速度慢，涌出時間長。出時間長。（2）破壞型煤）破壞型煤 各種孔均存在，隨著煤的破壞程度增大而增加。各種孔均存在，隨著煤的破壞程度增大而增加。游離瓦斯含量高，易

25、涌出，衰減快，可能發(fā)生突出。游離瓦斯含量高，易涌出，衰減快，可能發(fā)生突出。（3）構(gòu)造煤）構(gòu)造煤 在地應(yīng)力作用下，煤破碎成在地應(yīng)力作用下，煤破碎成0.1mm的煤粒，再的煤粒，再被壓成煤磚狀。被壓成煤磚狀。 各類孔均存在，瓦斯含量高，卸壓后，各類孔均存在，瓦斯含量高，卸壓后，f ，瓦，瓦斯涌出量斯涌出量 ，易突出。，易突出。4、孔隙率與外加壓力（地應(yīng)力）關(guān)系、孔隙率與外加壓力（地應(yīng)力）關(guān)系式中：式中：f-受壓狀態(tài)下的孔隙率；受壓狀態(tài)下的孔隙率； f0-未受壓狀態(tài)孔隙率；未受壓狀態(tài)孔隙率； -壓應(yīng)力；壓應(yīng)力； -壓縮系數(shù)。壓縮系數(shù)。 一般地，微孔不壓縮。一般地，微孔不壓縮。Exp: 17MPa時，時

26、，f 減少減少20%，因?yàn)槲⒖撞蛔?，大中孔減少，因?yàn)槲⒖撞蛔?，大中孔減少4050%備注：備注：（1）H f （2）卸壓后（受采動影響）卸壓后（受采動影響） f （3）對煤的吸附性影響很小。對煤的吸附性影響很小。)exp(0ff f1.5 煤的吸附特性煤的吸附特性一、概述一、概述1、吸附現(xiàn)象、吸附現(xiàn)象 -氣體分子與固體表面分子間相互作用，氣體分子氣體分子與固體表面分子間相互作用，氣體分子暫時停留暫時停留在固體表面上的現(xiàn)象。在固體表面上的現(xiàn)象。 吸附劑吸附劑-能吸附其它物質(zhì)的介質(zhì)，如：能吸附其它物質(zhì)的介質(zhì)，如：煤煤； 吸附質(zhì)吸附質(zhì)-被吸附的物質(zhì)，如被吸附的物質(zhì)，如CH4 。2、吸附分類、吸附分類

27、根據(jù)吸附方式分：根據(jù)吸附方式分： 表面吸附（吸著）表面吸附（吸著）-在吸附劑表面吸附一層或多層吸在吸附劑表面吸附一層或多層吸附質(zhì)分子。附質(zhì)分子。 容積吸附（吸收）容積吸附（吸收）-吸附質(zhì)分子緊密地充滿于吸附劑吸附質(zhì)分子緊密地充滿于吸附劑的微小孔隙內(nèi)，類似于溶質(zhì)溶解于溶劑中。的微小孔隙內(nèi)，類似于溶質(zhì)溶解于溶劑中。 根據(jù)吸附作用力分：根據(jù)吸附作用力分：A）物理吸附）物理吸附特點(diǎn)特點(diǎn)：、作用力為范德華力，作用距離極?。?、作用力為范德華力，作用距離極小（1/r7）,僅僅限于界面附近；限于界面附近； 、可逆的、可逆的-不穩(wěn)定的動平衡。不穩(wěn)定的動平衡。 、吸附是一種放熱反應(yīng)，解吸，吸熱。、吸附是一種放熱反

28、應(yīng)，解吸，吸熱。 如：煤如：煤-CH4，吸附熱：，吸附熱：0.51.2 Kj/molB）化學(xué)吸附）化學(xué)吸附 作用力為離子鍵，不可逆。作用力為離子鍵，不可逆。P or tP or t吸吸附附二、吸附線和吸附方程二、吸附線和吸附方程 吸附量決定于吸附量決定于： 吸附質(zhì)性質(zhì)（不同氣體）；吸附質(zhì)性質(zhì)（不同氣體）； 吸附劑性質(zhì)；吸附劑性質(zhì)； 吸附溫度；吸附溫度； 吸附壓力。吸附壓力。1、吸附線、吸附線 - 吸附劑和吸附質(zhì)，在一定溫度（吸附劑和吸附質(zhì)，在一定溫度（t）或一定壓力）或一定壓力(P)下，吸附量與下，吸附量與 P 或或 t 之間的關(guān)系曲線。之間的關(guān)系曲線。PXt=const等溫吸附線等溫吸附線t

29、XP=const等壓吸附線等壓吸附線2、吸附方程、吸附方程A）Langmuir方程（方程（19161916年）年） 理論計(jì)算式：理論計(jì)算式：式中：式中：X-給定溫度下的吸附量，給定溫度下的吸附量，m3/t； a-吸附常數(shù)，極限吸附量，吸附常數(shù)，極限吸附量，m3/t； b-吸附常數(shù)，吸附常數(shù)，MPa-1; P-吸附平衡時的氣體壓力，吸附平衡時的氣體壓力，Mpa。 a、b通過實(shí)驗(yàn)室測定得出。通過實(shí)驗(yàn)室測定得出。實(shí)際算式：實(shí)際算式：其中：其中：bPabPX1bPabPkX1100100)(exp(31. 0110wAttnwkB) 弗洛德里希方程（弗洛德里希方程（1906） 式中：式中：k、n-系數(shù)

30、；系數(shù)； P-氣體壓力。氣體壓力。C）都必林方程）都必林方程式中：式中：a0-極限吸附瓦斯量，極限吸附瓦斯量，cm/g； E-吸附能，吸附能，j/mol； P0-極限吸附時的氣體壓力極限吸附時的氣體壓力,Mpa； P-吸附壓力吸附壓力,Mpa； T-吸附溫度；吸附溫度； n-吸附結(jié)構(gòu)系數(shù)。吸附結(jié)構(gòu)系數(shù)。nkPX/1nEPPTaX)/ln(574. 4exp00三、影響煤與瓦斯吸附量的主要因素三、影響煤與瓦斯吸附量的主要因素1、瓦斯壓力、瓦斯壓力 t=const , P X2、溫度、溫度 P = const t X 溫度每升高溫度每升高1，吸附瓦斯的能力降低約，吸附瓦斯的能力降低約8%。3、瓦斯

31、的性質(zhì)、瓦斯的性質(zhì) 對于特定的煤，在對于特定的煤，在t、P一定時，一定時， CO2的吸附量的吸附量 CH4的吸附量的吸附量 N2的吸附量的吸附量 4、煤的變質(zhì)程度、煤的變質(zhì)程度 變質(zhì)程度反映了煤的表面積與化學(xué)組成。變質(zhì)程度反映了煤的表面積與化學(xué)組成。 變質(zhì)程度越高（變質(zhì)程度越高（Vr ） X5、煤中的水份、煤中的水份 水份的增加使煤的吸附能力降低。水份的增加使煤的吸附能力降低。 艾琴格爾經(jīng)驗(yàn)式：艾琴格爾經(jīng)驗(yàn)式：式中：式中：Xch-含有水份時瓦斯吸附量；含有水份時瓦斯吸附量； Xg-不含有水份時瓦斯吸附量；不含有水份時瓦斯吸附量； W-水份含量。水份含量。6、煤中的灰份（、煤中的灰份（Ac） 灰

32、份不吸附瓦斯，我國習(xí)慣于用灰份不吸附瓦斯，我國習(xí)慣于用可燃基可燃基作單位。作單位。WXXgch31. 0111001000wAXX1.6 煤層瓦斯壓力煤層瓦斯壓力一、一、瓦斯壓力的含義瓦斯壓力的含義 - - 煤層孔隙或裂隙內(nèi)氣體分子自由運(yùn)動撞煤層孔隙或裂隙內(nèi)氣體分子自由運(yùn)動撞擊所產(chǎn)生的作用力擊所產(chǎn)生的作用力。 特點(diǎn)特點(diǎn)： 在某一點(diǎn)上各向大小相等，方向與孔隙壁在某一點(diǎn)上各向大小相等，方向與孔隙壁面垂直。面垂直。 煤層瓦斯壓力煤層瓦斯壓力是決定煤層是決定煤層瓦斯含量瓦斯含量、瓦斯瓦斯流動動力高低流動動力高低以及以及瓦斯動力現(xiàn)象瓦斯動力現(xiàn)象的基本參數(shù)。的基本參數(shù)。二、煤層瓦斯壓力分布的一般規(guī)律二、煤

33、層瓦斯壓力分布的一般規(guī)律1 1、在未受采動影響煤層內(nèi)、在未受采動影響煤層內(nèi)（1 1）沿深度）沿深度( (沿煤層傾向沿煤層傾向) ) 符合氣體狀態(tài)方程，即：符合氣體狀態(tài)方程，即：P=f(vP=f(v-1-1,t),t)， 其中：其中：v v為孔容，為孔容，t t為煤溫。為煤溫。 H ，V ， T 但不明顯但不明顯 H P 未受采動影響的煤層內(nèi)的瓦斯壓力，隨深未受采動影響的煤層內(nèi)的瓦斯壓力，隨深度的增加而有規(guī)律地增加，可以大于、等于或度的增加而有規(guī)律地增加，可以大于、等于或小于靜水壓。小于靜水壓。 存在存在： n-系數(shù)，通常取系數(shù)，通常取n=1。 存在：存在：gp-煤層瓦斯壓力梯度，煤層瓦斯壓力梯

34、度，Mpa/m。含義含義-單位深度增加煤層瓦斯壓力增加量。單位深度增加煤層瓦斯壓力增加量。gp 說明什么說明什么?（H1,P1）(H2,P2)(H,P)H(m)P(MPa)nHHPP)()(12121212HHPPgp根據(jù)瓦斯壓力梯度可以預(yù)測深部煤層瓦斯壓力。根據(jù)瓦斯壓力梯度可以預(yù)測深部煤層瓦斯壓力。預(yù)測計(jì)算式：預(yù)測計(jì)算式：式中：式中： P預(yù)測的甲烷帶內(nèi)深預(yù)測的甲烷帶內(nèi)深H(m)處的瓦斯壓力，處的瓦斯壓力，MPa gp瓦斯壓力梯度，瓦斯壓力梯度，MPa/m特例特例：式中：式中：P0-甲烷帶上部邊界處瓦斯壓力，取甲烷帶上部邊界處瓦斯壓力，取0.2MPa 。 H0-甲烷帶上部邊界深度，甲烷帶上部邊

35、界深度，m。 舉例：某礦瓦斯風(fēng)化帶深度為舉例：某礦瓦斯風(fēng)化帶深度為100m，在，在200m處測得處測得煤層瓦斯壓力為煤層瓦斯壓力為0.5MPa，預(yù)測，預(yù)測300m處煤層瓦斯壓力。處煤層瓦斯壓力。 11)(PHHgPp00)(PHHgPp （2）沿走向）沿走向 在地質(zhì)條件相近的塊段內(nèi)，相同深度的同一煤層，在地質(zhì)條件相近的塊段內(nèi)，相同深度的同一煤層，具有大體相同的瓦斯壓力。具有大體相同的瓦斯壓力。 條件：條件： A）孔隙、裂隙互相連通，形成一個統(tǒng)一的體系；）孔隙、裂隙互相連通，形成一個統(tǒng)一的體系； B）等量的瓦斯處于）等量的瓦斯處于孔隙容積相同孔隙容積相同的不同體系內(nèi)。的不同體系內(nèi)。 C）不等量的

36、瓦斯處于）不等量的瓦斯處于孔隙容積按同比例孔隙容積按同比例的不同體系內(nèi)。的不同體系內(nèi)。 即：即： 實(shí)際上，只能實(shí)際上，只能“大體相同大體相同”，而且可能差別。，而且可能差別。2、采動影響區(qū)煤層、采動影響區(qū)煤層 f , Xf , P發(fā)生變化，十分復(fù)雜，一般隨深度增加發(fā)生變化，十分復(fù)雜，一般隨深度增加瓦斯壓力逐漸增大。瓦斯壓力逐漸增大。2211fXfXff 二、煤層瓦斯壓力測定二、煤層瓦斯壓力測定 瓦斯壓力測定瓦斯壓力測定：打鉆、封孔、測壓：打鉆、封孔、測壓 1、主要設(shè)備及儀表、主要設(shè)備及儀表 鉆機(jī)、測定管、壓力表鉆機(jī)、測定管、壓力表。 封孔材料封孔材料：炮泥、水泥，木楔；：炮泥、水泥，木楔； 封

37、孔器。封孔器。 2、測壓步驟、測壓步驟 A）打鉆）打鉆 要求要求：測定地點(diǎn)無大裂隙，不位于破壞帶，含水小。：測定地點(diǎn)無大裂隙，不位于破壞帶，含水小。 一般由圍巖向煤層打穿層鉆孔，鉆孔直徑一般由圍巖向煤層打穿層鉆孔，鉆孔直徑 4575mm。 B）封孔）封孔 鉆孔到位后，用壓氣清渣。鉆孔到位后，用壓氣清渣。 封孔方法分為：封孔方法分為：一般采黃泥作為固體材料一般采黃泥作為固體材料木楔木楔導(dǎo)氣管（導(dǎo)氣管（1520m紫銅管或鐵管紫銅管或鐵管）5m0.4m0.2m水泥水泥固體材料擋盤擋盤導(dǎo)氣孔導(dǎo)氣孔測壓室測壓室3m測壓管測壓管檢查管檢查管注漿管注漿管v水泥砂漿封孔水泥砂漿封孔 為了克服粘土封孔費(fèi)工費(fèi)時勞

38、動強(qiáng)度較大的缺點(diǎn)，為了克服粘土封孔費(fèi)工費(fèi)時勞動強(qiáng)度較大的缺點(diǎn)，國內(nèi)外不少礦井采用以壓縮空氣為動力，將水泥砂漿國內(nèi)外不少礦井采用以壓縮空氣為動力，將水泥砂漿壓入鉆孔的封孔工藝。壓入鉆孔的封孔工藝。 適用條件：適用條件：封孔傾角超過封孔傾角超過4545 、深度大于、深度大于15m15m的鉆孔。的鉆孔。 水泥沙漿配比水泥沙漿配比：500500號水泥：砂石：水：鋁粉（或石膏）號水泥：砂石：水：鋁粉（或石膏）：1 0.51 0.5：0.00080.0008v膠圈粘液封孔測定瓦斯壓力膠圈粘液封孔測定瓦斯壓力 原理：用膨脹著的膠圈封高壓粘液，再由高壓用膨脹著的膠圈封高壓粘液，再由高壓粘液封高壓瓦斯，由壓力表

39、測定瓦斯壓力。粘液封高壓瓦斯，由壓力表測定瓦斯壓力。測壓管測壓管膠圈膠圈注粘液注粘液3、注意事項(xiàng)、注意事項(xiàng)（1）測壓空間盡可能?。唬y壓空間盡可能??；（2）鉆孔打完后，立即封孔，尤其是低透氣性煤層；）鉆孔打完后，立即封孔，尤其是低透氣性煤層；（3）防止漏氣；）防止漏氣；（4）足夠長的觀察時間；）足夠長的觀察時間；（5）防止地下水的影響，盡可能不穿含水層，必須穿過）防止地下水的影響，盡可能不穿含水層，必須穿過含水層時，封孔應(yīng)超過含水層。含水層時，封孔應(yīng)超過含水層。1.7 煤層瓦斯含量煤層瓦斯含量一、瓦斯在煤層中的存在狀態(tài)一、瓦斯在煤層中的存在狀態(tài) 煤體是一種復(fù)雜的多孔性固體，包括原生孔隙和煤體是

40、一種復(fù)雜的多孔性固體，包括原生孔隙和運(yùn)動形成的大量孔隙和裂隙，形成了很大的自由空間運(yùn)動形成的大量孔隙和裂隙，形成了很大的自由空間和孔隙表面。和孔隙表面。1 1、游離狀態(tài)、游離狀態(tài) 主要存在于大、中孔、裂隙空間內(nèi)，其間瓦斯分主要存在于大、中孔、裂隙空間內(nèi)，其間瓦斯分子作自由熱運(yùn)動，顯示相應(yīng)的瓦斯壓力。子作自由熱運(yùn)動，顯示相應(yīng)的瓦斯壓力。 在現(xiàn)今采深下，占瓦斯總量的在現(xiàn)今采深下，占瓦斯總量的 5 12%5 12%。2 2、吸附狀態(tài)、吸附狀態(tài) 主要存在于小孔和微孔空間內(nèi)。分為表面吸附和主要存在于小孔和微孔空間內(nèi)。分為表面吸附和吸收兩種狀態(tài)。占瓦斯總量的吸收兩種狀態(tài)。占瓦斯總量的 80%80%。P或t

41、升高P或t降低游離狀態(tài)瓦斯3、其它形態(tài)、其它形態(tài)-結(jié)晶水化物結(jié)晶水化物 問題提出問題提出： 結(jié)晶水化物的形式：結(jié)晶水化物的形式： 形成條件形成條件：低溫、高壓。：低溫、高壓。 對對CH4: 對對C2H6: 對對C3H8:OnHmCH24t=0時，P2.0MPat=5時，P4.8MPat=10時，P8.0MPat=0時，P0.6MPat=5時，P1.3MPat=10時，P2.5MPat=0時， P0.1MPat=2.5時，P0.3MPa乙烷和丙烷生成乙烷和丙烷生成水化物的條件比水化物的條件比CH4低得多低得多二、煤層瓦斯含量二、煤層瓦斯含量1、含義含義：單位質(zhì)量或體積的煤中含有的瓦斯量。：單位質(zhì)

42、量或體積的煤中含有的瓦斯量。m3/m3，m3/t。 煤層瓦斯包含：煤層瓦斯包含： 游離瓦斯量游離瓦斯量 和和 吸附瓦斯量吸附瓦斯量2、瓦斯含量計(jì)算、瓦斯含量計(jì)算 （1）游離瓦斯量）游離瓦斯量 由氣體狀態(tài)方程：由氣體狀態(tài)方程：考慮到瓦斯氣體可壓縮性，則有：考慮到瓦斯氣體可壓縮性，則有：粗略計(jì)算，假設(shè)：粗略計(jì)算，假設(shè)：則：則：式中：式中：P-煤層瓦斯壓力，煤層瓦斯壓力，Mpa； V-煤的孔容。煤的孔容。TPVTVP000TPVPTVXg000)(11 . 000TTMPaPPVXg10（2）吸附瓦斯量）吸附瓦斯量-Xx 一般采用朗格繆爾方程計(jì)算。一般采用朗格繆爾方程計(jì)算。 其中：其中：（3）煤層瓦

43、斯含量）煤層瓦斯含量-X X = Xg + Xx m3/t10010031. 0111)0(WAWebpabpXttnx三、煤層瓦斯含量的測定三、煤層瓦斯含量的測定1、直接測定法、直接測定法勘探鉆孔煤芯解吸法勘探鉆孔煤芯解吸法主要測定步驟：主要測定步驟： 1）現(xiàn)場采樣與瓦斯解吸速度的測定現(xiàn)場采樣與瓦斯解吸速度的測定v12、損失瓦斯量的計(jì)算、損失瓦斯量的計(jì)算v2 t0裝罐前時間；裝罐前時間； t裝罐后時間；裝罐后時間； v解吸瓦斯體積。解吸瓦斯體積。0200400600800200400600800V/mltt 0）煤樣剩余瓦斯解吸）煤樣剩余瓦斯解吸v3 包括包括：I) 煤樣粉碎前脫氣；煤樣粉碎

44、前脫氣； ii) 煤樣粉碎后脫氣煤樣粉碎后脫氣 總瓦斯量：總瓦斯量：V=V1+V2+V3 經(jīng)過狀態(tài)變換和計(jì)算可得煤層原始瓦斯含量。經(jīng)過狀態(tài)變換和計(jì)算可得煤層原始瓦斯含量。2、瓦斯含量系數(shù)法、瓦斯含量系數(shù)法 測定原理測定原理：煤層瓦斯含量與瓦斯壓力之間，大致存在：煤層瓦斯含量與瓦斯壓力之間，大致存在如下關(guān)系：如下關(guān)系：式中：式中： 瓦斯含量系數(shù)，瓦斯含量系數(shù)，m m3 3/(m/(m3 3.MPa.MPa0.50.5) )，通過實(shí)驗(yàn)通過實(shí)驗(yàn)室測定得出；室測定得出； P P煤層瓦斯壓力，煤層瓦斯壓力，MpaMpa； X X煤層瓦斯含量，煤層瓦斯含量，m m3 3/m/m3 3pX1.8 影響煤層瓦

45、斯含量的主要因素影響煤層瓦斯含量的主要因素 煤層瓦斯含量主要取決于：煤層瓦斯含量主要取決于：瓦斯生成量；瓦斯生成量；瓦斯運(yùn)移條件；瓦斯運(yùn)移條件；煤層貯存瓦斯的性能。煤層貯存瓦斯的性能。具體包括以下幾點(diǎn)：具體包括以下幾點(diǎn)： 1、煤的碳化程度、煤的碳化程度 在碳化作用過程中，不斷地在碳化作用過程中，不斷地產(chǎn)生瓦斯，碳化程度越高，生成產(chǎn)生瓦斯，碳化程度越高，生成的瓦斯量越多。相同的條件下，的瓦斯量越多。相同的條件下，煤的變質(zhì)程度越高，煤層瓦斯含量越大煤的變質(zhì)程度越高，煤層瓦斯含量越大。 煤的平均甲烷含量與其變質(zhì)程煤的平均甲烷含量與其變質(zhì)程度的定量關(guān)系曲線度的定量關(guān)系曲線2、煤層的賦存狀態(tài)、煤層的賦存

46、狀態(tài)（1）露頭）露頭 成煤的地質(zhì)年代中，若有露頭長時間與大氣相通，成煤的地質(zhì)年代中，若有露頭長時間與大氣相通，瓦斯沿煤層流動，瓦斯沿煤層流動，煤層瓦斯往往沿煤層露頭排放，瓦煤層瓦斯往往沿煤層露頭排放，瓦斯含量大為減少。斯含量大為減少。（2 2）煤層傾角）煤層傾角 煤層傾角煤層傾角愈大，煤層瓦斯含量愈低。愈大，煤層瓦斯含量愈低。Exp:芙蓉礦，北翼：芙蓉礦，北翼：40 80 , 南翼：南翼：6 12 ，平行垂直KKtmqCH/2034tmqCH/15034（3）埋藏深度）埋藏深度 埋深增加，地應(yīng)力增高，煤層的透氣性變埋深增加，地應(yīng)力增高，煤層的透氣性變差，瓦斯向地表運(yùn)移距離增加，有利于封存瓦差，

47、瓦斯向地表運(yùn)移距離增加，有利于封存瓦斯。斯。 在近代開采深度內(nèi)，在近代開采深度內(nèi)，CH4帶，帶， ，但是如果埋藏深度繼續(xù)增大，瓦斯含量增加的但是如果埋藏深度繼續(xù)增大，瓦斯含量增加的速度將要減慢而趨于常量。速度將要減慢而趨于常量。HX 3 3、煤層和圍巖的透氣性、煤層和圍巖的透氣性 煤層圍巖煤層圍巖是指煤層直接頂、老頂和直接底板等在內(nèi)的一是指煤層直接頂、老頂和直接底板等在內(nèi)的一定厚度范圍的層段。煤層圍巖對瓦斯賦存的影響，決定定厚度范圍的層段。煤層圍巖對瓦斯賦存的影響，決定于它的隔氣、透氣性能。于它的隔氣、透氣性能。 當(dāng)煤層頂板巖性為致密完整的巖石，如頁巖、油母頁當(dāng)煤層頂板巖性為致密完整的巖石，如

48、頁巖、油母頁巖時，煤層中的瓦斯容易被保存下來；巖時，煤層中的瓦斯容易被保存下來； 頂板為多孔隙或脆性裂隙發(fā)育的巖石，如礫巖、砂巖頂板為多孔隙或脆性裂隙發(fā)育的巖石，如礫巖、砂巖時，瓦斯容易逸散。時，瓦斯容易逸散。 exp:exp:北京京西煤礦，不論是下侏羅統(tǒng)或是石炭二疊系北京京西煤礦，不論是下侏羅統(tǒng)或是石炭二疊系的煤層，盡管煤的牌號為無煙煤，由于煤層頂板為的煤層，盡管煤的牌號為無煙煤，由于煤層頂板為121216m16m的厚層中粒砂巖，透氣性好，因此煤層瓦斯的厚層中粒砂巖，透氣性好，因此煤層瓦斯含量小，礦井瓦斯涌出量低。含量小，礦井瓦斯涌出量低。 4、地質(zhì)構(gòu)造、地質(zhì)構(gòu)造 是影響煤層瓦斯含量的主要因素之一。是影響煤層瓦斯含量的主要因素之一。 表現(xiàn)表現(xiàn)：一方面是造成了瓦斯分布的不均衡，另一方面：一方面是造成了瓦斯分布的不均衡，另一方面是形成了有利于瓦斯賦存或有利于瓦斯排放的條件。是形成了有利于瓦斯賦存或有利于瓦斯排放的條件。(1) (1) 褶皺構(gòu)造褶皺構(gòu)造 褶皺的類型、封閉情況和復(fù)雜程度，對瓦斯賦存褶皺的類型、封閉情況和復(fù)雜程度，對瓦斯賦存均有影響。均有影響。 當(dāng)煤層頂板巖石透氣性差，當(dāng)煤層頂板巖石透氣性差，且未遭構(gòu)造破壞時，且未遭構(gòu)造破壞時，背斜有利背斜有利于瓦斯的儲存于瓦斯的儲存，是良好的儲氣，是良好的儲氣構(gòu)造，背斜軸部的瓦斯會相對構(gòu)造，背斜軸部的瓦斯會相對聚集，瓦斯含量增大。聚集